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Die Erfindung betrifft ein Gasdosierventil, das insbesondere zum Eindosieren bzw. Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine geeignet ist. Darüber hinaus sind weitere Anwendungsbereiche möglich.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik werden Dosier- bzw. Einspritzventile für flüssige und/oder gasförmige Kraftstoffe in den verschiedensten Ausführungsformen beschrieben, auch solche, mit deren Hilfe ein Brenn- oder Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritz- bzw. einblasbar ist. Den Ventilen gemein ist ein dem Brennraum zugewandter, brennraumnaher Dichtsitz.
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Dosierventile zum Eindosieren gasförmiger Brennstoffe weisen aus Gründen der Gasdichtheit häufig Dichtelemente aus Kunststoff, beispielsweise aus einem Elastomermaterial auf. Ein solches Dosierventil ist beispielsweise aus
DE 10 2020 201 973 A1 bekannt. Diese Dosierventile unterliegen im Betrieb einem hohen Verschleiß, der insbesondere auf eine hohe kinetische Energie beim Schließen des Ventils zurückzuführen ist. Dabei können sich Partikel lösen, die beim nächsten Öffnen von dem einzudosierenden Gas mitgerissen und in Führungen von beweglichen Bauteilen des Gasdosierventils eingetragen werden, beispielsweise in die Führung eines Magnetankers eines Magnetaktors. Dort können die Partikel zu einem Verklemmen des Magnetankers und in der Folge zu einem vorzeitigen Ausfall des Dosierventils führen.
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Die vorliegende Erfindung ist daher mit der Aufgabe befasst, die Partikelrobustheit eines Gasdosierventil zu steigern.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Gasdosierventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Gasventil umfasst eine Magnetspule zum Einwirken auf einen hin und her beweglichen Magnetanker, der über seinen Außenumfang geführt und an seinem von der Magnetspule abgewandten Ende mit einem Dichtelement gekoppelt ist. Das Dichtelement wirkt mit einem Dichtsitz zusammen, über den ein Gas-Strömungspfad in einen Gasraum führt, der in axialer Richtung durch den Magnetanker begrenzt wird. In den Gas-Strömungspfad ragt dabei mindestens eine umlaufend ausgebildete, strömungslenkende Geometrie hinein.
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Mit Hilfe der in den Gas-Strömungspfad hineinragenden, strömungslenkenden Geometrie wird das Gas von der Führung des Magnetankers weggelenkt. Partikel, die mit dem Gas in das Gasdosierventil eingetragen werden, werden somit ebenfalls von der Führung des Magnetankers ferngehalten. Dank der Strömungsführung im Gas-Strömungspfad kann demnach die Ankerführung weitgehend frei von Partikeln gehalten werden. Entsprechend sinkt das Risiko eines Verklemmens des Magnetankers sowie eines damit einhergehenden Ventilausfalls. Das vorgeschlagene Gasdosierventil weist demzufolge eine gesteigerte Partikelrobustheit auf.
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Die mindestens eine strömungslenkende Geometrie kann entlang des Gas-Strömungspfads an unterschiedlichen Stellen angeordnet bzw. ausgebildet sein, so dass sich mehrere bevorzugte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Gasdosierventils ergeben. Ferner ist es möglich, mehrere strömungslenkende Geometrien in Kombination einzusetzen.
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Vorteilhafterweise ist die mindestens eine strömungslenkende Geometrie konzentrisch zum Dichtsitz angeordnet. Die strömungslenkende Geometrie wird demnach gleichmäßig angeströmt und das Gas gleichmäßig über die Geometrie umgelenkt. Die mindestens eine strömungslenkende Geometrie kann dabei in Dichtsitznähe, etwa auf Höhe des Dichtsitzes, und/oder weiter stromabwärts angeordnet bzw. ausgebildet sein, beispielsweise in der Nähe der Ankerführung. Die Geometrie darf jedoch den Bewegungsraum des Magnetankers nicht einschränken.
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Die mindestens eine strömungslenkende Geometrie kann beispielsweise durch ein Bauteil ausgebildet werden, das zugleich den Dichtsitz ausbildet. Die Geometrie umgibt in diesem Fall in einem radialen Abstand den Dichtsitz. Die Geometrie kann zum Beispiel an einem holzylinderförmigen Abschnitt oder Ansatz des Bauteils ausgebildet sein. Zur Ausbildung der strömungslenkenden Geometrie kann der Abschnitt bzw. Absatz innenumfangseitig konisch geformt sein.
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Die mindestens eine strömungslenkende Geometrie kann ferner durch ein ringförmiges Bauteil ausgebildet sein, das im Gasraum aufgenommen ist und/oder von radial außen in den Gasraum hineinragt. Beispielsweise kann das Bauteil ein separater Einsatz sein, der in den Gasraum eingeschraubt oder eingepresst ist. Die Verwendung eines separaten Bauteils erleichtert die Montage des Gasdosierventils, da das Bauteil nach der Montage des Magnetankers in den Gasraum eingesetzt werden kann. Zur Ausbildung der strömungslenkenden Geometrie kann das ringförmige Bauteil innenumfangseitig konisch geformt sein.
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Das ringförmige Bauteil kann auch in eine den Gasraum umschließende Wandung eingesetzt sein und in den Gasraum hineinragen. Diese Ausführungsform kann in einfacher Weise mit Hilfe eines Sprengrings realisiert werden. Dieser kann ebenfalls nach der Montage des Magnetankers in die Wandung eingesetzt werden.
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Die mindestens eine strömungslenkende Geometrie kann des Weiteren durch ein Polrohr ausgebildet werden, über das der Magnetanker geführt ist. Das Polrohr bildet somit die vor dem Eintrag von Partikeln zu schützende Ankerführung aus. Stromaufwärts der Ankerführung kann das Polrohr einen vergrößerten Innendurchmesser aufweisen, der über einen Zwischenabschnitt auf den Innendurchmesser der Ankerführung reduziert wird. Dieser zwischen den unterschiedlichen Innendurchmessern vermittelnde Zwischenabschnitt bildet dann die strömungslenkende Geometrie aus. Der Zwischenabschnitt kann hierzu insbesondere konisch ausgebildet sein.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine strömungslenkende Geometrie durch eine den Gasraum begrenzende umlaufende Kontur des Magnetankers ausgebildet wird. Diese erstreckt sich vorzugsweise vom Außenumfang des Magnetankers nach radial innen, um das Gas von der Ankerführung weg in Richtung mindestens eines im Magnetanker ausgebildeten Strömungskanals zu führen, der Teil des Gas-Strömungspfads ist.
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Vorteilhafterweise ist im Magnetanker mindestens ein exzentrisch angeordneter Strömungskanal ausgebildet ist, über den der Gasraum mit einem Gasauslass verbindbar ist. Bevorzugt weist der Magnetanker mehrere solcher exzentrischer Strömungskanäle auf, die des Weiteren bevorzugt in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind, so dass der Magnetanker gleichmäßig durchströmt wird.
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Sofern der Gasraum als Ringraum ausgebildet ist, ist vorzugsweise der mindestens eine exzentrisch angeordnete Strömungskanal als eine Schrägbohrung ausgeführt, die in Strömungsrichtung des einzublasenden Gases von radial außen nach radial innen verläuft. Weiterhin vorzugsweise mündet die Schrägbohrung in einen im Magnetanker ausgebildeten, zentrisch angeordneten Strömungskanal, über den das Gas in Richtung Gasauslass geleitet wird. Über die mindestens eine Schrägbohrung kann somit eine Verbindung des als Ringraum ausgebildeten Gasraums mit einem zentrisch angeordneten Gasauslass hergestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Dichtelement eine ringförmige Dichtkontur auf. Über die ringförmige Dichtkontur kann eine hohe Dichtkraft erzielt werden. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die ringförmige Dichtkontur mit einem als Flachsitz ausgeführten Dichtsitz zusammenwirkt. Auf diese Weise können Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen durch einen radialen Versatz zwischen dem Dichtelement und dem Dichtsitz ausgeglichen werden.
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Ferner bevorzugt ist das Dichtelement zumindest bereichsweise aus Kunststoff, insbesondere einem Elastomermaterial, gefertigt. Durch diese Maßnahme kann die Dichtheit des Gasdosierventils weiter optimiert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Dichtsitz eine Beißkante ausbildet, die in Schließstellung des Gasdosierventils gegen den Kunststoff drückt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Gasventil,
- 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes Gasventil,
- 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein drittes erfindungsgemäßes Gasventil,
- 4 einen schematischen Längsschnitt durch das die strömungslenkende Geometrie aufweisende Bauteil des Gasventils der 3 und
- 5 einen schematischen Längsschnitt durch ein viertes erfindungsgemäßes Gasventil.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 dargestellte Gasdosierventil 1 dient dem Eindosieren eines gasförmigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Der gasförmige Brennstoff wird hierzu über einen Gas-Strömungspfad 7 durch das Gasdosierventil 1 in Richtung eines Gasauslasses (nicht dargestellt) geführt. Der Gas-Strömungspfad 7 führt über einen in einem Bauteil 9 ausgebildeten Gaszulauf 15 und einen Dichtsitz 5 in einen ersten Gasraum 6, der in axialer Richtung von einem hin und her beweglichen Magnetanker 3 begrenzt wird. Dieser weist an seinem dem Dichtsitz 5 zugewandten Ende ein mit dem Dichtsitz 5 zusammenwirkendes Dichtelement 4 mit einer ringförmigen Dichtkontur 14 auf. Der Magnetanker 3 ist in einem Polrohr 11 aufgenommen, der eine Führung 17 für den Magnetanker 3 ausbildet. Zum Einwirken auf den Magnetanker 3 ist eine Magnetspule 2 vorgesehen, die das Polrohr 11 umgibt.
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Vom Gasraum 6 aus, der vorliegend als Ringraum ausgeführt ist, führt der Gas-Strömungspfad 7 über mehrere im Magnetanker 3 ausgebildete Strömungskanäle 12, die vorliegend als Schrägbohrungen ausgeführt sind, in einen zentralen Strömungskanal 16. Dieser mündet in einen weiteren Gasraum 13, der mit dem Gasauslass verbindbar ist.
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Da im Betrieb des Gasdosierventils 1 hohe Kräfte auf das Dichtelement 4 und den Dichtsitz 5 wirken, unterliegen diese dem Verschließ. Dabei können sich Partikel lösen und von der Gasströmung mitgerissen werden. Um den Eintrag von Partikeln in die Führung 17 des Magnetankers 3 zu verhindern, wird mit Hilfe einer in den Gas-Strömungspfad 7 hineinragenden, strömungslenkenden Geometrie 8 die Gasströmung von der Führung 17 weggelenkt.
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In der Ausführungsform der 1 wird die strömungslenkende Geometrie 8 durch das den Dichtsitz 5 ausbildende Bauteil 9 ausgebildet. Dieses weist hierzu einen hohlzylinderförmigen Ansatz 18 auf, der innenumfangseitig konisch ausgeführt ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist der 2 zu entnehmen. Hier wird die strömungslenkende Geometrie 8 durch ein ringförmiges Bauteil 10 ausgebildet, das vorliegend als Sprengring ausgeführt und in das Polrohr 11 eingelassen ist.
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3 zeigt eine Ausführungsform, in der das Bauteil 10 ein ringförmiger Einsatz ist, der nach der Montage des Magnetankers 3 in das Polrohr 11 eingesetzt, beispielsweise eingepresst wird. Darüber hinaus kann - wie beispielhaft in der 3 dargestellt - das Polrohr 11 einen umlaufenden Absatz 19 aufweisen, an dem das Bauteil 10 axial abgestützt ist. Zu Ausbildung der strömungslenkenden Geometrie 8 ist das Bauteil 10 innenumfangseitig konisch ausgeführt (siehe 4).
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Eine weitere Ausführungsform ist in der 5 dargestellt, wo zwei strömungslenkende Geometrien 8 kombiniert werden. Eine erste strömungslenkende Geometrie 8 wird durch einen vergrößerten Innendurchmesser des Polrohrs 11 gebildet, durch den der Gasraum 6 erweitert wird. Über diese Geometrie 8 wird die Gasströmung der zweiten strömungslenkenden Geometrie 8 zugeführt, die durch eine umlaufende Kontur des Magnetankers 3 ausgebildet wird und von radial außen nach radial innen zu den Strömungskanälen 12 führt. Die Gasströmung wird demzufolge von der Führung 17 des Magnetankers 3 weg zu den Strömungskanälen 12 geführt.
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Die in den Figuren beispielhaft dargestellten Ausführungsformen einer strömungslenkenden Geometrie 8 können jeweils einzeln oder in unterschiedlichen Kombination umgesetzt werden. Allen Ausführungsformen gemein ist, dass die Gasströmung und damit die im Gas enthaltenen Partikel von der Führung 17 des Magnetankers 3 ferngehalten werden, so dass die Partikelrobustheit des Gasdosierventils 1 steigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020201973 A1 [0003]
