AT502512B1 - Gasdosierventil - Google Patents

Description

2 AT 502 512 B1

Die Erfindung betrifft ein Gasdosierventil als Brennstoffeinspritzventil für den Brennraum eines Hubkolben-Gasmotors, mit einem mittels Elektromagneten gegen den Gasdruck und die Kraft einer Schließfeder von einem Ventilsitz abhebbaren Schließkörper und einem brennraumseitig angeordneten Rückschlagventil. 5

Gasdosierventile der genannten Art sind beispielsweise aus EP 425.327 B1 oder US 6.390.121 B1 bekannt und ermöglichen den Einsatz von elektromagnetisch geöffneten und durch den Druck des zugeführten Brenngases geschlossen gehaltenen Ventilen auf «infache Weise auch dann, wenn der brennraumseitige Druck zumindest während der eigentlichen io Verbrennung deutlich über dem Druck des zugeführten gasförmigen Brennstoffes liegt. Ohne das brennraumseitig angeordnete Rückschlagventil müsste die zusätzlich zum Druck des zugeführten Brenngases auf den Schließkörper wirkende Schließfeder zum sicheren Zuhalten während der brennraumseitigen Druckspitzen wesentlich stärker ausgeführt werden, was aber andererseits unmittelbar wesentlich stärkere Elektromagneten zum Öffnen des Ventils bedingen 15 würde, was die Ventile nicht nur größer und schwerer, sondern auch hinsichtlich der erforderlichen elektrischen Leistung uninteressant macht.

Andererseits gibt es aber auch Gasdosierventile, bei denen der Schließkörper elektromagnetisch und unterstützt durch den Druck des zugeführten Brenngases öffnet, womit der Schließ-20 körper dann aber mit einer Feder gegen die Strömung geschlossen werden muss und unter der Wirkung des brennraumseitigen Druckes zugehalten wird. Der Nachteil dabei ist, dass bei hohen Gasvordrücken und an sich erwünschten großen Strömungsquerschnitten wiederum eine sehr starke Feder notwendig ist, damit der Schließkörper des Ventils nicht zu unerwünschten Zeiten während des Arbeitsspiels wieder öffnet. Ist dann der -Gasvordruck zu gering, so 25 kann das Ventil überhaupt nicht mehr öffnen. Je höher aber der Vordruck wird, desto kleiner ist die Dichtwirkung, womit sich eine üblicherweise höhere Leckage als bei gegen den Gasvor-druck öffnenden Ventilen und ein deutlich kleinerer Druckbereich, in dem das Ventil eingesetzt werden kann, ergibt. 30 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gasdosierventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die erwähnten Nachteile der angesprochenen bekannten Anordnungen vermieden werden und dass insbesonders mit einfachen Mitteln sichergestellt werden kann, dass mit einer relativ schwachen Schließfeder und einem relativ schwachen und damit kleinen Elektromagneten ein sicheres und dichtes Schließen des Ventils während der Bereiche des 35 Arbeitsspiels des Gasmotors erhalten wird, in denen kein zugeführtes Brenngas in den Brennraum bzw. auch kein bereits komprimiertes oder gezündetes Gas aus dem Brennraum zurück in das Ventil gelangen soll.

Diese Aufgabe wird bei einem Gasdosierventil der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, 40 dass der Ventilsitz in Schließrichtung des Schließkörpers von einer separaten Rückschlagfeder belastet an einem gehäusefesten Anschlag anliegt und vom brennraumseitig wirkenden Druck gegen die von Schließfeder, Rückschlagfeder und Gasdruck erzeugte Kraft im Ventilgehäuse abgedichtet zusammen mit dem Schließkörper bis zu dessen Anlage an einem Rückschlaganschlag verschieblich ist, wobei die vom brennraumseitigen Druck auf den Schließkörper ausge-45 übte Kraft bis zu dessen Anlage am Rückschlaganschlag kleiner ist als die von Gasdruck und Schließfeder auf den Schließkörper ausgeübte Zuhaltekraft. Auf diese konstruktiv sehr einfache Weise ist also das Rückschlagventil am brennraumseitigen Ausgang des Gasdosierventils von dem zusammen mit dem geschlossen gehaltenen Schließkörper begrenzt beweglichen Ventilsitz selbst gebildet. Der Schließkörper des Gasdosierventils öffnet wie eingangs beschrieben so mit Hilfe des Elektromagneten im Einspritztakt des Gasmotors gegen den Druck des zugeführten Brennstoffs und wird mit Hilfe der Schließfeder geschlossen. Der Gasvordruck hält dabei das Ventil im geschlossenen Zustand zu - die Feder hat im wesentlichen nur die Funktion, die Schließgeschwindigkeit zu erhöhen, aber auch das Ventil im unbestromten Zustand zu schließen, damit es eine definierte Endlage {geschlossen) einnimmt {häufige Forderung: stromlos 55 geschlossen). 3 AT 502 512 B1

Zumindest während des Verbrennungstaktes ist der brennraumseitige Druck im Zylinder des Gasmotors hinter dem Ventil deutlich höher als der Gasvordruck, so dass der Schließkörper des Ventils aufgedrückt werden würde. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gasdosierventils kann sich nun bei entsprechender brennraumseitig auf den Ventilsitz wirkender Kraft (die geringer ist als die auf den Schließkörper wirkende Zuhaltekraft) der Ventilsitz samt geschlossen bleibendem Schließkörper gegen die von Schließfeder, Rückschlagfeder und Gasvordruck erzeugte Kraft in das Ventilgehäuse hinein begrenzt bewegen, bis der Ventilsitz gemeinsam mit dem noch immer geschlossenen Schließkörper am gehäusetesten Anschlag des Schließkörpers anliegt und dieser damit auch forthin (bis der brennraumseitige Druck wieder absinkt und der Ventilsitz samt Schließkörper wieder in die Ausgangsposition zurückkehrt) nicht mehr öffnen kann. Dadurch wird ein Rückzünden vom Brennraum in das Gasdosierventil und das Zurückdrücken von Verbrennungsgasen sicher verhindert, ohne dass eine stärkere Schließfeder, stärkere Elektromagneten oder ein separates Rückschlagventil erforderlich wäre.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückschlagfeder als Spiraldruckfeder ausgebildet und den Schließkörper umgebend am äußeren Rand des scheibenförmigen Ventilsitzes abgestützt. Es ergibt sich damit eine sehr kompakte Anordnung mit einfachen Bauteilen.

Die Rückschlagfeder kann nach einer anderen bevorzugten Ausbildung der Erfindung aber auch als Tellerfeder ausgebildet und am Rand des Ventilsitzes abgestützt sein, was insbesondere bei stärkeren Rückschlagfedern vorteilhaft ist.

Der Rückschlaganschlag ist in weiters bevorzugter Ausführung der Erfindung als ringförmiger Teil mit Umfangsdurchbrechungen zur Zuführung von Gas zum Ventilsitz bzw. Schließkörper ausgebildet und zwischen Schließkörper und Ventilgehäuse angeordnet. Dieser ringförmige Anschlag kann damit auch separat aus geeigneten, z. B. auch stoßdämpfenden Materialien, wie etwa Kunststoff, ausgeführt sein.

Die Erfindung wird im folgenden noch an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei in schematischer geschnittener Darstellung ein Gasdosierventil nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel in teilweise schematischer Darstellung im Längsschnitt und Fig. 3 ein Detail aus einem gegenüber Fig. 2 abgewandelten Ausführungsbeispiel.

Das Gasdosierventil in Fig. 1 dient als Brennstoffeinspritzventil für den Brennraum 1 eines nicht weiter dargestellten Hubkolben-Gasmotors und besteht im Wesentlichen aus einem mittels eines Elektromagneten 2 gegen den Gasdruck des über einen Anschluss 3 zugeführten Brenngases und die Kraft einer Schließfeder 4 von einem Ventilsitz 5 abhebbaren -Schließkörper S und einem brennraumseitig angeordneten Rückschlagventil 7. Die Funktion dieses Rückschlagventils 7, das entgegen den eingangs zum Stande der Technik angesprochenen bekannten derartigen Anordnungen nicht als separater Bauteil dem durch Ventilsitz 5 und Schließkörper 6 gebildeten Ventil nachgeschaltet ist, wird wie folgt realisiert.

Der Ventilsitz 5 ist in Schließrichtung 8 des Schließkörpers 6 von einer separaten Rückschlagfeder 9 belastet und liegt damit an einem gehäusefesten Anschlag 10 an. Dies aber nur so lange der auf der Seite des Brennraumes 1 wirkende Druck bzw. die damit auf den Ventilsitz 5 vom Brennraum 1 her wirkende Kraft kleiner ist als die von Schließfeder 4, Rückschlagfeder 9 und dem Druck des zugeführten Brenngases erzeugte Kraft. Sobald der brennraumseitig wirkende Druck größer wird, verschiebt sich der im Gehäuse 11 übereine Dichtung 12 abgedichtet geführte Ventilsitz 5 entgegen der Schließrichtung 8 in der Darstellung nach oben. Der Schließkörper 6 bleibt dabei am Ventilsitz 5 geschlossen, da die vom brennraumseitigen Druck auf den Schließkörper 6 ausgeübte Kraft bis zu dessen Anlage an einem hier durch die Unterseite des Elektromagneten 2 und den Betätigungsanker 13 selbst gebildeten Rückschlaganschlag 14 kleiner ist als die von Gasdruck und Schließfeder 4 auf den Schließkörper 6 ausgeübte Zuhaltekraft.

Claims (4)

1. 4 AT 502 512 B1 In Fig. 2 sind die der Anordnung nach Fig. 1 zumindest funktionell entsprechenden Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bezüglich der allgemeinen Beschreibung wird auch auf Fig. 1 verwiesen. 5 Das Gehäuse 11 des Ventils weist nun hinter dem wiederum abgedichtet beweglich eingesetzten Ventilsitz 5 auf der brennraumseitigen Ausströmseite eine Düse 15 zur Verbesserung der Ausströmung des Brenngases in den Brennraum auf. Der Ventilsitz 5 hat hier eine im Wesentlichen kreisförmig ausgebildete Durchströmöffnung, die von einem Schließkörper 6 mit zwei konzentrischen im Wesentlichen ringförmigen Durchströmöffnungen bzw. der dazwischen lie-io genden Dichtfläche gesteuert wird. Derartige Ventilsitze und Schließkörper sind beispielsweise bei selbsttätigen Kompressorventilen Stand der Technik und ermöglichen auch bei geringen Öffnungshüben relativ große Durchströmquerschnitte, was insbesondere auch für Gasdosierventile der hier interessierenden Art sehr vorteilhaft ist. Abgesehen von den ein bzw. zwei zusammenwirkenden im Wesentlichen ringförmigen Durchströmöffnungen am Ventilsitz 5 bzw. 15 Schließkörper 6 können natürlich bedarfsweise auch mehrere derartige Durchströmöffnungen vorgesehen werden. Die Schließfeder 4 ist gemäß Fig. 2 im Inneren des Elektromagneten 2 bzw. von dessen Gehäuseteil 16 angeordnet und wirkt über einen separaten Stempel 17 auf den Schließkörper 6 20 bzw. den Betätigungsanker 13. Dieser Stempel 17 kann wie beispielsweise auch der hier separat zwischen einer gehäusefesten Führungshülse 18 und dem Schließkörper 6 angeordnete Rückschlaganschlag 14 aus geeigneten, zum Beispiel auch stoßdämpfenden Materialien, wie etwa Kunststoff, ausgeführt sein. Auch der hier separat am Außenumfang des SchließkörpersS angeordnete Führungsring 19 kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen. 25 Die Rückschlagfeder 9 ist hier an der Außenseite der Führungshülse 18 angeordnet und stützt sich oben an einem Ansatz derselben und unten wiederum am Rand des beweglichen Ventilsitzes 5 ab. 30 Auch bei der Anordnung nach Fig. 2 liegt damit der Ventilsitz 5 in Schließrichtung 8 des Schließkörpers 6 von der Rückschlagfeder 9 belastet am gehäusefesten Anschlag 10 an und ist vom brennraumseitig wirkenden Druck gegen die von Schließfeder 4, Rückschlagfeder 9 und Gasdruck erzeugte Kraft im Ventilgehäuse abgedichtet zusammen mit dem Schließkörper 6 bis zu dessen Anlage am Rückschlaganschlag 14 verschieblich, wobei die vom brennraumseitigen 35 Druck auf den Schließkörper 6 ausgeübte Kraft bis zu dessen Anlage am Rückschlaganschlag 14 kleiner ist als die von Gasdruck und Schließfeder 4 auf den Schließkörper 6 ausgeübte Zuhaltekraft, womit auf einfache Weise die eingangs beschriebene Rückschlagfunktion auf der Ausgangsseite des Gasdosierventiles sichergestellt ist. 40 Die Anordnung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 2 im Wesentlichen nur dadurch, dass hier nun die Rückschlagfeder 9 als Tellerfeder ausgebildet und am Rand des Ventilsitzes 5 abgestützt ist. Alle übrigen Merkmale und Funktionen entsprechen zumindest im Wesentlichen der Anordnung nach Fig. 2. 45 Patentansprüche: 1. Gasdosierventil als Brennstoffeinspritzventil für den Brennraum (1) eines Hubkolben-Gasmotors, mit einem mittels eines Elektromagneten (2) gegen den -Gasdruck und die so Kraft einer Schließfeder (4) von einem Ventilsitz (5) abhebbaren Schließkörper (6) und ei nem brennraumseitig angeordneten Rückschlagventil (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (5) in Schließrichtung (8) des Schließkörpers (6) von einer separaten Rückschlagfeder (9) belastet an einem gehäusefesten Anschlag (10) anliegt und vom brennraumseitig wirkenden Druck gegen die von Schließfeder (4), Rückschlagfeder ^9) undGas-55 druck erzeugte Kraft im Ventilgehäuse (11) abgedichtet zusammen mit dem Schließkörper 5 AT502 512 B1 (6) bis zu dessen Anlage an einem Rückschlaganschlag (14) verschieblich ist, wobei die vom brennraumseitigen Druck auf den Schließkörper (6) ausgeübte Kraft bis zu dessen Anlage am Rückschlaganschlag (14) kleiner ist als die von Gasdruck und Schließfeder (4) auf den Schließkörper (6) ausgeübte Zuhaltekraft. 5
2. 2. Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagfeder <9) als Spiraldruckfeder ausgebildet und den Schließkörper (6) umgebend am äußeren Rand des scheibenförmigen Ventilsitzes (5) abgestützt ist. io
3. 3. Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagfeder (9) als Tellerfeder ausgebildet und am Rand des Ventilsitzes (5) abgestützt ist.
4. 4. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlaganschlag (14) als ringförmiger Teil mit Umfangsdurchbrechungen zur Zufüh- 15 rung von Gas zum Ventilsitz (5) und/oder Schließkörper (6) ausgebildet und zwischen Schließkörper (6) und dem Ventilgehäuse (11) oder einer Führungshülse (18) angeordnet ist. 20 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 25 30 35 40 45 50 55