EP4544168A1 - Gasinjektor mit sehr guten dämpfungseigenschaften im betrieb - Google Patents

Gasinjektor mit sehr guten dämpfungseigenschaften im betrieb

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EP4544168A1
EP4544168A1 EP23720149.6A EP23720149A EP4544168A1 EP 4544168 A1 EP4544168 A1 EP 4544168A1 EP 23720149 A EP23720149 A EP 23720149A EP 4544168 A1 EP4544168 A1 EP 4544168A1
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EP
European Patent Office
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gas injector
piston
closing
flexible sealing
lubricant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23720149.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Mueller
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4544168A1 publication Critical patent/EP4544168A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a gas injector for blowing in a gaseous fuel, in particular hydrogen or natural gas or the like, with a compact design and very good damping properties both during an opening process and during a closing process of a closing element of the gas injector.
  • the gas injector is designed in particular for direct injection into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Gas injectors are known from the prior art in different designs.
  • One problem area with gas injectors is, due to their principle, that due to the gaseous medium to be injected, no lubrication through the medium is possible, as is possible, for example, with fuel injectors that inject gasoline or diesel.
  • the closing element in particular a valve needle
  • flexible sealing elements such as bellows. During operation, this makes it possible for vibration excitations to occur due to the gaseous fuel, which can in particular negatively influence the actuation of the closing element in the opening or closing process.
  • the gas injector according to the invention for blowing in a gaseous fuel with the features of claim 1, however, has the advantage that vibration excitation of components of the gas injector can be suppressed both during the opening process and during the closing process. This results in very precise adherence to specified injection quantities, opening times and closing times when operating the gas injector. In particular, excitation of longitudinal vibrations of a closing element can be prevented. This avoids damage to flexible elements, such as metal bellows, in the gas injector, which ensure the mobility of the closing element in the axial direction of the gas injector.
  • the gas injector comprises a magnetic actuator with an armature, an inner pole and a coil.
  • the gas injector comprises a closing element with a valve needle, which opens and closes a gas path for the gaseous fuel at a sealing seat.
  • the sealing seat is arranged at a first end of the gas injector and the gas injector is preferably an injector that opens to the outside.
  • the anchor is connected to the closing element.
  • a closed lubricant space is provided, which is filled with lubricant and in which the movable anchor is arranged. The lubricant ensures that the armature is lubricated so that no wear occurs on the armature during operation.
  • the lubricant space here comprises at least a first flexible sealing element, in particular a bellows, which seals the lubricant space from the gas path and thus ensures the axial mobility of the closing element, as well as a second flexible sealing element which provides a compensation space for the lubricant space.
  • the gas injector comprises a restoring element, in particular a closing spring in the form of a cylinder spring, wherein the restoring element returns the closing element to a closed starting position.
  • the gas injector further comprises an opening brake device, which reduces a load on the first flexible sealing element and the second flexible sealing element during the opening process, and a closing brake device, which reduces a load on the first flexible sealing element and the second flexible sealing element as well as the sealing seat during the closing process.
  • the opening brake device reduces a load on the valve assembly and in particular on the first flexible element, which is arranged on the closing element.
  • the opening brake device also compensates for the fact that in gas injectors a stroke of the closing element is very large compared to gasoline or diesel fuel injectors, which tends to increase the susceptibility of components of the gas injector to vibration and to a high level Load and wear on the opening stop surfaces between the armature and the inner pole.
  • the invention can significantly counteract this.
  • the closing brake device also ensures during the closing process that the load on the flexible sealing elements remains low and that the closing element does not hit the sealing seat with too much force, which on the one hand can lead to damage to the components and on the other hand so-called “bouncing” may occur in which the closing element After closing, it briefly lifts off the sealing seat again due to the force of the closing process, so that additional gas is briefly introduced into the combustion chamber, which cannot be used.
  • the gas injector comprises an anchor bolt, which is arranged in the lubricant space and/or is connected to the closing element.
  • the opening brake device and/or the closing brake device are arranged on the anchor bolt. This can ensure a particularly compact design of the gas injector. By positioning the opening brake device and/or the closing brake device inside the lubricant chamber, hydraulic damping can also be achieved both in the opening process and in the closing process.
  • the opening brake device preferably comprises a first piston, a first damping spring and a first damping space. Further preferably, the closing brake device comprises a second piston, a second damping spring and a second damping space.
  • the opening brake device further preferably comprises a stop ring, which is preferably arranged on the anchor bolt and only enables damping in the opening process with a delay. This ensures that the damping during the opening process only begins towards the end of the opening stroke.
  • the second piston is preferably arranged at least partially, preferably completely, in the first piston.
  • the anchor bolt is preferably passed through the first and second pistons. The first and second pistons of the two braking devices are therefore annular.
  • the first piston has a shoulder on an inner circumference as a stop for the second piston. This further increases the integration of the first and second pistons into each other, so that the installation space and structure of the gas injector can be further reduced.
  • the second piston is arranged with play on the anchor bolt. This achieves a rapid onset of the damping effect, particularly during the closing process.
  • a spring force of the first damping spring of the opening brake device is greater than a spring force of the second damping spring of the closing brake device.
  • the spring force of the first damping spring is preferably at least twice as large as the spring force of the second damping spring. This can also ensure that the damping during the opening process only begins towards the end of the complete opening stroke.
  • the anchor bolt has a shoulder on which the second piston of the closing brake device is arranged.
  • the anchor preferably has passage openings for the lubricant.
  • the anchor bolt is guided in a guide disk.
  • the guide disk preferably also serves to support the first damping spring of the opening brake device.
  • the guide disk further preferably has an axially projecting ring shoulder, which preferably projects at least partially into the anchor, which has a corresponding recess.
  • the first damping spring is preferably arranged between the guide disk and the first piston.
  • the second damping spring is preferred arranged between a storage body, which is arranged in the lubricant space, and the second piston.
  • the first and second flexible elements are preferably a bellows, in particular a metal bellows.
  • a first diameter of the first flexible element is preferably smaller than a second diameter of the second flexible element.
  • the gas injector comprises a first, second and third needle guide, which guide the valve needle during the opening and closing processes.
  • the first and second needle guides are arranged in the gas path and the third needle guide is arranged in the lubricant space.
  • the restoring element is also arranged in the lubricant space.
  • a first distance A1 between the first and second needle guides in the axial direction XX of the gas injector is smaller than a second distance A2 between the second and third needle guides in the axial direction XX.
  • the second distance A2 is preferably at least twice as large, more preferably at least three times as large, as the first distance A1.
  • the first and/or second and/or third needle guide each have an annular guide region which is connected to the valve needle of the closing element via webs, such that openings for fluid passage are present between the webs.
  • first and second needle guides which are arranged in the gas guide area of the gas injector in order to allow the largest possible quantities of gas to flow through the first and second guide areas when the gas injector is open.
  • the annular guide area is preferably closed along the entire circumference.
  • a width of the annular guide area is chosen to be as small as possible.
  • three webs are provided, which connect the valve needle to the annular guide area. The webs are preferably arranged at equal distances along the circumference.
  • the webs between the valve needle and the annular guide areas are arranged at an acute angle to the annular guide area. This makes it possible for a flow cross section to be increased in the area of the guides, which is particularly advantageous for the first and second needle guides, which are located in the gas guide area.
  • the webs are preferably arranged in the direction of flow through the openings after the guide area.
  • the webs between the valve needle and the annular guide area of the needle guides are arranged at a right angle to the valve needle.
  • a plate is also arranged on the valve needle, to which the first flexible sealing element is fixed. This makes it possible to achieve a simple connection between the closing element and the first flexible sealing element, which seals the lubricant space.
  • the first and second needle guides are preferably guided on the same component.
  • the component is preferably a cylindrical valve body on which the sealing seat is also arranged. This makes it possible for the guide surfaces for the first and second needle guides to be produced in one clamping, which offers great advantages in terms of manufacturing technology and further reduces manufacturing costs.
  • the third needle guide is preferably also set up to support the restoring element, which is arranged in the lubricant space.
  • the third needle guide can preferably be designed as a plate with openings for the lubricant during the opening and closing process of the closing element.
  • the closing element with the three needle guides is preferably designed as a one-piece component. In this way, weld seams or the like can be avoided, which are often a source of contamination during operation of the gas injector, which can then lead to tightness problems at the sealing seat or the like.
  • a multi-part closing element made up of individual elements welded together is also preferred for reducing machining volume and saving manufacturing costs.
  • the first and/or second flexible sealing element is preferably a metal bellows.
  • the metal bellows provides very good mobility in order to enable the axial movements of the closing element and, on the other hand, the metal bellows can be arranged as close as possible to the hot combustion chamber of the internal combustion engine. This allows the axial length of the gas injector to be further reduced.
  • the first flexible sealing element is a plastic bellows or a membrane or a rubber element.
  • an electrical connection of the gas injector and/or a gas inlet of the gas injector is preferably arranged laterally on the gas injector.
  • the gas injector further preferably has a conical sealing seat.
  • the closing element comprises a sealing disk at an end directed towards the combustion chamber, which has one or more sealing disks on a sealing seat Clears through openings.
  • the gas injector is preferably designed as an injector that opens to the outside. This allows a sealing seat to be provided, which blows the fuel gas into the combustion chamber in a hollow cone shape.
  • An oil in particular a synthetic oil or mineral oil, is preferably used as the lubricant.
  • a liquid fuel in particular diesel or gasoline, is used.
  • a grease is used as a lubricant.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a gas injector according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic partial sectional view of the gas injector
  • a gas injector 1 according to a first preferred embodiment of the invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the gas injector 1 for introducing a gaseous fuel comprises a magnetic actuator 2, which moves an outwardly opening closing element 3 from a closed state to an open state.
  • Figure 1 shows the closed state of the gas injector.
  • the magnetic actuator 2 includes an armature 20, which is connected to the closing element 3 by means of an anchor bolt 24. Furthermore, the magnetic actuator 2 includes an inner pole 21, a coil 22 and a magnet housing 23, which ensures a magnetic inference of the magnetic actuator. Furthermore, the gas injector 1 comprises a main body 7 with a gas inlet 70 through which the gaseous fuel is supplied. The gas inlet 70 is arranged on the main body 7 in the axial direction XX. The main body 7 is connected to a valve housing 8, in which the magnetic actuator 2 is arranged.
  • the valve housing 8 is adjoined by a housing sleeve 19, at the free end of which a sealing seat 11 is provided on a valve seat component 93, on which the closing element 3 opens and closes a passage for the gaseous fuel.
  • FIG. 13 An electrical connection 13, which is guided through the main body 7 to the magnetic actuator 2, is shown schematically in FIG.
  • the electrical connection 13 is arranged laterally on the main body 7.
  • the reference number 10 denotes a restoring element for the closing element 3 in order to return it to the closed state shown in FIG. 1 after an opening process.
  • FIG. 1 also shows a gas flow as a gas path 14 through the gas injector 1.
  • the gas flow begins at the gas inlet 70 and is then diverted and leads through the main body 7.
  • the gas flow 14 continues past an outer area of the magnetic actuator 2 through a filter 15 to the sealing seat 11.
  • Corresponding openings are provided in the respective components , not all of which are shown in Figure 1.
  • the closing element 3 comprises a valve needle 30 with a seat plate 30a, which is arranged at the end of the closing element directed towards the combustion chamber.
  • the sealing seat 11 is formed between the seat plate 30a and the valve seat component 93, which is essentially a cylindrical tube.
  • the closing element 3 further comprises a first needle guide 31, a second needle guide 32 and a third needle guide 33.
  • the two needle guides 31, 32 are preferably formed in one piece with the valve needle 30.
  • the gas injector 1 further comprises a closed lubricant space 4.
  • the closed lubricant space 4 is completely or partially filled with a liquid lubricant, for example oil.
  • the lubricant space 4 is defined by a first flexible sealing element 51, the inner pole 21, a sleeve 18, a storage body 17 and a second flexible sealing element 52.
  • the first and second flexible sealing elements 51, 52 are each designed as metal bellows.
  • the closing element 3 also includes a plate 34 on which the first flexible sealing element 51 is supported.
  • a plurality of connecting bores 77 are formed in the storage body 17, which connect the interior region of the second flexible sealing element 52 with the other regions of the lubricant space 4.
  • the second flexible sealing element 52 has a relatively large diameter, which is larger than the diameter of the first flexible sealing element 51.
  • a storage pressure spring 40 is provided, which is supported on the main body 7.
  • the second flexible sealing element 52 serves as a compensation space for the lubricant located in the lubricant space 4. This allows pressure fluctuations in the lubricant chamber 4 to be compensated for.
  • the first flexible sealing element 51 is also fixed directly to the closing element 3 on the plate 34 and connected to a guide sleeve 35 at the other end.
  • the third needle guide 33 is guided within the guide sleeve 35.
  • the lubricant chamber 4 thus has two flexible sealing elements 51, 52 and the storage pressure spring 40.
  • the storage pressure spring 40 exerts a certain preload, for example 1 x 10 5 Pa, on the lubricant located in the lubricant chamber 4. If, during an opening process, the lubricant is displaced by the stroke of the closing element 3 or also occurs due to thermal expansion or cooling of the lubricant, any excess pressure/negative pressure that may arise inside the lubricant space 4 can be compensated for by deflection on the second flexible sealing element 52 in conjunction with a contraction of the storage pressure spring 40. Thus, the first flexible sealing element 51 cannot exert any unwanted force on the closing element 3 acting via the bellows effective surface.
  • the anchor bolt 24 with the anchor 20 fixed to it is also arranged in the closed lubricant space 4. Since the lubricant space 4 is filled with a lubricant, for example a liquid fuel such as gasoline or diesel or a grease or the like, the armature 20 is continuously lubricated. This makes it possible to compensate for the problem that occurs in the prior art with gaseous fuels, that there is a lack of lubrication of the moving parts.
  • a lubricant for example a liquid fuel such as gasoline or diesel or a grease or the like
  • the gas injector 1 further comprises an opening brake device 5, which reduces a load on the first and second flexible sealing elements 51, 52 and the anchor stop during the opening process, and a closing brake device 6, which reduces a load on the first and second flexible sealing elements 51, 52 and the sealing seat 11 during the closing process reduced.
  • the opening brake device 5 comprises a first piston 53, a damping spring 54, a first damping space 55 and a stop ring 56, which is arranged on the anchor bolt 24 at its free end, which faces away from the sealing seat 11.
  • the closing brake device 6 comprises a second piston 63, a second damping spring 64 and a second damping space 65.
  • the opening brake device 5 and the closing brake device 6 are arranged within a central recess in the storage body 17.
  • the opening brake device 5 and the closing brake device 6 are arranged on a side of the armature 20 facing away from the sealing seat 11 in the lubricant space 4.
  • the first damping spring 54 is supported between a stationary guide disk 9, which is in a sleeve 18, which connects the inner pole 21 and the storage body 17, and the first piston 53.
  • the first damping spring 54 is arranged in the first damping space 55.
  • Lubricant is also present in the first damping space 55, since, as can be seen from Figure 2, the anchor bolt 24 is guided in the guide disk 9 and lubricant enters the damping space 55 via this guide gap.
  • the guide disk 9 has a shoulder 91 which projects in the axial direction towards the sealing seat 11.
  • a correspondingly designed recess 20a is provided in the armature 20, so that a volume of the lubricant in this area of the gas injector is reduced.
  • the closing brake device 6 is arranged at the end of the anchor bolt 24 facing away from the sealing seat 11.
  • the second damping spring 64 is arranged in the second damping space 65.
  • the second damping spring 64 is arranged between the storage body 17 and the second piston 63.
  • the second piston 63 is partially arranged within the first piston 64.
  • a shoulder 25 is provided on the anchor bolt 24, which serves as a stop for the second piston 63.
  • the reference number H1 shows the maximum stroke of the armature 20, which is equal to the maximum opening path of the closing element 3, as the first gap H1.
  • a second gap H2 is provided between the stop ring 56 and the second piston 63.
  • a third gap H3 is provided between the second piston 63 and the first piston 53 in the closed position.
  • the function of the gas injector 1 is as follows. Starting from the closed position shown in Figures 1 and 2, the coil 22 is energized, whereby the armature 20 is pulled towards the inner pole 21 in the direction of arrow B (see Figure 2). Since the anchor 20 is firmly connected to the anchor bolt, the anchor bolt 24 is also moved in the direction of arrow B, whereby the closing element 3 lifts off the sealing seat 11 and an injection begins.
  • the lubricant from the first damping chamber 55 flows through gaps between the first piston 53 and the anchor bolt 24 and the second piston 63 and the anchor bolt 24 into the second damping chamber 65 and through gaps between the first damping piston 53 and the storage body 17 and the first damping piston 53 and the second Damping piston 63 into the second damping space 65. There is also a flow across gaps between the anchor bolt 24 and the guide disk 9. It should be noted that the first piston 53 and the second piston 63 are each arranged with play on the anchor bolt 24 .
  • the play between the two pistons and the anchor bolt 24 increases the restoring speed of the two pistons. It should be noted that instead of the play between the pistons and the anchor bolt 24, corresponding bores can also be formed in the first and second pistons, but this is more complex in terms of production technology than providing play for the anchor bolt 24.
  • the spring force for resetting the first piston 53 is preferably twice as high as the spring force for resetting the second piston 63.
  • the gas injector according to the invention can thus stimulate longitudinal vibrations of the first flexible sealing element 51 (first bellows) both during the opening process and during the closing process ) and the second flexible sealing element 52 (second bellows). Since such a longitudinal vibration would increase the number of bellows deflections, the invention can significantly increase the service life of the flexible sealing elements.
  • the closing brake device 6 also prevents the closing element 3 from striking too strongly against the sealing seat 11 during the closing process. This reduces wear on the closing element and/or the sealing seat when closing the gas injector.
  • the gas injector 1 shown in Figure 1 is balanced in terms of pressure force.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs, umfassend einen Magnetaktor (2) mit einem Anker (20), einem Innenpol (21) und einer Spule (22), ein Schließelement (3) mit einer Ventilnadel (30), wobei das Schließelement (3) einen Gaspfad (14) an einem an einem ersten Ende des Gasinjektors angeordneten Dichtsitz (11) freigibt und verschließt, wobei der Anker (20) mit dem Schließelement (3) verbunden ist; einen abgeschlossenen Schmiermittelraum (4), der mit einem Schmiermittel gefüllt ist und in welchem der Anker (20) angeordnet ist, wobei das Schmiermittel eine Schmierung des Ankers (20) sicherstellt, und ein Rückstellelement (10), welches das Schließelement (3) in eine geschlossene Ausgangsstellung zurückstellt, wobei der Schmiermittelraum (4) ein erstes flexibles Dichtelement (51) und ein zweites flexibles Dichtelement (52) aufweist, eine Öffnungsbremseinrichtung (5), welche eine Belastung des ersten flexiblen Dichtelements (51) und des zweiten flexiblen Dichtelements (52) beim Öffnungsvorgang reduziert, und eine Schließbremseinrichtung (6), welche eine Belastung des ersten flexiblen Dichtelements (51) und des zweiten flexiblen Dichtelements (52) und des Dichtsitzes (11) beim Schließvorgang reduziert.

Description

Beschreibung
Titel
Gasinjektor mit sehr guten Dämpfungseigenschaften im Betrieb
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas oder dergleichen, mit einer kompakten Bauweise und sehr guten Dämpfungseigenschaften sowohl bei einem Öffnungsvorgang als auch bei einem Schließvorgang eines Schließelements des Gasinjektors. Der Gasinjektor ist insbesondere für eine Direkteinblasung in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgelegt.
Gasinjektoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Ein Problemkreis bei Gasinjektoren liegt prinzipbedingt darin, dass aufgrund des gasförmigen, einzublasenden Mediums keine Schmierung durch das Medium möglich ist, wie dies beispielsweise bei Kraftstoffinjektoren, welche Benzin oder Diesel einspritzen, möglich ist. Um die Beweglichkeit des Schließelements, insbesondere einer Ventilnadel, zu ermöglichen, ist es bekannt, flexible Dichtelemente, wie beispielsweise Bälge, zu verwenden. Im Betrieb ist es hierdurch möglich, dass auch aufgrund des gasförmigen Brennstoffs Schwingungsanregungen auftreten, welche insbesondere die Betätigung des Schließelements im Öffnungs- bzw. im Schließvorgang negativ beeinflussen können.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist hingegen den Vorteil auf, dass eine Schwingungsanregung von Bauteilen des Gasinjektors sowohl beim Öffnungsvorgang als auch beim Schließvorgang unterdrückt werden kann. Dadurch ergibt sich beim Betrieb des Gasinjektors eine sehr exakte Einhaltung von vorgegebenen Einblasmengen, Öffnungszeitpunkten und Schließzeitpunkten. Insbesondere kann eine Anregung von Längsschwingungen eines Schließelements verhindert werden. Dadurch werden Beschädigungen von flexiblen Elementen, wie beispielsweise Metallbälgen, im Gasinjektor, welche die Beweglichkeit des Schließelements in Axialrichtung des Gasinjektors sicherstellen, vermieden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Gasinjektor einen Magnetaktor mit einem Anker, einen Innenpol und einer Spule umfasst. Weiterhin umfasst der Gasinjektor ein Schließelement mit einer Ventilnadel, welches einen Gaspfad für den gasförmigen Brennstoff an einem Dichtsitz freigibt und verschließt. Der Dichtsitz ist an einem ersten Ende des Gasinjektors angeordnet und der Gasinjektor vorzugsweise ein nach außen öffnender Injektor. Der Anker ist dabei mit dem Schließelement verbunden. Ferner ist ein abgeschlossener Schmiermittelraum vorgesehen, welcher mit Schmiermittel gefüllt ist und in welchem der bewegliche Anker angeordnet ist. Dabei stellt das Schmiermittel eine Schmierung des Ankers sicher, so dass am Anker kein Verschleiß im Betrieb auftritt. Der Schmiermittelraum umfasst hierbei wenigstens ein erstes flexibles Dichtelement, insbesondere einen Faltenbalg, welches den Schmiermittelraum gegenüber dem Gaspfad abdichtet und somit die axiale Bewegbarkeit des Schließelements sicherstellt, sowie ein zweites flexibles Dichtelement welches einen Ausgleichsraum des Schmiermittelraums bereitstellt. Ferner umfasst der Gasinjektor ein Rückstellelement, insbesondere eine Schließfeder in Form einer Zylinderfeder, wobei das Rückstellelement das Schließelement in eine geschlossene Ausgangsstellung zurückstellt. Der Gasinjektor umfasst ferner eine Öffnungsbremseinrichtung, welche eine Belastung des ersten flexiblen Dichtelements und des zweiten flexiblen Dichtelements beim Öffnungsvorgang reduziert und eine Schließbremseinrichtung, welche eine Belastung des ersten flexiblen Dichtelements und des zweiten flexiblen Dichtelements sowie des Dichtsitzes beim Schließvorgang reduziert.
Die Öffnungsbremseinrichtung reduziert eine Belastung der Ventilbaugruppe und insbesondere des ersten flexiblen Elements, welches am Schließelement angeordnet ist. Auch kompensiert die Öffnungsbremseinrichtung die Tatsache, dass bei Gasinjektoren ein Hub des Schließelements im Vergleich mit Benzinoder Diesel-Kraftstoffinjektoren sehr groß ist, was eine Schwingungsanfälligkeit von Bauteilen des Gasinjektors tendenziell vergrößert und zu einer hohen Belastung und Verschleiß an den Öffnungsanschlagflächen zwischen Anker und Innenpol führt. Dem kann die Erfindung deutlich entgegenwirken.
Die Schließbremseinrichtung stellt ferner während des Schließvorgangs sicher, dass eine Belastung der flexiblen Dichtelemente gering bleibt und das Schließelement am Dichtsitz nicht mit zu großer Wucht aufschlägt, was einerseits zu Beschädigungen der Bauteile führen kann und andererseits möglicherweise sogenanntes „Prellen“ auftritt, bei dem das Schließelement nach erfolgtem Schließen aufgrund der Wucht des Schließvorgangs wieder vom Dichtsitz kurzzeitig abhebt, so dass kurzzeitig Gas zusätzlich in den Brennraum eingebracht wird, welches nicht genutzt werden kann.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Weiter bevorzugt umfasst der Gasinjektor einen Ankerbolzen, welcher im Schmiermittelraum angeordnet ist und/oder mit dem Schließelement verbunden ist. Die Öffnungsbremseinrichtung und/oder die Schließbremseinrichtung sind dabei am Ankerbolzen angeordnet. Hierdurch kann ein besonders kompakter Aufbau des Gasinjektors sichergestellt werden. Auch kann durch die Positionierung der Öffnungsbremseinrichtung und/oder der Schließbremseinrichtung im Inneren des Schmiermittelraums eine hydraulische Dämpfung sowohl im Öffnungsvorgang als auch im Schließvorgang realisiert werden.
Vorzugsweise umfasst die Öffnungsbremseinrichtung einen ersten Kolben, eine erste Dämpfungsfeder einen ersten Dämpfungsraum. Weiter bevorzugt umfasst die Schließbremseinrichtung einen zweiten Kolben, eine zweite Dämpfungsfeder und einen zweiten Dämpfungsraum. Die Öffnungsbremseinrichtung umfasst weiter bevorzugt noch einen Anschlagring, welcher vorzugsweise am Ankerbolzen angeordnet ist und eine Dämpfung im Öffnungsvorgang erst verzögert ermöglicht. Dadurch wird sichergestellt, dass die Dämpfung beim Öffnungsvorgang erst gegen Ende des Öffnungshubs einsetzt.
Um einen besonders kompakten Aufbau zu erreichen ist vorzugsweise der zweite Kolben zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, im ersten Kolben angeordnet. Um einen weiteren kompakten Aufbau der Anordnung zu ermöglichen, ist der Ankerbolzen vorzugsweise durch den ersten und zweiten Kolben hindurchgeführt. Somit sind der erste und zweite Kolben der beiden Bremseinrichtungen ringförmig ausgebildet.
Weiter bevorzugt weist der erste Kolben an einem Innenumfang einen Absatz als Anschlag für den zweiten Kolben auf. Hierdurch wird die Integration des ersten und zweiten Kolbens ineinander weiter verstärkt, so dass ein Bauraum und Aufbau des Gasinjektors weiter reduziert werden kann.
Weiter bevorzugt ist der zweite Kolben mit Spiel auf dem Ankerbolzen angeordnet. Hierdurch wird ein schnelles Einsetzen der Dämpfungswirkung, insbesondere beim Schließvorgang, erreicht.
Vorzugsweise ist eine Federkraft der ersten Dämpfungsfeder der Öffnungsbremseinrichtung größer als eine Federkraft der zweiten Dämpfungsfeder der Schließbremseinrichtung. Die Federkraft der ersten Dämpfungsfeder ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die Federkraft der zweiten Dämpfungsfeder. Hierdurch kann zusätzlich sichergestellt werden, dass die Dämpfung beim Öffnungsvorgang erst gegen Ende des vollständigen Öffnungshubes einsetzt.
Weiter bevorzugt weist der Ankerbolzen einen Absatz auf, an welchem der zweite Kolben der Schließbremseinrichtung angeordnet ist. Um möglichst einen kleinen Durchmesser für den Schmiermittelraum bereitzustellen, weist der Anker vorzugsweise Durchtrittsöffnungen für das Schmiermittel auf.
Weiter bevorzugt ist der Ankerbolzen in einer Führungsscheibe geführt. Die Führungsscheibe dient vorzugsweise auch zur Abstützung der ersten Dämpfungsfeder der Öffnungsbremseinrichtung.
Die Führungsscheibe weist weiter bevorzugt einen axial vorstehenden Ringabsatz auf, welcher bevorzugt zumindest teilweise in den Anker vorsteht, welcher eine entsprechende Ausnehmung aufweist.
Die erste Dämpfungsfeder ist vorzugsweise zwischen der Führungsscheibe und dem ersten Kolben angeordnet. Die zweite Dämpfungsfeder ist vorzugsweise zwischen einem Speicherkörper, der im Schmiermittelraum angeordnet ist, und dem zweiten Kolben angeordnet.
Das erste und zweite flexible Element ist vorzugsweise ein Faltenbalg, insbesondere ein Metallfaltenbalg. Dabei ist bevorzugt ein erster Durchmesser des ersten flexiblen Elements kleiner als ein zweiter Durchmesser des zweiten flexiblen Elements.
Weiter bevorzugt umfasst der Gasinjektor eine erste, zweite und dritte Nadelführung, welche die Ventilnadel beim Öffnungsvorgang und beim Schließvorgang führen. Hierbei sind die erste und die zweite Nadelführung im Gaspfad angeordnet und die dritte Nadelführung ist im Schmiermittelraum angeordnet. Das Rückstellelement ist ebenfalls im Schmiermittelraum angeordnet. Somit erzeugen Bewegungen des Rückstellelements und der dritten Nadelführung, welche durch das Schmiermittel des Schmiermittelraums geschmiert sind, keinen oder höchstens einen minimalen, vernachlässigbaren Verschleiß. Die erste und die zweite Nadelführung, die im Gaspfad angeordnet sind, befinden sich somit außerhalb des Schmiermittelraums. Falls im Betrieb ein Kippmoment durch das Rückstellelement auf die Ventilnadel ausgeübt wird, kann dieses Kippmoment sicher durch die beiden im Gaspfad angeordnete erste und zweite Nadelführung aufgenommen werden. Hierdurch wird ein Durchbiegen der Ventilnadel, welches durch das möglicherweise auftretende Kippmoment erzeugt werden könnte, durch die beiden ersten und zweiten Nadelführungen unterbunden. Dadurch bleibt der Dichtsitz in allen Betriebssituationen geschlossen bzw. ein Verkippen der Ventilnadel am Dichtsitz und damit ein unzureichender Schließvorgang kann verhindert werden. Somit ist die Ventilnadel durch eine Doppelführung außerhalb des Schmiermittelraums und eine Führung im Schmiermittelraum sicher geführt.
Vorzugsweise ist ein erster Abstand A1 zwischen der ersten und der zweiten Nadelführung in Axialrichtung X-X des Gasinjektors kleiner als ein zweiter Abstand A2 zwischen der zweiten und dritten Nadelführung in Axialrichtung X-X. Hierdurch ist eine besonders gute Aufnahme von möglicherweise auftretenden Kippmomenten durch die erste und zweite Nadelführung gegeben. Der zweite Abstand A2 ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß, weiter bevorzugt mindestens dreifach so groß, wie der erste Abstand A1. Weiter bevorzugt weisen die erste und/oder zweite und/oder dritte Nadelführung jeweils einen ringförmigen Führungsbereich auf, welcher über Stege mit der Ventilnadel des Schließelements verbunden ist, derart, dass Durchbrüche für einen Fluiddurchtritt zwischen den Stegen vorhanden ist. Dies ist insbesondere an der ersten und zweiten Nadelführung vorteilhaft, welche im Gasführungsbereich des Gasinjektors angeordnet sind, um möglichst große Gasmengen durch den ersten und zweiten Führungsbereich bei geöffnetem Gasinjektor hindurchströmen lassen zu können. Der ringförmige Führungsbereich ist dabei vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs geschlossen. Um eine Reibung während des Öffnungs- und Schließvorgangs des Schließelements möglichst klein zu halten, ist eine Breite des ringförmigen Führungsbereichs möglichst klein gewählt. Besonders bevorzugt sind hierbei drei Stege vorgesehen, welche die Ventilnadel mit dem ringförmigen Führungsbereich verbinden. Die Stege sind vorzugsweise in gleichem Abstand entlang des Umfangs angeordnet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Stege zwischen der Ventilnadel und den ringförmigen Führungsbereichen in einem spitzen Winkel zum ringförmigen Führungsbereich angeordnet. Hierdurch ist es möglich, dass ein Durchströmungsquerschnitt im Bereich der Führungen vergrößert wird, was insbesondere bei der ersten und zweiten Nadelführung vorteilhaft ist, welche im Gasführungsbereich liegen. Vorzugsweise sind die Stege in Durchströmungsrichtung durch die Durchbrüche nach dem Führungsbereich angeordnet. Alternativ sind die Stege zwischen der Ventilnadel und dem ringförmigen Führungsbereich der Nadelführungen in einem rechten Winkel zur Ventilnadel angeordnet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Ventilnadel ferner auch ein Teller angeordnet, an welchem das erste flexible Dichtelement fixiert ist. Hierdurch kann eine einfache Verbindung zwischen Schließelement und erstem flexiblem Dichtelement, welches den Schmiermittelraum abdichtet, erreicht werden.
Vorzugsweise sind die erste und zweite Nadelführung am gleichen Bauteil geführt. Das Bauteil ist vorzugsweise ein zylindrischer Ventilkörper, an welchem auch der Dichtsitz angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Führungsflächen für die erste und zweite Nadelführung in einer Aufspannung hergestellt werden können, was fertigungstechnisch große Vorteile bietet und weiterhin die Herstellungskosten reduziert.
Um eine Bauteileanzahl weiter zu reduzieren, ist vorzugsweise die dritte Nadelführung auch zur Abstützung des Rückstellelementes, welches im Schmiermittelraum angeordnet ist, eingerichtet. Die dritte Nadelführung kann hierbei vorzugsweise als Teller mit Durchbrüchen für das Schmiermittel während des Öffnungs- und Schließvorgangs des Schließelements ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist das Schließelement mit den drei Nadelführungen als einteiliges Bauteil ausgebildet. Hierdurch können Schweißnähte oder dgl. vermieden werden, welche häufig eine Quelle von Verschmutzungen im Betrieb des Gasinjektors sind, welche dann zu Dichtigkeitsproblemen am Dichtsitz oder dgl. führen können. Ein mehrteiliges, aus miteinander verschweißten Einzelelementen, aufgebautes Schließelement ist zur Reduzierung von Zerspanungsvolumen und zur Einsparung von Herstellkosten ebenfalls bevorzugt.
Das erste und/oder zweite flexible Dichtelement ist vorzugsweise ein Metallbalg. Der Metallbalg stellt einerseits eine sehr gute Beweglichkeit bereit, um die Axialbewegungen des Schließelements zu ermöglichen und andererseits kann dadurch der Metallbalg möglichst nahe am heißen Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet werden. Dadurch kann eine axiale Länge des Gasinjektors weiter reduziert werden. Alternativ ist das erste flexible Dichtelement ein Kunststofffaltenbalg oder eine Membran oder ein Gummielement.
Um eine axiale Baulänge des Gasinjektors weiter zu reduzieren, ist vorzugsweise ein elektrischer Anschluss des Gasinjektors und/oder ein Gaszulauf des Gasinjektors seitlich am Gasinjektor angeordnet.
Weiter bevorzugt weist der Gasinjektor einen Kegeldichtsitz auf. Vorzugsweise umfasst hierbei das Schließelement an einem zum Brennraum gerichteten Ende eine Dichtscheibe, welche an einem Dichtsitz eine oder mehrere Durchgangsöffnungen freigibt. Der Gasinjektor ist dabei vorzugsweise als ein nach außen öffnender Injektor ausgebildet. Dadurch kann ein Dichtsitz bereitgestellt werden, welcher das Brenngas hohlkegelförmig in die Brennkammer bläst.
Vorzugsweise wird als Schmiermittel ein Öl, insbesondere ein synthetisches Öl oder Mineralöl verwendet. Alternativ wird ein flüssiger Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin verwendet. Weiter alternativ wird als Schmiermittel ein Fett verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Gasinjektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 2 eine schematische Teil-Schnittansicht des Gasinjektors von
Figur 1.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 und 2 ein Gasinjektor 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der Gasinjektor 1 zum Einbringen eines gasförmigen Brennstoffs einen Magnetaktor 2, weicher ein nach außen öffnendes Schließelement 3 von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand bewegt. Die Figur 1 zeigt dabei den geschlossenen Zustand des Gasinjektors.
Der Magnetaktor 2 umfasst einen Anker 20, welcher mittels eines Ankerbolzens 24 mit dem Schließelement 3 verbunden ist. Ferner umfasst der Magnetaktor 2 einen Innenpol 21 , eine Spule 22 und ein Magnetgehäuse 23, welches einen magnetischen Rückschluss des Magnetaktors sicherstellt. Weiterhin umfasst der Gasinjektor 1 einen Hauptkörper 7 mit einem Gaszulauf 70, durch welchen der gasförmige Brennstoff zugeführt wird. Der Gaszulauf 70 ist in Axialrichtung X-X am Hauptkörper 7 angeordnet. Der Hauptkörper 7 ist mit einem Ventilgehäuse 8 verbunden, in welchem der Magnetaktor 2 angeordnet ist.
An das Ventilgehäuse 8 schließt sich eine Gehäusehülse 19 an, an dessen freiem Ende an einem Ventilsitzbauteil 93 ein Dichtsitz 11 vorgesehen ist, an welchem das Schließelement 3 einen Durchlass für den gasförmigen Brennstoff freigibt und verschließt.
In Figur 1 ist schematisch ein elektrischer Anschluss 13, welcher durch den Hauptkörper 7 bis zum Magnetaktor 2 geführt ist, dargestellt. Der elektrische Anschluss 13 ist seitlich am Hauptkörper 7 angeordnet.
Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Rückstellelement für das Schließelement 3, um dieses nach einem Öffnungsvorgang wieder in den in Figur 1 gezeigten geschlossenen Zustand zurückzustellen.
In Figur 1 ist ferner eine Gasströmung als Gaspfad 14 durch den Gasinjektor 1 dargestellt. Die Gasströmung beginnt dabei am Gaszulauf 70 und wird dann umgeleitet und führt durch den Hauptkörper 7. Die Gasströmung 14 geht dabei weiter an einem Außenbereich des Magnetaktors 2 vorbei durch einen Filter 15 bis vor zum Dichtsitz 11. Hierbei sind entsprechend Durchbrüche in den jeweiligen Bauteilen vorgesehen, welche in Figur 1 nicht alle gezeigt sind.
Beim Öffnen des Gasinjektors 1 strömt dann der gasförmige Brennstoff am Außenumfang des Magnetaktors 2 und am geöffneten Dichtsitz 11 vorbei in einen Brennraum 100 einer Brennkraftmaschine, was in Figur 1 durch die Pfeile A angedeutet ist.
Das Schließelement 3 umfasst eine Ventilnadel 30 mit einem Sitzteller 30a, welcher an dem zum Brennraum gerichteten Ende des Schließelements angeordnet ist. Der Dichtsitz 11 ist dabei zwischen dem Sitzteller 30a und dem Ventilsitzbauteil 93, welches im Wesentlichen ein zylindrisches Rohr ist, ausgebildet. Das Schließelement 3 umfasst ferner eine erste Nadelführung 31, eine zweite Nadelführung 32 und eine dritte Nadelführung 33. Die zwei Nadelführungen 31, 32 sind vorzugsweise einstückig mit der Ventilnadel 30 ausgebildet.
Weiter umfasst der Gasinjektor 1 einen abgeschlossenen Schmiermittelraum 4. Der abgeschlossene Schmiermittelraum 4 ist vollständig oder teilweise mit einem flüssigen Schmierstoff gefüllt, z.B. Öl.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, wird der Schmiermittelraum 4 durch ein erstes flexibles Dichtelement 51, den Innenpol 21, eine Hülse 18, einen Speicherkörper 17 und ein zweites flexibles Dichtelement 52 definiert. Das erste und zweite flexible Dichtelement 51, 52 ist jeweils als Metall-Faltenbalg ausgebildet.
Das Schließelement 3 umfasst ferner auch einen Teller 34, an welchem sich das erste flexible Dichtelement 51 abstützt.
Im Speicherkörper 17 sind mehrere Verbindungsbohrungen 77 ausgebildet, welche den Innenbereich des zweiten flexiblen Dichtelements 52 mit den anderen Bereichen des Schmiermittelraums 4 verbinden. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weist das zweite flexible Dichtelement 52 einen relativ großen Durchmesser auf, der größer als der Durchmesser des ersten flexiblen Dichtelements 51 ist. Ferner ist eine Speicherdruckfeder 40 vorgesehen, welche sich am Hauptkörper 7 abstützt.
Das zweite flexible Dichtelement 52 dient dabei als Ausgleichsraum für das im Schmiermittelraum 4 befindliche Schmiermittel. Dadurch können Druckschwankungen im Schmiermittelraum 4 ausgeglichen werden.
Das erste flexible Dichtelement 51 ist ferner direkt am Schließelement 3 am Teller 34 fixiert und am anderen Ende mit einer Führungshülse 35 verbunden. Die dritte Nadelführung 33 ist innerhalb der Führungshülse 35 geführt.
Somit weist der Schmiermittelraum 4 zwei flexible Dichtelemente 51 , 52 sowie die Speicherdruckfeder 40 auf. Die Speicherdruckfeder 40 übt eine gewisse Vorspannung, beispielsweise 1 x 105 Pa, auf das sich im Schmiermittelraum 4 befindliche Schmiermittel auf. Wenn nun bei einem Öffnungsvorgang eine Verdrängung des Schmiermittels durch den Hub des Schließelements 3 oder auch durch Wärmeausdehnung oder Abkühlung des Schmiermittels auftritt, kann ein gegebenenfalls im Inneren des Schmiermittelraums 4 entstehender Überdruck/Unterdruck durch Auslenkung am zweiten flexiblen Dichtelement 52 in Verbindung mit einer Kontraktion der Speicherdruckfeder 40 ausgeglichen werden. Somit kann das erste flexible Dichtelement 51 keine ungewollte, über die Balgwirkfläche wirkende Kraft auf das Schließelement 3 ausüben.
Im abgeschlossenen Schmiermittelraum 4 ist auch der Ankerbolzen 24 mit dem daran fixierten Anker 20 angeordnet. Da der Schmiermittelraum 4 mit einem Schmiermittel, beispielsweise einem flüssigen Kraftstoff wie Benzin oder Diesel oder einem Fett oder dergleichen gefüllt ist, ist eine kontinuierliche Schmierung des Ankers 20 gegeben. Dadurch kann das im Stand der Technik auftretende Problem bei gasförmigen Brennstoffen, dass eine fehlende Schmierung der bewegten Teile fehlt, kompensiert werden.
Der Gasinjektor 1 umfasst ferner eine Öffnungsbremseinrichtung 5, welche eine Belastung des ersten und zweiten flexiblen Dichtelements 51 , 52 und des Ankeranschlags beim Öffnungsvorgang reduziert sowie eine Schließbremseinrichtung 6, welche eine Belastung des ersten und zweiten flexiblen Dichtelements 51 , 52 und des Dichtsitzes 11 beim Schließvorgang reduziert.
Genauer umfasst die Öffnungsbremseinrichtung 5 einen ersten Kolben 53, eine Dämpfungsfeder 54, einen ersten Dämpfungsraum 55 und einen Anschlagring 56, welcher am Ankerbolzen 24 an dessen freiem Ende, das vom Dichtsitz 11 abgewandt ist, angeordnet ist.
Die Schließbremseinrichtung 6 umfasst einen zweiten Kolben 63, eine zweite Dämpfungsfeder 64 und einen zweiten Dämpfungsraum 65.
Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, sind die Öffnungsbremseinrichtung 5 und die Schließbremseinrichtung 6 innerhalb einer zentralen Ausnehmung im Speicherkörper 17 angeordnet. Somit sind die Öffnungsbremseinrichtung 5 und die Schließbremseinrichtung 6 an einer vom Dichtsitz 11 abgewandten Seite des Ankers 20 im Schmiermittelraum 4 angeordnet. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist die erste Dämpfungsfeder 54 zwischen einer ortsfesten Führungsscheibe 9, die in einer Hülse 18, welche den Innenpol 21 und den Speicherkörper 17 miteinander verbindet, und dem ersten Kolben 53 abgestützt. Die erste Dämpfungsfeder 54 ist dabei im ersten Dämpfungsraum 55 angeordnet. Im ersten Dämpfungsraum 55 ist ebenfalls Schmiermittel vorhanden, da, wie aus Figur 2 ersichtlich ist, der Ankerbolzen 24 in der Führungsscheibe 9 geführt ist und über diesen Führungsspalt Schmiermittel in den Dämpfungsraum 55 gelangt.
Die Führungsscheibe 9 weist einen Absatz 91 auf, welcher in Axialrichtung in Richtung des Dichtsitzes 11 vorsteht. Hierbei ist im Anker 20 eine entsprechend ausgebildete Aussparung 20a vorgesehen, so dass ein Volumen des Schmiermittels in diesem Bereich des Gasinjektors reduziert ist.
Die Schließbremseinrichtung 6 ist an dem vom Dichtsitz 11 abgewandten Ende des Ankerbolzens 24 angeordnet. Hierbei ist die zweite Dämpfungsfeder 64 im zweiten Dämpfungsraum 65 angeordnet. Die zweite Dämpfungsfeder 64 ist dabei zwischen dem Speicherkörper 17 und dem zweiten Kolben 63 angeordnet.
Wie weiter aus Figur 2 ersichtlich ist, ist der zweite Kolben 63 teilweise innerhalb des ersten Kolbens 64 angeordnet. Hierbei ist am Ankerbolzen 24 ein Absatz 25 vorgesehen, welcher als Anschlag für den zweiten Kolben 63 dient. In Figur 2 ist mit dem Bezugszeichen H1 der Maximalhub des Ankers 20, welcher gleich dem maximalen Öffnungsweg des Schließelements 3 ist, als erster Spalt H1 eingezeichnet. Ein zweiter Spalt H2 ist zwischen dem Anschlagring 56 und dem zweiten Kolben 63 vorgesehen. Ein dritter Spalt H3 ist zwischen dem zweiten Kolben 63 und dem ersten Kolben 53 in der Schließstellung vorgesehen.
Die Funktion des Gasinjektors 1 ist dabei wie folgt. Ausgehend von der in den Figuren 1 und 2 gezeigten geschlossenen Stellung wird die Spule 22 bestromt, wodurch der Anker 20 in Richtung des Pfeils B (vgl. Figur 2) zum Innenpol 21 gezogen wird. Da der Anker 20 fest mit dem Ankerbolzen verbunden ist, wird auch der Ankerbolzen 24 in Richtung des Pfeils B bewegt, wodurch das Schließelement 3 vom Dichtsitz 11 abhebt und eine Einblasung beginnt.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, wird nach Zurücklegen des zweiten Spalts H2 ein Kontakt zwischen dem Anschlagring 56 und dem zweiten Kolben 63 hergestellt, so dass der zweite Kolben 63 bei weiterer Bestromung ebenfalls in Richtung des Pfeils B bewegt wird. Diese Bewegung des zweiten Kolbens 63 wird auch durch die zweite Dämpfungsfeder 64 unterstützt. Bei weiterer Bestromung bewegt sich der zweite Kolben 63 in Richtung des Pfeils B, so dass der dritte Spalt H3, welcher zwischen dem zweiten Kolben 63 und dem ersten Kolben 53 vorhanden war, überwunden wird. Dann wird die Öffnungsbremseinrichtung 5 aktiviert. Hierbei wird der erste Kolben 53 weiter in Richtung des Pfeils B bewegt, gegen die Federkraft der ersten Dämpfungsfeder 54. Hierbei muss auch Schmiermittel aus dem ersten Dämpfungsraum 55 verdrängt werden, wodurch eine Abbremsung und Dämpfung des Öffnungsvorgangs erreicht wird.
Das Schmiermittel aus dem ersten Dämpfungsraum 55 strömt dabei über Spalte zwischen dem ersten Kolben 53 und dem Ankerbolzen 24 sowie dem zweiten Kolben 63 und dem Ankerbolzen 24 in den zweiten Dämpfungsraum 65 und über Spalte zwischen erstem Dämpfungskolben 53 und Speicherkörper 17 und erstem Dämpfungskolben 53 und zweitem Dämpfungskolben 63 in den zweiten Dämpfungsraum 65. Weiter gibt es auch noch eine Strömung über Spalte zwischen dem Ankerbolzen 24 und der Führungsscheibe 9. Es sei angemerkt, dass der erste Kolben 53 und der zweite Kolben 63 hierbei jeweils mit Spiel auf dem Ankerbolzen 24 angeordnet sind.
Sobald die Einblasung beendet werden soll, wird die Bestromung des Magnetaktors beendet, so dass durch das Rückstellelement 10 das Schließelement 2 und damit auch der Ankerbolzen 24 wieder in Richtung der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausgangsstellung zurückgestellt wird. Da der zweite Kolben 63 am Absatz 25 am Ankerbolzen 24 anliegt, wird bei der Rückstellung auch der zweite Kolben 63 in Richtung des Pfeils C bewegt. Hierbei muss der zweite Kolben 63 gegen die Federkraft der zweiten Dämpfungsfeder 64 bewegt werden und es muss Schmiermittel aus dem zweiten Dämpfungsraum über die Spalte zwischen dem ersten und zweiten Kolben und dem Ankerbolzen 24 zum ersten Dämpfungsraum 53 zurückströmen. Dadurch erfolgt eine Dämpfung beim Schließvorgang.
Es sei angemerkt, dass beim Schließvorgang eine Dämpfungswirkung erst dann eintritt, wenn der erste Kolben 53 an einem Absatz 17a des Speicherkörpers 17 anliegt. Der zweite Kolben 63 der Schließbremseinrichtung 6 hebt dann erst vom Absatz 25 am Ankerbolzen 24 ab und erhöht den Druck im zweiten Dämpfungsraum 65, um die Dämpfung beim Schließvorgang zu bewirken.
Durch das Spiel zwischen den beiden Kolben und dem Ankerbolzen 24 erhöht sich eine Rückstellgeschwindigkeit der beiden Kolben. Es sei angemerkt, dass statt des Spiels zwischen den Kolben und dem Ankerbolzen 24 auch entsprechende Bohrungen in dem ersten und zweiten Kolben ausgebildet sein können, was fertigungstechnisch jedoch aufwändiger ist als das Vorsehen von Spiel zum Ankerbolzen 24.
Die Federkraft zur Rückstellung des ersten Kolbens 53 ist dabei vorzugsweise doppelt so hoch wie die Federkraft zur Rückstellung des zweiten Kolbens 63. Somit kann der erfindungsgemäße Gasinjektor ein sowohl beim Öffnungsvorgang als auch beim Schließvorgang insbesondere eine Anregung von Längsschwingungen des ersten flexiblen Dichtelements 51 (erster Faltenbalg) und des zweiten flexiblen Dichtelements 52 (zweiter Faltenbalg) verhindern. Da eine derartige Längsschwingung eine Anzahl von Balgauslenkungen erhöhen würde, kann durch die Erfindung eine Lebensdauer der flexiblen Dichtelemente deutlich erhöht werden. Die Schließbremseinrichtung 6 verhindert ferner ein zu starkes Anschlägen des Schließelements 3 am Dichtsitz 11 während des Schließvorgangs. Somit wird ein Verschleiß des Schließelements und/oder des Dichtsitzes beim Schließen des Gasinjektors reduziert.
Der in Figur 1 gezeigte Gasinjektor 1 ist dabei druckkraftausgeglichen. Das heißt, das Schließelement 3 ist über das erste flexible Dichtelement 51 mit der Führungshülse 35 verbunden, wobei das als Metallbalg ausgeführte erste flexible Dichtelement 51 einen mittleren Durchmesser aufweist, welcher gleich einem Durchmesser am Dichtsitz 11 ist, an welchem das Schließelement 3 abdichtet. Dadurch ergibt sich keine Druckkraft auf das Schließelement 3, sodass eine magnetische Kraft, welche zum Öffnen des Schließelements 3 notwendig ist, sehr klein gehalten werden kann und insbesondere unabhängig von einem Druck des gasförmigen Brennstoffs ist.

Claims

Ansprüche
1. Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs, umfassend:
- einen Magnetaktor (2) mit einem Anker (20), einem Innenpol (21) und einer Spule (22),
- ein Schließelement (3) mit einer Ventilnadel (30), wobei das Schließelement (3) einen Gaspfad (14) an einem an einem ersten Ende des Gasinjektors angeordneten Dichtsitz (11) freigibt und verschließt, wobei der Anker (20) mit dem Schließelement (3) verbunden ist,
- einen abgeschlossenen Schmiermittelraum (4), der mit einem Schmiermittel gefüllt ist und in welchem der Anker (20) angeordnet ist, wobei das Schmiermittel eine Schmierung des Ankers (20) sicherstellt, und
- ein Rückstellelement (10), welches das Schließelement (3) in eine geschlossene Ausgangsstellung zurückstellt,
- wobei der Schmiermittelraum (4) ein erstes flexibles Dichtelement (51) und ein zweites flexibles Dichtelement (52) aufweist, wobei das erste flexible Dichtelement (51) am Schließelement (3) angeordnet ist und den Schmiermittelraum (4) gegenüber dem Gaspfad (14) abdichtet, und das zweite flexible Dichtelement (52) an einem vom Dichtsitz (11) entgegengesetzten Bereich des Gasinjektors angeordnet ist,
- eine Öffnungsbremseinrichtung (5), welche eine Belastung des ersten flexiblen Dichtelements (51) und des zweiten flexiblen Dichtelements (52) beim Öffnungsvorgang reduziert, und
- eine Schließbremseinrichtung (6), welche eine Belastung des ersten flexiblen Dichtelements (51) und des zweiten flexiblen Dichtelements (52) und des Dichtsitzes (11) beim Schließvorgang reduziert.
2. Gasinjektor nach Anspruch 1 , ferner umfassend einen Ankerbolzen (24), der im Schmiermittelraum (4) angeordnet ist und mit dem Schließelement (3) verbunden ist, wobei die Öffnungsbremseinrichtung (5) und/oder die Schließbremseinrichtung (6) am Ankerbolzen (24) angeordnet sind. Gasinjektor nach Anspruch 2,
- wobei die Öffnungsbremseinrichtung einen ersten Kolben (53), eine erste Dämpfungsfeder (54) und einen ersten Dämpfungsraum (55) und einen Anschlagring (56) am Ankerbolzen (24) aufweist und
- wobei die Schließbremseinrichtung (6) einen zweiten Kolben (63), eine zweite Dämpfungsfeder (64) und einen zweiten Dämpfungsraum (65) aufweist. Gasinjektor nach Anspruch 3, wobei der zweite Kolben (63) zumindest teilweise im ersten Kolben (53) angeordnet ist. Gasinjektor nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Ankerbolzen (24) durch den ersten Kolben (53) und den zweiten Kolben (63) hindurchgeführt ist. Gasinjektor nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Kolben (53) an einem Innenumfang einen Absatz als Anschlag für den zweiten Kolben (63) aufweist. Gasinjektor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der erste Kolben (53) und/oder der zweite Kolben (63) mit Spiel auf dem Ankerbolzen (24) angeordnet ist. Gasinjektor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei eine Federkraft der ersten Dämpfungsfeder (54) größer ist als eine Federkraft der zweiten Dämpfungsfeder (64). Gasinjektor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Ankerbolzen (24) einen Absatz (25) als Anschlag für die Öffnungsbremseinrichtung (5) aufweist. Gasinjektor nach einem der Ansprüche 3 bis 9 ferner umfassend eine Führungsscheibe (9) wobei der Ankerbolzen (24) in der Führungsscheibe (9) geführt ist. Gasinjektor nach Anspruch 10, wobei die erste Dämpfungsfeder (54) zwischen der Führungsscheibe (9) und dem ersten Kolben (53) angeordnet ist und wobei die zweite Dämpfungsfeder (64) zwischen einem Speicherkörper (17) und dem zweiten Kolben (63) angeordnet ist. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine erste Nadelführung (31), eine zweite Nadelführung (32) und eine dritte Nadelführung (33), welche zur Führung der Ventilnadel (30) eingerichtet sind, wobei die erste Nadelführung (31) und die zweite Nadelführung (32) im Gaspfad (14) angeordnet sind und die dritte Nadelführung (33) im Schmiermittelraum (4) angeordnet ist. Gasinjektor nach Anspruch 12, wobei ein erster Abstand (A1) zwischen der ersten Nadelführung (31) und der zweiten Nadelführung (32) in Axialrichtung (X-X) kleiner als ein zweiter Abstand (A2) zwischen der zweiten Nadelführung (32) und der dritten Nadelführung (33) in Axialrichtung (X-X) ist. Gasinjektor nach den Ansprüchen 12 oder 13, wobei die erste Nadelführung (31) und/oder die zweite Nadelführung (32) und/oder die dritte Nadelführung (33) jeweils einen ringförmigen Führungsbereich aufweisen, welcher über Stege mit der Ventilnadel (30) derart verbunden ist, dass Durchbrüche für einen Fluiddurchtritt zwischen den Stegen vorhanden sind.
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