DE102006040649A1 - Ventil zum Zuführen von gasförmigen Medien an eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Zuführen von gasförmigen Medien an eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Magnetanker (3), welcher ein Magnetschließglied (3a) umfasst, das Spritzlochöffnungen (5a) freigibt und verschließt, eine Führungshülse (4), eine Spule (15) und einen Magnettopf (2), wobei der Magnettopf (2) einen Zylinderbereich (2b) und einen Radialbereich (2a), welcher radial zu einer Axialrichtung (X-X) des Ventils angeordnet ist, umfasst, wobei der Magnetanker (3) in der Führungshülse (4) an einer ersten Magnetankerführung (3b) und einer zweiten Magnetankerführung (3c) geführt ist, wobei der Magnetanker (3) zwischen der ersten Magnetankerführung (3b) und der zweiten Magnetankerführung (3c) eine ringförmige Ausnehmung (3d) aufweist und wobei der Radialbereich (2a) des Magnettopfes (2) derart an der Außenseite der Führungshülse (4) angeordnet ist, dass er in Axialrichtung (X-X) des Ventils auf gleicher Höhe wie die ringförmige Ausnehmung (3d) des Magnetankers (3) angeordnet ist.
Description
- Stand der Technik
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Zuführen von gasförmigen Medien an eine Brennkraftmaschine.
- In jüngster Zeit werden für Brennkraftmaschinen neben flüssigen Kraftstoffen auch gasförmige Kraftstoffe verwendet. Hierbei werden üblicherweise die bekannten Einspritzventile für flüssige Medien einfach unverändert für den Einsatz von gasförmigen Medien verwendet. Derartige Einspritzventile für flüssige Medien genügen jedoch vielfach nicht den spezifischen Anforderungen für gasförmige Medien. Dies kann zu Problemen beim Betrieb führen und ferner auch den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine negativ beeinflussen. Auch ist beispielsweise bei der Verwendung von Magnetventilen für flüssige Medien als Einspritzventil bei gasförmigen Medien ein Magnetfluss nicht optimiert. Auch können insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Turbolader o.ä., welche saugrohrseitig einen relativ hohen Druck aufweisen, Dichtigkeitsprobleme auftreten.
- Aus der
DE 10 2004 048 603 A1 ist ein Ventil zum Zuführen von insbesondere gasförmigen Medien bekannt, welches eine Führungshülse für einen Magnetanker aufweist, bei der an einem Boden der Führungshülse ein Ventilsitz ausgebildet ist. Dadurch werden insbesondere Probleme gelöst, welche aufgrund der fehlenden Schmiereigenschaften der gasförmigen Medien im Vergleich zu flüssigen Medien auftreten. - Vorteile der Erfindung
- Ein erfindungsgemäßes Ventil zum Zuführen von gasförmigen Medien an eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit einen Fluss der magnetischen Feldlinien für eine Gasanwendung optimiert. Dadurch können die Kräfte am Magnetanker optimiert werden und insbesondere ein Schrägstellen des Magnetankers vermieden werden. Das erfindungsgemäße Ventil umfasst dabei einen besonders kostengünstig herstellbaren Magnettopf. Querkräfte auf dem Magnetanker werden erfindungsgemäß minimiert, was sich ferner positiv auf die dynamischen Eigenschaften des Ventils auswirkt. Die Magnetfeldlinien treten ringförmig aus dem Magnettopf genau zwischen einer ersten und einer zweiten Magnetankerführung an einer Ausnehmung in den Magnetanker ein. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Ventil einen Magnettopf mit einem Zylinderbereich und einem Radialbereich, welcher radial zu einer Längsrichtung des Ventils angeordnet ist, umfasst. Der Magnetanker ist in der Führungshülse an einer ersten und einer zweiten Magnetankerführung geführt, wobei der Magnetanker zwischen den beiden Magnetankerführungen eine ringförmige Ausnehmung aufweist. Der Radialbereich des Magnettopfs ist dabei derart an der Außenseite der Führungshülse angeordnet, dass er in Axialrichtung des Ventils auf gleicher Höhe wie die ringförmige Ausnehmung des Magnetankers angeordnet ist. Dadurch treten die Magnetfeldlinien genau zwischen erste und zweite Magnetankerführung in den Magnetanker ein.
- Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
- Vorzugsweise weist die ringförmige Ausnehmung des Magnetankers in Axialrichtung des Ventils eine Breite auf, welche größer ist als eine Dicke einer Wandstärke des Magnettopfes. Dadurch wird sichergestellt, dass der Radialbereich des Magnettopfes sicher im Bereich der ringförmigen Ausnehmung des Magnetankers liegt.
- Vorzugsweise ist die Breite der ringförmigen Ausnehmung des Magnetankers derart, dass sie größer ist als eine Breite der ersten Magnetankerführung und auch größer als eine Breite der zweiten Magnetankerführung. Hierdurch wird sichergestellt, dass unabhängig von der Stellung des Magnetankers der Radialbereich des Magnettopfes immer im Bereich der ringförmigen Ausnehmung des Magnetankers mündet.
- Weiter bevorzugt ist eine Dichtung des Ventils an der Führungshülse benachbart zum Radialbereich des Magnettopfes an der Außenseite des Magnettopfes angeordnet. Dadurch kann sicher verhindert werden, dass das gasförmige Medium sich zwischen der Führungshülse und dem Radialbereich des Magnetankers eindringt. Dies ist insbesondere bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen wichtig, da hierbei höhere Drücke im Saugrohr vorhanden sind. Bei den bekannten Einspritzventilen weist der Magnettopf zwei zylindrische Bereiche auf und die Dichtung dichtet an einer Außenseite des Magnettopfes ab. Dadurch kann gasförmiges Medium zwischen der Führungshülse und dem Magnettopf bei hohen Drücken in das Ventil eindringen. Bei der vorliegenden Erfindung kann der Dichtring direkt an der Führungshülse abdichten, so dass kein zusätzlicher Dichtring bzw. keine zusätzliche Dichtschweißung gegen ein Eindringen von gasförmigem Medium bei einem relativ hohen Gegendruck an der Saugrohrseite notwendig ist.
- Die Dichtung ist vorzugsweise zwischen dem Radialbereich des Magnettopfes und einem Ringelement angeordnet. Dadurch kann eine sichere Positionierung der Dichtung erfolgen. Das Ringelement kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein.
- Weiter bevorzugt dichtet das Dichtelement an einer radialen Außenseite an einem Saugrohr der Brennkraftmaschine ab. Somit ist das Dichtelement zwischen der Führungshülse und dem Saugrohr angeordnet.
- Das Dichtelement ist vorzugsweise ein O-Ring. Dadurch kann das Dichtelement besonders kostengünstig bereitgestellt werden.
- Weiter bevorzugt umfasst das Ventil ein Spritzlochelement, in welchem eine Vielzahl von Spritzlöchern gebildet ist. Die Verwendung eines Spritzlochelements ermöglicht es insbesondere, dass die Führungshülse sehr einfach, nämlich lediglich zylindrisch, hergestellt werden kann. Vorzugsweise ist das Spritzlochelement topfförmig ausgebildet, wobei die Spritzlochöffnungen im Bodenbereich des Spritzlochelements angeordnet sind.
- Besonders bevorzugt ist das topfförmige Spritzlochelement dabei derart im Ventil angeordnet, dass ein offenes Ende des topfförmigen Spritzlochelements vom Magnetanker abgewandt ist. Mit anderen Worten ist das offene Ende des Spritzlochelements in Richtung des Saugrohrs gerichtet.
- Um eine schnelle und einfache Befestigung des Spritzlochelements zu ermöglichen, ist das Spritzlochelement mittels einer Schweißverbindung an der Hülse fixiert.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung
- Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
-
1 ein schematische Schnittansicht eines Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem ein Magnetfluss vom Magnettopf zum Magnetanker dargestellt ist, und -
2 eine schematische Schnittansicht des in1 gezeigten Ventils im montierten Zustand. - Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
- Nachfolgend wird unter Bezugnahmen auf die
1 und2 ein Ventil1 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung im Detail beschrieben. - Die
1 und2 zeigen schematisiert ein elektromagnetisches Einblasventil, zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs in einen Saugrohrbereich einer Brennkraftmaschine. Aus Vereinfachungsgründen ist in den Figuren lediglich der vordere Teil des Einblasventils gezeigt. Das Einblasventil1 kann beispielsweise bei einer Brennstoffzelle oder einem Gasmotor eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. - Das Ventil
1 umfasst einen Magnettopf2 , welcher in seinem Inneren eine Magnetspule15 aufnimmt. Der Magnettopf2 weist einen Radialbereich2a und einen Zylinderbereich2b auf. Der Zylinderbereich2b geht an seinem zum Saugrohr gerichteten Ende in den Radialbereich2a über, welcher dabei nach Innen gerichtet ist. Der Magnettopf2 kann beispielsweise mittels Tiefziehen hergestellt werden. Der Radialbereich2a ist senkrecht zu einer Längsrichtung X-X des Ventils angeordnet. - Das Ventil
1 umfasst ferner eine zylindrische Führungshülse4 , in welcher ein Magnetanker3 und als Innenpol des Magnetkreises ein rohrförmiger Stopfen10 angeordnet sind. Der rohrförmige Stopfen10 dient insbesondere zur Aufnahme einer Druckfeder9 , welche sich mit einem Ende an einem inneren Absatz3e im Magnetanker3 abstützt. Im Magnetanker3 ist eine Durchgangsbohrung11 in gestufter Weise gebildet, welche einen inneren Druckbereich14 bereitstellt. Im Magnetanker3 sind ferner mehrere radiale Öffnungen12 gebildet, welche den inneren Druckbereich14 mit einem äußeren Druckbereich13 verbinden. Der Magnetanker3 weist ferner ein integral an seinem Ende gebildetes Magnetschließglied3a auf, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel ringförmig ist. Das Magnetschließglied3a verschließt bzw. gibt eine Vielzahl von Spritzlöchern5a in bekannter Weise frei. Die Spritzlöcher5a sind dabei in einem separaten Spritzlochelement5 gebildet, welches eine im Wesentlichen topfförmige Gestalt aufweist. Die Spritzlöcher5a sind dabei am Bodenbereich5b des Spritzlochelements5 gebildet. An dem zu den Spritzlöchern gerichteten Ende des Magnetankers3 ist ferner zum Verschließen der Spritzlöcher5a ein ringförmiges Dichtelement17 vorgesehen. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist der äußere Druckbereich13 dabei im Wesentlichen ringförmig gebildet. Unter Druck stehendes Gas wird, wie durch den Pfeil A angedeutet, durch den rohrförmigen Stopfen10 und den Magnetanker3 zugeführt. - Das Ventil
1 umfasst ferner eine Dichtung7 , welche beispielsweise als O-Ring ausgebildet ist. Die Dichtung7 ist dabei zwischen einem ringförmigen, aus Kunststoff oder Metall hergestellten Ringelement8 und dem Radialbereich2a des Magnettopfes2 angeordnet. Wie aus2 ersichtlich ist, weist das Dichtelement7 dabei einen inneren Dichtbereich7a zur Führungshülse4 und einen äußeren Dichtbereich7b zu einem Saugrohr16 auf. - Das Spritzlochelement
5 und die Führungshülse4 sind mittels einer Schweißverbindung6 miteinander verbunden. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist dabei das Spritzlochelement5 noch vollständig in der Führungshülse4 angeordnet. - Wie ferner aus
2 ersichtlich ist, weist der Radialbereich2a des Magnettopfes2 eine Wandstärke D auf. Ferner weist die ringförmige Ausnehmung3d an der Außenseite des Magnetankers3 eine Breite B1 auf. Die erste Magnetführung3b am Magnetanker3 weist eine Breite B2 auf und die zweite Magnetführung3c am Magnetanker3 weist eine Breite B3 auf. Dabei sind die Breiten B2 und B3 der ersten und zweiten Magnetführung3b ,3c gleich. Ferner ist die Breite B1 der ringförmigen Ausnehmung3d ungefähr doppelt so groß wie die Breiten B2 und B3 der beiden Magnetführungen3b ,3c . Auch ist die Wandstärke D des Magnettopfes2 deutlich kleiner als die Breite B1 der Ausnehmung3d . - Wie in
2 gezeigt, ist der Radialbereich2a in Längsrichtung X-X des Ventils1 derart angeordnet, dass er im Bereich der ringförmigen Ausnehmung3d des Magnetankers3 mündet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Magnetfeldlinie M, welche in1 eingezeichnet sind, genau zwischen der ersten Magnetführung3b und der zweiten Magnetführung3c in den Magnetanker3 eintreten. Hierdurch kann das dynamische Verhalten des Einblasventils verbessert werden. Da die Breite B1 der Ausnehmung3d sehr viel breiter ist als die Wandstärke D des Magnettopfes2 , wird unabhängig von einer geöffneten oder geschlossenen oder sonstigen Stellung des Ventils1 der Magnetfluss immer über die Ausnehmung3d zum Magnetanker3 verlaufen. - Die Funktion des erfindungsgemäßen Ventils für gasförmige Medien ist dabei wie folgt: Unter Druck stehendes Gas wird, wie durch den Pfeil A angedeutet, durch den rohrförmigen Stopfen
10 und den Magnetanker3 in den inneren Druckbereich14 zugeführt. Über die radialen Öffnungen12 gelangt das gasförmige Medium auch in den äußeren ringförmigen Druckbereich13 . Wenn ein Einblasen von gasförmigem Kraftstoff durchgeführt werden soll, wird die Magnetspule15 bestromt, so dass sich der Magnetanker3 entgegen der Federkraft der Druckfeder9 in Richtung der Magnetspule15 bewegt, um die Spritzlöcher5a im Spritzlochelement5 freizugeben. Der Magnetanker3 wird dabei durch die erste und zweite Magnetführung3b ,3c in der Führungshülse4 geführt. Wenn die Spritzlöcher5 freigegeben sind, kann somit Gas aus dem äußeren Druckbereich13 und über die mittlere Durchgangsbohrung aus dem inneren Druckbereich14 durch die Spritzlöcher5a in das Saugrohr16 strömen. Wenn das Einblasen von gasförmigem Kraftstoff beendet werden soll, wird die Bestromung aufgegeben, so dass der Magnetanker3 durch die vorgespannte Druckfeder9 wieder in die in2 gezeigte Ausgangsstellung zurückgestellt wird und die Spritzlöcher5a durch das ringförmige Dichtelement17 am Magnetschließglied3 wieder verschlossen werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung des Magnettopfes2 werden die magnetischen Feldlinien M für das Gasventil optimiert. Dadurch können die auf dem Magnetanker3 wirkenden magnetischen Kräfte optimiert werden. - Ferner weist das erfindungsgemäße Gasventil
1 den Vorteil auf, dass die Dichtung7 an der Außenseite der Führungshülse4 und dem Saugrohr16 abdichtet. Dadurch kann eine sichere Abdichtung des Ventils1 ermöglicht werden, insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine aufgeladen ist und ein höherer Druck im Saugrohr16 herrscht. Dadurch wird insbesondere verhindert, dass unter Druck stehendes aus dem Saugrohr zwischen den Magnettopf2 und die Führungshülse4 kommt.
Claims (11)
- Ventil zum Zuführen von gasförmigen Medien an eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Magnetanker (
3 ), welcher ein Magnetschließglied (3a ) umfasst, das Spritzlochöffnungen (5a ) freigibt und verschließt, eine Führungshülse (4 ), eine Spule (15 ) und einen Magnettopf (2 ), wobei der Magnettopf (2 ) einen Zylinderbereich (2b ) und einen Radialbereich (2a ), welcher radial zu einer Axialrichtung (X-X) des Ventils angeordnet ist, umfasst, wobei der Magnetanker (3 ) in der Führungshülse (4 ) an einer ersten Magnetankerführung (3b ) und einer zweiten Magnetankerführung (3c ) geführt ist, wobei der Magnetanker (3 ) zwischen der ersten Magnetankerführung (3b ) und der zweiten Magnetankerführung (3c ) eine ringförmige Ausnehmung (3d ) aufweist, und wobei der Radialbereich (2a ) des Magnettopfes (2 ) derart an der Außenseite der Führungshülse (4 ) angeordnet ist, dass er in Axialrichtung (X-X) des Ventils auf gleicher Höhe wie die ringförmige Ausnehmung (3d ) des Magnetankers (3 ) angeordnet ist. - Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Ausnehmung (
3d ) des Magnetankers (3 ) in Axialrichtung (X-X) des Ventils eine Breite (B1) aufweist, welche größer ist als eine Wandstärke (D) des Radialbereichs (2a ) des Magnettopfes. - Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B1) der ringförmigen Ausnehmung (
3d ) des Magnetankers (3 ) in Axialrichtung (X-X) des Ventils größer ist als eine Breite (B2) der ersten Magnetführung (3b ) und größer ist als eine Breite (B3) der zweiten Magnetführung (3c ). - Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (
7 ) an der Führungshülse (4 ) benachbart zum Radialbereich (2a ) des Magnettopfes (2 ) angeordnet ist. - Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (
7 ) zwischen dem Radialbereich (2a ) des Magnettopfes (2 ) und einem Ringelement (8 ) angeordnet ist. - Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
7 ) einen äußeren Dichtbereich (7b ) aufweist, mit welchem das Dichtelement an einem Saugrohr (16 ) der Brennkraftmaschine abdichtet. - Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
7 ) ein O-Ring ist. - Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Spritzlochelement (
5 ), in welchem eine Vielzahl von Spritzlöchern (5a ) gebildet ist. - Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzlochelement (
5 ) topfförmig ausgebildet ist, wobei die Spritzlochöffnungen (5a ) in einem Bodenbereich (5b ) des Spritzlochelements (5 ) angeordnet sind. - Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das topfförmige Spritzlochelement (
5 ) derart im Ventil angeordnet ist, dass ein offenes Ende (5c ) des topfförmigen Spritzlochelements (5 ) von dem Magnetanker (3 ) abgewandt ist. - Ventil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzlochelement (
5 ) mittels einer Schweißverbindung (6 ) an der Führungshülse (4 ) fixiert ist.
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