DE102008055098A1

DE102008055098A1 - Gaseinblasventil

Info

Publication number: DE102008055098A1
Application number: DE102008055098A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Reiter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-23
Also published as: DE102008055098B4; IT1398520B1; ITMI20092212A1; RU2009147293A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gaseinblasventil (1) für gasförmige Kraftstoffe, insbesondere zum Einblasen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Das Gaseinblasventil (1) hat zumindest eine Zumesseinrichtung (2) zum Zumessen von gasförmigen Kraftstoff in eine Zumessleitung (8) und eine sich an die Zumessleitung (8) anschließende Aufbereitungseinheit (7), die den gasförmigen Kraftstoff in Richtung zu einem Brennraum abgibt. Die Aufbereitungseinheit (7) ist als rein mechanisches Ventil (11) ausgeführt, das mit einer Frequenz von ca. 1500 Hz öffnet und schließt. Die Ventileinheit (11) ist derart ausgestaltet, dass ein Ventilschließkörper (16) in Ventiltellerform mit einem an einem Einsatzteil (19) aus einem Elastomerwerkstoff ausgebildeten Ventilsitz (17) zusammenwirkt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Gaseinblasventil nach der Gattung des Anspruchs 1.
Ein Gaseinblasventil ist beispielsweise bereits aus der EP 0 783 622 B1 bekannt. Das Gaseinblasventil ist als Saugrohreinblasventil ausgeführt, das in einen Ansaugkanal stromaufwärts eines Einlassventils zu einem Brennraum mündet. Das Gaseinblasventil ist so ausgelegt, dass die Düse einen mit hoher Geschwindigkeit in Richtung des Brennraums strömenden Gasstrahl abgibt, wobei im Brennraum letztlich ein Gemisch aus gasförmigen Kraftstoff und Luft verbrannt wird. Der gasförmige Kraftstoff wird dabei als kohärenter Gasstrahl ohne wesentliche Vermischung mit der Luft durch den Ansaugkanal geblasen und dann direkt durch den Ringspalt des offenen Einlassventils in den Brennraum eingeblasen. Durch den Wandaufprall im Brennraum wird der Gasstrahl nachfolgend aufgefächert.
Aus der EP 1 076 167 A2 ist bereits ebenfalls ein Gaseinblasventil bekannt, wie es z. B. bei einem Erdgas betriebenen Verbrennungsmotor zum Einsatz kommen kann. Insbesondere ist ein solches Ventil geeignet zum Einblasen von CNG (Compressed Natural Gas). Das Gaseinblasventil ähnelt vom Grundaufbau sehr stark herkömmlichen bekannten Einspritzventilen für flüssige Kraftstoffe, d. h. ein solches Ventil weist einen Aktuator in Form eines elektromagnetischen Kreises auf. Bei Erregung der Magnetspule führen die Magnetkreislinien dazu, dass ein Anker gegen einen festen Kern gezogen wird, wobei damit einhergehend eine Ventilnadel mit einem Ventilschließabschnitt von einem Ventilsitz abhebt und das Ventil öffnet, wodurch ein Strömungsweg zur Abgabe des gasförmigen Kraftstoffs freigegeben ist. Die Gasabgabe in Richtung zum Brennraum erfolgt also ausschließlich über eine entsprechende Ansteuerung der Magnetspule des elektromagnetischen Kreises und der daraus resultierenden Hubbewegung der Ventilnadel.
Aus der DE 102 51 697 A1 ist bereits eine Dosiereinrichtung für flüssige Kraftstoffe, insbesondere zum Eintrag in einen chemischen Reformer zur Gewinnung von Wasserstoff oder in eine Nachbrenneinrichtung zur Erzeugung von Wärme bekannt. Die Dosiereinrichtung hat zumindest eine Zumesseinrichtung in Form eines Brennstoffeinspritzventils zum Zumessen von Kraftstoff in eine Zumessleitung und einen sich an die Zumessleitung anschließenden Düsenkörper mit zumindest einer Abspritzöffnung, welche in einen Zumessraum ausmündet. An dem Düsenkörper der Dosiereinrichtung ist stromabwärtig ein Trägerelement befestigt, der ein die Abspritzöffnungen beinhaltendes Bauteil sowie einen stromaufwärts angeordneten Dralleinsatz beinhaltet.
Des weiteren ist auch bereits aus der DE 102 51 699 A1 eine Dosiereinrichtung für flüssige Kraftstoffe, insbesondere zum Eintrag in einen chemischen Reformer zur Gewinnung von Wasserstoff oder in eine Nachbrenneinrichtung zur Erzeugung von Wärme bekannt. Die Dosiereinrichtung hat zumindest eine Zumesseinrichtung in Form eines Brennstoffeinspritzventils zum Zumessen von Kraftstoff in eine Zumessleitung und einen sich an die Zumessleitung anschließenden Düsenkörper mit zumindest einer Abspritzöffnung, welche in einen Zumessraum ausmündet. Der Düsenkörper der Dosiereinrichtung ist derart ausgestaltet, dass an ihm ein scheibenförmiger Spritzlocheinsatz vorgesehen ist, in dem die wenigstens eine Abspritzöffnung ausgeformt ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Gaseinblasventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein sicheres Öffnen und Schließen der Ventileinheit auch bei extremen Temperaturen stets gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Gaseinblasventil lässt sich sehr einfach, zuverlässig und damit kostengünstig herstellen. Außerdem können standardisierte serienmäßig gefertigte Bauteile verwendet werden. Insbesondere besitzt die in der Aufbereitungseinheit verwendete rein mechanische Ventileinheit einen sehr einfachen Aufbau und ist besonders einfach an der gesamten Einrichtung des Gaseinblasventils integrierbar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Gaseinblasventils möglich.
Vorteilhafterweise sind die Zumessleitung und die Zumesseinrichtung durch einen Adapter dicht und lösbar gefügt. Dadurch erhöht sich die Montagefreundlichkeit.
Vorteilhafterweise wird als Zumesseinrichtung ein Brennstoffeinspritzventil für gasförmige Kraftstoffe eingesetzt, wie es z. B. für Hubkolbenmaschinen mit innerer Verbrennung benutzt wird. Der Einsatz solcher Ventile hat mehrere Vorteile. So lassen sie eine besonders genaue Kraftstoffzumessung zu, wobei die Zumessung über mehrere Parameter, wie z. B. Tastverhältnis, Taktfrequenz und ggf. Hublänge, gesteuert werden kann. Dabei ist die Abhängigkeit vom Pumpendruck weit weniger ausgeprägt, als bei Zumesseinrichtungen, die über den Leitungsquerschnitt den Volumenstrom des Kraftstoffs steuern, und der Dosierbereich ist deutlich größer.
Durch den mehrteiligen Aufbau des Gaseinblasventils ist eine kostengünstige Herstellung und der Einsatz von standardisierten Bauteilen möglich.
Bei geeigneter Auslegung der erfindungsgemäßen Gaseinblasventile reichen ein oder zwei Zumesseinrichtungen für einen Vier-Zylinder-Motor aus. Dazu müssen mehrere Zumessleitungen an einer Verteilerleitung angeschlossen werden, die mit dem gasförmigen Kraftstoff aus der Zumesseinrichtung versorgt wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gaseinblasventils,
2 eine Darstellung einer Aufbereitungseinheit am stromabwärtigen Ende des Gaseinblasventils und
3 als vergrößertes Detail III der in 2 gezeigten Aufbereitungseinheit eine Ventileinheit.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein in 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gaseinblasventils 1 ist in der Form eines Gaseinblasventils 1 für die Verwendung von Niederdruck-Brennstoffeinspritzventilen ausgeführt. Das Gaseinblasventil 1 eignet sich insbesondere zum Eintrag von gasförmigen Kraftstoff in einem Brennraum einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Während bekannte Einspritzventile für die Dosierung von Medien, wie Benzin, Dieselkraftstoff, Ethanol, Methanol, Harnstoff-Wasser-Lösungen usw. für Umgebungstemperaturen von etwa 150°C konzipiert sind, kann das erfindungsgemäße Gaseinblasventil 1 auch für Anwendungen bei noch höheren Temperaturen zum Einsatz kommen.
Zum anderen ist das erfindungsgemäße Gaseinblasventil 1 auch besonders geeignet für einen Einsatz bei sehr niedrigen Temperaturen. Bei bekannten Gaseinblasventilen, wie z. B. dem aus der EP 1 076 167 A2 bekannten Gaseinblasventil, sind insbesondere bei großer Kälte die erforderlichen Öffnungskräfte zum Abheben des Ventilschließkörpers vom Ventilsitz sehr groß, so dass bei tiefen Temperaturen ein sicheres Öffnen des Ventils nicht immer gewährleistet ist. Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt eine zuverlässige Abdichtung und auch ein sicheres Öffnen auch bei tiefen Temperaturen.
Das Gaseinblasventil 1 besteht aus einer Zumesseinrichtung 2, welche in diesem Ausführungsbeispiel als speziell für gasförmige Brennstoffe (Erdgas, Compressed Natural Gas, Autogas) bzgl. Anker- bzw. Nadelführung, Durchströmung und Abdichtung geeignetes Niederdruck-Brennstoffeinspritzventil ausgeführt ist, optional einem Adapter 6 zur Aufnahme der Zumesseinrichtung 2 und einer rohrförmigen Zumessleitung 8 und einer Aufbereitungseinheit 7. Die Zumesseinrichtung 2 kann in der klassischen Einspritzventil-Bauweise ausgeführt sein und weist an ihrer Zuströmseite einen Kraftstoffanschluss 13 auf. Zur Erregung des z. B. elektromagnetisch betriebenen Aktuators weist die Zumesseinrichtung 2 einen elektrischen Anschluss 5 auf. Am stromabwärtigen Ende der Zumesseinrichtung 2 erfolgt die Zumessung von gasförmigen Kraftstoff in die Zumessleitung 8, wobei der Adapter 6 die Zumesseinrichtung 2 und die Zumessleitung 8 nach außen dicht miteinander verbindet.
Mit der Zumessleitung 8 ist die Aufbereitungseinheit 7 dicht verbunden. Die Zumessleitung 8 selbst besteht beispielsweise aus einem standardisierten, aus Edelstahl bestehenden Metallrohr. Die Zumessleitung 8 kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein, wobei bei einer mehrteiligen Ausführung der Zumessleitung 8 dichte Verbindungselemente verwendet werden.
Der gasförmige Kraftstoff strömt bei Betrieb des Gaseinblasventils 1 durch die Zumesseinrichtung 2 und wird in bekannter Weise durch Öffnen und Schließen eines Dichtsitzes in die Zumessleitung 8 eingemessen. Im weiteren Verlauf strömt der Kraftstoff durch die Zumessleitung 8 zur Aufbereitungseinheit 7, von wo aus er in einen nicht dargestellten Brennraum eindosiert wird.
Durch die Zumessleitung 8 wird die Zumesseinrichtung 2, insbesondere der gegenüber hohen und tiefen Temperaturen und großen Temperaturschwankungen empfindliche nicht dargestellte Dichtsitz der Zumesseinrichtung 2, thermisch von den Temperaturen im Brennraum entkoppelt. Die Länge, das Material und die Form der Zumessleitung 8 werden insbesondere entsprechend den thermischen und räumlichen Gegebenheiten gewählt. Vorzugsweise kann die Zumessleitung 8 auch wandstärkereduzierte Stellen aufweisen, welche zur thermischen Isolierung beitragen.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Aufbereitungseinheit 7, die am stromabwärtigen Ende des Gaseinblasventils 1 vorgesehen ist. Die Aufbereitungseinheit 7 ist ein länglicher hülsenförmiger Körper, der über verschiedene Innendurchmesser und damit Strömungsquerschnitte individuell gestaltbar ist. Während die Aufbereitungseinheit 7 an ihrem stromabwärtigen Ende im Inneren eine Ventileinheit 11 aufweist, ist am Außenumfang des stromabwärtigen Endes der Aufbereitungseinheit 7 z. B. eine Schutzkappe 10 aufgebracht, die auch nur als Transportschutz dienen kann. Die Ventileinheit 11, die in 3 als vergrößertes Detail III der in 2 gezeigten Aufbereitungseinheit 7 gezeigt ist, ist dabei als mechanisches Ventil ausgeführt. Das stromabwärtige Ende der Aufbereitungseinheit 7 wird von der eigentlichen Ventileinheit 11 gebildet, die einen Ventilzapfen 14 und eine Rückstellfeder 15 umfasst. Der Ventilzapfen 14 weist an seinem stromaufwärtigen Ende eine Krageneinrichtung 18 auf, an der sich die Rückstellfeder 15 abstützen kann, während am stromabwärtigen Ende des Ventilzapfens 14 ein Ventilschließkörper in der Form eines Ventiltellers 16 vorgesehen ist. Der Ventilteller 16 des Ventilzapfens 14 wirkt mit einem einen kegelstumpfförmig verlaufenden Abschnitt aufweisenden Ventilsitz 17 zu einem Dichtsitz zusammen.
Der Ventilsitz 17 ist an einem Einsatzteil 19 ausgebildet, das hülsenartig ausgeformt ist und im Querschnitt entgegen der Strömungsrichtung gesehen flügelartig aufgeweitet verläuft. Dieses Einsatzteil 19 ist aus einem Elastomerwerkstoff hergestellt und maßgenau in einer inneren Öffnung eines metallenen Ventilkörpers 12 eingepasst. Die Rückstellfeder 15 stützt sich auf der der Krageneinrichtung 18 gegenüberliegenden Seite an einem radial nach außen kragenden Flansch des Ventilkörpers 12 ab. Da es sich bei der mechanischen Ventileinheit 11 um ein nach außen öffnendes Ventil handelt, liegt aufgrund der Federkraft der Rückstellfeder 15 im drucklosen Zustand der Aufbereitungseinheit 7 der Ventilteller 16 an dem Ventilsitz 17 an. Beim Starten der Brennkraftmaschine kann mit dieser Ausgestaltung der Ventileinheit 11 auch bei tiefen Temperaturen, z. B. unter –10°C, ein jederzeit sicheres Öffnen der Ventileinheit 11 gewährleistet werden, da die Dichtgeometrie verhindert, dass der Ventilteller 16 des Ventilzapfens 14 in den Ventilsitz 17 „einsinkt”.
Die Ventileinheit 11 öffnet selbsttätig bei einem bestimmten Überdruck und hat dabei keine Zumessfunktion, die bereits von der Zumesseinrichtung 2 übernommen wird. Die Ventileinheit 11 öffnet und schließt mit einer Frequenz von ca. 1500 Hz, weshalb auch von einem „Schnarren” des Ventils 11 gesprochen werden kann, und bewirkt eine sehr gute Aufbereitung des gasförmigen Kraftstoffs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0783622 B1 [0002]
- EP 1076167 A2 [0003, 0017]
- DE 10251697 A1 [0004]
- DE 10251699 A1 [0005]

Claims

Gaseinblasventil (1) für gasförmige Kraftstoffe, insbesondere zum Einblasen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Zumesseinrichtung (2) zum Zumessen von gasförmigen Kraftstoff in eine Zumessleitung (8) und mit einer sich an die Zumessleitung (8) anschließenden Aufbereitungseinheit (7), von der aus der gasförmige Kraftstoff in Richtung zu einem Brennraum abgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am stromabwärtigen Ende der Aufbereitungseinheit (7) eine mechanische Ventileinheit (11) vorgesehen ist, bei der ein Ventilschließkörper (16) mit einem an einem Einsatzteil (19) aus einem Elastomerwerkstoff ausgebildeten Ventilsitz (17) zusammenwirkt.
Gaseinblasventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (11) als nach außen öffnendes Ventil ausgebildet ist.
Gaseinblasventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (11) einen Ventilzapfen (14) und eine Rückstellfeder (15) umfasst.
Gaseinblasventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilzapfen (14) eine Krageneinrichtung (18) besitzt, an der sich die Rückstellfeder (15) abstützt.
Gaseinblasventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (16) als Ventilteller (16) an dem Ventilzapfen (14) ausgebildet ist, der mit dem Ventilsitz (17) zusammenwirkt.
Gaseinblasventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den Ventilsitz (17) umfassende Einsatzteil (19) maßgenau in einer inneren Öffnung eines metallenen Ventilkörpers (12) eingepasst ist.
Gaseinblasventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (19) hülsenartig ausgeformt ist und im Querschnitt entgegen der Strömungsrichtung gesehen flügelartig aufgeweitet verläuft.
Gaseinblasventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (11) mit einer Frequenz von ca. 1500 Hz öffnet und schließt.
Gaseinblasventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumessleitung (8) und die Zumesseinrichtung (2) durch einen Adapter (6) dicht und lösbar gefügt sind.
Gaseinblasventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinrichtung (2) ein Brennstoffeinspritzventil für gasförmige Kraftstoffe ist.