DE102014224345A1 - Direct injection gas injector with elastomeric sealing seat and at least two sealing edges - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Ventilschließelement (2) zum Freigeben und Verschließen einer Durchlassöffnung, einen ersten Dichtsitz (3) mit zwei metallischen Dichtpartnern (31, 32), einen zweiten Dichtsitz (4) mit einem Elastomerdichtpartner und einer ersten Dichtkante (11), und einen dritten Dichtsitz (5) mit einem Elastomerdichtpartner und einer zweiten Dichtkante (12).The invention relates to a gas injector for injecting a gaseous fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a valve closing element (2) for releasing and closing a passage opening, a first sealing seat (3) with two metallic sealing partners (31, 32), a second sealing seat ( 4) with an elastomer sealing partner and a first sealing edge (11), and a third sealing seat (5) with an elastomer sealing partner and a second sealing edge (12).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen direkteinblasenden Gasinjektor mit einem Elastomerdichtsitz sowie wenigstens zwei Dichtkanten, welche am Elastomerdichtsitz abdichten. The present invention relates to a direct-injection gas injector with an elastomer sealing seat and at least two sealing edges which seal at the elastomer sealing seat.
Neben flüssigen Kraftstoffen werden im Kraftfahrzeugbereich in jüngster Zeit verstärkt auch gasförmige Kraftstoffe, wie z.B. Erdgas oder Wasserstoff, verwendet. Bei direkteinblasenden Gasinjektoren ist ein Problemkreis die Abdichtung bei geschlossenem Gasinjektor. Ein geeignetes Dichtungsmaterial am Dichtsitz wäre hierbei beispielsweise ein Elastomer, welches jedoch aufgrund seiner begrenzten Temperaturbeständigkeit und einer hohen Verschleißanfälligkeit für direkteinblasende Gasinjektoren bisher nicht verwendet wird. Neben den guten Abdichtungseigenschaften des Elastomers sind dabei auch seine hervorragenden Dämpfungseigenschaften während des Schließvorgangs vorteilhaft. In addition to liquid fuels, gaseous fuels, such as e.g. Natural gas or hydrogen, used. In Direktinblasenden Gasinjektoren is a problem area the seal with a closed gas injector. A suitable sealing material on the sealing seat would in this case be, for example, an elastomer, which, however, has hitherto not been used because of its limited temperature resistance and a high susceptibility to wear for direct-injection gas injectors. In addition to the good sealing properties of the elastomer while its excellent damping properties during the closing process are advantageous.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der erfindungsgemäße direkteinblasende Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Elastomer als Dichtelement an wenigstens einem Dichtsitz verwendet werden kann. Somit weist der erfindungsgemäße Gasinjektor auch im nichtbetätigten, geschlossenen Zustand eine ausreichende Dichtheit auf. Erfindungsgemäß ist dabei ein erster Dichtsitz mit zwei metallischen Dichtpartnern, ein zweiter Dichtsitz mit einem elastomeren Dichtpartner und einer ersten Dichtkante und einem dritten Dichtsitz mit einem elastomeren Dichtpartner und einer zweiten Dichtkante vorgesehen. Somit sind erfindungsgemäß wenigstens drei Dichtsitze vorgesehen, so dass eine ausreichende Dichtheit im geschlossenen Zustand erreicht werden kann.The direct injection gas injector according to the invention for injecting a gaseous fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine with the features of claim 1 has the advantage that an elastomer can be used as a sealing element on at least one sealing seat. Thus, the gas injector according to the invention also in the non-actuated, closed state on a sufficient tightness. According to the invention, a first sealing seat with two metallic sealing partners, a second sealing seat with an elastomeric sealing partner and a first sealing edge and a third sealing seat with an elastomeric sealing partner and a second sealing edge are provided. Thus, according to the invention at least three sealing seats are provided, so that a sufficient tightness in the closed state can be achieved.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Vorzugsweise ist der elastomere Dichtpartner am ersten und zweiten Dichtsitz ein gemeinsames erstes Elastomerelement. Hierdurch kann die Montage vereinfacht und die Bauteileanzahl reduziert werden.Preferably, the elastomeric sealing partner at the first and second sealing seat is a common first elastomeric element. As a result, the assembly can be simplified and the number of components can be reduced.
Weiter bevorzugt umfasst der direkteinblasende Gasinjektor einen vierten Dichtsitz mit einem elastomeren Dichtpartner und einer dritten Dichtkante. Der vierte Dichtsitz kann dabei ebenfalls wie der zweite und dritte Dichtsitz an einem gemeinsamen Elastomerelement vorgesehen sein oder alternativ auch an einem separaten zweiten Elastomerelement vorgesehen sein. More preferably, the direct-injection gas injector comprises a fourth sealing seat with an elastomeric sealing partner and a third sealing edge. Like the second and third sealing seat, the fourth sealing seat can likewise be provided on a common elastomer element or, alternatively, can also be provided on a separate second elastomer element.
Weiter bevorzugt weist das Ventilschließelement einen ersten Ringflansch auf, an welchem der erste Dichtsitz vorgesehen ist. Der Ringflansch ist dabei vorzugsweise scheibenförmig an einem zylindrischen Hauptkörper des Ventilschließelements vorgesehen. Der erste Ringflansch dient dabei zusätzlich auch als Abschirmelement gegenüber heißen Gasen des Brennraums.More preferably, the valve closing element has a first annular flange, on which the first sealing seat is provided. The annular flange is preferably provided disc-shaped on a cylindrical main body of the valve closing element. The first annular flange additionally serves as a shielding element against hot gases of the combustion chamber.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Ventilschließelement ferner einen zweiten Ringflansch auf. Am zweiten Ringflansch ist der elastomere Dichtpartner angeordnet. According to a further preferred embodiment of the invention, the valve closing element further comprises a second annular flange. At the second annular flange of the elastomeric sealing partner is arranged.
Besonders bevorzugt ist dabei der erste metallische Dichtsitz als Anschlag vorgesehen und der zweite und dritte Dichtsitz, welche den elastomeren Dichtpartner aufweisen, als dämpfender Dichtsitz beim Schließvorgang vorgesehen.Particularly preferably, the first metallic sealing seat is provided as a stop and the second and third sealing seat, which have the elastomeric sealing partner, provided as a damping sealing seat during the closing operation.
Vorzugsweise weist der zweite Ringflansch wenigstens eine erste Durchgangsöffnung auf. Dadurch kann Kraftstoff durch die erste Durchgangsöffnung am zweiten Ringflansch hindurchgeführt werden, so dass ein Kraftstoffpfad durch den Gasinjektor relativ geradlinig verlaufen kann. Preferably, the second annular flange has at least one first passage opening. As a result, fuel can be passed through the first through-opening on the second annular flange, so that a fuel path through the gas injector can be relatively straight.
Weiter bevorzugt sind die erste und zweite Dichtkante an einem Ventilkörper vorgesehen. Die Dichtkanten sind vorzugsweise an einem radial nach innen gerichteten Flanschbereich des Ventilkörpers angeordnet. More preferably, the first and second sealing edge are provided on a valve body. The sealing edges are preferably arranged on a radially inwardly directed flange region of the valve body.
Bevorzugt ist eine zweite Durchgangsöffnung zwischen der ersten und zweiten Dichtkante vorgesehen. Dadurch ist es möglich, dass die zweite Durchgangsöffnung nierenförmig ausgebildet ist. Vorzugsweise sind dabei entlang des Umfangs mehrere zweite Durchgangsöffnungen vorgesehen. Preferably, a second passage opening is provided between the first and second sealing edge. This makes it possible that the second passage opening is kidney-shaped. Preferably, a plurality of second passage openings are provided along the circumference.
Weiter bevorzugt sind in Durchströmungsrichtung des Gasinjektors der zweite und dritte Dichtsitz vor dem ersten Dichtsitz angeordnet. D.h., der erste Dichtsitz ist brennraumnäher als der zweite und dritte Dichtsitz vorgesehen. Da der erste Dichtsitz ein metallischer Dichtsitz ist, kann dieser den hohen Temperaturen im Brennraum ausgesetzt werden, ohne dass der metallische erste Dichtsitz dabei Schaden nimmt. Gleichzeitig schützt der erste Dichtsitz die Elastomerelemente aufweisenden zweiten und dritten Dichtsitz. More preferably, the second and third sealing seat are arranged in the flow direction of the gas injector in front of the first sealing seat. That is, the first sealing seat is closer to the combustion chamber than the second and third sealing seats. Since the first sealing seat is a metallic sealing seat, it can be exposed to the high temperatures in the combustion chamber without damaging the metallic first sealing seat. At the same time, the first sealing seat protects the second and third sealing seats comprising elastomeric elements.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Ventilschließelement einen Schließzylinder mit Strömungsöffnungen. Der Schließzylinder ist dabei bevorzugt an einer Ventilnadel des Ventilschließelements angeordnet. Dabei ist der erste, zweite und dritte Dichtsitz am Schließzylinder vorgesehen. Durch Verwendung des Schließzylinders kann ein besonders kompakter Aufbau realisiert werden. Ferner sind keine nierenförmigen Öffnungen notwendig, welche relativ aufwendig herzustellen sind, sondern die Strömungsöffnungen können im Schließzylinder vorgesehen werden. Die Strömungsöffnungen sind dabei besonders bevorzugt in Axialrichtung verlaufende Langlöcher. Diese können besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.According to a further preferred embodiment of the present invention, the valve closing element comprises a lock cylinder with flow openings. The lock cylinder is here preferably arranged on a valve needle of the valve closing element. In this case, the first, second and third sealing seat is provided on the lock cylinder. By using the lock cylinder, a particularly compact design can be realized. Furthermore, no kidney-shaped openings are necessary, which are relatively expensive to produce, but the flow openings can be provided in the lock cylinder. The flow openings are particularly preferably in the axial direction extending slots. These can be produced in a particularly simple and cost-effective manner.
Besonders bevorzugt ist das Ventilschließelement ein nach außen öffnendes Ventilschließelement. Particularly preferably, the valve closing element is an outwardly opening valve closing element.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Brennraum und einen erfindungsgemäßen Gasinjektor, wobei der Gasinjektor unmittelbar am Brennraum angeordnet ist, um gasförmigen Kraftstoff direkt in den Brennraum einzublasen.Furthermore, the present invention relates to an internal combustion engine comprising a combustion chamber and a gas injector according to the invention, wherein the gas injector is arranged directly on the combustion chamber to inject gaseous fuel directly into the combustion chamber.
Zeichnungdrawing
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Gasinjektors unter Bezugnahme auf die Figuren im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, several embodiments of a gas injector according to the invention with reference to the figures will be described in detail. In the drawing is:
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die
Wie aus
Der Gasinjektor
Weiterhin umfasst der Gasinjektor
Im Ventilkörperflansch
Wenn ein Einblasvorgang eines gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum
Durch das Vorsehen mehrerer Dichtkanten
Ferner schützt der erste metallische Dichtsitz
Der Abstand H ist dabei vorzugsweise derart gewählt, dass der Abstand H größer als eine maximale Hublänge des Ventilschließelements
In den
Erfindungsgemäß sind somit wenigstens drei Dichtsitze vorgesehen, wobei der brennraumnächste Dichtsitz vorzugsweise als metallischer Dichtsitz
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