DE102020212935A1 - gas metering valve - Google Patents

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Oezguer Tuerker
Marco Beier
Sebastian Laechele
Gerhard Suenderhauf
Fabian Fischer
Daniel Bosse
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Gasdosierventil zur dosierten Abgabe eines gasförmigen Kraftstoffs, mit einem Gehäuse (1), in dem ein Gasraum (2) mit einem Gaseinlass (4) und ein Gasauslass (5) ausgebildet ist. Im Gasraum (2) ist ein Ventilelement (7) beweglich angeordnet, das mit einem Ventilsitz (10) zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung (4) zusammenwirkt, wobei das Ventilelement (7) mittels eines Aktors (8) bewegbar ist. Das Ventilelement (7) umfasst ein Dichtelement (11) und ein Ankerelement (12), wobei das Dichtelement (11) eine Dichtfläche (14) aufweist, die mit dem Ventilsitz (10) zusammenwirkt, und das Dichtelement (11) mit dem Ankerelement (12) über eine Ankerfeder (15) gekoppelt ist.Gas metering valve for the metered delivery of a gaseous fuel, having a housing (1) in which a gas chamber (2) with a gas inlet (4) and a gas outlet (5) is formed. A valve element (7) is movably arranged in the gas chamber (2) and interacts with a valve seat (10) to open and close the inlet opening (4), the valve element (7) being movable by means of an actuator (8). The valve element (7) comprises a sealing element (11) and an armature element (12), the sealing element (11) having a sealing surface (14) which interacts with the valve seat (10), and the sealing element (11) having the armature element ( 12) is coupled via an armature spring (15).

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasdosierventil, wie es insbesondere Verwendung findet, um gasförmigen Kraftstoff in einen Brennraum oder einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zu dosieren.The invention relates to a gas metering valve, as is used in particular to meter gaseous fuel into a combustion chamber or an intake tract of an internal combustion engine.

Stand der TechnikState of the art

Ventile zur dosierten Abgabe von gasförmigem Kraftstoff sind aus dem Stand der Technik beispielsweise aus der DE 10 2016 215 027 A1 bekannt. Im Gehäuse des Gasdosierventils ist ein bewegliches Ventilelement angeordnet, das mit einem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts zusammenwirkt. Das Ventilelement ist dabei als Magnetanker ausgebildet und wird mit Hilfe eines Elektromagneten gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegt, so dass es zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung durch Ein- und Ausschalten des Elektromagneten bewegt werden kann.Valves for the metered delivery of gaseous fuel are known from the prior art, for example from DE 10 2016 215 027 A1 famous. A movable valve element is arranged in the housing of the gas metering valve and interacts with a valve seat to open and close a flow cross section. The valve element is designed as a magnet armature and is moved with the aid of an electromagnet against the force of a return spring, so that it can be moved between a closed position and an open position by switching the electromagnet on and off.

Um Gasmengen zu dosieren, wie sie beispielsweise bei Motoren für Lastkraftwagen benötigt werden, müssen große Strömungsquerschnitte aufgesteuert werden, um die notwendige Gasmenge in der zur Verfügung stehenden Zeit eindosieren zu können. Dazu muss das Ventilelement in kurzer Zeit einen großen Hub durchfahren, was nur durch starke magnetische Kräfte und entsprechend große Bewegungsgeschwindigkeiten des Ventilelements erreicht werden kann. Schlägt das Ventilelement entweder an der Hubbegrenzung bei der Öffnungsbewegung bzw. am Ventilsitz bei der Schließbewegung an, so wirken dort wegen der großen Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilelements große Kräfte, was zu einer hohen mechanischen Belastung und entsprechendem Verschleiß führt. Darüber hinaus bewirkten die hohen Kräfte starke Schallemissionen und Vibrationen, die zu weiterer Belastung der Brennkraftmaschine führen.In order to meter gas quantities, such as are required in truck engines, for example, large flow cross-sections must be opened in order to be able to meter in the necessary gas quantity in the time available. To do this, the valve element must travel through a large stroke in a short time, which can only be achieved by strong magnetic forces and correspondingly high movement speeds of the valve element. If the valve element hits either the stroke limitation during the opening movement or the valve seat during the closing movement, large forces act there due to the high movement speed of the valve element, which leads to high mechanical stress and corresponding wear. In addition, the high forces caused strong noise emissions and vibrations, which lead to further stress on the internal combustion engine.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Das erfindungsgemäße Gasdosierventil weist den Vorteil auf, dass der Verschleiß am Ventilelement verringert ist und die Lebensdauer entsprechend verlängert bei gleichzeitig großem schaltbarem Strömungsquerschnitt. Dazu weist das Gasdosierventil ein Gehäuse auf, in dem ein Gasraum mit einem Gaseinlass und ein Gasauslass ausgebildet ist. Im Gasraum ist ein Ventilelement beweglich angeordnet, das mit einem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung zusammenwirkt, wobei das Ventilelement mittels eines Aktors bewegbar ist. Das Ventilelement umfasst ein Dichtelement und ein Ankerelement, wobei das Dichtelement eine Dichtfläche aufweist, die mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, und ein Ankerelement, das durch den Aktor bewegt wird. Dabei ist das Dichtelement mit dem Ankerelement über eine Ankerfeder gekoppelt ist.The gas metering valve according to the invention has the advantage that the wear on the valve element is reduced and the service life is correspondingly extended, while at the same time there is a large switchable flow cross section. For this purpose, the gas metering valve has a housing in which a gas chamber with a gas inlet and a gas outlet is formed. A valve element is movably arranged in the gas chamber and interacts with a valve seat to open and close the inlet opening, the valve element being movable by means of an actuator. The valve element comprises a sealing element and an armature element, the sealing element having a sealing surface which interacts with the valve seat and an armature element which is moved by the actuator. In this case, the sealing element is coupled to the anchor element via an anchor spring.

Die beiden Teile des Ventilelements sind durch die flexible Kopplung über die Ankerfeder gegeneinander beweglich, so dass beim Auftreffen des Ventilelements auf dem Ventilsitz bzw. auf der Anschlagfläche, die die Öffnungsbewegung begrenzt, ein Teil des Ventilelements nicht abrupt gebremst wird, sondern sich gegen die Kraft der Ankerfeder etwas weiterbewegen kann, was die Kräfte auf die entsprechenden Flächen und das Ventilelement reduziert und damit den Verschleiß senkt.The two parts of the valve element can be moved in opposite directions thanks to the flexible coupling via the armature spring, so that when the valve element hits the valve seat or the stop surface that limits the opening movement, part of the valve element is not braked abruptly, but moves against the force of the armature spring can move a little further, which reduces the forces on the corresponding surfaces and the valve element and thus reduces wear.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Dichtelement und dem Ankerelement ein Mitnehmer ausgebildet, so dass das Ankerelement bei seiner Öffnungsbewegung das Dichtelement mitbewegt. Der Mitnehmer sorgt für ein verzögerungsfreies Öffnen des Ventilelements bei Bestromung des Elektromagneten, so dass ein präzises Öffnen des Dosierventils und damit eine exakte Steuerung der Gasdosierung möglich ist, ohne dass die Dämpfungsfunktion durch den zweiteiligen Aufbau des Ventilelements beeinträchtigt wird.In a first advantageous embodiment, a driver is formed between the sealing element and the anchor element, so that the anchor element moves the sealing element with it during its opening movement. The driver ensures that the valve element opens without delay when the electromagnet is energized, so that the metering valve can be opened precisely and the gas metered can be controlled precisely without the damping function being impaired by the two-part design of the valve element.

In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Ankerelement und dem Dichtelement ein Dämpfungsraum ausgebildet. Der Dämpfungsraum ist mit dem zu dosierenden Gas gefüllt, das beim Auftreffen des Ventilelements auf dem Ventilsitz bzw. der Hubbegrenzung aus dem Dämpfungsraum verdrängt wird und dadurch die Bewegung der beiden Ventilelementteile dämpft und die oben genannten Vorteile des Aufbaus noch erhöht. Dabei kann in vorteilhafter Weise eine Verbindung zum Gasraum über eine Bohrung im Ankerelement oder im Dichtelement vorgesehen sein. Um die Dämpfungswirkung zu verstärken, kann die Bohrung auch als Drosselbohrung ausgestaltet sein, damit das im Dämpfungsraum befindliche Gas nur relativ langsam aus dem Dämpfungsraum verdrängt wird, was die Dämpfungswirkung weiter verstärkt.In the further embodiment of the invention, a damping space is formed between the anchor element and the sealing element. The damping chamber is filled with the gas to be metered, which is displaced from the damping chamber when the valve element hits the valve seat or the stroke limiter, thereby dampening the movement of the two valve element parts and further increasing the above-mentioned advantages of the structure. Advantageously, a connection to the gas space can be provided via a bore in the anchor element or in the sealing element. In order to increase the damping effect, the bore can also be designed as a throttle bore, so that the gas in the damping chamber is only displaced relatively slowly from the damping chamber, which further increases the damping effect.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ankerfeder vorgespannt, so dass das Dichtelement und das Ankerelement im Mitnehmer gegeneinander vorgespannt sind. Über die Stärke der Vorspannung kann die Dämpfungswirkung und die Prellneigung des Ventilelements eingestellt werden.In a further advantageous embodiment, the armature spring is prestressed, so that the sealing element and the armature element are prestressed against one another in the driver. The damping effect and the bouncing tendency of the valve element can be adjusted via the strength of the pretension.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Aktor als Elektromagnet ausgebildet, der bei Bestromung das Ankerelement gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegt. Das Ankerelement kann dabei beispielsweise als Tauchanker ausgebildet sein, was konstruktiv einfach umsetzbar ist.In a further refinement, the actuator is designed as an electromagnet which, when energized, moves the armature element against the force of a restoring spring. The anchor element can be designed as a plunger, for example, which is structurally simple to implement.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung übt die Rückstellfeder eine geringere Kraft auf das Ankerelement aus als die Ankerfeder. Dadurch wird die Position der beiden Ventilkolbenteile durch die Ankerfeder festgelegt und das Ventilelement hat einen definierten Ankerhub, da die Rückstellfeder diesen nicht beeinflusst.In a further advantageous embodiment of the invention, the restoring spring exerts a lower force on the armature element than the armature spring. As a result, the position of the two valve piston parts is fixed by the armature spring and the valve element has a defined armature stroke, since the return spring does not affect it.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist am Ankerelement eine Anlagefläche ausgebildet, mit der das Ankerelement am Dichtelement zur Anlage kommen kann, wobei auf der Anlagefläche ein Dämpfungselement aufgebracht ist. Dieses kann in vorteilhafter Weise aus einem Elastomer gefertigt sein. Durch das Dämpfungselement wird das Auftreffen der beiden Ventilelementeile aufeinander gedämpft, was insbesondere die Schallemissionen dämpft.In a further advantageous embodiment, a contact surface is formed on the anchor element, with which the anchor element can come into contact with the sealing element, with a damping element being applied to the contact surface. This can advantageously be made of an elastomer. The impact of the two valve element parts on one another is damped by the damping element, which in particular dampens the noise emissions.

Figurenlistecharacter list

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gasdosierventils dargestellt. Es zeigt

  • 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasdosierventils,
  • 2 eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts der 1,
  • 3 eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventilelements eines weiteren Ausführungsbeispiels,
  • 4a, 4b und 4c weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Ventilelementen und
  • 5a, 5b, 5c und 5d Illustrierungen des Öffnungshubs von erfindungsgemäßen Ventilelementen.
Various exemplary embodiments of the gas metering valve according to the invention are shown in the drawing. It shows
  • 1 a longitudinal section through a first embodiment of a gas metering valve according to the invention,
  • 2 an enlarged view of the section marked II 1 ,
  • 3 a schematic representation of a valve element according to the invention of a further embodiment,
  • 4a , 4b and 4c further exemplary embodiments of valve elements according to the invention and
  • 5a , 5b , 5c and 5d Illustrations of the opening stroke of valve elements according to the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Gasdosierventil im Längsschnitt dargestellt. Das Gasdosierventil umfasst ein Gehäuse 1, in dem ein Gasraum 2 ausgebildet ist. Der Gasraum 2 ist über einen Gaseinlass 4 mit dem zu dosierenden Gas befüllbar, das über einen Gasauslass 5 austritt. Der Gasauslass 5 ist in Form eines Rohres ausgebildet, das in den Ansaugtrakt oder den Brennraum einer Brennkraftmaschine ragt. Im Gasraum 2 ist ein Ventilelement 7 längsbeweglich angeordnet. Es ist dabei seitlich im Gasraum 2 geführt und weist an seinem dem Gaseinlass 4 zugewandten Ende eine Dichtfläche 14 auf, mit der das Ventilelement 7 mit einem Ventilsitz 10 zum Öffnen und Schließen des Gaseinlasses 4 zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz 10 ringförmig die Mündung des Gaseinlasses 4 in den Gasraum 2 umgibt. Die Längsbewegung des Ventilelements 7 in Richtung des Gasauslasses 5 wird von einer Anschlagfläche 16 begrenzt, die an der Wand des Gasraums 2 ausgebildet ist.In 1 a gas metering valve according to the invention is shown in longitudinal section. The gas metering valve comprises a housing 1 in which a gas chamber 2 is formed. The gas space 2 can be filled via a gas inlet 4 with the gas to be metered, which exits via a gas outlet 5 . The gas outlet 5 is designed in the form of a tube that protrudes into the intake tract or the combustion chamber of an internal combustion engine. In the gas chamber 2, a valve element 7 is arranged to be longitudinally movable. It is guided laterally in the gas chamber 2 and has a sealing surface 14 on its end facing the gas inlet 4, with which the valve element 7 interacts with a valve seat 10 for opening and closing the gas inlet 4, the valve seat 10 annularly covering the mouth of the gas inlet 4 into the gas space 2 surrounds. The longitudinal movement of the valve element 7 in the direction of the gas outlet 5 is limited by a stop surface 16 which is formed on the wall of the gas space 2 .

Das Ventilelement 7 ist zweiteilig ausgeführt und umfasst ein Dichtelement 11 und ein Ankerelement 12. Am Dichtelement 11 ist die Dichtfläche 14 ausgebildet, während das Ankerelement 12 als Magnetanker ausgebildet ist und mit einem Elektromagneten 8, 9 zusammenwirkt, der eine Magnetspule und einen Magnetkern umfasst, die in 2 näher dargestellt sind. Im Ankerelement 12 ist eine Verbindung 13 ausgebildet in Form einer T-förmigen Bohrung, durch die das Gas in Richtung des Gasauslasses 5 strömen kann. Das Ventilelement 7 wird durch eine Rückstellfeder 22, die zwischen dem Ventilelement 7 und einem Absatz 24 im Gasraum 2 unter Druckvorspannung angeordnet ist, mit einer Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes 10 beaufschlagt, so dass das Ventilelement 7 die Einlassöffnung 4 verschließt, wenn der Elektromagnet 8 nicht bestromt ist.The valve element 7 is designed in two parts and comprises a sealing element 11 and an armature element 12. The sealing surface 14 is formed on the sealing element 11, while the armature element 12 is formed as a magnetic armature and interacts with an electromagnet 8, 9, which comprises a magnetic coil and a magnetic core. in the 2 are shown in more detail. A connection 13 is formed in the anchor element 12 in the form of a T-shaped bore through which the gas can flow in the direction of the gas outlet 5 . The valve element 7 is subjected to a closing force in the direction of the valve seat 10 by a restoring spring 22, which is arranged between the valve element 7 and a step 24 in the gas chamber 2 under pressure, so that the valve element 7 closes the inlet opening 4 when the electromagnet 8 is not energized.

Zwischen dem Dichtelement 11 und dem Ankerelement 12 ist eine Ankerfeder 15 unter Vorspannung angeordnet. 2 zeigt dazu eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts der 1. Die Ankerfeder 15 ist als Schraubenfeder ausgebildet und stützt sich jeweils an einem Absatz des Ankerelements 12 und des Dichtelements 11 ab. Zwischen dem Ankerelement 12 und dem Dichtelement 11 ist ein Mitnehmer 17 durch einen am Dichtelement 11 nach innen gerichteten Kragen ausgebildet, der einen nach außen gerichteten Kragen am Ankerelement 12 umgreift. Bei einer Bewegung des Ankerelements 12 in Richtung des Gasauslasses 5 wird so das Dichtelement 11 mitgenommen und bewegt sich synchron mit dem Ankerelement 12. Näher dargestellt ist in 2 auch der Elektromagnet 8 mit seiner Spulenwicklung und der Magnetkern 9, der der Verstärkung des durch den Elektromagneten 8 erzeugten Magnetfelds dient.An armature spring 15 is arranged under pretension between the sealing element 11 and the armature element 12 . 2 shows an enlarged view of the section marked II 1 . The armature spring 15 is designed as a helical spring and is supported on a shoulder of the armature element 12 and the sealing element 11 . A driver 17 is formed between the anchor element 12 and the sealing element 11 by a collar pointing inward on the sealing element 11 and encompassing a collar pointing outward on the anchor element 12 . When the anchor element 12 moves in the direction of the gas outlet 5, the sealing element 11 is carried along and moves synchronously with the anchor element 12 2 also the electromagnet 8 with its coil winding and the magnetic core 9, which serves to reinforce the magnetic field generated by the electromagnet 8.

Zwischen dem Ankerelement 12 und dem Dichtelement 11 ist ein Dämpfungsraum 18 ausgebildet, der über eine Bohrung 20 mit dem Gasraum 2 verbunden ist. Der nach außen gerichtete Kragen am Ankerelement 12 ist soweit in das Dichtelement 11 eingepasst, dass der Gasaustausch zwischen Gasraum 2 und Drosselraum 18 durch diese Bohrung 20 dominiert wird. Die Dämpfungswirkung kann durch die Größe der Bohrung 20 eingestellt werden, indem diese mit geringem Durchmesser und damit mit einer Drosselwirkung ausgestaltet wird.A damping chamber 18 is formed between the anchor element 12 and the sealing element 11 and is connected to the gas chamber 2 via a bore 20 . The outwardly directed collar on the anchor element 12 is fitted into the sealing element 11 to such an extent that the gas exchange between the gas chamber 2 and the throttle chamber 18 is dominated by this bore 20 . The damping effect can be adjusted by the size of the bore 20 by designing it with a small diameter and thus with a throttling effect.

Die Funktion ist wie folgt: Das Ventilelement 7 wird mit Hilfe des Elektromagneten 8 im Gasraum 2 gegen die Kraft der Rückstellfeder 22 bewegt, um einen Strömungsquerschnitt für das zu dosierende Gas auf- und zuzusteuern. Soll das Gasdosierventil einen großen Strömungsquerschnitt auf- und zuzusteuern, wie es für die Eindosierung bei leistungsstarken Brennkraftmaschinen notwendig ist, muss das Ventilelement 7 einen relativ großen Hub durchfahren. Darüber hinaus muss das Schalten des Gasdosierventils schnell erfolgen, da nur so eine präzise Dosierung möglich ist, was insbesondere bei der Eindüsung des Gases direkt in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine nötig ist. Beide Anforderungen lassen sich nur durch große Kräfte auf das Ventilelement 7 erfüllen, um dieses in kurzer Zeit zu beschleunigen und gegen die Kraft der Rückstellfeder 22 in seine Öffnungsstellung zu bewegen. Die Schließbewegung erfolgt passiv durch die Rückstellfeder 22 bei ausgeschaltetem Elektromagneten 8. Da auch dies schnell geschehen muss, ist die Rückstellfeder 22 mit einer relativ großer Vorspannkraft montiert. Schlägt das Ventilelement 7 bei der Öffnungsbewegung an der Anschlagfläche 16 an, so wirken entsprechend große Kräfte auf das Gehäuse 1 und das Ventilelement 7. Darüber hinaus kann es zum Prellen kommen, das heißt, dass das Ventilelement 7 von der Anschlagfläche 16 bzw. vom Ventilsitz 10 zurückprellt, so dass das Ventilelement 7 erst nach einer gewissen Zeit in dieser Lage zur Ruhe kommt.The function is as follows: The valve element 7 is moved with the aid of the electromagnet 8 in the gas chamber 2 against the force of the return spring 22 to open and close a flow cross-section for the gas to be dosed. If the gas metering valve is to open and close a large flow cross section, as is necessary for metering in high-performance internal combustion engines, the valve element 7 must travel through a relatively large stroke. In addition, the switching of the gas metering valve must take place quickly, since this is the only way to achieve precise metering, which is particularly necessary when the gas is injected directly into a combustion chamber of an internal combustion engine. Both requirements can only be met by applying large forces to the valve element 7 in order to accelerate it in a short time and to move it into its open position against the force of the return spring 22 . The closing movement takes place passively by the restoring spring 22 when the electromagnet 8 is switched off. Since this also has to happen quickly, the restoring spring 22 is mounted with a relatively large prestressing force. If the valve element 7 strikes the stop surface 16 during the opening movement, correspondingly large forces act on the housing 1 and the valve element 7. Bouncing can also occur, i.e. the valve element 7 can be pushed off the stop surface 16 or from the valve seat 10 rebounds, so that the valve element 7 only comes to rest in this position after a certain time.

Durch die zweiteilige Ausführung des Ventilelements 7 wird letztlich eine Dämpfung der Bewegung realisiert, die durch die Ausbildung des Dämpfungsraums 18 noch verstärkt wird. Es wird zuerst die Schließbewegung des Ventilelements 7 betrachtet: Kommt bei der Schließbewegung des Ventilelements 7 das Dichtelement 11 mit seiner Dichtfläche 14 am Ventilsitz 10 zur Anlage, so setzt das Ankerelement 12 seine Bewegung gegen die vorgespannte Ankerfeder 15 zunächst fort. Dabei wird der gasförmige Kraftstoff im Dämpfungsraum 18 durch die Bohrung 20 ausgepresst, was die Bewegung des Ventilelement 7 bremst und damit abdämpft. Gleichzeitig wird durch diese Dämpfung die Prellneigung des Ventilelements 7 verringert. Die Ankerfeder 15 drückt anschließend das Ankerelement 12 zurück, wobei die Ankerfeder 15 eine größere Kraft auf das Ankerelement 12 ausübt als die Rückstellfeder 22.The two-part design of the valve element 7 ultimately results in damping of the movement, which is further intensified by the design of the damping space 18 . First, the closing movement of the valve element 7 is considered: If during the closing movement of the valve element 7 the sealing element 11 comes into contact with its sealing surface 14 on the valve seat 10, the armature element 12 initially continues its movement against the prestressed armature spring 15. The gaseous fuel in the damping chamber 18 is pressed out through the bore 20, which slows down the movement of the valve element 7 and thus dampens it. At the same time, this damping reduces the tendency of the valve element 7 to bounce. The armature spring 15 then pushes back the armature element 12, with the armature spring 15 exerting a greater force on the armature element 12 than the return spring 22.

Bei der Öffnungsbewegung des Ventilelements 7 wird durch Bestromen des Elektromagneten 8 eine Kraft auf das Ankerelement 12 ausgeübt und dieses vom Ventilsitz 10 weggezogen. Durch den Mitnehmer 17 wird auch das Dichtelement 11 vom Ventilsitz 10 wegbewegt und die Einlassöffnung 4 freigegeben. Kommt das Ankerelement 12 an der Anschlagfläche 16 zur Anlage, setzt das Dichtelement 11 - wie bei der Schließbewegung das Ankerelement 12 - seine Bewegung zunächst fort, wobei diese Bewegung analog zur Schließbewegung gedämpft wird.During the opening movement of the valve element 7 , a force is exerted on the armature element 12 by energizing the electromagnet 8 and this is pulled away from the valve seat 10 . The driver 17 also moves the sealing element 11 away from the valve seat 10 and opens the inlet opening 4 . If the anchor element 12 comes into contact with the stop surface 16, the sealing element 11—like the anchor element 12 during the closing movement—first continues its movement, with this movement being damped analogously to the closing movement.

In 3 ist eine alternative Ausführung des Ventilelements 7 dargestellt. Statt einer Bohrung 20, die in 2 mittig im Ankerelement 12 verläuft, sind hier zwei Bohrungen 20' im nach außen gerichteten Kragen am Ankerelement 12 ausgebildet, wobei auch hier der Kragen mit engem Spiel im Dichtelement 11 geführt ist. In 3 an alternative embodiment of the valve element 7 is shown. Instead of a hole 20 in 2 runs centrally in the anchoring element 12, two bores 20' are formed here in the outwardly directed collar on the anchoring element 12, with the collar also being guided in the sealing element 11 with close play.

Der Durchmesser der Bohrungen 20' ist auch hier klein ausgeführt und hat entsprechend eine Drosselwirkung.The diameter of the bores 20' is also small here and accordingly has a throttling effect.

4a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventilelements 7. Das Dichtelement 11 und das Ankerelement 12 sind hier nicht durch einen Mitnehmer 17 verbunden, sondern ausschließlich über die Ankerfeder 15. Bewegt sich das Ankerelement 12 angetrieben durch den Elektromagneten 8 in Öffnungsrichtung vom Ventilsitz 10 weg, so folgt das Dichtelement 11 mit zeitlicher Verzögerung, da es erst durch den Gasdruck im Gaseinlass 4 bei nachlassender Federkraft der Ankerfeder 15 in Öffnungsrichtung bewegt wird und so dem Ankerelement 12 folgt. Die dem Dichtelement 11 zugewandte Fläche am Ankerelement 12 ist als Anlagefläche 19 ausgebildet, wobei ein Dämpfungselement 23 auf der Anlagefläche 19 aufgebracht ist. Je nach Steifigkeit der Ankerfeder 15 können sich das Dichtelement 11 und das Ankerelement 12 bei der Öffnungs- oder Schließbewegung an der Anlagefläche 19 berühren, was durch das Dämpfungselement 23 abgedämpft wird und die auftretenden Kräfte reduziert. 4a shows a further exemplary embodiment of a valve element 7 according to the invention. The sealing element 11 and the armature element 12 are not connected here by a driver 17, but exclusively via the armature spring 15. If the armature element 12 moves away from the valve seat 10 in the opening direction, driven by the electromagnet 8, so the sealing element 11 follows with a time delay, since it is only moved in the opening direction by the gas pressure in the gas inlet 4 when the spring force of the armature spring 15 decreases and thus follows the armature element 12 . The surface on the anchor element 12 facing the sealing element 11 is designed as a contact surface 19 , with a damping element 23 being applied to the contact surface 19 . Depending on the rigidity of the armature spring 15, the sealing element 11 and the armature element 12 can touch at the contact surface 19 during the opening or closing movement, which is dampened by the damping element 23 and reduces the forces that occur.

4b zeigt das gleiche Dämpfungselement 23 bei einem Ventilelement 7, wie schon in 3 gezeigt. Zur Verbindung des Dämpfungsraums 18 mit dem Gasraum 2 ist hier eine Bohrung 20 vorgesehen mit relativ großem Durchmesser, wodurch die pneumatische Dämpfungswirkung entfällt und lediglich das Dämpfungselement 23 für Dämpfung sorgt. Bezüglich der Dämpfwirkung entspricht das Ausführungsbeispiel der 4b der 4a, weist aber zusätzlich den Mitnehmer auf. 4c zeigt das bereits in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel des Ventilelements 7 mit der Anordnung des Dämpfungselements 23, wobei die Bohrung 20 hier als Dämpfungsbohrung ausgeführt ist. Die Dämpfungselemente 23 der Ausführungsbeispiele nach den 4b und 4c weisen in der Zeichnung nicht dargestellte Perforationen auf, etwa in Form von Ausnehmungen im Bereich der Bohrungen 20, um einen Gasaustausch zwischen dem Dämpfungsvolumen 18 und der Umgebung über die Bohrungen 20 zu ermöglichen. 4b shows the same damping element 23 in a valve element 7 as in FIG 3 shown. To connect the damping chamber 18 to the gas chamber 2, a bore 20 is provided here with a relatively large diameter, as a result of which the pneumatic damping effect is eliminated and only the damping element 23 provides damping. With regard to the damping effect, the embodiment corresponds to 4b the 4a , but also has the driver. 4c shows that already in 2 shown embodiment of the valve element 7 with the arrangement of the damping element 23, wherein the bore 20 is designed here as a damping bore. The damping elements 23 of the embodiments according to 4b and 4c have perforations, not shown in the drawing, for example in the form of recesses in the area of the bores 20, in order to enable gas exchange between the damping volume 18 and the environment via the bores 20.

Der Hub des Ventilelement 7 wird durch die Federn, also die Ankerfeder 15 und die Rückstellfeder 22, und durch die Druckverhältnisse beim Betrieb des Gasdosierventils festgelegt. 5a zeigt zur Illustration dazu das Ventilelement 7 im Öffnungshubanschlag, bei dem das Ankerelement 12 in Anlage an der Anschlagfläche 16 ist. Die Position des Dichtelements 11 wird dann einerseits durch die Feder 15, also deren Federkonstante und Vorspannung, festgelegt, und andererseits durch die Druckverhältnisse des strömenden Gases. Entsprechend variiert der Hub, was in der 5a durch zwei mögliche Positionen des Dichtelements 11 gezeigt ist, die Hüben h1 und h2 entsprechen. In der geschlossenen Stellung des Ventilelements 7, die in 5b gezeigt ist, ist die Position des Ankerelements 12 ebenfalls abhängig von den Druckverhältnissen, wobei hier in der Regel Druckausgleich innerhalb des Gasraums 2 herrscht.The stroke of the valve element 7 is determined by the springs, ie the armature spring 15 and the return spring 22, and by the pressure conditions during operation of the gas metering valve. 5a shows to Illustration to the valve element 7 in the opening stroke stop, in which the armature element 12 is in contact with the stop surface 16. The position of the sealing element 11 is then determined on the one hand by the spring 15, ie its spring constant and preload, and on the other hand by the pressure conditions of the flowing gas. The hub varies accordingly, which is in the 5a is shown by two possible positions of the sealing element 11, corresponding to strokes h 1 and h 2 . In the closed position of the valve element 7, which is 5b is shown, the position of the anchor element 12 is also dependent on the pressure conditions, with pressure equalization generally prevailing within the gas chamber 2 here.

Wird eine relativ steife Ankerfeder 15 gewählt, so ist durch den Mitnehmer 17 sichergestellt, dass sich beide Teile des Ventilelements 7 synchron bewegen und sich die beiden Teile des Ventilelements 7 (Dichtelement 11 und Ankerelement 12) nur beim Aufsetzen auf den Ventilsitz 10 bzw. die Anschlagfläche 16 kurzzeitig gegeneinander bewegen. Dies ist in 5c und 5d gezeigt. Je steifer die Ankerfeder 15, desto größer ist die Prellneigung des Ventilelements 7. Entsprechend lässt sich die Prellneigung durch eine relativ weiche Ankerfeder 15 verringern, was jedoch die Belastung am Ventilsitz 10 gegenüber einer relativ steifen Ankerfeder 15 erhöht, da dann die beiden Teile des Ventilelements beim Auftreffen auf dem Ventilsitz oder der Anschlagfläche gegeneinander schlagen. Dieser Zielkonflikt wird durch den Dämpfungsraum 18 weitgehend gelöst, so dass das so gebildete Ventilelement 7 sowohl eine geringe Prellneigung, als auch eine geringe Sitzbelastung aufweist.If a relatively stiff armature spring 15 is selected, the driver 17 ensures that both parts of the valve element 7 move synchronously and the two parts of the valve element 7 (sealing element 11 and armature element 12) only move when they are placed on the valve seat 10 or the Briefly move stop surface 16 against each other. this is in 5c and 5d shown. The stiffer the armature spring 15, the greater the tendency of the valve element 7 to bounce. Accordingly, the tendency to bounce can be reduced by a relatively soft armature spring 15, which, however, increases the load on the valve seat 10 compared to a relatively stiff armature spring 15, since then the two parts of the valve element hit against each other when hitting the valve seat or the stop surface. This conflict of objectives is largely resolved by the damping chamber 18, so that the valve element 7 formed in this way has both a low tendency to bounce and a low seat load.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims (10)

Gasdosierventil zur dosierten Abgabe eines gasförmigen Kraftstoffs, mit einem Gehäuse (1), in dem ein Gasraum (2) mit einem Gaseinlass (4) und ein Gasauslass (5) ausgebildet ist, und mit einem im Gasraum (2) angeordneten beweglichen Ventilelement (7), das mit einem Ventilsitz (10) zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung (4) zusammenwirkt, wobei das Ventilelement (7) mittels eines Aktors (8) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (7) ein Dichtelement (11) und ein Ankerelement (12) umfasst, wobei das Dichtelement (11) eine Dichtfläche (14) aufweist, die mit dem Ventilsitz (10) zusammenwirkt, und das Dichtelement (11) mit dem Ankerelement (12) über eine Ankerfeder (15) gekoppelt ist.Gas metering valve for the metered delivery of a gaseous fuel, having a housing (1) in which a gas chamber (2) with a gas inlet (4) and a gas outlet (5) is formed, and with a movable valve element (7 ), which interacts with a valve seat (10) for opening and closing the inlet opening (4), the valve element (7) being movable by means of an actuator (8), characterized in that the valve element (7) has a sealing element (11) and an armature element (12), wherein the sealing element (11) has a sealing surface (14) which interacts with the valve seat (10), and the sealing element (11) is coupled to the armature element (12) via an armature spring (15). Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dichtelement (11) und dem Ankerelement (12) ein Mitnehmer (17) ausgebildet ist, so dass das Ankerelement (12) bei einer Öffnungsbewegung das Dichtelement (11) mit bewegt.gas metering valve claim 1 , characterized in that between the sealing element (11) and the anchor element (12) a driver (17) is formed, so that the anchor element (12) moves with the sealing element (11) during an opening movement. Gasdosierventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ankerelement (12) und dem Dichtelement (11) ein Dämpfungsraum (18) ausgebildet ist.gas metering valve claim 2 , characterized in that between the anchor element (12) and the sealing element (11) a damping space (18) is formed. Gasdosierventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsraum (18) über eine Bohrung (20) im Ankerelement (12) oder im Dichtelement (11) mit dem Gasraum (2) verbunden ist.gas metering valve claim 3 , characterized in that the damping chamber (18) is connected to the gas chamber (2) via a bore (20) in the anchor element (12) or in the sealing element (11). Gasdosierventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (20) als Drosselbohrung ausgebildet ist.gas metering valve claim 4 , characterized in that the bore (20) is designed as a throttle bore. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerfeder (15) vorgespannt ist und das Dichtelement (11) und das Ankerelement (12) im Mitnehmer (17) gegeneinander vorspannt.Gas metering valve according to one of claims 2 until 5 , characterized in that the armature spring (15) is biased and the sealing element (11) and the armature element (12) in the driver (17) against each other. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor als Elektromagnet (8) ausgebildet ist und bei Bestromung das Ankerelement (12) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (22) bewegt.Gas metering valve according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the actuator is designed as an electromagnet (8) and moves the anchor element (12) against the force of a restoring spring (22) when energized. Gasdosierventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (22) eine geringere Kraft auf das Ankerelement (12) ausübt als die Ankerfeder (15).gas metering valve claim 7 , characterized in that the restoring spring (22) exerts a smaller force on the armature element (12) than the armature spring (15). Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Ankerelement (12) eine Anlagefläche (19) ausgebildet ist, die am Dichtelement (11) zur Anlage kommt, wobei auf der Anlagefläche (19) ein Dämpfungselement (23) aufgebracht ist.Gas metering valve according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the anchor element (12) has a contact surface (19) which comes into contact with the sealing element (11), a damping element (23) being applied to the contact surface (19). Gasdosierventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement ((23)) ein Elastomer ist.gas metering valve claim 9 , characterized in that the damping element ((23)) is an elastomer.
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