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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gaseinblasventil, insbesondere
zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum
eines Fahrzeugs.
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Einspritzventile
zur Einspritzung von fluidischen Kraftstoffen sind aus dem Stand
der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise
zeigt die
DE 102004048602
A1 ein Gaseinblasventil mit einem elektromagnetischen Betätigungselement,
um eine Durchtrittsöffnung an einem Ventilsitz mittels
eines Ventilschließglieds freizugeben bzw. zu verschließen.
Dabei ist zur Abdichtung am Ventilsitz eine Elastomerdichtung vorgesehen. Bei
der Verwendung von gasförmigen Medien tritt jedoch bei
Temperaturen unter 0°C das Problem hoher Haftkräfte
auf. Dies ist einerseits durch das Fehlen eines Schmiermittels bedingt
und andererseits durch die Verwendung der Elastomerdichtung, wobei
eine große Kontaktfläche zwischen der Elastomerdichtung
und dem Ventilschließglied auftritt. Von daher ist beim
erstmaligen Öffnen eine erhöhte Öffnungskraft bereitzustellen,
was jedoch zu einem erhöhten Bauvolumen führt.
Auch wurde festgestellt, dass sich aufgrund des gasförmigen
Mediums, insbesondere bei relativ hohen Einblasdrücken,
Dichtigkeitsprobleme, insbesondere bei dem Einsatz einer Stahl/Stahl-Paarung
ergeben können.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Gaseinblasventil zum Einblasen
eines gasförmigen Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs
1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es einen sehr
einfachen Aufbau aufweist und eine besonders kostengünstige
Herstellung möglich ist. Darüber hinaus weist
das erfindungsgemäße Gaseinblasventil eine sehr
gute Dichtheit auf und benötigt auch bei tiefen Temperaturen nahe
oder deutlich unter dem Gefrierpunkt nur geringe Öffnungskräfte.
Dadurch kann das Gaseinblasventil eine verbesserte Kaltstartfähigkeit
bereitstellen. Auch kann dadurch ein kleiner, nur einen geringen
Bauraum einnehmender, Aufbau realisiert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass das Gaseinblasventil einen Ventilsitz mit einem Dichtbereich
aus Kunststoffumfasst. Ein Ventilschließglied dichtet dabei
unmittelbar am Kunststoffdichtbereich ab. Die Verwendung des Kunststoffdichtbereichs
ermöglicht ferner eine Reduzierung der Kontaktfläche
zwischen dem Ventildichtsitz und dem Ventilschließglied,
was zu reduzierten Öffnungskräften am Ventil führt.
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Die
Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
ist der Ventildichtsitz vollständig aus Kunststoffhergestellt.
Dadurch kann der Ventildichtsitz sehr kostengünstig und
einfach bereitgestellt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Kunststoffein Thermoplast
verwendet. Vorzugsweise wird ein Thermoplast dabei mit Füllstoffen
versetzt werden, um eine erhöhte Festigkeit oder andere
gewünschte Eigenschaften aufzuweisen. Als Thermoplast kann
beispielsweise PEEK oder PE verwendet werden, gegebenenfalls mit
Füllstoffen wie z. B. Kohlenstoff, Glasfasern oder Aramidfasern.
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Vorzugsweise
ist der Dichtbereich aus Kunststoff in einem Basisbereich des Ventildichtsitzes
fixiert. Der Basisbereich kann dabei aus einem Metall hergestellt
werden, so dass der Ventildichtsitz aus einem Metall- und Kunststoffverbund
hergestellt ist. Weiter bevorzugt kann zwischen dem Kunststoffdichtbereich
und dem Basisbereich eine Zusatzdichtung, insbesondere eine Flachdichtung
oder ein O-Dichtring, angeordnet sein. Die Zusatzdichtung ist vorzugsweise
ein Elastomer und dient lediglich zur Abdichtung zwischen den beiden
Materialien des Ventildichtsitzes.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst
der Dichtbereich einen vorstehenden Bereich, um am Basisbereich
des Ventildichtsitzes fixiert zu sein. Besonders bevorzugt ist dabei
zur Befestigung des Kunststoffdichtbereichs im Basisbereich eine
Durchgangsöffnung vorgesehen, durch welche der Kunststoffdichtbereich
hindurchgeführt ist. Zur Fixierung am Basisbereich kann
der Kunststoffdichtbereich dabei eine Hinterschneidung aufweisen.
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Vorzugsweise
weist der Dichtbereich in Richtung des Ventilschließglieds
eine konvexe Form auf. Die konvexe Form ist vorzugsweise eine Kugelabschnittsform
oder eine Halbkugelform oder eine pyramidenartige Form.
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Weiter
bevorzugt ist das Ventilschließglied ein Magnetanker für
ein Gaseinblasventil eines Fahrzeugs, um ein gasförmiges
Medium, z. B. Erdgas, in einen Brennraum oder ein Saugrohr einzublasen.
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Um
eine besonders einfache und kostengünstige Herstellbarkeit
herzustellen, sind am Ventilschließglied integral Dichtlippen
gebildet.
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Weiter
bevorzugt ist der Magnetanker komplett oder teilweise gehärtet.
Die teilweise Härtung kann beispielsweise durch eine Randschichthärtung ausgeführt
sein. Dadurch weist der Magnetanker verbesserte Verschleißeigenschaften
auf.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung in Detail beschrieben.
In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Gaseinblasventils gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine
schematische Schnittansicht eines Gaseinblasventils gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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3 eine
schematische Schnittansicht eines Gaseinblasventils gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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4 eine
schematische Schnittansicht eines Gaseinblasventils gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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5 eine
schematische Schnittansicht eines Gaseinblasventils gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
und
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6 eine
schematische Schnittansicht eines Gaseinblasventils gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 ein Gaseinblasventil 1 gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Das
in 1 gezeigte Gaseinblasventil 1 ist ein
Magnetventil, welches zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs,
z. B. Erdgas, in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet
wird. Das Gaseinblasventil 1 umfasst ein Ventilschließglied 2,
welches mit einem nicht gezeigten Magnetanker verbunden ist. Es
sei angemerkt, dass das Ventilschließglied 2 selbst
auch unmittelbar als Magnetanker ausgeführt sein kann,
um insbesondere in Axialrichtung X-X eine geringe Bauhöhe
zu erreichen. Das Gaseinblasventil 1 umfasst ferner einen
Ventildichtsitz 3. Der Ventildichtsitz 3 ist um
einen Durchlass 6 herum angeordnet und arbeitet mit dem
Ventilschließglied 2 zusammen, um den Durchlass 6 in
bekannter Weise freizugeben bzw. zu verschließen. Wie aus 1 ersichtlich
ist, umfasst der Ventildichtsitz 3 einen Kunststoffdichtbereich 4 und
einen Basisbereich 5. Der Basisbereich 5 ist aus
einem Metall, insbesondere einem Stahl, hergestellt. Der Kunststoffdichtbereich 4 ist
ein Dichtbereich, welcher vollständig aus Kunststoff hergestellt
ist. Als Kunststoff wird dabei ein Thermoplast verwendet. Der Kunststoffdichtbereich 4 ist ein
umlaufender Ring, welcher beispielsweise mittels Kleben am Basisbereich 5 befestigt
ist. Der Kunststoffdichtbereich 4 steht dabei etwas über
den Basisbereich 5 in Richtung zum Ventilschließglied 2 vor, wobei
im Basisbereich 5 eine ringförmige Ausnehmung
entsprechend den Abmessungen des Kunststoffdichtbereichs 4 gebildet
ist, um den Kunststoffdichtbereich 4 teilweise im Basisbereich 5 aufzunehmen.
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Am
Ventilschließglied 2 ist eine ringförmig umlaufende
Dichtlippe 2a ausgebildet, welche in Richtung des Ventildichtsitzes 3 vorsteht.
Die Dichtlippe 2a verjüngt sich in Richtung des
Ventildichtsitzes 3, so dass im geschlossenen Zustand des
Ventils eine kleine Kontaktfläche zwischen der Dichtlippe 2a und
dem Kunststoffdichtbereich 4 vorhanden ist. Dadurch werden
die Öffnungskräfte zum Öffnen des Ventils
gering gehalten. Dadurch wird ferner auch nur eine minimale Variation
des ersten Öffnungsimpulses des Ventils im Vergleich zu
den nachfolgenden Öffnungsimpulsen erreicht. Somit weist
das erfindungsgemäße Gaseinblasventil 1 eine
exzellente Kaltstartfähigkeit auf, wobei ferner auch die
auftretenden Abgase positiv beeinflusst werden können.
Das erfindungsgemäße Gaseinblasventil 1 ist
dabei ferner sehr einfach herzustellen und einfach und sicher zu montieren.
Dabei kann die erforderliche Dichtheit bei Verwendung eines gasförmigen
Mediums hergestellt werden.
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Es
sei angemerkt, dass der Kunststoffdichtbereich 4 zusätzlich
noch seitlich über O-Ringe oder mittels einer Flachdichtung
gelagert werden kann. Die O-Ringe bzw. die Flachdichtung sind dabei
aus einem Elastomer hergestellt, so dass eine gewisse elastische
Lagerung des Kunststoffdichtbereichs 4 ermöglicht
wird.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 2 ein Gaseinblasventil 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den
gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
bezeichnet.
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Wie
in 2 gezeigt, unterscheidet sich das Gaseinblasventil 1 des
zweiten Ausführungsbeispiels dadurch, dass im Ventildichtsitz 5 mehrere
Durchgangsöffnungen 5a gebildet sind. Der Kunststoffdichtbereich 4 weist
dabei eine Dichtfläche 4a, einen Verbindungsabschnitt 4b und
einen Fixierabschnitt 4c auf. Der Fixierabschnitt 4c bildet
dabei eine Hinterschneidung und hält den Kunststoffdichtbereich 4 am
Basisbereich 5. Jeweils ein Verbindungsabschnitt 4b ist
dabei in einer Durchgangsöffnung 5a angeordnet.
Dabei entspricht die Anzahl der Verbindungsabschnitte 4b der
Anzahl der Durchgangsöffnungen 5a. Beispielsweise
sind um den Durchlass 6 herum vier oder sechs Durchlassöffnungen 5a gebildet.
Es kann aber auch eine ringförmige Durchlassöffnung 5a vorgesehen
sein. Die Dichtfläche 4a ist dabei wieder ringförmig
ausgebildet und dichtet an den Dichtlippen 2a des Ventilschließglieds 2 ab.
Ferner ist an den Fixierabschnitten 4c jeweils noch eine
Zusatzdichtung 7 angeordnet. Die Zusatzdichtung 7 ist
eine Elastomerdichtung, welche eine Abdichtung zwischen dem Fixierabschnitt 4c und
der Durchgangsöffnung 5a im Basisbereich 5 bereitstellt.
Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten
Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung
verwiesen werden kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 3 ein Gaseinblasventil 1 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den
gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
bezeichnet.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, ist der Kunststoffdichtbereich 4 des
dritten Ausführungsbeispiels derart ausgebildet, dass er
eine Dichtfläche 4a und einen unmittelbar daran
angrenzenden Fixierabschnitt 4d umfasst. Der Fixierabschnitt 4d ist
dabei in einer Hinterschneidung im Basisbereich 5 angeordnet.
Dadurch ist eine einfachere Fixierung des Kunststoffdichtbereichs 4 im
Basisbereich 5 möglich. Da insbesondere eine formschlüssige
Verbindung zwischen dem Kunststoffdichtbereich 4 und dem
Basisbereich 5 durch den radial nach innen und radial nach außen
vorstehenden Fixierabschnitt 4b gegeben ist, kann insbesondere
auch auf eine weitere Befestigung des Kunststoffdichtbereichs 4,
z. B. mittels Kleben o. ä., verzichtet werden.
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4 zeigt
ein Gaseinblasventil 4 gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel der vorlegenden Erfindung. Gleiche
bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen
wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Wie
in 4 gezeigt, ist im Unterschied zu den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen beim vierten Ausführungsbeispiel
im Kunststoffdichtbereich 4 auch eine Durchgangsöffnung 8 vorgesehen, welche
mit dem Durchlass 6 des Basisbereichs 5 kommuniziert.
Mit anderen Worten wird bei einem geöffneten Gaseinblasventil
das gasförmige Medium durch die Durchlassöffnung 8 und
den Durchlass 6, beispielsweise einem Brennraum, zugeführt.
Dadurch kann im Basisbereich 5 eine einfache kreisförmige
Ausnehmung zur Aufnahme des Kunststoffdichtbereichs 4 vorgesehen
werden. Für eine besonders sichere Abdichtung am Rand ist
ferner eine O-Ring-Dichtung 9 zwischen dem Kunststoffdichtbereich 4 und
dem Basisbereich 5 angeordnet. Hierzu ist im Basisbereich 5 eine
ringförmig umlaufende Nut vorgesehen, in welcher die O-Ring-Dichtung 9 angeordnet
ist. Zur Verbesserung der Strömung ist dabei die Durchlassöffnung 8 im
Kunststoffdichtbereich 4 mit einem sich verjüngenden
Einströmbereich 8a ausgebildet. Ansonsten entspricht
dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen,
so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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5 zeigt
ein Gaseinblasventil 1 gemäß einem fünften
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional
gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
bezeichnet.
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Wie
aus 5 ersichtlich ist, umfasst der Kunststoffdichtbereich 4 einen
Grundkörper 14 sowie eine konvex zum Ventilschließglied 2 vorstehende Dichtfläche 24.
Durch diese Form des Kunststoffdichtbereichs 4 kann sichergestellt
werden, dass zwischen dem Kunststoffdichtbereich 4 und
dem Ventilschließglied 2 nur eine sehr geringe
wirksame Dichtfläche ausgebildet ist, so dass eine besonders
gute Kaltstartfähigkeit des Gaseinblasventils 1 gegeben ist.
Wie im vierten Ausführungsbeispiel ist auch im fünften
Ausführungsbeispiel eine Durchlassöffnung 8 im
Kunststoffdichtbereich 4 vorgehen. Der Kunststoffdichtbereich 4 ist
mittels eines radial von einem Grundkörper 14 vorstehenden
ringförmigen Fixierbereichs 34 am Basisbereich 5 fixiert.
Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung
verwiesen werden kann.
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6 zeigt
ein Gaseinblasventil 1 gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Gleiche
bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen
wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
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Das
sechste Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen
dem vierten Ausführungsbeispiel, wobei beim sechsten Ausführungsbeispiel
anstelle einer zentralen Durchlassöffnung mehrere konzentrisch
angeordnete Durchlassöffnungen 18 vorgesehen sind.
Die Durchlassöffnungen 18 sind dabei vorzugsweise
symmetrisch zu einer Mittelachse X-X angeordnet. Das Ventilschließglied 2 umfasst
dabei eine erste Dichtlippe 20 und eine zweite Dichtlippe 21.
Die beiden Dichtlippen 20, 21 sind dabei konzentrisch
zueinander in einem vorbestimmten Abstand angeordnet und ringförmig
umlaufend, wobei die Durchlassöffnungen 18 zwischen
den beiden Dichtlippen 20, 21 angeordnet sind.
Ferner ist zusätzlich eine O-Ringdichtung 9 zwischen
dem Kunststoffdichtbereich 4 und dem Basisbereich 5 vorgesehen. Ansonsten
entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung
verwiesen werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung stellt somit ein kaltstartfähiges
Gaseinblasventil bereit, welches einen Ventildichtsitz aus einem
Metall-/Kunststoffverbund umfasst. Hierbei kann der Ventildichtsitz
besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden und
weist eine gute Dichtheit bei reduzierter Öffnungskraft,
insbesondere bei einem Kaltstart, auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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