DE102006006885A1 - Injection valve module, for e.g. gas combustion engine of motor vehicle, has bar that is arranged in flow direction offset to valve seat surface of valve seat body where valve seat surface faces valve closing unit - Google Patents

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Abstract

The module has a valve case (7), where a valve anchor (9) with a valve closing unit (11) for adjusting a fluid stream between an inflow side and a discharge side is movably guided with a valve seat in the valve case. A bar (25) is formed between passage openings of the valve seat and is arranged in a flow direction offset to a valve seat surface (16) of a valve seat body, where the valve seat surface faces the valve closing unit.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung betrifft ein Ventilmodul zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien an eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The The invention relates to a valve module for supplying in particular gaseous media to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 closer defined type.

Ein derartiges Ventil ist beispielsweise in der DE 103 19 920 A1 beschrieben, wobei das darin offenbarte elektromagnetisch betätigbare Ventil ein Ventilschließglied umfasst, welches einen Fluidstrom von einer Zuströmseite zu einer Abströmseite steuert und mit einem als Flachsitz ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt, welcher an einer Ventilplatte ausgebildet ist.Such a valve is for example in the DE 103 19 920 A1 described, wherein the electromagnetically operable valve disclosed therein comprises a valve closure member which controls a fluid flow from an inlet side to an outflow side and cooperates with a formed as a flat seat valve seat, which is formed on a valve plate.

Um die Dichtigkeit im Bereich des Ventilsitzes zu erhöhen, umfasst das Ventil ein Dichtelement, welches an der Stirnseite des Ventilschließgliedes angeordnet ist und eine oder auch mehrere Dichtlippen aufweist.Around to increase the tightness in the region of the valve seat includes the valve is a sealing element, which is arranged on the end face of the valve closing member is and has one or more sealing lips.

Solche bekannten Einspritzventile bzw. Einblasventile, welche zum Einsatz insbesondere bei gasförmigen Medien vorgesehen sind, sind bezüglich ihres Aufbaus und der Funktion im Wesentlichen von den für flüssige Medien gebräuchlichen Einspritzventilen abgeleitet, weshalb sie die spezifischen Anforderungen, die gasförmige Medien an Ventile stellen, gegebenenfalls nicht vollständig erfüllen. So sind an einen Gasverbrennungsmotor bzw. an eine Brennstoffzelle üblicherweise weitaus größere Fluidmengen zu fördern als an einen mit Flüssigbrennstoff betriebenen Verbrennungsmotor, weshalb der Ventilquerschnitt und der Ankerhub entsprechend zu dimensionieren sind.Such known injection valves or injection valves, which are used especially with gaseous Are provided with respect to their media Construction and the function of essentially for liquid media common Derived injection valves, which is why they meet the specific requirements, the gaseous Do not supply media to valves. So are usually to a gas combustion engine or to a fuel cell much larger amounts of fluid to promote as one with liquid fuel operated internal combustion engine, which is why the valve cross section and the armature stroke are to be dimensioned accordingly.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien an eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem der maximale Fluidstrom durch das Ventil bei gleich bleibendem Bauraum vergrößert ist bzw. bei welchem bei verringertem Ventilankerhub ein gleich bleibender Fluidstrom erreicht wird.It Object of the present invention, a valve for supplying in particular gaseous media to provide an internal combustion engine of the type mentioned, in which the maximum fluid flow through the valve at the same remaining space is increased or at which at a reduced Ventilankerhub a constant Fluid flow is achieved.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Die erfindungsgemäße Lösung sieht ein Ventilmodul zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien an eine Brennkraftmaschine vor, mit einer Ventilhülse, in der ein Ventilanker mit einem Ventilschließglied zur Einstellung eines Fluidstroms zwischen einer Zuströmseite und einer Abströmseite gegenüber einem fest in der Ventilhülse angeordneten Ventilsitzkörper mit einem Ventilsitz axial beweglich geführt ist, wobei zwischen wenigstens einer Durchtrittsöffnung des Ventilsitzes wenigstens ein Steg ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist dabei der wenigstens eine Steg in Strömungsrichtung versetzt zu einer dem Ventilschließglied zugewandten Ventilsitzfläche des Ventilsitzkörpers angeordnet.The sees solution according to the invention a valve module for feeding in particular gaseous media to an internal combustion engine before, with a valve sleeve, in a valve anchor with a valve closure member for adjusting a Fluid flow between an inflow side and a downstream side across from one firmly in the valve sleeve arranged valve seat body is guided axially movable with a valve seat, wherein between at least a passage opening the valve seat is formed at least one web. According to the invention is the at least one web in the flow direction offset to a valve closing member facing the valve seat surface of the The valve seat body arranged.

Durch die Versetzung der Stege in Strömungsrichtung wird die Durchströmungsfläche des Ventils in vorteilhafter Weise vergrößert, wodurch bei unverändertem Ventilankerhub die maximal durch das Ventil fließende Gasmenge erhöht wird. Andererseits kann bei dem erfindungsgemäß gestalteten Ventilmodul der Ventilankerhub gegenüber einer unveränderten Ausgestaltung des Ventilsitzes bei gleich bleibendem maximalen Fluidstrom deutlich reduziert werden, so dass in vorteilhafter Weise die Magnetkraft erhöht und die Funktionsstabilität verbessert wird.By the displacement of the webs in the flow direction becomes the flow area of the valve advantageously increased, thereby with unchanged Ventilankerhub the maximum amount of gas flowing through the valve is increased. On the other hand, in the inventively designed valve module of Ventilankerhub opposite an unchanged one Design of the valve seat with the same maximum fluid flow be significantly reduced, so that advantageously the magnetic force elevated and the functional stability is improved.

Eine hinsichtlich der Stabilität und des Fluiddurchflusses optimierte Ausbildung der Erfindung kann dadurch erreicht werden, dass zu einem Durchtritt des Fluidstroms von der Zuströmseite zu der Abströmseite wenigstens annähernd nierenförmige Durchtrittsöffnungen ausgebildet sind, welche gleichmäßig auf einer radialen Bahn um den axialen Mittelpunkt des Ventilsitzes verteilt angeordnet sind.A in terms of stability and the fluid flow optimized embodiment of the invention can be achieved by that to a passage of the fluid flow from the inflow side to the downstream side at least approximately kidney-shaped passages are formed, which evenly on a radial path around the axial center of the valve seat are arranged distributed.

Wenn die Durchtrittsöffnungen und die Stege einen 360°-Kreisringkanal bilden, kann eine in besonderer Weise vorteilhafte Vergrößerung der Durchströmfläche erreicht werden und bei einer unveränderten Größe der Stege das Durchströmvolumen vergrößert werden.If the passages and the webs a 360 ° -Kreisringkanal can form a particularly advantageous enlargement of the Flow area achieved and at an unchanged Size of the webs the flow volume can be increased.

Wird ein Übergang zwischen der Ventilsitzfläche und der wenigstens einen Durchtrittsöffnung gerundet ausgebildet, so wird ein aus strömungsmechanischer Sicht optimierter Fluidstrom erzielt.Becomes a transition between the valve seat surface and the at least one passage opening is rounded, this is how a fluid mechanic becomes View optimized fluid flow achieved.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further Advantages and advantageous embodiments of the subject to The invention are the description, the drawings and the claims removed.

Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ventilmoduls sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenTwo embodiments a valve module according to the invention are shown schematically in the drawing and simplified explained in more detail in the following description. Show it

1 eine schematische Draufsicht auf einen Ventilsitzkörper eines erfindungsgemäßen Ventilmoduls in Alleinstellung; 1 a schematic plan view of a valve seat body of a valve module according to the invention in isolation;

2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Ventilmodul, wobei der Ventilsitzkörper gemäß 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in 1 gezeigt ist; 2 a longitudinal section through an inventively designed valve module, wherein the valve seat body according to 1 in a sectional view along the line BB in 1 is shown;

3 eine vereinfachte dreidimensionale Darstellung des Ventilsitzkörpers der 1 in Alleinstellung; 3 a simplified three-dimensional Representation of the valve seat body of 1 in isolation;

4 eine vereinfachte Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers, welcher Bestandteil eines erfindungsgemäßen Ventilmoduls ist; 4 a simplified plan view of a second embodiment of a valve seat body, which is part of a valve module according to the invention;

5 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Ventilmoduls, welche im Wesentlichen der Ausführung nach 2 entspricht und hinsichtlich des Ventilsitzkörpers gemäß 4 modifiziert ist, wobei der Ventilsitzkörper in einer Schnittdarstellung entlang der Linie B-B der 4 gezeigt ist; und 5 a simplified longitudinal section through a second embodiment of a valve module according to the invention, which essentially according to the embodiment 2 corresponds and in terms of the valve seat body according to 4 is modified, wherein the valve seat body in a sectional view along the line BB of 4 is shown; and

6 eine dreidimensionale Prinzipskizze des Ventilsitzkörpers der 4 in Alleinstellung. 6 a three-dimensional schematic diagram of the valve seat body of 4 in isolation.

Die Figuren der Zeichnung zeigen jeweils Module oder Baukörper eines Einblasventils 1, welches zum Einsatz bei einer Brennstoffzelle oder bei einem Gasverbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges ausgelegt ist und zur Regelung eines Fluidstroms von einer Zuströmseite 3 zu einer Abströmseite 5 dient.The figures of the drawing each show modules or building a Einblasventils 1 , which is designed for use in a fuel cell or in a gas combustion engine of a motor vehicle and for controlling a fluid flow from an inflow side 3 to a downstream side 5 serves.

Das Gaseinblasventil kann in an sich bekannter Bauweise mit einem mehrteiligen Gehäuse ausgebildet sein, in welchem eine nicht näher dargestellte elektromagnetische Betätigungseinheit mit einer Magnetspule angeordnet ist, welche das dargestellte Ventilmodul 1 umgibt.The gas injection valve may be formed in a conventional construction with a multi-part housing in which an electromagnetic actuator unit, not shown, is arranged with a magnetic coil, which the valve module shown 1 surrounds.

Das Ventilmodul 1 umfasst bei beiden gezeigten Ausführungen eine Ventilhülse 7, welche durch Tiefziehen oder eine andere Umformtechnik hergestellt sein kann und aus einem nichtmagnetischen Werkstoff gebildet ist. In der Ventilhülse 7 ist axial verschiebbar ein weichmagnetischer Ventilanker 9 gelagert, welcher ein Ventilschließglied 11 aufweist, welches zum Zusammenwirken mit einem Ventilsitz 13 bzw. 13' eines Ventilsitzkörpers 15 bzw. 15' ausgebildet ist.The valve module 1 includes in both embodiments shown a valve sleeve 7 , which may be made by deep drawing or other forming technique and is formed of a non-magnetic material. In the valve sleeve 7 is axially displaceable a soft magnetic valve anchor 9 stored, which is a valve closure member 11 which, for cooperation with a valve seat 13 respectively. 13 ' a valve seat body 15 respectively. 15 ' is trained.

Der Ventilsitz 13 bzw. 13', welcher als Stanzprägeteil oder als Spritzteil, vorzugsweise als Metallpulverspritzgussteil durch ein MIM(Metal Injection Moulding)-Verfahren hergestellt werden kann, ist bei den gezeigten Ausführungen an dem in die Ventilhülse 7 eingesetzten und daran beispielsweise durch Verschweißung befestigten Ventilsitzkörper 15 bzw. 15' ausgebildet, welcher selbst hülsenartig mit einem den Ventilsitz 13, 13' bildenden Boden ausgebildet ist, wobei im Bereich des Ventilsitzes 13, 13' mehrere Durchtrittsöffnungen 17 bzw. 17' spritzlochscheibenartig angeordnet sind. Alternativ kann der Ventilsitzkörper auch scheibenartig mit den Durchtrittsöffnungen ausgebildet sein.The valve seat 13 respectively. 13 ' , which can be produced as a stamped stamped part or as a molded part, preferably as a metal powder injection molded part by a MIM (Metal Injection Molding) method, in the embodiments shown in the valve sleeve 7 used and attached thereto, for example, by welding valve seat body 15 respectively. 15 ' formed, which itself sleeve-like with a valve seat 13 . 13 ' forming bottom is formed, wherein in the region of the valve seat 13 . 13 ' several passages 17 respectively. 17 ' are arranged perforated disc. Alternatively, the valve seat body may also be formed like a disk with the passage openings.

In aktivem offenen Zustand des Gaseinblasventils, wie er in den 2 und 5 dargestellt ist und in welchem der magnetische Ventilanker 9 mit dem Ventilschließglied 11 durch die elektromagnetischen Betätigungseinheit von dem Ventilsitz 13 bzw. 13' abhebt, kann das gasförmige Medium von der Zuströmseite 3 durch die Durchtrittsöffnungen 17, 17' und von dort in Richtung der Abströmseite 5 strömen und an den Verbrennungsraum freigegeben werden.In the active open state of the gas injection valve, as in the 2 and 5 is shown and in which the magnetic valve armature 9 with the valve closing member 11 by the electromagnetic actuator from the valve seat 13 respectively. 13 ' lifts off, the gaseous medium from the upstream side 3 through the passages 17 . 17 ' and from there in the direction of the downstream side 5 flow and released to the combustion chamber.

Ohne einen elektromagnetischen Einfluss nimmt das Ventilmodul 1 einen nichtaktiven geschlossenen Zustand ein, bei welchem das Ventilschließglied 11 zusammen mit dem Ventilsitz 13 bzw. 13' und einer Dichteinrichtung 21 einen Mediumfluss von der Zuströmseite 3 zur Abströmseite 5 verhindert, wobei das an dem Ventilanker 9 ausgebildete Ventilschließglied 11 durch die Kraft einer nicht näher dargestellten Rückstellfeder in Schließstellung gehalten wird.Without an electromagnetic influence takes the valve module 1 a non-active closed state in which the valve closing member 11 together with the valve seat 13 respectively. 13 ' and a sealing device 21 a medium flow from the inflow side 3 to the downstream side 5 prevented, which at the valve anchor 9 trained valve closure member 11 is held in the closed position by the force of a return spring, not shown.

In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 sind die den Fluidstrom ermöglichenden Durchtrittsöffnungen 17, wie in 1 ersichtlich ist, als vier gleichartige nierenförmig ausgebildete Bohrungen 17 realisiert, welche auf einem Radius gleichmäßig um eine Mittelachse des Ventilsitzes 13 angeordnet sind. Jeweils zwischen den Durchtrittsöffnungen 17 sind vier Stege 25 ausgebildet, welche in Strömungsrichtung versetzt zu einer dem Ventilschließglied 11 zugewandten Ventilsitzfläche 16 des Ventilsitzkörpers 15 angeordnet sind.In a first embodiment according to the 1 to 3 are the passage openings enabling the fluid flow 17 , as in 1 it can be seen as four similar kidney-shaped holes 17 realized, which on a radius evenly about a central axis of the valve seat 13 are arranged. In each case between the passage openings 17 are four bridges 25 formed, which in the flow direction offset to a valve closing member 11 facing valve seat surface 16 of the valve seat body 15 are arranged.

Experimentelle Messungen haben gezeigt, dass durch diese Maßnahme eine um ca. 25% gegenüber einer Lösung mit nicht verlegten Stegen vergrößerte Durchströmungsfläche erreicht wird und somit der Fluidstrom in gleichem Maße bei unveränderter Baugröße des Ventilmoduls vergrößert wird.experimental Measurements have shown that this measure increases by about 25% compared to a solution achieved with non-laid webs enlarged flow area and thus the fluid flow to the same extent unchanged Size of the valve module is enlarged.

Durch eine solche Versetzung der Stege 25 wird ein in den 1 und 3 ersichtlicher Kanal 27 gebildet, welcher auf einer radialen Bahn um den Mittelpunkt des Ventilsitzes 13 verläuft und die Durchströmungsfläche zu einer 360°-Kreisringfläche vergrößert.By such a transfer of the webs 25 will be one in the 1 and 3 apparent channel 27 formed, which on a radial path around the center of the valve seat 13 runs and increases the flow area to a 360 ° -Kreisringfläche.

In den 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Übergang zwischen der Ventilsitzfläche 16 und den Durchtrittsöffnungen 17 gerundet ausgebildet ist. Durch einen solchen Übergang kann eine Ablösung des Fluidstroms bei geöffnetem Ventil vermieden und somit das Durchströmvolumen vergrößert werden.In the 2 and 3 it can be seen that the transition between the valve seat surface 16 and the passages 17 rounded is formed. By such a transition, a separation of the fluid flow can be avoided with the valve open and thus the flow volume can be increased.

Die 4 bis 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welchem gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel die Anzahl der Stege 25' und der Durchtrittsöffnungen 17' auf drei reduziert ist und die Stege 25' in Strömungsrichtung tiefer in den Ventilsitzkörper 15' verlegt sind.The 4 to 6 show a second embodiment, in which compared to the first embodiment, the number of webs 25 ' and the passages 17 ' is reduced to three and the webs 25 ' in the flow direction deeper into the valve seat body 15 ' are laid.

Auch bei dieser Ausgestaltung wird die Durchströmungsfläche für das Fluid und somit die Effizienz des Ventilmoduls 1 auf einfache Weise signifikant gesteigert.Also in this embodiment, the flow area for the fluid and thus the efficiency of the valve module 1 increased significantly in a simple way.

Claims (5)

Ventilmodul zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien an eine Brennkraftmaschine, mit einer Ventilhülse (7), in der ein Ventilanker (9) mit einem Ventilschließglied (11) zur Einstellung eines Fluidstroms zwischen einer Zuströmseite (3) und einer Abströmseite (5) gegenüber einem fest in der Ventilhülse (7) angeordneten Ventilsitzkörper (15, 15') mit einem Ventilsitz (13, 13') axial beweglich geführt ist, wobei zwischen wenigstens einer Durchtrittsöffnung (17, 17') des Ventilsitzes (13, 13') wenigstens ein Steg (25, 25') ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Steg (25, 25') in Strömungsrichtung versetzt zu einer dem Ventilschließglied (11) zugewandten Ventilsitzfläche (16) des Ventilsitzkörpers (15, 15') angeordnet ist.Valve module for supplying in particular gaseous media to an internal combustion engine, with a valve sleeve ( 7 ), in which a valve anchor ( 9 ) with a valve closure member ( 11 ) for adjusting a fluid flow between an inflow side ( 3 ) and a downstream side ( 5 ) against a fixed in the valve sleeve ( 7 ) arranged valve seat body ( 15 . 15 ' ) with a valve seat ( 13 . 13 ' ) is guided axially movable, wherein between at least one passage opening ( 17 . 17 ' ) of the valve seat ( 13 . 13 ' ) at least one bridge ( 25 . 25 ' ), characterized in that the at least one web ( 25 . 25 ' ) offset in the flow direction to a valve closure member ( 11 ) facing valve seat surface ( 16 ) of the valve seat body ( 15 . 15 ' ) is arranged. Ventilmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Durchtrittsöffnungen (17, 17') gleichmäßig verteilt auf einer um einen Mittelpunkt des Ventilsitzes (13, 13') verlaufenden Kreisbahn angeordnet sind.Valve module according to claim 1, characterized in that a plurality of passage openings ( 17 . 17 ' ) evenly distributed on one about a center of the valve seat ( 13 . 13 ' ) extending circular path are arranged. Ventilmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchtrittsöffnung (17) für den Fluidstrom wenigstens annähernd nierenförmig ausgebildet ist.Valve module according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one passage opening ( 17 ) is at least approximately kidney-shaped for the fluid flow. Ventilmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (17, 17') und die Stege (25, 25') einen 360°-Kreisringkanal (27) bilden.Valve module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the passage openings ( 17 . 17 ' ) and the webs ( 25 . 25 ' ) a 360 ° circular ring channel ( 27 ) form. Ventilmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang zwischen der Ventilsitzfläche (16) und der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (17, 17') gerundet ausgebildet ist.Valve module according to one of claims 1 to 4, characterized in that a transition between the valve seat surface ( 16 ) and the at least one passage opening ( 17 . 17 ' ) is rounded.
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