DE102016215231A1

DE102016215231A1 - Ventil zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff

Info

Publication number: DE102016215231A1
Application number: DE102016215231.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wallner; Christoph Eduard Kammerer; Zboron Jürgen; Markus Schmitzberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2036-08-17
Also published as: DE102016215231B4

Abstract

Ventil (1) zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff mit einer hubbeweglichen Magnetankervorrichtung (11), welche eine Ankerplatte (9), einen Ankerbolzen (4) und einen Ventilteller (12) umfasst. Der Ventilteller (12) wirkt mit einem Ventilsitzkörper (3) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer in dem Ventilsitzkörper (3) ausgebildeten Eindüsöffnung (5) zusammen. Außerdem weist der Ventilsitzkörper (3) eine Ausnehmung (13) auf, in welcher Ausnehmung (13) der Ankerbolzen (4) hubbeweglich geführt ist. Darüber hinaus weist der Ankerbolzen (4) mindestens eine Ausnehmung (14) auf, in welcher ein flexibles Element (7) zwischen dem Ankerbolzen (4) und der Wand der Ausnehmung (13) zur Verringerung der Schiefstellung des Ventiltellers (12) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff, wie es vorzugsweise in einem Ansaugtrakt oder einem Brennraum einer Brennkraftmaschine Verwendung findet.
Stand der Technik
Elektromagnetisch betätigte Gasventile sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 103 53 011 A1 bekannt. Diese umfassen typischerweise einen Elektromagneten und eine bewegbare Ventiltellergruppe, welche zum Öffnen und Schließen mindestens einer Durchlassöffnung mit einem Dichtelement zusammenwirkt. Bei Bestromung des Elektromagneten wird die Ventiltellergruppe entsprechend der magnetischen Kräfte in Richtung des Elektromagneten gezogen, so dass die mindestens eine Durchlassöffnung freigegeben wird und gasförmiger Kraftstoff aus dem Gasventil in einen Ansaugtrakt oder einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eintreten kann. Wird der Elektromagnet abgeschaltet, bewegt sich die Ventiltellergruppe aufgrund der sich abbauenden magnetischen Kräfte und der von Schließfedern ausgeübten Kräfte wieder in Richtung des Dichtkörpers und sperrt somit die mindestens eine Durchlassöffnung.
Einen beachtlichen Einfluss auf die Lebensdauer solcher Gasventile hat die Bewegung und Stellung des Ventiltellers. Beim Schließen des Gasventils kann es zu einer Schiefstellung des Ventiltellers kommen, das heißt, dass der Ventilteller mit einer gewissen Schräglage auf das Dichtelement aufkommt, was zu einem einseitigen, schiefen Aufschlagen des Ventiltellers auf dem Dichtelement führt und eine erhöhte Flächenpressung nach sich zieht. Neben einseitigem Verschleiß ist ebenso die Dichtfunktion zwischen dem Ventilteller und dem Dichtelement nicht mehr gegeben, so dass die Durchlassöffnungen immer noch teilweise geöffnet sind und weiterhin gasförmiger Kraftstoff aus dem Gasventil austritt. Insgesamt wird dadurch die Lebensdauer des gesamten Ventils verringert.
Schiefstellungen des Ventiltellers können aufgrund von Fertigungstoleranzen oder asymmetrischem Abbauen der magnetischen Kräfte nach Abschalten des Elektromagneten auftreten. Mit einer Führung des Ventiltellers im Gasventil könnte die Schiefstellung des Ventiltellers und somit der Einfluss auf die Lebensdauer des Gasventils so gering wie möglich gehalten werden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass der Ventilteller so geführt wird, dass die Schiefstellung zwischen dem Ventilteller und dem Führungsabschnitt minimiert wird. Dazu weist das Ventil zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff eine hubbewegliche Magnetankervorrichtung auf, welche eine Ankerplatte, einen Ankerbolzen und einen Ventilteller umfasst. Außerdem wirkt der Ventilteller mit einem Ventilsitzkörper zum Öffnen und Schließen wenigstens einer in dem Ventilsitzkörper ausgebildeten Eindüsöffnung zusammen. Der Ventilsitzkörper weist dabei eine Ausnehmung auf, in welcher Ausnehmung der Ankerbolzen hubbeweglich geführt ist. Darüber hinaus weist der Ankerbolzen mindestens eine Ausnehmung auf, in welcher ein flexibles Element zwischen dem Ankerbolzen und der Wand der Ausnehmung zur Verringerung der Schiefstellung des Ventiltellers angeordnet ist.
Die Verwendung von einem flexiblen Element zwischen dem Ankerbolzen und der Wand der Ausnehmung beugt einer möglichen Schiefstellung des Ventiltellers zu dem Ventilsitzkörper vor, so dass bei gleichzeitiger Gewährleistung des Freiheitsgrades die Dichtfunktion des Ventiltellers mit dem Ventilsitzkörper nicht beeinträchtigt wird. Dies begünstigt wiederum eine hohe Lebensdauer des gesamten Ventils.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens weist die mindestens eine Ausnehmung einen ringnutförmigen oder rechteckigen Querschnitt auf.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das flexible Element als O-Ring ausgebildet. Vorteilhafterweise sind in der Ausnehmung mehrere flexible Elemente parallel angeordnet. Typische Werkstoffe für die elastischen Elemente sind beispielsweise Elastomere oder Kautschuk.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Ankerbolzen mit der Ankerplatte und dem Ventilteller fest verbunden ist. Dies verhindert eine mögliche Schiefstellung des Ankerbolzens relativ zu der Ankerplatte und/ oder zu dem Ventilteller.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist der Ventilteller Durchlassöffnungen auf, welche als Längsbohrungen und/oder Querbohrungen ausgebildet sind. Vorteilhafterweise sind die in dem Ventilteller ausgebildeten Querbohrungen versetzt zu der wenigstens einen in dem Ventilsitzkörper ausgebildeten Eindüsöffnung angeordnet, so dass beim Aufliegen des Ventiltellers auf dem Ventilsitzkörper die Querbohrungen und die Eindüsöffnung gegeneinander abgedichtet sind. Dadurch ist gewährleistet, dass beim Aufliegen des Ventiltellers auf dem Ventilsitzkörper, kein gasförmiger Kraftstoff aus dem Ventil in einen Ansaugtrakt oder einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eintreten kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens umfasst das Ventil ein Ventilgehäuse, in welchem ein Innenraum ausgebildet ist, in dem die hubbewegliche Magnetankervorrichtung angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist in dem Innenraum eine Magnetspule mit einem Magnetkern angeordnet, worüber die Magnetankervorrichtung bewegt werden kann.
In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass in dem Innenraum ein Hubanschlagselement und ein Hubeinstellring angeordnet sind, in welchen jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Dies ermöglicht dem gasförmigen Kraftstoff aus dem Zulauf durch die Durchgangsöffnungen in Richtung der Durchlassöffnungen des Ventiltellers zu den Eindüsöffnungen zu gelangen. Vorteilhafterweise ist in dem Hubanschlagselement und dem Ventilteller in einer Ausnehmung mindestens eine Schließfeder angeordnet, welche den Ventilteller mit einer Kraft in Richtung des Ventilsitzkörpers beaufschlagt. Dies ermöglicht eine schnelle Schließung der Eindüsöffnungen, da sich bei Abschalten des Elektromagneten die magnetischen Kräfte auf die Magnetankervorrichtung abbauen und sich die Magnetankervorrichtung durch die Kraft der Schließfeder wieder in Richtung des Ventilsitzkörpers bewegt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass im Ventilgehäuse ein Zulauf ausgebildet ist, über welchen gasförmiger Kraftstoff in den Innenraum des Ventils einführbar ist.
Zeichnungen
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Ventilanordnung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Es zeigt in
1 das Ventil zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff im Längsschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1 zeigt ein Ventil 1 zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff mit einem Ventilgehäuse 2 und einem Innenraum 16, welcher über einen Zulauf 18 mit gasförmigem Kraftstoff befüllbar ist. In dem Innenraum 16 ist eine Magnetspule 8 mit einem Magnetkern 15 angeordnet. Weiterhin ist in dem Innenraum 16 ein Hubanschlagselement 19 und ein Hubeinstellring 20 angeordnet, in welchen jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung 21, 22 ausgebildet ist. An dem der Magnetspule 8 abgewandten Ende des Ventils 1 ist ein Ventilsitzkörper 3 angeordnet, in welchem mindestens eine Eindüsöffnung 5, welche in Einbaulage des Ventils 1 in einen Ansaugtrakt oder einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mündet, ausgebildet ist. Zwischen dem Magnetkern 15 und dem Ventilsitzkörper 3 ist eine Magnetankervorrichtung 11 angeordnet, die eine Ankerplatte 9, einen Ankerbolzen 4 und einen Ventilteller 12 umfasst, wobei diese fest miteinander verbunden sind. Dabei weist der Ventilteller 12 Durchlassöffnungen 6 auf, welche als Längsbohrungen (26) und/oder Querbohrungen (27) ausgebildet sind. In dem Hubanschlagselement 19 und dem Ventilteller 12 ist in einer Ausnehmung 29 mindestens eine Schließfeder 10 angeordnet, welche den Ventilteller 12 mit einer Kraft in Richtung des Ventilsitzkörpers 3 beaufschlagt.
Der Ankerbolzen 4 ist mit einem Abschnitt 25 in einer Ausnehmung 13 des Ventilsitzkörpers 3 hubbeweglich geführt, so dass der Ventilteller 12 in Schließstellung des Ventils 1, das heißt, wenn durch die wenigstens eine Eindüsöffnung 5 kein gasförmiger Kraftstoff aus dem Innenraum 16 in den Ansaugtrakt oder den Brennraum der Brennkraftmaschine austreten kann, an einer an dem Ventilsitzkörper 3 ausgebildeten Dichtfläche 24 anliegt und die Eindüsöffnungen 5 abdichtet. Diese Abdichtung ist gewährleistet, da die Durchlassöffnungen 6 in dem Ventilteller 12 versetzt zu den Eindüsöffnungen 5 in dem Ventilsitzkörper 3 angeordnet sind. Der Abschnitt 25 des Ankerbolzens 4 weist zudem mindestens eine Ausnehmung 14 auf. Die Ausnehmung 14 weist dabei einen ringnutförmigen oder rechteckigen Querschnitt auf. Außerdem ist in der Ausnehmung 14 ein flexibles Element 7 zwischen dem Ankerbolzen 4 und der Wand der Ausnehmung 13 des Ventilsitzkörpers 3 angeordnet. Dabei können auch mehrere flexible Elemente 7 in der Ausnehmung 14 parallel angeordnet sein. Das flexible Element 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel als O-Ring ausgebildet. Die O-Ringe schützen die miteinander geführten Bauteile, in diesem Ausführungsbeispiel der Ankerbolzen 4 und die Wand der Ausnehmung 13 des Ventilsitzkörpers 3, auch gegen mögliche Reibungskräfte. Dabei sind die O-Ringe beispielsweise aus Elastomeren oder Kautschuk hergestellt.
Bei Bestromung der Magnetspule 8 werden elektromagnetische Felder erzeugt, welche magnetische Kräfte auf die Magnetankervorrichtung 11 ausüben. Diese magnetischen Kräfte sind dabei größer als die Kraft der Schließfeder 10, weshalb die Magnetankervorrichtung 11 in Richtung des Magnetkerns 15 gezogen wird. Das heißt, der Ventilteller 12 hebt von dem Ventilsitzkörper 3 ab, wodurch die wenigstens eine Eindüsöffnung 5 freigegeben wird. So kann nun durch die Durchgangsöffnungen 21, 22 des Hubanschlagselements 19 und des Hubeinstellrings 20 und durch die Durchlassöffnungen 6 des Ventiltellers 12 gasförmiger Kraftstoff in die Eindüsöffnungen 5 und somit in den Ansaugtrakt oder den Brennraum der Brennkraftmaschine eintreten. Der Ankerbolzen 4 bewegt sich während des Öffnungsvorgangs in der Ausnehmung 14 des Ventilsitzkörpers 3 typischerweise um 50 bis 600 Mikrometer. Diese sehr geringe axiale Bewegung ist aufgrund der flexiblen Elemente 7, der O-Ringe, annäherungsweise reibungsfrei, da die O-Ringe lediglich eine kleine Walkbewegung durchführen. Außerdem gewährleisten die O-Ringe eine Reduzierung der Schiefstellung des Ventiltellers 12 zu dem Ventilsitzkörper 3.
Wird der Eindüsvorgang beendet, wird die Stromversorgung der Magnetspule 8 unterbrochen, wodurch sich die magnetischen Kräfte auf die Magnetankervorrichtung 11 abbauen. So bewegt sich die Magnetankervorrichtung 11 aufgrund der Kraft der Schließfeder 10 wieder in Richtung des Ventilsitzkörpers 3. Der Ventilteller 12 dichtet beim Aufsetzen auf den Ventilsitzkörper 3 die Eindüsöffnungen 5 ab und schließt somit den Strömungsquerschnitt des gasförmigen Kraftstoffs.
Der Ankerbolzen 4 und der Magnetkern 15 weisen darüber hinaus Ausnehmungen 17, 28 auf, welche als Bohrungen zu Montage- bzw. Demontagezwecken ausgebildet sind. Außerdem dient die Ausnehmung 28 in dem Ankerbolzen 4 auch zum Druckausgleich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10353011 A1 [0002]

Claims

Ventil (1) zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff mit einer hubbeweglichen Magnetankervorrichtung (11), welche eine Ankerplatte (9), einen Ankerbolzen (4) und einen Ventilteller (12) umfasst, wobei der Ventilteller (12) mit einem Ventilsitzkörper (3) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer in dem Ventilsitzkörper (3) ausgebildeten Eindüsöffnung (5) zusammenwirkt, wobei der Ventilsitzkörper (3) eine Ausnehmung (13) aufweist, in welcher Ausnehmung (13) der Ankerbolzen (4) hubbeweglich geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerbolzen (4) mindestens eine Ausnehmung (14) aufweist, in welcher ein flexibles Element (7) zwischen dem Ankerbolzen (4) und der Wand der Ausnehmung (13) zur Verringerung der Schiefstellung des Ventiltellers (12) angeordnet ist.
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (14) einen ringnutförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweist.
Ventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Element (7) als O-Ring ausgebildet ist.
Ventil (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung (14) mehrere flexible Elemente (7) parallel angeordnet sind.
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerbolzen (4) mit der Ankerplatte (9) und dem Ventilteller (12) fest verbunden ist.
Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (12) Durchlassöffnungen (6) aufweist, welche als Längsbohrungen (26) und/ oder Querbohrungen (27) ausgebildet sind.
Ventil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Ventilteller (12) ausgebildeten Querbohrungen (27) versetzt zu der wenigstens einen in dem Ventilsitzkörper (3) ausgebildeten Eindüsöffnung (5) angeordnet sind, so dass beim Aufliegen des Ventiltellers (12) auf dem Ventilsitzkörper (3) die Querbohrungen (27) und die Eindüsöffnung (5) gegeneinander abgedichtet sind.
Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) ein Ventilgehäuse (2) umfasst, in welchem ein Innenraum (16) ausgebildet ist, in dem die hubbewegliche Magnetankervorrichtung (11) angeordnet ist.
Ventil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum (16) eine Magnetspule (8) mit einem Magnetkern (15) angeordnet ist, worüber die Magnetankervorrichtung (11) bewegt werden kann.
Ventil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum (16) ein Hubanschlagselement (19) und ein Hubeinstellring (20) angeordnet sind, in welchen jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung (21, 22) ausgebildet ist.
Ventil (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hubanschlagselement (19) und dem Ventilteller (12) in einer Ausnehmung (29) mindestens eine Schließfeder (10) angeordnet ist, welche den Ventilteller (12) mit einer Kraft in Richtung des Ventilsitzkörpers (3) beaufschlagt.
Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilgehäuse (2) ein Zulauf (18) ausgebildet ist, über welchen gasförmiger Kraftstoff in den Innenraum (16) des Ventils (1) einführbar ist.