EP4330537A1 - Ventilplatte für einen injektor zum einblasen von kraftstoff - Google Patents

Ventilplatte für einen injektor zum einblasen von kraftstoff

Info

Publication number
EP4330537A1
EP4330537A1 EP22741271.5A EP22741271A EP4330537A1 EP 4330537 A1 EP4330537 A1 EP 4330537A1 EP 22741271 A EP22741271 A EP 22741271A EP 4330537 A1 EP4330537 A1 EP 4330537A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve plate
injector
sealing element
base body
sealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22741271.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lydia KAPUSTA
Richard Pirkl
Martin Schmidt
Martin Seidl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Components Deggendorf GmbH
Original Assignee
Liebherr Components Deggendorf GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Components Deggendorf GmbH filed Critical Liebherr Components Deggendorf GmbH
Publication of EP4330537A1 publication Critical patent/EP4330537A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1853—Orifice plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248—Injectors
    • F02M21/0257—Details of the valve closing elements, e.g. valve seats, stems or arrangement of flow passages
    • F02M21/026—Lift valves, i.e. stem operated valves
    • F02M21/0263—Inwardly opening single or multi nozzle valves, e.g. needle valves
    • F02M21/0266—Hollow stem valves; Piston valves; Stems having a spherical tip
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1886—Details of valve seats not covered by groups F02M61/1866 - F02M61/188

Definitions

  • the present invention relates to a valve plate for an injector for injecting a fuel, preferably for injecting a gaseous fuel such as hydrogen, into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a fuel preferably for injecting a gaseous fuel such as hydrogen
  • the environmental requirements for internal combustion engines are constantly increasing.
  • the goal is low-emission or even zero-emission drive technologies that also meet the strictest emission limits and make a significant contribution to achieving climate protection goals.
  • these goals can only be achieved if climate-neutral, regeneratively produced fuels are used that do not cause any emissions along the entire value chain (so-called "zero emissions' fuels).
  • With current conventional petrol, diesel and Gas engines are those
  • the injector It is important for the performance of an injector for injecting a gaseous fuel that it ejects no or only a very small amount of the gaseous fuel in a closed state.
  • the injector must have a gas-tight closure arrangement that can optionally be opened and closed very quickly in accordance with the engine cycle.
  • a magnet arrangement for opening and closing in order to obtain the desired opening or closing characteristics. It can be provided that a hollow needle is placed on a valve plate, so that a through-hole arranged in the valve plate is sealed. If the hollow needle is pulled off the valve plate, the pressurized, gaseous fuel flows through the through-hole and is finally released by the injector, for example introduced into a combustion chamber.
  • both the valve plate and the hollow needle are customary to be made of a metal, which, however, do not interact optimally with one another with regard to the increased sealing requirements.
  • the present invention further relates to an injector having a valve plate improved according to the present invention.
  • Dependent claims show advantageous embodiments of the present invention.
  • the valve plate according to the invention for an injector for blowing in fuel in particular for blowing in a gaseous fuel, comprises a plate-like base body with two flat sides and a through hole passing through the base body, which fluidly connects the two flat sides of the base body to one another.
  • the valve plate is characterized by a sealing element, which is arranged on a first of the two flat sides and encloses an opening contour of the through hole.
  • each through hole present in the valve plate has an opening contour on a first of the two flat sides, which is surrounded by a sealing element on the first flat side. If a hollow needle that can be moved by the injector (or another movable plunger) is placed on the first flat side of the valve plate, it is no longer possible for the gaseous fuel to flow through the at least one through hole.
  • the seal here is much more reliable than when only one valve plate is provided without a corresponding sealing element.
  • the valve plate is also provided with a damping element, which is arranged on the first flat side and has a greater extent than the sealing element in the direction normal to the first flat side.
  • the damping element can, however, consist of the same material as the sealing element, but does not have to. Choosing the same material is advantageous, however, because then both the sealing element and the damping element can be applied to the valve plate in a common work step.
  • the damping element is designed in such a way that it protrudes further in the direction perpendicular to the first flat side, that is to say it projects beyond the sealing element in terms of its height, ie has a protrusion in relation to it.
  • the at least one damping element is provided. This intercepts the impact on the valve plate and dampens the impact speed of the hollow needle (or another stamp). Because the at least one damping element protrudes beyond the at least one sealing element, the damping element comes into contact earlier with the valve needle moving in the direction of the valve plate and slows it down. Only after the valve needle is already in contact with the damping element does it also come into contact with the
  • Sealing elements are relieved of the pulsating impact (bouncing) and can thus ensure their sealing function over a longer period of time. In addition, this also extends the service life of the sealing element, since the stress due to the presence of the at least one damping element is reduced.
  • the at least one damping element and the at least one sealing element are designed in one piece with one another. In other words, it is therefore possible for the damping and sealing element to be implemented in a common component.
  • the sealing element and/or the damping element is/are made of an elastically deformable plastic, preferably an elastomer.
  • the valve plate is made of a plastic.
  • the stiffness of the damping element is at most 50%, preferably less than 30% and preferably less than 20% of the stiffness of the sealing element.
  • an elastically deformable plastic gives the damping or sealing element excellent properties in terms of tightness against gases, in particular gaseous fuels such as hydrogen, and is therefore particularly well suited for use as a sealing element and/or damping element.
  • an elastically deformable plastic in particular an elastomer, is vulcanized onto the first flat side of the plate-like base body, with the plastic preferably forming the sealing element and/or the damping element.
  • the vulcanization on the plate-like base body of the valve plate also reduces any creeping leaks, so that there is also a very high degree of tightness in the area where the sealing element and/or the damping element is fastened to the base body of the valve plate.
  • Fastening options can cause leaks that occur on the side of the sealing element and/or the damping element that faces the base body of the valve plate. Vulcanizing impedes or reduces such leakage.
  • the plate-like base body has a thread on its outer peripheral side connecting the two flat sides in order to enter into a threaded connection with an injector housing.
  • the valve plate is the component of a gas injector that has a significant share in the fuel flow exiting the injector. This means that the amount of flow or the flow characteristics can be determined and varied by the specific design of the through-openings and the design of the valve plate associated therewith.
  • valve plate In order to be able to react flexibly to different flow requirements for the various application scenarios of an injector, according to the invention only the valve plate needs to be exchanged, since the differently configured through-holes are adapted to the respective characteristics of the desired application.
  • valve plate according to the invention can be screwed into a standardized housing of an injector using a thread running on the outer edge of the base body.
  • the valve plate can be clamped in the housing. Accordingly, although the valve plate is a characteristic of the flow of the injector, it is easy to replace, so that only the
  • Valve plate is to be exchanged and the rest of the injector can remain unchanged.
  • the plate-like base body has a plurality of through-holes, the opening contours of which are all surrounded by a respective or a common sealing element.
  • the plate-like base body has a plurality of damping elements, all of which have a greater extent in the normal direction to the flat side than the sealing element.
  • the valve plate is rotationally symmetrical to an axis of rotation perpendicular to the flat side.
  • the rotationally symmetrical design of the valve plate simplifies installation in an injector housing, so that there are then several correct installation positions.
  • the actual orientation of the valve plate can also be of secondary importance.
  • the plate-like base body is made of a non-metallic material. It is conceivable, for example, to construct the base body from a fiber composite, which contributes to a significant reduction in the weight of the injector.
  • the use of a metal for the base body of the valve plate is also possible, but is associated with certain disadvantages.
  • the use of a non-metallic material is also advantageous in the case of hydrogen as the gaseous fuel, since in this case the effect of hydrogen re-embrittlement cannot occur.
  • embrittlement leads to the formation of cracks in a metal, which under certain circumstances can impair the tightness and can lead to reduced efficiency or even complete failure of the injector.
  • the through hole is a through hole.
  • the sealing element comprises two sealing rings of different diameters and the sealing ring with the smaller diameter is arranged in the sealing ring with the larger diameter, preferably with the area provided between the two sealing rings for arranging at least one Through hole is used.
  • a through hole with its opening contour is provided on the first flat side with a correspondingly shaped sealing ring at the edge of the opening contour. Accordingly, it can therefore be provided that each through hole has a sealing element on its opening contour in the first flat side, which runs exactly on the edge of the opening contour.
  • the sealing element can form a sealing region on the first flat side of the base body, in which region the at least one through-hole is arranged.
  • the shape of the sealing element is independent of the opening contour of the at least one through-hole, but the sealing element here also encloses the opening contour.
  • the invention also relates to an injector for blowing in fuel, in particular for blowing in a gaseous fuel, with a valve plate according to one of the preceding claims. It can be provided that a housing of the injector is provided with a receptacle for inserting the valve plate and the valve plate in the housing can be screwed in or clamped in, preferably in that a thread is provided on an inner circumference of the receptacle.
  • the injector is provided with a hollow needle which can be moved in the longitudinal direction of the injector and which, depending on the opening state of the injector, contacts the valve plate with its end pointing towards the valve plate or is lifted from it, and the Injector output gaseous fuel passes completely through the hollow needle.
  • the deformation of the damping element is at least 50%, preferably at least 80% and preferably 100% of a stroke of the hollow needle.
  • the deformation of the damping element is 100% of a stroke of the hollow needle, this means that the damping element is in continuous contact with the hollow needle. Finally, the damping element is 100% deformed according to a stroke of the hollow needle.
  • the hollow needle does not have a centrally arranged outlet bore in the direction of the valve plate that coincides with the longitudinal axis of the injector, but preferably at least one damping element is provided in a region delimited by at least one sealing element, through which the axis of symmetry of the injector runs.
  • the hollow needle therefore has no opening which is aligned centrally with respect to the valve plate and from which fuel can flow out. Rather, it can be provided that the fuel exits from side areas of the hollow needle which enclose an angle with the longitudinal axis of the hollow needle, this angle preferably being 90°.
  • the valve plate has a damping element in the area of its center, which is surrounded on the circumference by a sealing element arranged on the valve plate.
  • the injector is also provided with a further damping element, which is not located on the valve plate but is arranged between a needle guide and an anchor element.
  • the anchor element and the hollow needle of the injector are firmly connected to one another, they move uniformly during a stroke. If a damping element is now arranged in the area of the needle guide, which comes into contact with the anchor element firmly connected to the needle when the needle is moved in the direction of the valve plate, the movement of the needle can also be controlled in this way or the impact force on the valve plate can be reduced.
  • the at least one sealing element and the at least one damping element are designed in such a way that the hollow needle does not come into contact with the valve plate during operation.
  • At least one damping element is located on a carrier element, the overhang of which relative to the at least one sealing element can be varied by means of a spacer.
  • a variant can be provided in which the damping effect can be adapted to the respective injector type.
  • a damping element on a spacer disc can be varied in its overhang in relation to the surface of the valve plate facing the needle in order to provide the appropriate damping effect for different scenarios. All you have to do is choose an appropriately dimensioned spacer to achieve the desired braking effect for the respective type.
  • the invention can also relate to an internal combustion engine with gas direct injection, in particular hydrogen direct injection, which includes an injector according to one of the above variants.
  • FIG. 1 a longitudinal sectional view through an injector with a valve plate according to the invention
  • FIG. 2 a perspective view of a valve plate according to the invention
  • FIG. 3a-b different configurations of a valve plate according to the invention with different through-holes
  • Fig. 4a-b different configurations of a valve plate according to the invention with different through-holes, in which the opening contour of a through-hole is provided with an associated, correspondingly designed sealing element
  • Fig. 5 a further embodiment of the injector according to the invention with an enlarged area of the injector arranged next to it
  • Fig. 6 a further embodiment of the injector according to the invention
  • FIG. 7 shows a possible embodiment of a valve plate according to the invention, in which the overhang of a damping element can be varied with a spacer
  • FIG. 1 refers to an injector for blowing in hydrogen, although it is clear to the person skilled in the art that the invention also includes an injector for blowing in gas or another fuel.
  • the injector 1 shows a longitudinal section of the injector 1 according to the invention for blowing hydrogen into a combustion chamber 16.
  • the injector 1 has an injector housing 2 in which different components of the injector 1 are located.
  • a gas connection 11 for introducing hydrogen into the injector 1 is provided on the connection side.
  • the hydrogen or another combustible fluid is fed through a hole in a cover 29 running approximately centrally in the injector housing 2 and then through a fluid channel in an armature counterpart 27, a through-opening 10 in the armature 5 and the hollow interior 12 of a hollow needle 3 to the the end of the hollow needle 3 remote from the connection side 11 .
  • the through-holes 4 penetrating the valve plate 9 are closed or opened.
  • the through holes per 4 are closed by the hollow needle 3 being pressed against the valve plate 9 , since the end face of the hollow needle 3 covers the opening contours of the through holes 4 .
  • sealing elements 30 can be provided, which run around the opening contours of the through holes 4 and contact the end face of the hollow needle 3 when the hollow needle 3 is in a sealed state.
  • the hydrogen introduced into the injector 1 with a certain pressure flows out of the interior 12 of the hollow needle 3 and emerges through the several through-holes 4 the side of the valve plate 9 spaced apart from the hollow needle 3 .
  • the pressurized hydrogen flows through the injection pipe 50 (sometime also called injection cap) which has at least one outlet orifice 51.
  • the hydrogen emitted by the injector 1 is then typically located outside the injector 1 in a combustion chamber 16. Air can be admixed there or through supply openings 54 provided in the injection line.
  • the hydrogen-air mixture is compressed in the combustion chamber 16 and is then ignited or ignited.
  • the check valve 20, 21, 23 has a valve tappet 20, a valve guide 21 and a valve spring 23, which urges the valve tappet in a closing direction, so that an outflow of hydrogen via the opening contour 19 of the check valve 20, 21, 23 only occurs when when the pressure on the side of the check valve 20, 21, 23 facing the valve plate 9 is greater than that on the side of the check valve 20, 21, 23 facing away from the valve plate 9 by at least the restoring force of the valve tappet 20 exerted by the valve spring 23 side prevailing pressure. This prevents a fluid from flowing in from the side of the check valve 20, 21, 23 arranged in the injection pipe 22 that faces toward the combustion chamber 16.
  • the valve needle 3 designed as a hollow needle 3 can be moved back and forth in the longitudinal direction of the injector 1 .
  • the movement of the valve needle 3 is controlled via a valve 5, 6, which is a solenoid valve in the present representation of FIG.
  • the hollow needle 3 is firmly connected to an anchor element 5 which in turn reacts to the magnetic force generated by a coil 6 .
  • Current can optionally flow through the coil 6 in such a way that the resulting magnetic force moves the armature element 5 in the direction of the gas connection 11 .
  • This movement also moves the hollow needle 3 , which is firmly connected to the anchor element 5 , so that the hollow needle 3 is lifted relative to the valve plate 9 .
  • As a possible attachment of the hollow needle 3 to the anchor element 5, for example, pressing, a screw connection in the anchor element 5, gluing or other relevant attachment options are conceivable.
  • a needle guide 14 is provided which encloses an outer side of the hollow needle 3 on the peripheral side. Sliding friction occurs in the contact area between the needle guide 14 and the outside of the hollow needle 3, so that it can be advantageous if one of the two contact surfaces or both contact surfaces have a special coating, in particular has a coating with carbon. It has been shown that such a carbon-containing coating is advantageous with regard to the tribological requirements of the two sliding components.
  • the needle guide 14 can be designed such that it extends from the valve plate 9 and protrudes inwards at a certain distance from it so that it only comes into contact with the outside of the hollow needle 3 at a certain distance from the valve plate 9 .
  • the hollow needle 3 pierces the needle guide 14 in such a way that the end of the valve needle 3 facing the valve plate 9 is still guided completely through the needle guide 14 even when it is lifted from the valve plate 9.
  • the needle guide can be designed to be rotationally symmetrical or rotationally symmetrical to the axis of rotation X of the injector 1 .
  • a flange-like projection is provided on the end of the hollow needle 3 facing the valve plate 9 , which makes it easier to cover the at least one through-hole 4 in the valve plate 9 .
  • the hollow needle 3 can also have further flow channels 7 running obliquely or perpendicularly to its longitudinal direction, through which a hydrogen introduced into the hollow needle 3 can flow out. The advantage of this is that the hydrogen introduced into the injector 1 flows around the side of the hollow needle 3 facing the through-holes 4 on both sides, ie from the inside and from the outside. The stroke of the valve needle 3 or of the armature element 5 can thus be minimized and the required flow of hydrogen can nevertheless be realized.
  • the flow can be divided into an external flow and an internal flow through the exit hole of the hollow needle 3 facing the valve plate 9 .
  • the flange-like projection 8, also called plate, is therefore flowed around on both sides.
  • An air gap 24 is provided between the needle guide 14 and the anchor element 5 , which allows a certain movement of the needle guide in the longitudinal direction of the injector 1 .
  • the needle guide 14 performs its primary function independently from their exact arrangement position, so that even the slight play in the longitudinal direction of the injector 1 does not change anything here.
  • this air gap 24 serves as a reserve, so that a change in length of injector housing 2 in the longitudinal direction can be compensated for without a force to initiate the needle guide 14.
  • An armature counterpart 27 is provided on the side of the armature element 5 facing away from the hollow needle 3 , in which an elastic spring element 13 in the form of a spiral spring is arranged, which urges the armature element 5 in the direction of the valve plate 9 . Without the valve 5, 6 being actuated, the hollow needle 3 is therefore pushed in the direction of the valve plate 9 and closes the at least one through hole 4.
  • the anchor counterpart 27 Similar to the anchor element five, the anchor counterpart 27 also has a through opening, the center of which is arranged in the longitudinal center axis X of the injector 1 can be.
  • a simple way of introducing the elastic spring element 13 into the armature counterpart 27 is to change the diameter of the passage opening of the armature counterpart 27.
  • the resulting step is used as a stop surface for the elastic spring element 13, so that further structural changes are not necessary.
  • the passage opening through the anchor counterpart 27 can be realized by two bores with different diameters, which have the same bore center axis.
  • the center axis of the drilling is identical to the center axis of the anchor element 5 .
  • the outside of the coil 6 can be surrounded by an iron yoke 25, in which the magnetic field can propagate particularly well.
  • the situation is similar with the housing components directly surrounding the armature element 5 and the armature counterpart 27, which also preferably consists of a magnetizable material. So it can be advantageous if the pole tube 28, which is a part of the injector housing 2, is also made of iron or another ferromagnetic material. The same applies to this Anchor counterpart 27, which is advantageously also made of a magnetizable material.
  • a visualized representation of the magnetic field lines is illustrated by reference number 15 . These have a direction which is counter-clockwise when viewed in FIG. As a result, the anchor element 5 is pulled towards the anchor counterpart 27 and the needle 3 is lifted off the valve plate 9 or from the through holes 4 breaking through the valve plate 9, so that hydrogen can flow towards the check valve, from where hydrogen finally escapes via the Injection cap 18 is introduced into the combustion chamber 16 .
  • FIG. 2 shows a perspective representation of a valve plate 9 according to the invention, which has a plate-like base body 91 .
  • This plate-like base body 91 has a plurality of through holes 92 which are arranged along a circular line and differ in their opening diameter.
  • Each of the through holes 92 is provided with a respective sealing element 93 so that the opening contour on the first flat side of the base body 91 is surrounded by a correspondingly designed sealing element 93 .
  • a damping element 94 is provided, which extends further outwards from the first flat side than the sealing element 93.
  • This damping element 94 serves to reduce bouncing of a flea needle that hits the valve plate at high speed to be led.
  • the damping element 94 comes into contact with the flea needle (or another plunger of the injector 1 ) before the sealing element 93 , so that the impact speed of the flea needle is already reduced before the flea needle contacts the sealing element 93 .
  • FIG. 3a shows a plan view of a valve plate 9 on its first flat side.
  • the sealing element 93 can be seen, which in the present case is formed from two sealing rings of different sizes.
  • the sealing ring with the smaller diameter is arranged in the sealing ring with the larger diameter, so that a space is formed between the two sealing rings, which is sealed in cooperation with the hollow needle.
  • the space between the sealing ring with the smaller diameter and the sealing ring with the larger diameter is that area of the first flat side of the base body 91 in which the at least one opening contour of the at least one through hole 92 is present.
  • This implementation is advantageous because the specific design of the opening contour on the first flat side of the base body 91 can be designed differently without having to adapt the sealing element 93 accordingly.
  • the contours of the at least one through-hole only have to lie in the area sealed by the rings.
  • 3b shows a corresponding modification, in which the through-hole 92 no longer has a circular diameter, but is designed in the shape of a kidney.
  • each of the plurality of through holes 92 is provided with a respective sealing element 93 , with the through holes 92 , which are circular in cross section, being provided with a respective sealing ring 93 on the first flat side of the base body 91 .
  • Fig. 4b shows the shape of the sealing element 93 adapted to the opening contour using the example of a kidney-shaped through hole 92.
  • FIG. 5 shows a sectional view of an injector 1 according to the invention, which essentially corresponds to the injector 1 from FIG.
  • the injector needle 8 is configured differently and does not have an opening for discharging fuel which is directed towards the valve plate 9 . Instead, openings are provided in the injector needle 8, which run perpendicularly to the axis of symmetry X of the injector 1, in order to allow fuel to flow out of the injector needle laterally.
  • a damping element 94 which can be designed to be less projecting than the sealing elements.
  • FIG. 5 shows an enlargement of the relevant section of the injector unit 1, in which the relationships described above can be clearly seen.
  • the damping element 94 can now be seen, which protrudes less from the stop surface for the needle 8 than the sealing elements 92 arranged on the valve plate.
  • the side outlet for fuel from the needle 8 can also be seen.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of an injector according to the invention, in which only minor modifications have been made compared to the embodiment in FIG.
  • a damping element is not located on the valve plate, but in the area between the needle guide 14 and the anchor element 5.
  • An arrangement of a damping element 95 at this point also enables a damping effect to be applied to the needle 8.
  • the anchor element 5 is rigid with connected to the needle section 8, so that when a damping force acts on the anchor element 5, the region of the needle 8 is also damped accordingly.
  • valve plate 9 shows an embodiment of the valve plate 9 according to the invention, the damping element being provided in a radial area of the stop side of the valve plate 9 which is at a greater distance from the center of the valve plate 9 than an area for arranging a sealing element.
  • the damping element is provided in an outer area, whereas the at least one sealing element is arranged on the inside.
  • the valve plate has a section with a reduced radius, so that a ring-like element can be attached.
  • This ring-like element can, for example, be a spacer disk 97 (also known as an adjusting disk), the thickness of which determines how much the damping element 94 projects beyond a stop surface of the valve plate 9 . If the thickness of the spacer disk 97 is increased, the damping element 94 arranged above the spacer disk 97 protrudes to a greater extent.
  • the carrier layer 96 is advantageously firmly connected to the damping element 94 extending from the carrier layer 96, so that the carrier layer 96 can be processed together with the damping element 94 attached thereto during assembly.
  • both the spacer disc 97 and the carrier disc 96 for the damping element 94 are made of plastic.
  • the use of a metal can also be provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilplatte (9) für einen Injektor (1) zum Einblasen von Kraftstoff, insbesondere zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, umfassend einen plattenartigen Grundkörper (91) mit zwei flächigen Seiten, und ein den Grundkörper durchtretendes Durchgangsloch (92), das die beiden flächigen Seiten des Grundkörpers (91) miteinander fluidisch verbindet. Die Ventilplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtelement (93) vorgesehen ist, das an einer ersten der zwei flächigen Seiten angeordnet ist und eine Öffnungskontur des Durchgangslochs (92) umschließt.

Description

Ventilplatte für einen Injektor zum Einblasen von Kraftstoff
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilplatte für einen Injektor zum Einblasen eines Kraftstoffs, vorzugsweise zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs wie z.B. Wasserstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Im Zuge von weltweit immer strenger werdenden Abgasgrenzwerten und ambitionierten Klimaschutzzielen steigen die umwelttechnischen Anforderungen an Verbrennungskraftmaschinen stetig an. Das Ziel sind in absehbarer Zukunft emissionsarme oder gar emissionsfreie Antriebstechnologien, die auch strengste Abgasgrenzwerte erfüllen und einen signifikanten Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele liefern. Bei Technologien, die mit einer Verbrennung arbeiten sind diese Ziele nur bei einer Verwendung von klimaneutralen, regenerativ produzierten Kraftstoffen erreichbar, die entlang der gesamten Wertschöpfungskette keinerlei Emissionen verursachen (sogenannte "zero emissions'-Kraftstoffe). Mit derzeitigen konventionellen Benzin-, Diesel- und Gasmotoren sind die
Anforderungen an eine emissionsfreie Verbrennung - selbst unter Verwendung sogenannter E-Fuels, bspw. eines synthetisch erzeugten OME-Kraftstoffs, zu dessen Herstellung lediglich regenerative Energie benötigt wird - nicht erreichbar, da sich der Ausstoß an schädlichen Abgasen wie Stickstoffoxiden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (UHC) und Ruß mit heutigen Technologien nicht vollständig reduzieren lässt.
In den Fokus sind daher Wasserstoff-Verbrennungsmotoren gerückt, die eine vielversprechende Antriebsalternative darstellen. Diese existieren bisher aber fast ausschließlich in sehr geringer Stückzahl oder als Demonstrator mit geringem Reifegrad. Ein durch regenerative Energien erzeugter Wasserstoff würde alle Erfordernisse von“ zero emission“ erfüllen, da dieser emissionsfrei verbrennbar ist. So finden sich im Pkw-Bereich bspw. Wasserstoff-Motoren mit äußerer Gemischbildung (PFI = portfuel injection), bei denen der Kraftstoff schon vor Eintritt in den Brennraum mit Luft in ausreichender Zeit gut durchmischt wird. Wasserstoff- Motoren mit direkter Einblasung des Kraftstoffs in den Brennraum (innere Gemischbildung, Dl = direct injection) spielen heutzutage praktisch keine Rolle, weisen jedoch gegenüber dem PFI-Konzept u.a. eine höhere Effizienz, stabilere Verbrennung sowie eine Eliminierung der Gefahr einer Rückzündung in den Ansaugtrakt auf.
Bei direkt einspritzenden Wasserstoffmotoren wird typischerweise noch hinsichtlich des maximalen Einspritzdrucks im Injektor (< 60 bar: Niederdruck, > 60 bar: Hochdruck) unterschieden, wobei die Grenzen nicht eindeutig festgelegt und die Übergänge fließend sind. Höhere Drücke bieten das Potential einer verkürzten Einblasdauer in einer späteren Phase der Kompression bei höheren Brennraumdrücken, was eine erhöhte Effizienz und verbesserte Verbrennungsstabilität zur Folge hat. Allerdings sinkt die Gesamteffizienz, falls zuvor eine Komprimierung des Wasserstoffs nötig ist.
Für die Leistungsfähigkeit eines Injektors zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs ist es wichtig, dass dieser in einem geschlossenen Zustand überhaupt kein oder nur eine äußerst geringe Menge des gasförmigen Kraftstoffs ausgibt. Hierzu muss der Injektor eine gasdichte Verschlussanordnung aufweisen, die wahlweise sehr schnell in Entsprechung des Motortaktes geöffnet und geschlossen werden kann.
Dem Fachmann ist dabei bekannt, dass es zum Öffnen und zum Schließen eine Magnetanordnung gibt, um die gewünschte Öffnung- bzw. Schließcharakteristik zu erhalten. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Hohlnadel auf einer Ventilplatte aufsetzt, sodass ein in der Ventilplatte angeordnetes Durchgangsloch abgedichtet ist. Zieht man die Hohlnadel von der Ventilplatte ab, strömt der unter Druck stehende, gasförmige Kraftstoff durch das Durchgangsloch hindurch und wird final von dem Injektor abgegeben, beispielsweise in einem Brennraum eingeführt.
Im Stand der Technik ist es herkömmlicherweise üblich, dass sowohl Ventilplatte wie auch die Hohlnadel aus einem Metall gefertigt sind, die jedoch hinsichtlich der gestiegenen Dichtigkeitserfordernisse nicht optimal miteinander Zusammenwirken.
Es ist demnach das Ziel der vorliegenden Erfindung eine Ventilplatte vorzusehen, welche die oben aufgeführten Nachteile überwindet oder zumindest abmildert. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ferner einen Injektor, der eine nach der vorliegenden Erfindung verbesserte Ventilplatte aufweist. Abhängige Ansprüche zeigen dabei vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Dies gelingt mit einer Ventilplatte, die sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist
Die erfindungsgemäße Ventilplatte für einen Injektor zum Einblasen von Kraftstoff, insbesondere zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, umfasst dabei einen plattenartigen Grundkörper mit zwei flächigen Seiten und ein den Grundkörper durchtretendes Durchgangsloch, das die beiden flächigen Seiten des Grundkörpers miteinander fluidisch verbindet. Die Ventilplatte ist gekennzeichnet durch ein Dichtelement, das an einer ersten der zwei flächigen Seiten angeordnet ist und eine Öffnungskontur des Durchgangslochs umschließt. Durch das Aufbringen von mindestens einem Dichtelement auf der Ventilplatte wird das Durchgangsloch beim Aufsetzen einer Hohlnadel oder einem anderen bewegbaren Element des Injektors abgedichtet, sodass das unerwünschte Hindurchtreten des gasförmigen Kraftstoffs unterbunden wird. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik erfolgt eine Abdichtung mit einem zur Ventilplatte separaten Element, da bei einem gasförmigen Kraftstoff deutlich höhere Anforderungen in Bezug auf unerwünschte Leckagen vorliegen, als dies bei Kraftstoffen in flüssiger Form der Fall ist. Demnach kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass jedes in der Ventilplatte vorhandene Durchgangsloch auf einer ersten der beiden flächigen Seiten eine Öffnungskontur besitzt, die auf der ersten flächigen Seite von einem Dichtelement umgeben ist. Setzt man nun eine durch den Injektor entsprechend bewegbare Hohlnadel (oder einen anderen bewegbaren Stempel) auf die erste flächige Seite der Ventilplatte auf, ist es nicht mehr möglich, dass der gasförmige Kraftstoff durch das mindestens eine Durchgangsloch hindurchströmt. Die Abdichtung ist hierbei sehr viel verlässlicher als beim Vorsehen von nur einer Ventilplatte ohne entsprechendes Dichtelement. Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ventilplatte ferner mit einem Dämpfelement versehen ist, das an der ersten flächigen Seite angeordnet ist und eine gegenüber dem Dichtelement größere Ausdehnung in Normalenrichtung zur ersten flächigen Seite aufweist. Das Dämpfelement kann aber aus demselben Material wie das Dichtelement bestehen, muss dies aber nicht. Die Wahl desselben Materials ist aber von Vorteil, da dann sowohl das Dichtelement wie auch das Dämpfelement in einem gemeinsamen Arbeitsschritt auf die Ventilplatte aufgebracht werden können. Im Unterschied zum Dichtelement ist das Dämpfelement so ausgestaltet, dass es in der Richtung senkrecht auf die erste flächige Seite weiter absteht, also in seiner Höhe das Dichtelement überragt, gegenüber diesem also einen Überstand aufweist. Da beim Schließvorgang der Einspritzöffnung die entsprechend vorgespannte Hohlnadel (oder ein anderer Stempel) gegen die Ventilplatte in hoher Geschwindigkeit geführt wird, kann ein Prellen entstehen. Um diesem Prellen entgegenzuwirken ist das mindestens eine Dämpfelement vorgesehen. Dieses fängt den Einschlag auf die Ventilplatte ab und dämpft die Aufprallgeschwindigkeit der Hohlnadel (bzw. eines anderen Stempels). Dadurch, dass das mindestens eine Dämpfelement das mindestens eine Dichtelement überragt kommt das Dämpfelement früher mit der sich in Richtung Ventilplatte bewegenden Ventilnadel in Berührung und bremst diese ab. Erst nachdem die Ventilnadel bereits mit dem Dämpfelement in Verbindung steht, erfolgt auch ein Kontaktieren mit dem
Dichtelement, sodass ein weiteres Abbremsen erfolgt. Erst danach kann es zu einem sogenannten Hardstop, also einem Aufschlagen der Ventilnadel auf den Grundkörper der Ventilplatte, kommen. Das Dämpfelement wie auch das Dichtelement wird währenddessen entsprechend verformt. Das Vorsehen des mindestens einen Dämpfelement führt orteilhafterweise aber dazu, dass die
Dichtelemente von dem pulsierenden Einschlag (Prellen) entlastet werden und so über einen längeren Zeitraum ihre Abdichtfunktion sicherstellen können. Zudem verlängert sich dadurch auch die Lebensdauer des Dichtelements, da die Beanspruchung aufgrund des Vorhandenseins des mindestens einen Dämpfelement verringert ist.
Darüber hinaus kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass das mindestens eine Dämpfelement und das mindestens eine Dichtelement einstückig miteinander ausgeführt sind. In anderen Worten ist es also möglich, dass das Dämpf- und Dichtelement in einem gemeinsamen Bauteil verwirklicht sind.
Dies trägt zusätzlich zu einem kompakten Injektor bei, da die Dämpfung für die Hohlnadel zusammen mit einem Dichtelement in einem gemeinsamen Bauteil integriert ist. Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann zudem vorgesehen sein, dass das Dichtelement und/oder das Dämpfelement aus einem elastisch verformbaren Kunststoff, vorzugsweise einem Elastomer ist/sind. Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die Ventilplatte aus einem Kunststoff gefertigt ist.
Nach einer weiteren Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steifigkeit des Dämpfelements maximal 50 %, vorzugsweise weniger als 30 % und bevorzugterweise weniger als 20 % der Steifigkeit des Dichtelements beträgt.
Durch die geringere Steifigkeit das Dämpfelements sorgt dieses primär dafür, zunächst die Einschlagkraft eines auf die Ventilplatte gerichteten Nadelhubs abzudämpfen, bevor das steifer ausgebildete Dichtelement in Kontakt mit der Nadel kommt und die durch Bohrungen in der Ventilplatte in Zusammenwirkung mit der auf die Ventilplatte gedrückten Nadel abdichtet.
Die Umsetzung durch einen elastisch verformbaren Kunststoff verleiht dem Dämpf- bzw. Dichtelement hervorragende Eigenschaften in Bezug auf die Dichtheit gegenüber Gasen, insbesondere gasförmigen Kraftstoffen wie Wasserstoff und eignet sich daher besonders gut zur Umsetzung als Dichtelement und/oder Dämpfelement.
Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass auf der ersten flächigen Seite des plattenartigen Grundkörpers ein elastisch verformbarer Kunststoff, insbesondere ein Elastomer aufvulkanisiert ist, wobei vorzugsweise der Kunststoff das Dichtelement und/oder das Dämpfelement ausbildet.
Durch das Vulkanisieren auf dem plattenartigen Grundkörper der Ventilplatte werden auch etwaige Kriechleckagen reduziert, sodass auch im Bereich der Befestigung des Dichtelements und/oder des Dämpfelement mit dem Grundkörper der Ventilplatte eine sehr hohe Dichtheit herrscht. Verwendet man hingegen alternative Befestigungsmöglichkeiten können Leckagen entstehen, die an der Seite des Dichtelement und/oder des Dämpfelement auftreten, die zum Grundkörper der Ventilplatte zugewandt ist. Das Vulkanisieren behindert oder reduziert solche Leckagen.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der plattenartige Grundkörper an seiner die zwei flächigen Seiten verbindenden Außenumfangsseite ein Gewinde aufweist, um eine Gewindeverbindung mit einem Injektorgehäuse einzugehen.
Die Ventilplatte ist diejenige Komponente eines Gas-Injektors, die maßgeblichen Anteil an der aus dem Injektor austretenden Strömung des Kraftstoffs hat. Das bedeutet, dass durch die spezifische Ausgestaltung der Durchgangsöffnungen und der damit zusammenhängenden Gestaltung der Ventilplatte die Strömungsmenge bzw. die Strömungscharakteristik bestimmt und variiert werden kann.
Um auf unterschiedliche Strömungsanforderungen für die verschiedenen Einsatzszenarien eines Injektors flexibel reagieren zu können ist nach der Erfindung lediglich die Ventilplatte auszutauschen, da hierbei die unterschiedlich ausgestalteten Durchgangslöcher an die jeweiligen Charakteristika des gewünschten Einsatzes angepasst sind.
Um nun einen möglichst hohen Grad an Gleichteilen produzieren zu können und dennoch unterschiedliche Strömungsanforderungen abzudecken, ist es von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Ventilplatte mithilfe eines am äußeren Rand des Grundkörpers verlaufenden Gewindes in ein standardisiertes Gehäuse eines Injektors einschraubbar ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die Ventilplatte in dem Gehäuse klemmbar ist. Demnach bildet die Ventilplatte zwar ein Charakteristikum für die Strömung des Injektors ist aber leicht auszutauschen, sodass für unterschiedliche Einsatzszenarien lediglich die
Ventilplatte zu tauschen ist und der Rest des Injektors unverändert bleiben kann. Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der plattenartige Grundkörper mehrere Durchgangslöcher aufweist, deren Öffnungskonturen allesamt von einem jeweiligen oder einem gemeinsamen Dichtelement umschlossen sind.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass der plattenartige Grundkörper mehrere Dämpfelemente aufweist, die allesamt eine gegenüber dem Dichtelement größere Ausdehnung in Normalenrichtung zur flächigen Seite aufweisen.
Nach einer Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ventilplatte zu einer senkrecht auf der flächigen Seite stehende Drehachse drehsymmetrisch ist. Die drehsymmetrische Ausbildung der Ventilplatte vereinfacht den Einbau in ein Gehäuse eines Injektors, dass esdann mehrere korrekte Einbaupositionen gibt. Bei einer einschraubbaren Ventilplatte kann die tatsächliche Orientierung der Ventilplatte aber auch von untergeordneter Bedeutung sein. Ferner kann nach einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass der plattenartige Grundkörper aus einem nichtmetallischen Werkstoff ist. Denkbar ist beispielsweise der Aufbau des Grundkörpers aus einem Faserverbund, was zu einer signifikanten Gewichtseinsparung des Injektors beiträgt. Die Verwendung eines Metalls für den Grundkörper der Ventilplatte ist ebenso möglich, jedoch mit gewissen Nachteilen verknüpft. Die Verwendung eines nicht metallischen Werkstoffs ist gerade auch bei Wasserstoff als gasförmigen Kraftstoff von Vorteil, da hierbei dann der Effekt einer Wasserstoff-Wiederversprödung nicht auftreten kann. Eine solche Versprödung führt zu Rissbildung in einem Metall, die unter Umständen die Dichtigkeit beeinträchtigen kann und zu einer verschlechterten Effizienz oder gar zum Komplettausfall des Injektors führen kann. Bei einer weiteren Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Durchgangsloch eine Durchgangsbohrung ist.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement zwei Dichtringe unterschiedlichen Durchmessers umfasst und der Dichtring mit dem geringeren Durchmesser im Dichtring mit dem größeren Durchmesser angeordnet ist, vorzugsweise wobei der zwischen den beiden Dichtringen vorgesehene Bereich zum Anordnen von mindestens einem Durchgangsloch dient.
Weiter kann nach einer Fortbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Durchgangsloch mit seiner Öffnungskontur an der ersten flächigen Seite mit einem korrespondierend ausgeformten Dichtring am Rand der Öffnungskontur versehen ist. Demnach kann also vorgesehen sein, dass ein jedes Durchgangsloch an seiner Öffnungskontur in der ersten flächigen Seite ein Dichtelement aufweist, das exakt am Rand der Öffnungskontur verläuft.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann durch das Dichtelement ein Dichtbereich auf der ersten flächigen Seite des Grundkörpers gebildet sein, in dem das mindestens eine Durchgangsloch angeordnet ist. Bei einer solchen Umsetzung ist das Dichtelement in seiner Formgebung von der Öffnungskontur des mindestens einen Durchgangslochs unabhängig, wobei aber auch hier das Dichtelement die Öffnungskontur umschließt.
Die Erfindung betrifft ferner einen Injektor zum Einblasen von Kraftstoff, insbesondere zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, mit einer Ventilplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Gehäuse des Injektors mit einer Aufnahme zum Einsetzen der Ventilplatte versehen ist und die Ventilplatte in das Gehäuse einschraubbar oder einklemmbar ist, vorzugsweise indem an einem Innenumfang der Aufnahme ein Gewinde vorgesehen ist.
Nach einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Injektors kann vorgesehen sein, dass der Injektor mit einer in Längsrichtung des Injektors beweglichen Hohlnadel versehen ist, die mit ihrem zum Ventilplatte gerichteten Ende je nach Öffnungszustand des Injektors die Ventilplatte kontaktiert oder von dieser abgehoben ist, und wobei vorzugsweise der vom Injektor ausgegebene gasförmige Kraftstoff vollständig durch die Hohlnadel hindurchtritt.
Weiter kann nach einer vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Verformung des Dämpfelements mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 80 % und vorzugsweise 100 % von einem Hub der Hohlnadel beträgt.
Beträgt die Verformung des Dämpfelements 100 % von einem Hub der Hohlnadel bedeutet dies, dass das Dämpfelement kontinuierlich in Kontakt mit der Hohlnadel steht. Schließlich wird das Dämpfelement zu 100 % entsprechend einem Hub der Hohlnadel verformt.
Nach einerweiteren Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Hohlnadel keine zentral angeordnete mit der Längsachse des Injektors zusammenfallende Ausgangsbohrung in Richtung Ventilplatte aufweist, wobei vorzugsweise aber mindestens ein Dämpfelement in einem von mindestens einem Dichtelement abgegrenzten Bereich vorgesehen ist, durch den die Symmetrieachse des Injektors verläuft.
Die Hohlnadel besitzt demnach also keine zentral zu Ventilplatte ausgerichtete Öffnung, aus welcher Kraftstoff herausströmen kann. Vielmehr kann vorgesehen sein, dass der Kraftstoff aus Seitenbereichen der Hohlnadel austritt, die einen Winkel mit der Längsachse der Hohlnadel einschließen, wobei dieser Winkel vorzugsweise 90° beträgt. Gerade in einem solchen Fall kann es von Vorteil sein, wenn die Ventilplatte im Bereich ihres Mittelpunkts ein Dämpfelement aufweist, welches umfangsseitig durch ein an der Ventilplatte angeordnetes Dichtelement umschlossen ist.
Weiter kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass der Injektor ferner mit einem weiteren Dämpfelement versehen ist, das sich nicht auf der Ventilplatte befindet, sondern zwischen einer Nadelführung und einem Ankerelement angeordnet ist.
Da das Ankerelement und die Hohlnadel des Injektors fest miteinander verbunden sind, bewegen diese sich bei einem Hub gleichförmig. Ist nun im Bereich der Nadelführung ein Dämpfelement angeordnet, das bei einem Bewegen der Nadel in Richtung Ventilplatte in Kontakt mit dem mit der Nadel fest verbundenen Ankerelement tritt, kann auch so die Bewegung der Nadel gesteuert bzw. die Auftrittskraft auf die Ventilplatte verringert werden.
Ferner kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass das mindestes eine Dichtelement und das mindestens eine Dämpfelement so ausgestaltet sind, dass sich die Hohlnadel im Betrieb nicht in Kontakt mit der Ventilplatte kommt.
Verhindert das Vorsehen von dem mindestens einen Dämpfelement und dem mindestens einen Dichtelement einen Kontakt zwischen Ventilplatte und Nadel erhöht dies die Dauerfestigkeit der bewegbaren Bestandteile des Injektors signifikant.
Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich mindestens ein Dämpfelement auf einem Trägerelement befindet, dessen Überstand gegenüber dem mindestens einen Dichtelement mittels einer Distanzscheibe variierbar ist. Um verschiedenen Kräften Herr zu werden, die beim Auftreffen der Nadel auf die Ventilplatte wirken können, kann eine Variante vorgesehen werden, bei der die Dämpfwirkung an den jeweiligen Injektortyp anpassbar ist. So kann bspw. ein Dämpfelement auf einer Distanzscheibe in seinem Überstand gegenüber der zur Nadel gewandten Oberfläche der Ventilplatte variiert werden, um für verschiedene Szenarien die jeweils passende Dämmwirkung bereitzustellen. Man muss dann nur eine entsprechend dimensionierte Distanzscheibe wählen, um die gewünschte Bremswirkung für den jeweiligen Typ zu erzielen. Die Erfindung kann zudem eine Brennkraftmaschine mit einer Gas- Direkteinspritzung, insbesondere einer Wasserstoff-Direkteinspritzung, die einen Injektor nach einer der vorstehenden Varianten umfasst, betreffen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigt:
Fig. 1: eine Längsschnittansicht durch einen Injektor mit einer erfindungsgemäßen Ventilplatte, Fig. 2: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ventilplatte,
Fig. 3a-b: unterschiedliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Ventilplatte mit unterschiedlichen Durchgangslöchern, Fig. 4a-b: unterschiedliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Ventilplatte mit unterschiedlichen Durchgangslöchern, bei denen die Öffnungskontur eines Durchgangslochs mit einem zugehörigen entsprechend ausgebildeten Dichtelement versehen ist, Fig. 5: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors mit einem daneben angeordneten vergrößerten Bereich des Injektors, Fig. 6: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors, und
Fig. 7 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilplatte, bei der der Überstand eines Dämpfelements mit einer Distanzscheibe variierbar ist,
Die nachfolgende detaillierte Figurenbeschreibung der Fig. 1 nimmt auf einen Injektor zum Einblasen von Wasserstoff Bezug, wobei dem Fachmann aber klar ist, dass von der Erfindung ebenfalls ein Injektor zum Einblasen von Gas bzw. einem anderen Kraftstoff umfasst ist.
Fig. 1 zeigt dabei einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Injektors 1 zum Einblasen von Wasserstoff in einen Brennraum 16. Der Injektor 1 besitzt dabei ein Injektorgehäuse 2, in dem sich unterschiedliche Komponenten des Injektors 1 befinden. Anschlussseitig ist ein Gasanschluss 11 zum Einführen eines Wasserstoffs in den Injektor 1 vorgesehen. Zunächst wird dabei der Wasserstoff oder ein anderes brennbares Fluid durch eine etwa zentral im Injektorgehäuse 2 verlaufende Bohrung eines Deckels 29 und im Anschluss daran durch einen Fluidkanal eines Ankergegenstücks 27, einer Durchgangsöffnung 10 des Ankers 5 und dem hohlen Inneren 12 einer Hohlnadel 3 zu dem von der Anschlussseite 11 entfernten Ende der Hohlnadel 3 geleitet.
Abhängig von der Stellung der Hohlnadel 3 gegenüber der Ventilplatte 9 sind die die Ventilplatte 9 durchstoßenden Durchgangslöcher 4 verschlossen oder freigegeben. In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand sind die Durchgangslöcher pro 4 durch das Anpressen der Hohlnadel 3 gegen die Ventilplatte 9 verschlossen, da die Stirnseite der Hohlnadel 3 die Öffnungskonturen der Durchgangslöcher 4 abdeckt. Zum Verbessern der Dichtheit können Dichtelemente 30 vorgesehen sein, die um die Öffnungskonturen der Durchgangslöcher 4 herum verlaufen und in einem abdichtenden Zustand der Hohlnadel 3 die Stirnseite der Hohlnadel 3 kontaktieren. Sind die Durchgangslöcher 4 durch die Stirnseite der Hohlnadel 3 verschlossen, wird die Fluidströmung des Wasserstoffs an dieser Stelle des Injektors 1 aufgehalten und es kommt zu keiner stromabwärtigen Strömung von Wasserstoff jenseits der Ventilplatte 9.
Sind die Durchgangslöcher 4 hingegen freigegeben, was durch ein Abheben der Hohlnadel 3 weg von der Ventilplatte 9 umgesetzt wird, strömt der mit einem gewissen Druck in den Injektor 1 eingeführte Wasserstoff aus dem Inneren 12 der Hohlnadel 3 heraus und tritt über die mehreren Durchgangslöcher 4 auf der von der Hohlnadel 3 beabstandeten Seite der Ventilplatte 9 aus. Nach Durchströmen eines Rückschlagventils 20, 21, 23, das in dem Injektor 1 vorgesehen sein kann, strömt der unter Druck stehende Wasserstoff durch die Einblasleitung 50 (die manchmal auch Einblaskappe genannt wird), welche über mindestens eine Austrittsöffnung 51 verfügt. Nach einem Durchströmen dieser Einblasleitung 50 befindet sich dann der durch den Injektor 1 abgegebene Wasserstoff typischerweise außerhalb des Injektors 1 in einem Brennraum 16. Eine Beimischung von Luft kann dort oder durch in der Einblasleitung vorgesehene Zuführöffnungen 54 erfolgen. Zudem findet in dem Brennraum 16 eine Komprimierung des Wasserstoff-Luft-Gemisches statt, welches sich dann entzündet bzw. entzündet wird.
Das Rückschlagventil 20, 21 , 23, das auf der zur Hohlnadel 3 abgewandten Seite der Ventilplatte 9 liegt, dient dazu, einen im Brennraum herrschenden sehr hohen Druck von der mindestens einen Durchgangsloch4 fernzuhalten. Anderenfalls könnte es passieren, dass der sehr hohe im Brennraum 16 herrschenden Druck über die mindestens eine Durchgangsloch 4 auf die Stirnseite der die Durchgangsloch 4 verschließenden Hohlnadel 3 wirkt und diese aus ihrer die mindestens eine Durchgangsloch 4 schließenden Position wegbewegt. In einem darauffolgenden Arbeitsschritt des Injektors 1 würde dann nicht mehr der zum Verbrennen erforderliche Wasserstoff in den Brennraum 16 eingeleitet werden, sondern ein bereits zumindest teilweise verbranntes Gemisch, was zu einem Unterbrechen des Verbrennvorgangs oder bestenfalls zu einer geringeren Leistung des Verbrennvorgangs führen kann. Das Rückschlagventil 20, 21 , 23 weist dabei einen Ventilstößel 20, eine Ventilführung 21 und eine Ventilfeder 23 auf, die den Ventilstößel in eine Schließrichtung drängt, sodass ein Ausströmen von Wasserstoff über die Öffnungskontur 19 des Rückschlagventils 20, 21, 23 nur dann auftritt, wenn auf der zur Ventilplatte 9 zugewandten Seite des Rückschlagventils 20, 21, 23 ein Druck herrscht, der mindestens um die von der Ventilfeder 23 ausgeübte Rückstellkraft des Ventilstößel 20 größer ist als der auf der von dem Rückschlagventil 20, 21 , 23 zur Ventilplatte 9 abgewandten Seite herrschende Druck. Ein Einströmen eines Fluids von der zum Brennraum 16 zugewandten Seite des in dem Einblasrohr 22 angeordneten Rückschlagventils 20, 21 , 23 wird dadurch verhindert.
Die als Hohlnadel 3 ausgebildete Ventilnadel 3 ist in der Längsrichtung des Injektors 1 hin- und herbewegbar. Die Bewegung der Ventilnadel 3 wird dabei über ein Ventil 5, 6 gesteuert, das in der vorliegenden Darstellung der Fig. 1 ein Magnetventil ist. Die Hohlnadel 3 ist dabei fest mit einem Ankerelement 5 verbunden, das wiederum auf die von einer Spule 6 erzeugte Magnetkraft reagiert. Die Spule 6 kann dabei wahlweise so von Strom durchflossen sein, dass die dabei entstehende magnetische Kraft das Ankerelement 5 in Richtung des Gasanschlusses 11 bewegt. Durch diese Bewegung wird auch die fest mit dem Ankerelement 5 in Verbindung stehende Hohlnadel 3 mitbewegt, sodass es zu einem Anheben der Hohlnadel 3 gegenüber der Ventilplatte 9 kommt. Dadurch werden die Durchgangslöcher 4 in der Ventilplatte 9 freigegeben, sodass die Ventilplatte 9 von Wasserstoff durchströmt werden kann. Als mögliche Befestigung der Hohlnadel 3 mit dem Ankerelement 5 sind beispielsweise das Verpressen, eine Einschraubverbindung in das Ankerelement 5, ein Verkleben oder andere sachdienliche Befestigungsmöglichkeiten denkbar.
Für eine präzise Führung der Hohlnadel 3 entlang der Längsachse bzw. Drehachse X des Injektors bzw. der Hohlnadel 3 selbst ist eine Nadelführung 14 vorgesehen, die eine Außenseite der Hohlnadel 3 umfangsseitig umschließt. Im Kontaktbereich zwischen der Nadelführung 14 und der Außenseite der Hohlnadel 3 kommt es zu einer Gleitreibung, sodass es von Vorteil sein kann, wenn eine der beiden Kontaktflächen oder auch beide Kontaktflächen über eine spezielle Beschichtung, insbesondere eine Beschichtung mit Kohlenstoff verfügt. Es hat sich gezeigt, dass eine solche kohlenstoffhaltige Beschichtung in Bezug auf die tribologischen Anforderungen der beiden Gleitkomponenten von Vorteil ist. Die Nadelführung 14 kann dabei so ausgestaltet sein, dass sie sich ausgehend von der Ventilplatte 9 erstreckt und mit gewissen Abstand von dieser nach innen ausgekragt, um erst mit dem gewissen Abstand von der Ventilplatte 9 mit der Außenseite der Hohlnadel 3 in Berührung zu kommen. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Nadelführung 14 durchstößt die Hohlnadel 3 die Nadelführung 14 derart, dass das der Ventilplatte 9 zugewandte Ende der Ventilnadel 3 auch in einem von der Ventilplatte 9 abgehobene Zustand noch vollständig durch die Nadelführung 14 hindurchgeführt ist. Die Nadelführung kann dabei genau wie das Ankerelement 5 und die Hohlnadel 3 rotationssymmetrisch oder drehsymmetrisch zur Drehachse X des Injektors 1 ausgestaltet sein.
An dem zur Ventilplatte 9 zugewandten Ende der Hohlnadel 3 ist eine flanschartige Auskragung vorgesehen, die ein Abdecken der mindestens einen Durchgangsloch 4 in der Ventilplatte 9 erleichtert. Darüber hinaus kann die Hohlnadel 3 auch weitere schräg oder senkrecht zu ihrer Längsrichtung verlaufende Strömungskanäle 7 aufweisen, durch die ein in die Hohlnadel 3 eingeführter Wasserstoff Ausströmen kann. Der Vorteil hieran ist, dass die den Durchgangslöcher 4 zugewandte Seite der Hohlnadel 3 beidseitig, also von innen und von außen von dem in den Injektor 1 eingeführten Wasserstoff umströmt wird. Somit kann der Hub der Ventilnadel 3 bzw. des Ankerelements 5 minimiert und dennoch der erforderliche Durchfluss an Wasserstoff realisiert werden. Dies deswegen, da sich die Strömung in eine Außenströmung und eine Innenströmung durch das der Ventilplatte 9 zugewandte Ausgangsloch der Hohlnadel 3 aufteilen kann. Die flanschartige Auskragung 8, auch Teller genannt, wird daher beidseitig umströmt. Zwischen der Nadelführung 14 und dem Ankerelement 5 ist ein Luftspalt 24 vorgesehen, der eine gewisse Bewegung der Nadelführung in Längsrichtung des Injektors 1 erlaubt. Die Nadelführung 14 kommt ihrer primären Aufgabe unabhängig von ihrer exakten Anordnungsposition nach, sodass auch das geringe Spiel in Längsrichtung des Injektors 1 hieran nichts ändert. Insbesondere aber bei einer Komprimierung des Injektorgehäuses 2, beispielsweise hervorgerufen durch ein Befestigen des Injektors 1 an einem Motor oder einem thermischen Ausdehnen bzw. Zusammenziehen, dient dieser Luftspalt 24 als Reserve, sodass eine Längenveränderung des Injektorgehäuses 2 in Längsrichtung kompensiert werden kann ohne dabei eine Kraft auf die Nadelführung 14 einzuleiten. Auf der von der Hohlnadel 3 abgewandten Seite des Ankerelements 5 ist ein Ankergegenstück 27 vorgesehen, in dem ein elastisches Federelement 13 in Form einer Spiralfeder angeordnet ist, welche das Ankerelement 5 in Richtung Ventilplatte 9 drängt. Ohne das Betätigen des Ventils 5, 6 wird also die Hohlnadel 3 in Richtung Ventilplatte 9 gedrängt und verschließt das mindestens eine Durchgangsloch 4. Ähnlich wie das Ankerelement fünf weist auch das Ankergegenstück 27 eine Durchgangsöffnung auf, deren Mitte in der Längsmittelachse X des Injektors 1 angeordnet sein kann. Eine einfache Umsetzung zum Einbringen des elastischen Federelements 13 in das Ankergegenstück 27 ist hierbei die Durchmesseränderung der Durchgangsöffnung des Ankergegenstücks 27. Die so entstehende Stufe wird dabei als Anschlagfläche für das elastische Federelement 13 verwendet, sodass darüber hinausgehende konstruktionstechnische Änderungen nicht vonnöten sind. Die Durchgangsöffnung durch das Ankergegenstück 27 kann dabei durch zwei in ihrem Durchmesser unterschiedliche Bohrungen verwirklicht sein, die über dieselbe Bohrmittelachse verfügen. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Bohrmittelachse zu der Mittelachse des Ankerelements 5 identisch ist.
Um den magnetischen Fluss bei einer Umsetzung des Ventils 5, 6 als Magnetventil zu verbessern, kann die Spule 6 an ihrer Außenseite von einem Eisenrückschluss 25 umgeben sein, in dem sich das Magnetfeld besonders gut ausbreiten kann. Ähnlich verhält es sich mit dem direkt das Ankerelement 5 und das Ankergegenstück 27 umgebenden Gehäusebestandteile, das ebenfalls vorzugsweise aus einem magnetisierbaren Material besteht. So kann es von Vorteil sein, wenn das Polrohr 28, das ein Bestandteil des Injektorgehäuses 2 darstellt, ebenfalls aus Eisen oder einen anderen ferromagnetischen Material ist. Selbiges gilt auch für das Ankergegenstück 27, das Vorteilhafterweise ebenfalls aus einem magnetisierbaren Material besteht.
Eine visualisierte Darstellung der magnetischen Feldlinien ist durch das Bezugszeichen 15 illustriert. Diese weisen eine Richtung auf, die bei Betrachtung der Fig. 1 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn verläuft. Dadurch wird das Ankerelement 5 hin zum Ankergegenstück 27 gezogen und die Flohlnadel 3 von der Ventilplatte 9 bzw. von den die Ventilplatte 9 durchbrechenden Durchgangslöcher 4 abgehoben, sodass es zu einem Einströmen von Wasserstoff hin zum Rückschlagventil kommen kann, von wo aus Wasserstoff schlussendlich über die Einblaskappe 18 in den Brennraum 16 eingeleitet wird.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ventilplatte 9, die eine plattenartigen Grundkörper 91 aufweist. Dieser plattenartigen Grundkörper 91 weist mehrere entlang einer Kreislinie angeordnete Durchgangslöcher 92 auf, die sich in ihrem Öffnungsdurchmesser unterscheiden. Dabei ist jedes der Durchgangslöcher 92 mit einem jeweiligen Dichtungselement 93 versehen, sodass die Öffnungskontur auf der ersten flächigen Seite des Grundkörpers 91 von einem entsprechend ausgebildeten Dichtelement 93 umschlossen ist. Im radial äußeren Bereich ist jeweils zwischen zwei benachbarten Durchgangslöchern 92 ein Dämpfelement 94 vorgesehen, dass sich von der ersten flächigen Seite weiter nach außen erstreckt als das Dichtelement 93. Dieses Dämpfelement 94 dient zum Verringern eines Prellens einer Flohlnadel, die mit hoher Geschwindigkeit auf die Ventilplatte geführt wird. Schließlich kommt das Dämpfelement 94 vor dem Dichtelement 93 mit der Flohlnadel (oder einem anderen Stempel des Injektors 1) in Kontakt, sodass die Aufprallgeschwindigkeit der Flohlnadel bereits reduziert ist, bevor die Flohlnadel das Dichtelement 93 kontaktiert.
Fig. 3a zeigt eine Draufsicht einer Ventilplatte 9 auf dessen erste flächige Seite. Man erkennt das Dichtelement 93, das im vorliegenden Fall aus zwei Dichtringen unterschiedlicher Größe gebildet ist. Dabei ist der Dichtring mit dem kleinerem Durchmesser im Dichtring mit dem größeren Durchmesser angeordnet, sodass zwischen den beiden Dichtringen ein Raum gebildet ist, der in Zusammenwirkung mit der Hohlnadel abgedichtet ist. Der Raum zwischen dem Dichtring mit dem kleineren Durchmesser und dem Dichtring mit dem größeren Durchmesser ist dabei derjenige Bereich der ersten flächigen Seite des Grundkörpers 91, in dem die mindestens eine Öffnungskontur des mindestens einen Durchgangslochs 92 vorhanden ist.
Diese Umsetzung ist dabei von Vorteil, da die konkrete Ausgestaltung der Öffnungskontur auf der ersten flächigen Seite des Grundkörpers 91 unterschiedlich ausgestaltet sein kann ohne dabei das Dichtelement 93 entsprechend anpassen zu müssen. Die Konturen des mindestens einen Durchgangslochs müssen dabei lediglich in dem durch die Ringe abgedichteten Bereich liegen.
Fig. 3b zeigt eine entsprechende Abwandlung, bei der das Durchgangsloch 92 keinen kreisförmigen Durchmesser mehr aufweist, sondern nierenförmig ausgestaltet ist.
Fig. 4a zeigt eine weitere Umsetzung der vorliegenden Erfindung, bei der das Dichtelement 93 an die entsprechenden Öffnungskonturen der mehreren Durchgangslöcher 92 angepasst ist. So ist jedes der mehreren Durchgangslöcher 92 mit einem jeweiligen Dichtelement 93 versehen, wobei vorliegend die im Querschnitt kreisförmigen Durchgangslöcher 92 mit einem jeweiligen Dichtring 93 auf der ersten flächigen Seite des Grundkörpers 91 versehen sind. Fig. 4b zeigt die an die Öffnungskontur angepasste Ausformung des Dichtelements 93 am Beispiel eines nierenförmig ausgestalteten Durchgangslochs 92.
Das mindestens eine Dämpfelement 94 kann dabei außerhalb des von dem Dichtelement eingegrenzten Raums oder auch innerhalb von diesem Raum angeordnet sein. Fig. 5 zeigt auf der linken Seite eine Schnittansicht eines Erfindungsgemäß Injektors 1, der im Wesentlichen mit dem Injektor 1 aus Fig. 1 übereinstimmt. Im Unterschied hierzu ist die Injektornadel 8 anders ausgestaltet und besitzt nicht eine Öffnung zum Ausgeben von Kraftstoff, die direkt zu der Ventilplatte 9 gerichtet ist. Stattdessen sind Öffnungen in der Injektornadel 8 vorgesehen, die senkrecht zur Symmetrieachse X des Injektors 1 verlaufen, um das Ausströmen eines Kraftstoffs seitlich aus der Injektornadel zu ermöglichen.
Darüber hinaus befindet sich in dem Bereich der Ventilplatte 9, an der normalerweise die Öffnung zum Ausströmen von Kraftstoff Stirnseitig an der Injektornadel 8 angeordnet wäre ein Dämpfelement 94, welches in seinem überstand gegenüber den Dichtelementen verringert ausgestaltet sein kann.
In der rechten Darstellung der Fig. 5 ist eine Vergrößerung des relevanten Abschnitts der Injektoreinheit 1 dargestellt, bei der man die oben beschriebenen Zusammenhänge gut erkennen kann. So sieht man nun das Dämpfelement 94 das gegenüber der Anschlagfläche für die Nadel 8 einen geringeren überstand aufweist als die an der Ventilplatte angeordneten Dichtelemente 92. Man erkennt ebenso den seitlichen Austritt für Kraftstoff aus der Nadel 8.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors, bei dem gegenüber der Ausgestaltung der Fig. 1 nur geringe Modifikationen vorgenommen worden sind. So befindet sich ein Dämpfelement bspw. nicht auf der Ventilplatte, sondern im Bereich zwischen der Nadelführung 14 und dem Ankerelement 5. Eine Anordnung eines Dämpferelements 95 an dieser Stelle ermöglicht ebenso das Aufbringen einer Dämmwirkung auf die Nadel 8. Schließlich ist das Ankerelement 5 starr mit dem Nadelabschnitt 8 verbunden, sodass bei einem Einwirken einer Dämpfkraft auf das Ankerelement 5 auch der Bereich der Nadel 8 entsprechend gedämpft wird. Fig. 7 zeigt eine Ausgestaltung der Ventilplatte 9 nach der Erfindung, wobei das Dämpfelement in einem Radialbereich der Anschlagsseite der Ventilplatte 9 vorgesehen ist, der gegenüber einem Bereich zum Anordnen eines Dichtelements einen größeren Abstand zur Mitte der Ventilplatte 9 aufweist. In anderen Worten ist also das Dämpfelement in einem äußeren Bereich vorgesehen, wohingegen das mindestens eine Dichtelement demgegenüber innen angeordnet ist.
Die Ventilplatte besitzt dabei einen in ihrem Radius verringerten Abschnitt, sodass ein ringartiges Element aufgesteckt werden kann. Dieses ringartige Element kann dabei bspw. eine Distanzscheibe 97 (auch genannt: Einstellscheibe) sein, von deren Dicke der Überstand des Dämpfelements 94 gegenüber einer Anschlagfläche der Ventilplatte 9 abhängt. Vergrößert man also die Dicke der Distanzscheibe 97 kommt es auch zu einem größeren Überstand des oberhalb der Distanzscheibe 97 angeordneten Dämpfelements 94. Zwischen dem Dämpfelement 94 und der Distanzscheibe 97 kann eine Trägerschicht vorgesehen sein, die ebenfalls ringartig ausgestaltet ist. Die Trägerschicht 96 ist vorteilhafter Weise dabei fest mit dem von der Trägerschicht 96 abgehenden Dämpferelement 94 verbunden, sodass bei einem Montieren die Trägerschicht 96 zusammen mit dem daran befestigten Dämpferelement 94 verarbeitet werden kann. Dies vereinfacht die korrekte Positionierung von Dämpferelement 94 an der Ventilplatte 9 maßgeblich, da lediglich nach einem Aufstecken einer zugehörigen Distanzscheibe 97 die Baukomponente umfassend die Trägerschicht 96 mit dem daran fest angeordnete Dämpferelement 94 aufgesteckt werden muss. Eine Variation von einem Überstand des Dämpfelements 94 gegenüber einer der zur Nadel 8 gewandten Stirnseite der Ventilplatte 9 kann demnach je nach Bedarf durch Wahl einer entsprechend ausgeformten Distanzscheibe 97 getroffen werden. Möchte man einen größeren Überstand mittels dem Dämpfelement 94 erzielen, wählt man eine dickere Distanzscheibe 97, wohingegen man bei einem geringeren Überstand eine dünnere Distanzscheibe 97 nimmt. Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sowohl die Distanzscheibe 97 wie auch die Trägerscheibe 96 für das Dämpferelement 94 aus Kunststoff ist. Die Verwendung eines Metalls kann auch vorgesehen sein.

Claims

Ansprüche
1. Ventilplatte (9) für einen Injektor (1 ) zum Einblasen von Kraftstoff, insbesondere zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, umfassend: einen plattenartigen Grundkörper (91) mit zwei flächigen Seiten, und ein den Grundkörper (91) durchtretendes Durchgangsloch (92), das die beiden flächigen Seiten des Grundkörpers (91 ) miteinander fluidisch verbindet, gekennzeichnet durch ein Dichtelement (93), das an einer ersten der zwei flächigen Seiten angeordnet ist und eine Öffnungskontur des Durchgangslochs (92) umschließt, wobei vorzugsweise die Ventilplatte (9) ferner mit einem Dämpfelement (94) versehen ist, das an der ersten flächigen Seite angeordnet ist und eine gegenüber dem Dichtelement (93) größere Ausdehnung in Normalenrichtung zur flächigen Seite aufweist.
2. Ventilplatte (9), insbesondere ein aus Kunststoff gefertigte Ventilplatte, nach dem vorhergehenden Anspruch 1, wobei das Dichtelement (93) und/oder das
Dämpfelement (94) aus einem elastisch verformbaren Kunststoff, vorzugsweise einem Elastomer ist/sind.
3. Ventilplatte (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steifigkeit des Dämpfelements maximal 50 %, vorzugsweise weniger als 30 % und bevorzugterweise weniger als 20 % der Steifigkeit des Dichtelements beträgt.
4. Ventilplatte (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der ersten flächigen Seite des plattenartigen Grundkörpers (91) ein elastisch verformbarer Kunststoff, insbesondere ein Elastomer aufvulkanisiert ist, wobei vorzugsweise der der Kunststoff das Dichtelement (93) und/oder das Dämpfelement (94) ausbildet.
5. Ventilplatte (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der plattenartige Grundkörper (91) an seiner die zwei flächigen Seiten verbindenden Außenumfangsseite ein Gewinde aufweist, um eine Gewindeverbindung mit einem Injektorgehäuse einzugehen und/oder der plattenartige Grundkörper (91) mehrere Durchgangslöcher aufweist, deren Öffnungskonturen allesamt von einem jeweiligen oder einem gemeinsamen Dichtelement (93) umschlossen sind.
6. Ventilplatte (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, fortgebildet mit den optionalen Merkmalen des Anspruchs 1, wobei der plattenartige Grundkörper (91) mehrere Dämpfelemente (94) aufweist, die allesamt eine gegenüber dem Dichtelement (93) größere Ausdehnung in Normalenrichtung zur flächigen Seite aufweisen.
7. Ventilplatte (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ventilplatte (9) zu einer senkrecht auf der flächigen Seite stehende Drehachse drehsymmetrisch ist, der plattenartige Grundkörper (91) aus einem nichtmetallischen Werkstoff ist und/oder das Durchgangsloch (92) eine Durchgangsbohrung ist.
8. Ventilplatte (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dichtelement (93) zwei Dichtringe unterschiedlichen Durchmessers umfasst und der
Dichtring mit dem geringeren Durchmesser im Dichtring mit dem größeren Durchmesser angeordnet ist, vorzugsweise wobei der zwischen den beiden Dichtringen vorgesehene Bereich zum Anordnen von mindestens einem Durchgangsloch (92) dient.
9. Ventilplatte (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Durchgangsloch (92) mit seiner Öffnungskontur an der ersten flächigen Seite mit einem korrespondierend ausgeformten Dichtring am Rand der Öffnungskontur versehen ist.
10. Injektor (1) zum Einblasen von Kraftstoff, insbesondere zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, mit einer Ventilplatte (9) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche.
11. Injektor (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Gehäuse des Injektors (1) mit einer Aufnahme zum Einsetzen der Ventilplatte (9) versehen ist und die Ventilplatte (9) in das Gehäuse einschraubbar oder einklemmbar ist, vorzugsweise indem an einem Innenumfang der Aufnahme ein Gewinde vorgesehen ist.
12. Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 und 10, ferner mit einer in Längsrichtung des Injektors (1) beweglichen Hohlnadel, die mit ihrem zum
Ventilplatte (9) gerichteten Ende je nach Öffnungszustand des Injektors (1) die Ventilplatte (9) kontaktiert oder von dieser abgehoben ist, und wobei vorzugsweise der vom Injektor (1) ausgegebenen gasförmige Kraftstoff vollständig durch die Hohlnadel hindurchtritt.
13. Injektor (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch 12, wobei die Verformung des Dämpfelements mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 80 % und vorzugsweise 100 % von einem Hub der Hohlnadel beträgt.
14. Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-13, wobei die
Hohlnadel keine zentral angeordnete mit der Längsachse des Injektors zusammenfallende Ausgangsbohrung in Richtung Ventilplatte (9) aufweist, wobei vorzugsweise aber mindestens ein Dämpfelement in einem von mindestens einem Dichtelement abgegrenzten Bereich vorgesehen ist, durch den die Symmetrieachse (X) des Injektors (9) verläuft und insbesondere einen Überstand aufweist, der kleiner ist als der eines Dichtelements.
15. Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-14, ferner mit einem weiteren Dämpfelement, das sich nicht auf der Ventilplatte befindet, sondern zwischen einer Nadelführung (14) und einem Ankerelement (5) angeordnet ist.
16. Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-15, wobei das mindestes eine Dichtelement und das mindestens eine Dämpfelement so ausgestaltet sind, dass sich die Hohlnadel im Betrieb nicht in Kontakt mit der Ventilplatte (9) kommt.
17. Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-16, wobei sich mindestens ein Dämpfelement auf einem Trägerelement befindet, dessen Überstand gegenüber dem mindestens einen Dichtelement oder der zur Nadel gerichteten Oberfläche der Ventilplatte mittels einer Distanzscheibe variierbar ist.
EP22741271.5A 2021-07-14 2022-07-08 Ventilplatte für einen injektor zum einblasen von kraftstoff Pending EP4330537A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021118197.6A DE102021118197A1 (de) 2021-07-14 2021-07-14 Ventilplatte für einen Injektor zum Einblasen von Kraftstoff
PCT/EP2022/069131 WO2023285314A1 (de) 2021-07-14 2022-07-08 Ventilplatte für einen injektor zum einblasen von kraftstoff

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4330537A1 true EP4330537A1 (de) 2024-03-06

Family

ID=82493993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22741271.5A Pending EP4330537A1 (de) 2021-07-14 2022-07-08 Ventilplatte für einen injektor zum einblasen von kraftstoff

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4330537A1 (de)
DE (1) DE102021118197A1 (de)
WO (1) WO2023285314A1 (de)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10319920A1 (de) 2002-10-26 2004-05-06 Robert Bosch Gmbh Ventil zum Steuern eines Fluids
DE10261613A1 (de) 2002-12-27 2004-07-08 Robert Bosch Gmbh Ventil zum Steuern eines Fluidstroms
DE102004048602A1 (de) 2004-10-06 2006-04-13 Robert Bosch Gmbh Ventil zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien
DE102006006886A1 (de) 2006-02-15 2007-08-23 Robert Bosch Gmbh Ventilmodul zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien
DE102006006883A1 (de) 2006-02-15 2007-08-23 Robert Bosch Gmbh Ventilmodul zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien
DE102007006934A1 (de) * 2007-02-13 2008-08-14 Robert Bosch Gmbh Ventil zum Steuern eines Mediums, insbesondere eines Gases
DE102007031306B4 (de) 2007-07-05 2020-02-27 Robert Bosch Gmbh Gaseinblasventil
ITBO20090307A1 (it) * 2009-05-13 2010-11-14 Magneti Marelli Spa Iniettore elettromagnetico di carburante
DE102013202605A1 (de) * 2013-02-19 2014-08-21 Robert Bosch Gmbh Ventil mit verbessertem Ventilsitzträger
DE102014215978A1 (de) 2014-08-12 2016-02-18 Robert Bosch Gmbh Dichtelement

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021118197A1 (de) 2023-01-19
WO2023285314A1 (de) 2023-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4285015A1 (de) Injektor zum einblasen von gas
EP1579137B1 (de) Ventil zum steuern eines fluids
EP4264035B1 (de) Gasinjektor mit reduziertem verschleiss
EP3695109A1 (de) Fluidventil und verfahren zur steuerung der zufuhr von fluid
DE102021110884A1 (de) Einblasleitung für einen Injektor zum Einblasen von Kraftstoff
DE102006017006A1 (de) Treibstoff-Einspritzventilvorrichtung
EP4330537A1 (de) Ventilplatte für einen injektor zum einblasen von kraftstoff
EP4409127B1 (de) Injektor zum einspritzen von kraftstoff
DE102022213512A1 (de) Gasinjektor mit verbesserter Dichtsitzauslegung
WO2023110821A1 (de) Injektor zum einspritzen von kraftstoff
DE102012017953A1 (de) Rückschlagventil für eine Spannvorrichtung
DE60320235T2 (de) Einspritzdüse mit verbesserter Einspritzung und Verfahren zu deren Herstellung
AT528307B1 (de) Gasinjektor
EP1574701A1 (de) Common-Rail Injektor
DE102006050810A1 (de) Kraftstoffinjektor
DE102004048603A1 (de) Ventil zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien
EP3894688B1 (de) Elektromagnetisch betätigbares dosierventil
DE102023126436A1 (de) Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff
WO2024199952A1 (de) Injektor zum einspritzen von kraftstoff
DE102006050042A1 (de) Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen
WO2026022241A1 (de) Injektor zum einspritzen von kraftstoff
DE102015202877A1 (de) Kraftstoffhochdrucksystem für Brennkraftmaschinen
DE102023119598A1 (de) Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff
DE102016214280A1 (de) Ventilanordnung zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff und einem Mischroh
DE102024208639A1 (de) Gasinjektor

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20231127

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20251017