DE102014226421A1

DE102014226421A1 - Gaseinblasventil

Info

Publication number: DE102014226421A1
Application number: DE102014226421.9A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christoph Magel; Felix Wiedmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-23
Also published as: WO2016096260A1

Abstract

Gaseinblasventil (1) mit einem Elektromagneten (9), der einen Magnetkern (4) und eine Magnetspule (5) umfasst, die in einer inneren Hülse (3) ortsfest angeordnet sind, und mit einem Magnetanker (22), der in einem Gasraum (20) angeordnet ist und der mit einem Dichtsitz (35; 36) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Eindüsöffnung (31; 32) zusammenwirkt, durch die gasförmiger Kraftstoff austreten kann. Weiter ist eine äußere Hülse (2) vorgesehen, die die innere Hülse (3) zumindest abschnittsweise umgibt, so dass zwischen der äußeren Hülse (2) und der inneren Hülse (3) ein Ringraum (6) gebildet wird. Der gasförmige Kraftstoff wird den Eindüsöffnungen (31; 32) durch den Ringraum (6) zugeführt.

Description

Stand der Technik
Gaseinblasventile zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere zur Zuführung und Dosierung von gasförmigem Kraftstoff in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2007 003 213 A1 . Ein solches Gaseinblasventil weist eine äußere Hülse auf, die einen Teil des Gehäuses des Gaseinblasventils bildet und die die wesentlichen Komponenten gasdicht schließt. In der Hülse ist ein Gasraum ausgebildet, in dem Gas unter dem gewünschten Eindüsdruck ansteht und in dem auch ein Magnetanker angeordnet ist, der beweglich durch einen Elektromagneten im Gasraum mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und dadurch eine oder mehrere Eindüsöffnungen öffnet und schließt. Die Zuführung des gasförmigen Brennstoffs geschieht üblicherweise durch Spalte oder Öffnungen, die in dem von der Hülse umschlossenen Raum ausgebildet sind, wobei der gasförmige Brennstoff durch den oder an dem Elektromagneten vorbeigeführt werden muss.
Der Magnetkern des Elektromagneten besteht aus einem Weicheisenmaterial, das gute magnetische Eigenschaften aufweist, jedoch zumeist nicht korrosionsbeständig ist. Durch die ständige Beaufschlagung mit einem gasförmigen Kraftstoff, der neben dem eigentlichen Kraftstoff auch Beimengungen, z. B. von Wasser, beinhaltet, kann es zu Korrosion am Magnetkern und damit zu Funktionsbeeinträchtigungen kommen. Eine Abdichtung der Durchlassöffnungen im Bereich des Magnetkerns ist aufwändig und nur schwer gasdicht herzustellen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Gaseinblasventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der gasförmige Brennstoff den Eindüsöffnungen in einfacher Weise zugeführt werden kann, wobei der Magnetkern des Elektromagneten gasdicht gegenüber dem gasförmigen Brennstoff angeordnet ist. Hierzu weist das Gaseinblasventil einen Magnetkern und eine Magnetspule auf, die in einer inneren Hülse ortsfest angeordnet sind und einen Magnetanker, der in einem Gasraum angeordnet ist und mit einem Dichtsitz zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Eindüsöffnung zusammenwirkt, durch die der gasförmige Kraftstoff austreten kann. Weiter ist eine äußere Hülse vorgesehen, die die innere Hülse zumindest abschnittsweise umgibt, sodass zwischen der äußeren Hülse und der inneren Hülse ein Ringraum ausgebildet ist, wobei der gasförmige Kraftstoff den Eindüsöffnungen durch den Ringraum zugeführt werden kann. Durch die Anordnung des Elektromagneten innerhalb der inneren Hülse und durch den Ringraum, der zwischen der inneren Hülse und der äußeren Hülse verbleibt, lässt sich die Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs zu den Eindüsöffnungen in einfacher Weise realisieren, wobei über die Durchmesser von innerer Hülse und äußerer Hülse ein geeigneter Querschnitt zur Verfügung gestellt werden kann, um die benötigte Gasmenge in der erforderlichen Zeit den Eindüsöffnungen zuzuführen. Der Elektromagnet innerhalb der inneren Hülse lässt sich in einfacher Weise vollkommen vom gasförmigen Brennstoff trennen, sodass der Elektromagnet weder dem gasförmigen Kraftstoff noch den Beimengungen des gasförmigen Kraftstoffs ausgesetzt ist und seine Funktionsfähigkeit über die gesamte Lebensdauer behält.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in der inneren Hülse Zuströmöffnungen ausgebildet, die den Ringraum mit dem Gasraum verbinden. Hierbei können eine oder mehrere Zuströmöffnungen ausgebildet sein. Die Hülse besteht dabei in vorteilhafter Weise aus einem metallischen Werkstoff, wobei die Zuströmöffnungen in vorteilhafter Weise durch einen in den Innenraum verformten Wandbereich der metallischen inneren Hülse gebildet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird durch den nach innen verformten Wandbereich der inneren Hülse eine Lasche gebildet, wobei zwischen der Lasche und einem Ventilteller eine äußere Schließfeder angeordnet ist und der Ventilteller einen Teil des Magnetankers bildet. Durch die Ausbildung der Lasche lässt sich in einfacher Weise ein Widerlager für die notwendigen Schließfedern finden, die den Ventilteller bzw. den Magnetanker in Schließrichtung beaufschlagen, um so eine Gegenkraft zur Kraft des Elektromagneten zu bilden und die Beweglichkeit des Magnetankers sicherzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Gasraum in der inneren Hülse ausgebildet, sodass keine zusätzlichen Abdichtelemente benötigt werden, um den Gasraum radial nach außen abzudichten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die äußere Hülse aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Dies erlaubt zum einen eine leichte Verbindung über Schweißverbindung, beispielsweise zur inneren Metallhülse, und lässt sich auf der anderen Seite einfach und kostengünstig fertigen. Darüber hinaus sind metallische Werkstoffe in aller Regel ohne besondere Maßnahmen gasdicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an dem den Eindüsöffnungen abgewandten Bereich des Gasventils ein Deckel angeordnet, der sowohl mit der inneren Hülse als auch mit der äußeren Hülse gasdicht verbunden ist und in dem ein Zuführkanal zur Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs in den Ringraum ausgebildet ist. Zum einen ermöglicht diese Anordnung eine einfache Verbindung des Ringraums mit einem Kraftstoffanschluss und zum anderen lässt sich so der Ringraum in diesem Bereich leicht gasdicht abdichten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Deckel und dem Magnetkern ein Federelement unter Vorspannung angeordnet, das den Magnetkern gegen eine Schulter der inneren Hülse vorspannt. Auf diese Weise lässt sich eine örtliche Fixierung des Magnetkerns innerhalb der inneren Hülse in baulich einfacher Weise realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die innere Hülse und die äußere Hülse an ihren den Eindüsöffnungen zugewandten Endabschnitten gasdicht miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise durch eine Schweißverbindung oder Klebeverbindung geschehen. Auf diese Weise lässt sich der Ringraum in einfacher Weise auch in diesem Abschnitt des Gaseinblasventils sicher gasdicht verschließen.
Zeichnung
In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Gaseinblasventil schematisch im Längsschnitt dargestellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Gaseinblasventil im Längsschnitt dargestellt. Das Gaseinblasventil 1 umfasst eine innere Hülse 3, in der ein Elektromagnet 9 ortsfest angeordnet ist, der einen Magnetkern 4 und eine Magnetspule 5 umfasst, wobei die Magnetspule 5 innerhalb des Magnetkerns 4 angeordnet ist. Die innere Hülse 3 ist mit einem Deckel 14 beispielsweise über eine Schweißverbindung gasdicht verbunden, wobei zwischen dem Deckel 14 unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 10 ein Federelement 11 unter Druckvorspannung angeordnet ist, das hier als Blattfeder ausgebildet ist und das eine Kraft auf den Magnetkern 4 ausübt, die den Magnetkern 4 gegen eine an der Innenseite der inneren Hülse 3 ausgebildete Schulter 7 drückt. Zur Abdichtung des Magnetkerns 4 ist weiterhin eine Membran 8 vorgesehen, die der Zwischenscheibe 10 abgewandt an der Unterseite des Magnetkerns 4 angeordnet ist und die zwischen dem Magnetkern 4 und der Schulter 7 eingeklemmt und damit ortsfest in dieser Position gehalten ist.
Die innere Hülse 3 umgebend ist weiterhin eine äußere Hülse 2 vorgesehen, die an ihrem oberen Ende mit dem Deckel 14 gasdicht verbunden ist und an ihrem unteren Ende ebenfalls gasdicht mit der inneren Hülse 3. Beide gasdichten Verbindungen können beispielsweise durch eine Schweiß- oder Klebeverbindung realisiert sein. Zwischen der inneren Hülse 3 und der äußeren Hülse 2 ist ein Ringraum 6 ausgebildet, der über einen im Deckel 14 ausgebildeten Zuführkanal 17 mit gasförmigem Kraftstoff befüllbar ist. Der Zuführkanal 17 ist dabei in nicht dargestellter Weise mit einer Gasquelle verbunden, die gasförmigen Kraftstoff unter dem notwendigen Einblasdruck zur Verfügung stellt. Weiterhin ist im Deckel 14 eine Bohrung 15 ausgebildet, durch die ein elektrischer Anschluss 12 geführt ist, der durch die Zwischenscheibe 10 und den Magnetkern 4 bis zur Magnetspule 5 reicht, sodass die Magnetspule 5 mit dem notwendigen Steuerstrom versorgt werden kann. Zum Abschluss des Gasventils 1 ist am oberen Ende eine Umspritzung 19 vorgesehen, die vorzugsweise aus einem Kunststoff besteht und durch die in nicht dargestellter Weise der elektrische Anschluss und auch der Gasanschluss zur Versorgung des Zuführkanals 17 geführt sind.
Im unteren, dem Deckel 14 abgewandten Bereich der inneren Hülse 3 ist ein Gasraum 20 ausgebildet, der durch die Hülse 3 radial nach außen begrenzt wird und nach oben durch die Membran 8 und nach unten durch eine Ventilplatte 30, wobei in der Ventilplatte 30 eine zentrale Einblasöffnung 31 und mehrere periphere Einblasöffnungen 32 ausgebildet sind, durch die gasförmiger Kraftstoff aus dem Gasraum 20 ausströmen kann. Weiterhin ist im Gasraum 20 ein Magnetanker 22 längsbeweglich angeordnet, der einen inneren Anker 24 und einen äußeren Anker 25 umfasst. Der innere Anker 24 weist dabei eine zentrale Bohrung 29 auf, in der eine innere Schließfeder 26, die hier als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, unter Druckvorspannung angeordnet ist, wobei die innere Schließfeder 26 auf einem Ausgleichselement 28 geführt ist, über dessen Abmessungen die Federvorspannung einstellbar ist. Die innere Schließfeder 26 ist dabei zwischen dem Ausgleichselement 28 und dem Magnetkern 4 unter Druckvorspannung angeordnet und übt somit eine Schließkraft auf den inneren Magnetanker 24 in Richtung der Ventilplatte 30 aus. Der innere Magnetanker 24 liegt mit seinem der Ventilplatte zugewandten Ende auf einem inneren Dichtsitz 36 auf und verschließt in dieser Schließstellung den Gasraum 20 gegenüber der zentralen Einblasöffnung 31.
Weiterhin umfasst der Magnetanker 22 einen äußeren Magnetanker 25, der den inneren Magnetanker 24 zumindest abschnittsweise umgibt, wobei zwischen dem inneren Magnetanker 24 und dem äußeren Magnetanker 25 ein Ringkanal 33 verbleibt. Der äußere Magnetanker 25 umfasst einen Ventilteller 27, der mit dem äußeren Magnetanker 25 fest verbunden ist. Der Ventilteller 27 wirkt mit einem äußeren Dichtsitz 35 auf der Ventilplatte 30 zusammen und verschließt bei Anlage an der Ventilplatte 30 die peripheren Eindüsöffnungen 32 gegenüber dem Gasraum 20.
Weiterhin weist der Ventilteller 27 mehrere Federaufnahmen 43 auf, die becherförmig ausgebildet sind und von denen nur eine beispielhaft dargestellt und nachfolgend beschrieben ist. In der Federaufnahme 43 ist eine äußere Schließfeder 42 aufgenommen, die sich mit ihrem der Federaufnahme 43 abgewandten Ende an einer Lasche 40 abstützt, die durch eine Einformung der inneren Hülse 3 unter Freilegung einer Zuströmöffnung 38 gebildet ist. Die Zuströmöffnung 38 bildet so eine Verbindung zwischen dem Ringraum 6 und dem Gasraum 20 zur Zuführung des gasförmigen Brennstoffs. Auf der Lasche 40 ist ein Zapfen 45 ausgebildet, den die äußere Schließfeder 42 umgibt und dadurch seitlich festgelegt ist, wobei zwischen der äußeren Schließfeder 42 und der Lasche 40 darüber hinaus eine Einstellscheibe 46 angeordnet ist, um die Vorspannung der äußeren Schließfeder 42 einzustellen. Über den Umfang des Ventiltellers 27 verteilt sind vorzugsweise drei oder mehr äußere Schließfedern 42 angeordnet, die zusammen eine symmetrische Schließkraft auf den Ventilteller 27 in Richtung der Ventilplatte 30 ausüben.
Weiterhin sind im äußeren Magnetanker 25 eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 34 ausgebildet, die eine Verbindung zwischen dem Gasraum 20 und dem Ringkanal 33 herstellen, der zwischen dem äußeren Magnetanker 25 und dem inneren Magnetanker 24 ausgebildet ist. Der Ringkanal 33 ist wiederum mit einer in der Ventilplatte 30 ausgebildeten Ausnehmung 37 verbunden, über die gasförmiger Kraftstoff aus dem Ringkanal 33 zu den peripheren Eindüsöffnungen 32 strömen kann.
Das Gaseinblasventil funktioniert wie folgt: Zu Beginn der Einblasung ist der Elektromagnet 9 nicht bestromt, sodass sowohl der äußere Magnetanker 25 als auch der innere Magnetanker 24, bedingt durch die innere Schließfeder 26 und die äußeren Schließfedern 42, in Richtung der Ventilplatte 30 mit einer Schließkraft beaufschlagt werden und in Anlage an den äußeren Dichtsitz 35 bzw. den inneren Dichtsitz 36 gehalten werden. Dadurch werden sowohl die zentrale Eindüsöffnung 31 als auch die peripheren Eindüsöffnungen 32 verschlossen. Soll eine Eindüsung von gasförmigem Kraftstoff geschehen, so wird der Elektromagnet 9 bestromt und übt eine anziehende Kraft auf den Magnetanker 22 aus, wobei sowohl der innere Magnetanker 24 als auch der äußere Magnetanker 25 angezogen werden und sich in Richtung auf den Elektromagneten 9 zubewegen, bis sie in Anlage an den Magnetkern 4 unter Zwischenlage der Membran 8 gelangen. Dadurch hebt sowohl der innere Magnetanker 34 vom inneren Dichtsitz 36 ab als auch der Ventilteller 27 vom äußeren Dichtsitz 35, sodass sowohl die zentrale Eindüsöffnung 31 als auch die peripheren Eindüsöffnungen 32 freigegeben werden und gasförmiger Kraftstoff aus dem Gasraum 20 durch die Eindüsöffnungen 31, 32 nach außen gelangt. Der ausströmende gasförmige Kraftstoff wird dabei über den Ringraum 6 und die Zuströmöffnungen 38 nachgeführt. Zur Beendigung der Eindüsung wird der Elektromagnet 9 abgeschaltet bzw. stromlos geschaltet, sodass die innere Schließfeder 36 und die äußeren Schließfedern 42 den Magnetanker 22 zurück in seine Schließstellung drücken.
Sowohl die innere Hülse 3 als auch die äußere Hülse 2 sind vorzugsweise metallisch ausgebildet, d. h. aus einem Blech geformt, was einerseits die Gasdichtheit garantiert und zum anderen eine leichte Verbindbarkeit erlaubt, beispielsweise über Schweißverbindungen, sowohl zum Deckel 14 als auch zwischen den Hülsen 2, 3.
Das erfindungsgemäße Gaseinblasventil kann wie folgt montiert werden: In die innere Hülse 3 wird zuerst die Membran 8 und anschließend der Magnetkern 4 inklusive Magnetspule 5 eingebracht. Anschließend wird die Zwischenscheibe 10, das Federelement 11 und der Deckel 14 in ihre jeweilige Position gebracht, wobei das Federelement 11 durch die Positionierung des Deckels 14 in Vorspannung gebracht wird. Anschließend wird der Deckel 14 mit der inneren Hülse 3 durch eine Schweißverbindung fest verbunden, wobei der elektrische Anschluss 12 anschließend durch die entsprechende Bohrung 15 im Deckel 14 eingebracht werden kann. Zur weiteren Montage werden die Zapfen 45 auf die Laschen 40 geschweißt, wobei die Laschen zuvor über eine Einformung eines Teils der Wand der inneren Hülse 3 gebildet worden sind. Anschließend wird der Magnetanker, d. h. sowohl der innere Magnetanker 24 als auch der äußere Magnetanker 25, innerhalb der Hülse 3 an seine Position gebracht und ebenso die übrigen Bauteile, wie die äußeren Schließfedern 42 und die innere Schließfeder 26. Anschließend wird die Ventilplatte 30 montiert und über eine Schweißverbindung mit der inneren Hülse 3 verbunden. Als letztes Bauteil wird die äußere Hülse 2 über die innere Hülse 3 geschoben und schließlich mit dem Deckel 14 im oberen Teil des Gaseinblasventils fest verbunden, vorzugsweise über eine Schweißverbindung. Anschließend wird eine weitere Schweißverbindung zwischen der äußeren Hülse 2 und der inneren Hülse 3 hergestellt oder aber eine Schweißverbindung zwischen der äußeren Hülse 2 und der Ventilplatte 30. Auf diese Weise wird eine gasdichte Abdichtung des Ringraums 6 sowohl im oberen als auch im unteren Bereich des Gaseinblasventils 1 erreicht. Im letzten Arbeitsschritt werden der elektrische Anschluss 12 und der Anschluss für den Zuführkanal 17 innerhalb des Deckels 14 durch eine Kunststoffumspritzung 19 am oberen Bereich des Gaseinblasventils realisiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007003213 A1 [0001]

Claims

Gaseinblasventil (1) mit einem Elektromagneten (9), der einen Magnetkern (4) und eine Magnetspule (5) umfasst, die in einer inneren Hülse (3) ortsfest angeordnet sind, und mit einem Magnetanker (22), der in einem Gasraum (20) angeordnet ist und der mit einem Dichtsitz (35; 36) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Eindüsöffnung (31; 32) zusammenwirkt, durch die gasförmiger Kraftstoff austreten kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Hülse (2) vorgesehen ist, die die innere Hülse (3) zumindest abschnittsweise umgibt, so dass zwischen der äußeren Hülse (2) und der inneren Hülse (3) ein Ringraum (6) gebildet ist, wobei der gasförmige Kraftstoff den Eindüsöffnungen (31; 32) durch den Ringraum (6) zugeführt werden kann.
Gaseinblasventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der inneren Hülse (3) eine Zuströmöffnung (38) ausgebildet ist, die den Ringraum (6) mit dem Gasraum (20) verbindet.
Gaseinblasventil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Hülse (3) aus einem metallischen Werkstoff besteht und die Zuströmöffnung (38) durch einen in den Innenraum verformten Wandbereich der metallischen Hülse (3) gebildet ist.
Gaseinblasventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch den nach innen verformten Wandbereich eine Lasche (40) gebildet ist, wobei zwischen der Lasche (40) und einem Ventilteller (27) eine äußere Schließfeder (42) angeordnet ist, wobei der Ventilteller (27) einen Teil des Magnetankers bildet.
Gaseinblasventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Laschen (40) über den Umfang der Hülse (3) verteilt angeordnet sind, vorzugsweise 2, 3 oder 4 Laschen.
Gaseinblasventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (20) in der inneren Hülse (3) ausgebildet ist.
Gaseinblasventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Hülse (3) aus einem metallischen Werkstoff besteht.
Gaseinblasventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Hülse (2) aus einem metallischen Werkstoff besteht.
Gaseinblasventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem den Eindüsöffnungen (31; 32) abgewandten Bereich des Gasventils (1) ein Deckel (14) angeordnet ist, der sowohl mit der inneren Hülse (3) als auch mit der äußeren Hülse (2) gasdicht verbunden ist und in dem ein Zuführkanal (17) zur Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs in den Ringraum (6) ausgebildet ist.
Gaseinblasventil (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Deckel (14) und dem Magnetkern (4) ein Federelement (11) unter Vorspannung angeordnet ist, die den Magnetkern (4) gegen eine Schulter (7) an der inneren Hülse (3) vorspannt.
Gaseinblasventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Hülse (3) und die äußere Hülse (2) an ihrem den Eindüsöffnungen (31; 32) zugewandten Endabschnitt gasdicht miteinander verbunden sind.