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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gaseinblasventil, insbesondere
zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine
oder Brennstoffzelle mit einer Einrichtung zur Geräuschreduzierung
und gleichzeitiger Ölabscheidung.
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Gaseinblasventile
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Bei Verwendung in Brennkraftmaschinen wird ein Verbrennungsgas
beispielsweise in ein Saugrohr eingeblasen. Hierbei wurde festgestellt,
dass bei dem Gasventil ein Eintrag von Öl aus dem Saugrohr auftreten
kann, welches bei Bauteilen im Saugrohr als Schmiermittel verwendet
wird. Dieser Eintrag von Öl aus dem Saugrohr wird auch
als ”blow-by” bezeichnet. Ferner kann es aufgrund
einer überkritischen Gasströmung an einem engsten
Querschnitt des Ventils beim Austritt des Gases in das Saugrohr zu
einer Expansion des Gases kommen. Hierbei entstehen Expansionsgeräusche,
welche durch das Saugrohr unangenehm verstärkt werden können. Weiter
liegt ein Problem bei den bekannten Gaseinblasventilen darin, dass
ein Gasstrahl aus dem Gaseinblasventil sehr konzentriert und auch
impulsbehaftet ist. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte im Vergleich
zur angesaugten Luft kann dies dazu führen, das lokal sogenannte
Sperrschichten auftreten, welche eine Zufuhr einer notwendigen Luftmenge
für eine optimale Verbrennung im Zylinder behindern.
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Aus
der
DE 10 2005
019 314 A1 ist es bekannt, einem Gaseinblasventil eine
Funktionsplatte mit einer Vielzahl von Kanälen nachzuschalten.
Das einzublasende Gas wird dabei auf die Vielzahl von Kanälen
verteilt und dann in ein Saugrohr eingeblasen. Hierdurch sollen
insbesondere Geräusche während des Einblasvorgangs
reduziert werden. Allerdings ist eine derartige Funktionsplatte
relativ aufwendig und teuer in der Herstellung. Alternativ wird vorgeschlagen,
einen Dämmkörper zur Geräuschreduzierung
anzuordnen.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Gasventil zum Steuern eines Gases
weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es neben einer
Reduzierung von Geräuschen während des Gaseinblasvorgangs
auch eine Öleintrittsvermeidung von Öl in das
Gasventil ermöglicht. Ferner ist das erfindungsgemäße
Gasventil einfach aufgebaut und kann sehr kostengünstig
bereitgestellt werden, was insbesondere Vorteile bei einer Massenfertigung
ermöglicht. Die erfindungsgemäße Lösung
hat dabei ferner keine signifikante negative Auswirkung auf eine
Ventilfunktion, so dass insbesondere eine stabile Ventilfunktion
bei einer langen Lebensdauer des Gasventils erreicht werden kann. Darüber
hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Gasventil
eine verbesserte Verteilung des einzublasenden Gases in einen dem
Gasventil nachfolgenden Raum, beispielsweise einem Saugrohr oder
einem Brennraum bei Gasdirekteinspritzung. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass das Gasventil ein in einer Hülse geführtes
Ventilschließglied, einen Ventilsitz mit wenigstens einer
Durchlassöffnung und ein Siebelement umfasst. Das Siebelement ist
in Durchströmungsrichtung des Gasventils stromabwärts
des Ventilelements angeordnet. Somit strömt Gas nach dem Öffnen
des Gasventils durch die Durchlassöffnung im Ventilsitz
und anschließend durch das stromabwärts liegende
Siebelement. Dabei führt das Siebelement für das
hindurchströmende Gas eine Diffusorwirkung für
eine effektivere Gasverteilung aus und gleichzeitig wirkt das Siebelement
als Öleintrittsverhinderungseinrichtung, um zu verhindern,
dass Öl aus einem dem Siebelement nachgeordneten Raum in
das Gasventil eintritt. Erfindungsgemäß wird unter
dem Begriff Siebelement ein Element verstanden, welches eine poröse
Struktur zum Durchströmen von Gas bei einer relativ geringen
Dicke aufweist. Das Siebelement kann dabei ein relativ engmaschiges
Netz aufweisen.
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Die
Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
weist das Siebelement eine topfartige Form auf. Dabei weist das
topfartige Siebelement eine Gasdurchlässigkeit sowohl am
Boden als auch am Wandbereich auf. Besonders bevorzugt ist das topfartige
Siebelement dabei zylinderförmig ausgebildet, es kann jedoch
auch ovalförmig oder vierkantartig sein.
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Weiter
bevorzugt steht die Hülse zur Führung des Ventilschließglieds
mit einem vorstehenden Bereich über den Ventilsitz vor
und das Siebelement ist vollständig in den vorstehenden
Bereich der Hülse angeordnet. Hierdurch kann verhindert
werden, dass das Siebelement über die Hülse nach
außen vorsteht.
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Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
steht das Siebelement zumindest teilweise über die Hülse
nach außen vor. Dadurch kann ermöglicht werden,
dass das Siebelement beispielsweise in ein Saugrohr vorsteht. Dies
hat insbesondere den Vorteil, dass eine Luftströmung im
Saugrohr zumindest teilweise auch durch das vorstehende Siebelement
geführt werden kann und so eine besonders gute Durchmischung eingeblasenen
Gases mit der angesaugten Luft ermöglicht wird.
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Besonders
bevorzugt umfasst das Siebelement einen nach außen vorstehenden
Bund, welcher auf einen nach innen vorstehenden Bund der Hülse aufliegt.
Dadurch kann ein einfaches und sicheres Halten des Siebelements
in der Hülse ermöglicht werden.
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Gemäß einer
anderen alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Siebelement
an einem Außenbereich der Hülse fixiert und steht
ebenfalls über das Ende der Hülse nach außen
vor. Diese Ausgestaltung kann insbesondere ohne Änderung
sonstiger Komponenten des Gasventils realisiert werden, da das Siebelement
lediglich an der Außenseite der Hülse, z. B. mittels
Schweißen, befestigt wird.
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Besonders
bevorzugt ist das Siebelement aus einem keramischen Material hergestellt
oder das Siebelement ist ein gesintertes Bauteil, insbesondere aus
Edelstahl.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist
das Siebelement eine Dicke auf, welche im Bereich von 0,1 bis 3
mm liegt. Die Wandstärke des Siebelements ist vorzugsweise
konstant.
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Das
erfindungsgemäße Gasventil wird vorzugsweise bei
stationären oder mobilen Brennkraftmaschinen oder bei Brennstoffzellen
verwendet.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben.
In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Gasventils gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine
schematische Schnittansicht eines Gasventils gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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3 eine
schematische Schnittansicht eines Gasventils gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 ein Gasventil 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Gasventil 1 ein
Ventilschließglied 2 mit einem ringförmigen
Dichtelement 3. Das Dichtelement 3 ist vorzugsweise
aus einem Elastomermaterial hergestellt. Ferner umfasst das Gasventil 1 einen
Ventilsitz 4, in welchem mehrere Durchlassöffnungen 5 vorgesehen sind.
Die Durchlassöffnungen 5 sind beispielsweise bogenförmig
ausgebildet. Der Ventilsitz 4 ist in einer Hülse 6 angeordnet.
Wie aus 1 ersichtlich ist, steht die
Hülse 6 dabei etwas über den Ventilsitz 4 in Axialrichtung
X-X des Gasventils vor.
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Ferner
umfasst das Gasventil 1 ein Siebelement 7, welches
an einem vom Ventilsitz 4 vorstehenden, freien Bereich 16 der
Hülse 6 fixiert ist. Das Siebelement 7 ist
ein topfförmiges Element, welches einen Bodenbereich 7a und
einen zylinderförmigen Randbereich 7b aufweist.
Ferner weist das Siebelement 7 an einem oberen Ende einen
nach außen gerichteten Randbereich 7c auf. Wie
aus 1 ersichtlich ist, dient der Randbereich 7c dabei
zur Fixierung des Siebelements 7 in der Hülse 6,
welche einen entsprechend ausgebildeten nach innen gerichteten Randbereich 6a aufweist.
Dadurch kann zwischen dem Siebelement 7 und der Hülse 6 eine
formschlüssige Verbindung und, falls notwendig, zusätzlich noch
eine Presspassung ausgebildet sein.
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Das
Siebelement 7 weist eine Porosität auf, um das
Gas durch das Siebelement 7 hindurchzulassen. In 1 ist
schematisch durch die Pfeile B ein Ausströmen des Gases über
den geöffneten Ventilsitz 4 durch die Durchlassöffnungen 5 in
einen Raum 8 dargestellt. Wie aus 1 ersichtlich
ist, besteht der Raum 8 im Wesentlichen aus dem hohlen
Innenbereich des Siebelements 7. Wenn die eingeblasenen
Gasströme B dann auf die inneren Wandbereiche des Siebelement 7 auftreffen,
ergibt sich eine Vielzahl von kleinen Durchströmungen durch
das poröse Siebelement 7, was in 1 mit
den Pfeilen C angedeutet sind. Hierdurch wird eine Diffusorwirkung am
Siebelement 7 erreicht, so dass auch eine Geräuschentwicklung
während des Einblasvorgangs signifikant reduziert werden
kann. Ferner sorgt das poröse Siebelement 7 dafür,
dass eine breite Verteilung der Gaseinblasströme B erfolgt,
was zu einer besseren Gasverteilung im Saugrohr 9 führt.
Die Ansaugluft, welche in Richtung des Pfeils D im Saugrohr 9 strömt,
und das eingeblasene Gas können somit miteinander vermischt
werden, so dass eine gute Gas-/Luftverteilung (Homogenisierung)
erreicht wird. Ferner verhindert das Siebelement 7, dass Öl,
welches beispielsweise als Ölnebel im Saugroh 9 vorhanden
sein kann, sich am Gasventil 1 ablagert. Das Siebelement
weist somit eine Funktion einer Vermeidung eines Öleintritts
in den Raum 8 und zum Ventilsitz 4 auf. Sollte Öl
im Ansaugluftstrom enthalten sein, wird dieses an der Außenseite
des Siebelements 7 abgeschieden und kann somit nicht negativ die
Ventilfunktion des Gasventils 1 beeinträchtigen.
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Somit
kann das erfindungsgemäße Siebelement eine Öleintrittsvermeidung
und eine Diffusorfunktion miteinander kombinieren. Dabei kann das Siebelement
einfach und kostengünstig hergestellt werden, beispielsweise
durch Sintern. Ferner kann das erfindungsgemäße
Siebelement 7 eine verbesserte Homogenisierung des Gas-/Luftgemisches
erreichen.
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Da
das Siebelement 7 in das Saugrohr 9 hineinreicht,
kann, wenn das Gasventil 1 geschlossen ist und der Ansaugtakt
des Motors noch nicht vollständig beendet ist, ferner auch
Ansaugluft durch das Siebelement hindurchströmen und dabei
noch zusätzlich im Raum 8 befindlichen gasförmigen
Kraftstoff mitnehmen.
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Das
erfindungsgemäße Siebelement 7 hat keine
nachteilige Auswirkung auf die Ventilfunktion des Gasventils, sondern
bietet insbesondere einen Schutz vor einem Anlagern von Öl
am Ventilsitz, was insbesondere auch verbesserte Kaltstarteigenschaften
aufgrund eines geringeren Anhaftens des Dichtelements 3 am
Ventilsitz 4 ermöglicht, da kein Ölfilm am
Dichtelement vorhanden ist.
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Sollte
sich an der Außenseite des Siebelements 7 eine
gewisse Dicke eines Ölfilms gebildet haben, wird dieser
bei der nächsten Gaseinblasung aufgrund eines Druckunterschieds
zwischen dem Raum 8 und dem Saugrohr 9 durch das
durch das Siebelement 7 strömende Gas weggeblasen.
Somit kann eine dauernde Selbstreinigung des Siebelements 7 erreicht
werden.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 2 ein Gasventil 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche
bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen
wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem
ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten
Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel
das Siebelement 7 an der Außenseite der Hülse 6 am
vorstehenden Bereich 16 befestigt ist. Wie in 2 gezeigt,
ist das Siebelement 7 dabei mittels einer Schweißverbindung 11 mit
der Außenseite der Hülse 6 verbunden.
Somit kann das Siebelement 7 von außen an der
Hülse 6 fixiert werden. Im Bereich der Schweißverbindung 11 weist
das Siebelement 7 dabei eine geringere Dicke auf. Die Schweißverbindung 11 ist dabei
entlang des Außenumfangs des Siebelements 7 gebildet.
Ferner ist auch zwischen dem Ventilsitz 4 und einer Innenseite
der Hülse 6 eine Schweißverbindung zur
Fixierung des Ventilsitzes 4 in der Hülse 6 ausgebildet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann insbesondere auf einfache
Weise ein Maß eines Vorstehen des Siebelements 7 über
die Hülse 6 vor einer Befestigung des Siebelements 7 bestimmt
werden. Hierdurch kann insbesondere eine einfache Anpassung an unterschiedliche
Brennkrafmaschinen o. Ä. ermöglicht werden. Ansonsten
entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung
verwiesen werden kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 3 ein Gasventil 1 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche
bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen
wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
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Im
Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
ist beim dritten Ausführungsbeispiel das Siebelement 7 nicht
topfförmig ausgebildet, sondern als Siebplatte. Das plattenförmige
Siebelement 7 des dritten Ausführungsbeispiels
ist dabei in einer Halterung 12 angeordnet, welche an der
Innenseite der Hülse 6 befestigt ist. Gas strömt
dabei ebenfalls durch das plattenförmige Siebelement 7,
so dass einzelne Gasströme B ein Hindurchströmen
durch das Siebelement 7 in eine Vielzahl von kleineren Gasströmen
C aufgeteilt werden und in das Saugrohr 9 austreten. Hierdurch
kann ebenfalls eine reduzierte Geräuschentwicklung aufgrund
der Diffusorwirkung des Siebelements 7 erhalten werden.
Da das Siebelement 7 beim dritten Ausführungsbeispiel
vollständig im Inneren der Hülse 6 angeordnet
ist, wird es auch nicht durch Ansaugluft durchströmt. Die
Anordnung in der Hülse 6 bietet dem Siebelement 7 somit eine
sehr geschützte Position, so dass Beschädigungen
des Siebelements 7 praktisch vermieden werden können.
Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung
verwiesen werden kann.
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Grundsätzlich
sei zum dritten Ausführungsbeispiel angemerkt, dass das
Siebelement 7 ebenfalls topfförmig ausgebildet
sein kann und trotzdem vollständig in der Hülse 6 angeordnet
sein kann. Die Wandbereiche eines topfförmigen Siebelements 7, welches
in der Hülse 6 angeordnet ist, dienen dabei zur
Fixierung des Siebelements an der Innenseite der Hülse.
Somit wird bei einem derartigen Siebelement nur der Bodenbereich
vom Gas durchströmt und tritt dann in das Saugrohr aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005019314
A1 [0003]