DE102005019314A1

DE102005019314A1 - Ventil zum Steuern eines Fluids

Info

Publication number: DE102005019314A1
Application number: DE102005019314A
Authority: DE
Inventors: Hubert Stier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-27
Also published as: BRPI0601410A; ITMI20060771A1; DE102005019314B4

Abstract

Es wird ein Ventil zum Steuern eines Fluids, insbesondere zum Steuern eines Gases, vorgeschlagen. Das Ventil umfasst ein Ventilgehäuse (13) und eine Betätigungseinheit (14) für ein Ventilschließglied (22), das mit einem in einer Hülse (15) fixierten Ventilsitz (24) derart zusammenwirkt, dass ein Fluidstrom von einer Zuströmseite (11) zu einer Abströmseite (12) des Ventils steuerbar ist. Erfindungsgemäß ist stromab des Ventilsitzes (24) in der Hülse (15) mindestens eine Funktionsplatte (28) angeordnet, die den Querschnitt der Hülse (15) ausfüllt.

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern eines Fluids, insbesondere zum Steuern eines Gases, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.
Ein derartiges Ventil ist aus der Praxis bekannt und beispielsweise ein Gassteuerventil, das bei einem Gasmotor oder auch bei einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist.

Ein bekanntes Ventil der einleitend genannten Art, mittels dessen ein Verbrennungsgas in ein Saugrohr eines Gasmotors eingespritzt wird, umfasst ein Ventilgehäuse, in dem eine elektromagnetisch ausgeführte Betätigungseinheit für ein Ventilschließglied angeordnet ist, das Bestandteil eines Magnetankers ist, der wiederum durch die Betätigungseinheit ansteuerbar ist. Der Magnetanker ist in einer dem Ventilgehäuse zugeordneten Hülse axial verschiebbar geführt. Das an dem Magnetanker ausgebildete Ventilschließglied wirkt mit einem Ventilsitz zusammen, der an einer Ventilplatte ausgebildet ist, die in der Hülse fixiert ist. In Abhängigkeit von der Stellung des Magnetankers bzw. des Ventilschließglieds ist ein Fluidstrom von einer Zuströmseite zu einer Abströmseite des Ventils steuerbar.

Bei einem Einsatz in Verbindung mit einem Gasmotor werden in vorstehend beschriebener Art ausgebildete Gasventile bisher in der Regel aus einbautechnischen Gründen in einem steilen Winkel, beispielsweise in einem Winkel zwischen 45° und 90° zu der Achse des Saugrohrs eingebracht. Aufgrund dieser Anordnung entsteht beim Einblasen des Gases in das Saugrohr in diesem ein Gaskissen, das als Sperrschicht für Luft wirkt, die durch das Saugrohr in Richtung eines Zylinders des Gasmotors geför dert wird. Dies hat zur Folge, dass beim Öffnen des Zylinders nicht die zur Verbrennung erforderliche Menge an Luft in den Zylinder eingefördert wird.

Ferner ist es bei dem in vorstehend beschriebener Art ausgeführten Ventil nachteilig, dass es betriebsbedingt zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der einleitend genannten Art mit einer Einrichtung zu versehen, mittels der den oben genannten Nachteilen in spezifischer Weise entgegengesteuert werden kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern eines Fluids, insbesondere zum Steuern eines Gases, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1, bei welchem Ventil stromab des Ventilsitzes in der Hülse eine Funktionsplatte angeordnet ist, die den Querschnitt der Hülse ausfüllt, zeichnet sich mithin durch eine zusätzliche Einrichtung aus, mit der das Ventil an bestimmte Anforderungen anpasst werden kann. So kann die Funktionsplatte beispielsweise zur Geräuschreduzierung und/oder Gasumlenkung genutzt werden.

Das Ventil nach der Erfindung ist insbesondere zur Massenstromregelung von Gasen wie Wasserstoff und Erdgas geeignet und kann beispielsweise in Verbindung mit einer Brennstoffzelle oder auch bei einem Gasmotor eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden.

Bei einer speziellen Ausführungsform des Ventils nach der Erfindung ist die Funktionsplatte ein Dämmkörper zur Reduzierung von betriebsbedingten Geräuschen des Ventils. Dies führt bei einem Einsatz in Verbindung mit einem Kraftfahrzeug, beispielsweise bei einem Gasverbrennungsmotor, zu einer Geräuschreduzierung am Fahrzeug.

Der Dämmkörper umfasst beispielsweise einen gasdurchlässigen Sinterkörper. Ein Sinterkörper stellt in der Regel ein chemisch stabiles Bauteil dar und zeichnet sich damit durch eine Langlebigkeit aus.

Zur Befestigung des nach dem Prinzip eines Absorptionsschalldämpfers ausgelegten Dämmkörpers kann dieser ein perforiertes Gehäuse umfassen, das beispielsweise einen Gehäusetopf aufweist, in dem ein Dämmstoff wie Dämmwolle oder auch ein gasdurchlässiger Sinterkörper, angeordnet ist und der mittels eines Gehäusedeckels verschlossen ist.

Alternativ kann der Dämmkörper auch einen mindestens einlagig ausgebildeten Spritzgusskunststoffkörper mit einer Perforierung aufweisen, die einen Gasstrom zulässt

Bei einer Ausbildung der Funktionsplatte als Dämmkörper kann diese zur Verbesserung des Dämmverhaltens auch axial aus einer abströmseitig angeordneten Ventilöffnung herausragen.

Die Funktionsplatte ist bei einer weiteren speziellen Ausführungsform des Ventils nach der Erfindung als Umlenkplatte ausgebildet, die gewährleistet, dass an der Abströmseite des Ventils eine definierte, hinsichtlich den jeweiligen Anforderungen optimierte und definierte Gasumlenkung erfolgt.

Bei Anwendung eines Ventils mit einer Umlenkplatte in Verbindung mit einem Gasverbrennungsmotor kann gegenüber dem Einsatz eines Ventils ohne Umlenkplatte an der Abströmseite eine deutliche Verbesserung des Verbrennungsverhaltens in dem Gasverbrennungsmotor erreicht werden, da durch ein gerichtetes Einbringen des Brenngases in das Saugrohr verhindert werden kann, dass sich beim Einbringen des Brenngases mittels des Ventils in ein zu einem Zylinder des Gasverbrennungsmotors führendes Saugrohr in diesem ein als Sperrschicht für Luft wirkendes Gaskissen ausbildet. Die Umlenkplatte führt zu einer Verbesserung des Gasströmungsverhaltens in dem nachgeschalteten Saugrohr. Dies führt wiederum zu einer erhöhten Leistung bzw. einer verbesserten Dynamik des Gasverbrennungsmotors.

Eine spezielle Ausführungsform der Umlenkplatte weist lineare Kanäle auf, die zum Umlenken des durch das Ventil zu fördernde Gas gegenüber der Achse des Ventils angestellt sind.

Die Querschnittsfläche der linearen Kanäle sollte mindestens zweimal größer sein als der im Bereich des Ventilsitzes definierte Zumessquerschnitt. Damit wird gewährleistet, dass die Hauptdrosselstelle des Ventils im Bereich des Ventilsitzes angeordnet ist.

Die Umlenkplatte ist vorzugsweise aus Kunststoff oder Metall gefertigt. Die Herstellung der Umlenkplatte kann nach einem Spritzgieß- bzw. einen MEM(Metal Ejection Moulding)-Verfahren erfolgen.

Die linearen Kanäle der Umlenkplatte bilden mit der Achse des Ventils einen Winkel von beispielsweise zwischen 0° und 60°. Dieser Winkel bestimmt die Ausströmrichtung des Gases aus dem Ventil.

Denkbar ist es auch, ein Ventil mit einer als Umlenkplatte ausgebildeten Funktionsplatte und einer als Dämmkörper ausgebildeten Funktionsplatte auszulegen. In diesem Falle ist zu beachten, dass die Umlenkplatte stromab des Dämmkörpers angeordnet ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgelegten Ventils sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Gasventil mit einer Umlenkplatte;
2 eine vergrößerte Darstellung der Umlenkplatte;
3 einen Längsschnitt durch ein Gasventil mit einem Dämmkörper; und
4 eine vergrößerte Darstellung des den Dämmkörper aufweisenden Bereichs des in 3 dargestellten Gasventils.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Gasventil 10 dargestellt, das zum Einsatz bei einer Brennstoffzelle oder bei einem Gasmotor eines Kraftfahrzeuges ausgelegt ist und zur Regelung eines Wasserstoffstroms bzw. eines Erdgasstroms von einer Zuströmseite 11 zu einer Abströmseite 12 dient.
Das Gasventil 10 ist mit einem mehrteiligen Gehäuse 13 ausgelegt, in welchem eine Magnetspule 14 aufgenommen ist, die eine tief gezogene Führungshülse bzw. Sitzträgerhülse 15 umgreift. In der Führungshülse 15 ist ein im Wesentlichen rohrförmiger Stopfen 16 angeordnet, der einen Polkern bildet und in den eine als Vorspannfeder dienende Spiralfeder 17 eingeschoben ist, die auf einen Magnetanker 18 wirkt. Der Magnetanker 18 ist in der Führungshülse 15 axial verschiebbar geführt.
Der Magnetanker 18 hat einen im Wesentlichen rohrförmigen Aufbau und einen Innenraum 19, der mit der Zuströmseite 11 des Ventils 10 in Verbindung steht. Von dem Innenraum 19 zweigen radiale Abströmbohrungen 20A, 20B, 20C und eine axiale Abströmbohrung 21 ab. Die radialen Abströmbohrungen 20A, 20B, 20C führen zu einem Hochdruckraum 22, der im Wesentlichen von dem Magnetanker 18 und der Führungshülse 15 begrenzt ist. Die axiale Abströmbohrung 21 führt an die dem als Polkern dienenden Stopfen 16 abgewandte Stirnseite des Magnetankers 18.
Der Magnetanker 18 ist in seinem dem Stopfen 16 abgewandten Stirnbereich als Ventilschließglied 22 ausgebildet, das stirnseitig mit einem ringförmigen, aus einem Elastomer gebildeten Dichtelement 23 versehen ist, das mit einem Ventilsitz 24 zusammenwirkt, der an einer Sitzplatte ausgebildet ist, die Bestandteil eines topfförmigen Ventileinsatzes 26 ist.
In der Sitzplatte des Ventileinsatzes 26 sind entlang einer Kreislinie Abströmöffnungen bzw. Zumessbohrungen 27 ausgebildet, die mittels des Ventilschließglieds 22 verschließbar sind.
Stromab des Ventileinsatzes 26 ist in der Führungshülse 15 eine als Umlenkplatte dienende Funktionsplatte 28 angeordnet, die sich an einem stromabseitigen Ringbund 29 der Führungshülse 15 abstützt und so fixiert ist. Die in 2 vergrößert dargestellte Umlenkplatte weist lineare Kanäle 30 auf, de ren Achse gegenüber der Achse des Ventils um einen Winkel γ angestellt ist. Der Anstellwinkel γ bestimmt die mittels eines Pfeils X angedeutete Ausströmrichtung des Gases aus dem Ventil 10.
In den 3 und 4 ist ein Gasventil 40 dargestellt, das im Wesentlichen dem Gasventil nach den 1 und 2 entspricht, sich von diesem aber dadurch unterscheidet, dass es stromab des Ventileinsatzes 26 keine Umlenkplatte, sondern einen Dämmkörper 41 zur Reduzierung betriebsbedingter Geräusche des Ventils 40 aufweist. Im Übrigen entspricht der Aufbau des Gasventils 40 demjenigen des in 1 dargestellten Gasventils.
Der in 4 vergrößert dargestellte Dämmkörper 41, der nach dem Prinzip eines Absorptionsschalldämpfers wirkt, umfasst ein aus einem Gehäusetopf 42 und einem Gehäusedeckel 43 bestehendes Gehäuse, das sich zur Lagerung in der Führungshülse 15 an einem stromabseitigen Ringbund 29 der Führungshülse 15 abstützt. Der Gehäusedeckel 43 weist eine Perforierung 44 und der Boden des Gehäusetopfes 42 weist eine Perforierung 45 auf. In dem aus dem Gehäusetopf 42 und dem Gehäusedeckel 44 gebildeten Gehäuse ist Dämmwolle 46 angeordnet. Anstatt von Dämmwolle kann als Dämmstoff auch ein gasdurchlässiger Sinterkörper in dem perforierten Gehäuse eingelegt sein.

Claims

Ventil zum Steuern eines Fluids, insbesondere zum Steuern eines Gases, umfassend ein Ventilgehäuse (13) und eine Betätigungseinheit (14) für ein Ventilschließglied (22), das mit einem in einer Hülse (15) fixierten Ventilsitz (24) derart zusammenwirkt, dass ein Fluidstrom von einer Zuströmseite (11) zu einer Abströmseite (12) des Ventils steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Ventilsitzes (21) in der Hülse (15) mindestens eine Funktionsplatte (28, 41) angeordnet ist, die den Querschnitt der Hülse (15) ausfüllt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsplatte (41) ein Dämmkörper zur Reduzierung von betriebsbedingten Geräuschen des Ventils ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämmkörper (41) einen gasdurchlässigen Sinterkörper umfasst.
Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämmkörper ein perforiertes Gehäuse (42, 43) umfasst.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (42, 43) ein Dämmstoff (46) angeordnet ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämmkörper einen mindestens einlagig ausgebildeten Spritzgusskunststoffkörper mit einer Perforierung umfasst.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsplatte eine Umlenkplatte (28) ist.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkplatte (28) lineare Kanäle (30) aufweist, die gegenüber der Achse des Ventils angestellt sind.