EP4658893A1 - Gasinjektor mit rückschlagventil - Google Patents

Gasinjektor mit rückschlagventil

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Publication number
EP4658893A1
EP4658893A1 EP23792974.0A EP23792974A EP4658893A1 EP 4658893 A1 EP4658893 A1 EP 4658893A1 EP 23792974 A EP23792974 A EP 23792974A EP 4658893 A1 EP4658893 A1 EP 4658893A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
check valve
gas injector
closing element
sealing seat
outlet opening
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
EP23792974.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten BUROCK
Oezguer Tuerker
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4658893A1 publication Critical patent/EP4658893A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F02M21/0269—Outwardly opening valves, e.g. poppet valves
    • 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
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    • 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
    • F02M21/0293—Safety devices; Fail-safe measures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/042—The valves being provided with fuel passages
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a gas injector for injecting a gaseous medium, in particular a gaseous fuel such as hydrogen or CNG.
  • a gaseous fuel such as hydrogen or CNG.
  • Gas injectors are known from the state of the art in various designs. Due to cost advantages and improved environmental compatibility, gaseous fuels have recently become increasingly popular. For gas injectors in which a sealing seat is positioned close to the combustion chamber, plastic sealing seats are not suitable due to the high thermal loads. Metallic sealing seats have the disadvantage of not reliably meeting high sealing requirements even with minor seat wear. A leaky sealing seat can lead to early pre-ignition of gas escaping from the gas injector during operation. This malfunction causes the cylinder pressure to rise too early and very steeply, which results in strong mechanical stress on the components. The combustion in the area of the sealing seat can be maintained by the leak until the next activation. During the subsequent activation, this flame can initiate premature ignition at the beginning of the activation, which severely impairs the functioning of the internal combustion engine.
  • the inventive gas injector for injecting a gaseous medium, in particular a gaseous fuel, with the features of claim 1 has the advantage that a check valve between the Sealing seat of a closing element and an outlet opening prevents the backflow of a fluid in the direction of the closing element. In this way, a possible ignition at the sealing seat of the closing element due to insufficient air supply can be quickly extinguished.
  • the gas injector can be operated with the aid of the check valve according to the invention even with increased seat leakage.
  • the gas injector according to the invention can thus contribute, among other things, to the safe operation of an internal combustion engine. This is achieved according to the invention in that the gas injector has a closing element for opening and closing at least one through opening on a first sealing seat.
  • the gas injector also comprises a check valve and a blow cap with an outlet opening on an inlet-side end.
  • the blow cap enables a gaseous medium to be blown in in a targeted manner and protects the check valve.
  • the check valve is arranged between the outlet opening and the closing element and is designed to seal at a second sealing seat in order to prevent backflow from the outlet opening in the direction of the closing element.
  • the check valve seals against an annular sealing disc via a seat surface.
  • the sealing disc is preferably arranged between the check valve and the closing element.
  • the annular sealing disk preferably has a conical surface for shaping the flow, which is directed in the direction of the closing element. The conical surface thus enables efficient flow around the sealing disk and reduces the flow resistance of a gaseous medium flowing through the gas injector.
  • the check valve divides the blow cap into a first space between the first sealing seat and the second sealing seat and a second space between the second sealing seat and the outlet opening.
  • the division into a first and second space harmonizes the gas flow and prevents pressure fluctuations in the gas flow.
  • the first chamber is preferably smaller than the second chamber. Due to the small volume of the first chamber, any combustible mixture is quickly used up in the event of a possible ignition, since no new combustible mixture can flow through the check valve from the outlet opening towards the closing element. The smaller first chamber thus prevents pre-ignition in the gas injector.
  • the second sealing seat is a flat sealing seat.
  • Flat sealing seats are inexpensive to manufacture and enable robust sealing.
  • the check valve is preferably passively operated. Passive check valves change the opening state based on a passively controlled force, for example a spring force, a magnetic force, the force of gravity or a hydraulic force. Passive check valves are therefore robust and do not require any control effort.
  • a passively controlled force for example a spring force, a magnetic force, the force of gravity or a hydraulic force. Passive check valves are therefore robust and do not require any control effort.
  • the check valve is preferably actively operated.
  • the active control allows the check valve to be opened or closed as required. Furthermore, information about the functioning of the check valve can be easily collected and wear can be detected at an early stage.
  • the gas injector comprises a spring which exerts a spring force on the non-return valve in the direction of the closing element in order to close the non-return element.
  • the spring force of the The pressure of the check valve is overcome by the pressure of the gas flowing in through the open closing element, the check valve opens and allows gas to flow out of the gas injector.
  • the opening behavior can advantageously be varied by using the spring and adjusting the spring constant.
  • the check valve is a one-piece component with an integrated spring.
  • the check valve is in particular a stamped component.
  • One-piece check valves are inexpensive to manufacture and assemble. Due to the small number of components, one-piece check valves are also robust.
  • the one-piece check valve preferably has spring arms.
  • the spring arms When installed, the spring arms preferably exert a spring force that presses the check valve in the direction of the second sealing seat. Spring arms can be easily integrated into inexpensive stamped components. Furthermore, when the check valve is open, the gas flow can flow around the check valve along the spring arms.
  • the gas injector also advantageously comprises a support disk on which the check valve is arranged.
  • the support disk is preferably arranged between the check valve and the outlet opening.
  • the support disk is designed to absorb the force of the check valve in the direction of the second sealing seat. By positioning the support disk, a preload force can be set on the second sealing seat during assembly. Alternatively, with a defined position of the support disk, the preload force can be varied by positioning the annular sealing disk.
  • the check valve can thus be optimally adjusted to the blowing conditions of the gas injector.
  • the check valve and/or the support disk comprises at least one recess.
  • the recess results in an optimized gas flow from the closing element, around the check valve, to the outlet opening.
  • the flow resistance within the gas injector can thus be reduced by the targeted provision of recesses.
  • the gas injector is designed to inject the gaseous fuel directly into a combustion chamber.
  • the present invention further relates to an internal combustion engine with a gas injector according to the invention, the combustion chamber and a cylinder head with a receiving shaft for the gas injector. Due to the check valve, the tightness of the gas injector is significantly improved and pre-ignition of the gaseous fuel during operation is avoided.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a gas injector according to a first preferred embodiment in the closed state
  • Figure 2 is a schematic sectional view of the gas injector according to the first embodiment in the open state
  • a gas injector 1 according to a first preferred embodiment of the invention is described in detail below with reference to Figures 1 and 2.
  • Figure 1 shows a gas injector 1 in a cylinder head 13 of an internal combustion engine.
  • An injection-side end 12 of the gas injector 1 is arranged in a combustion chamber 9 of the internal combustion engine.
  • the gas injector 1 for blowing in a gaseous medium comprises a housing 11 in which an actuator 4 is arranged.
  • the actuator 4 is connected to a closing element 2 which is designed to seal the gas injector 1 at a first sealing seat 21 against unwanted escape of the gaseous medium.
  • a check valve 6 is arranged inside the blow cap 5 between the outlet opening 51 and the first sealing seat 21 of the closing element 2.
  • the check valve 6 is connected to a support disk 8 on the blow-in side via a spring 62.
  • the check valve 6 forms a second sealing seat 61 on an annular sealing disk 7.
  • a first space 52 is formed between the first sealing seat 21 and the second sealing seat 61 and a second space 53 is formed between the second sealing seat 61 and the outlet opening 51.
  • the check valve 6 has a T-shaped cross section with a flat seat surface which is perpendicular to the central axis X - X and aligned in the direction of the closing element 2.
  • the check valve 6 comprises a pin-shaped projection in the middle which is designed to receive the spring 6.
  • the check valve 6 has recesses 65.
  • the second sealing seat 61 is a flat seal which is aligned perpendicular to the central axis X - X of the gas injector 1.
  • the ring-shaped sealing disc 7 is connected flush with the blow cap 5.
  • the connection can be welded or caulked, for example.
  • the sealing disk 7 has a conical surface 71, which optimizes the flow pattern in the gas injector 1 and ensures low flow resistance.
  • a pre-stressed spiral spring 62 is arranged between the support disk 8 and the check valve 6.
  • the pre-stress can be determined by the length and spring constant of the spring 62, as well as by the distance between the support disk 8 and the sealing disk 7. The smaller the distance between the support disk 8 and the sealing disk 7, the higher the pre-stressing force of the spring 62.
  • the support disk 8 is preferably a perforated disk, has a plurality of recesses 81 and is arranged perpendicular to the central axis X-X.
  • the recesses 81 can be circular or have other shapes and enable a low flow resistance of the gas flow from the closing element 2 in the direction of the outlet opening 51.
  • the support disk 8 is connected to the blow cap 5 on the circumference.
  • the connection between the support disk 8 and the blow cap 5 can be welded or caulked, for example.
  • the contact area of the support disk 8 with the spring 62 has no recess. Furthermore, the area which is radially inside the contact area with the spring 62 is formed without recesses and serves as a second stop of the check valve 6 in the open state.
  • Figure 2 shows the gas injector 1 of the first embodiment in an open state.
  • a through opening 3 is formed in the region of the first sealing seat 21 between the housing 11 and the closing element 2.
  • the through opening 3 enables a gas flow 10 in the direction of the first chamber 52. If the pressure force in the direction of the blow-in end 12, due to a pressure difference between the first chamber 52 and the second chamber 53, is greater than the spring force in the direction of the closing element 2, the check valve 6 is pressed in the direction of the blow-in end 12 and allows the gas flow 10 to flow through the lateral recesses 65 from the first chamber 52, past the check valve 6, into the second chamber 53 (see Figure 2).
  • the ignitable mixture in the combustion chamber is ignited, which results in a pressure increase in the combustion chamber 9 and the second chamber 53 connected via the outlet opening 51.
  • the resulting pressure difference between the first chamber 52 and the second chamber 53 exerts a pressure force on the check valve 6 in the direction of the closing element 3, whereby the check valve 6 is pressed more strongly against the second sealing seat 61.
  • the stronger seal of the check valve 6 on the second sealing seat 61 thus prevents gas from flowing from the combustion chamber 9 in the direction of the first sealing seat 21 on the closing element 2 and igniting gas escaping there.
  • the spring arms 64 are arranged on a web on the outer radius of a base plate 66 and are evenly distributed around the circumference.
  • the elongated Spring arms 64 are arranged parallel to the circumference of the base plate 66. In order to generate a spring force, the spring arms 64 are bent downwards in the direction of the image plane.
  • the radially outermost region of the base plate 66 comprises a seat surface 63, which is shown in Figure 3 radially outside a dashed line L.
  • the seat surface 63 is designed to be pressed against the sealing disk 7 with the aid of the spring arms 64 and to form the second sealing seat 53, which prevents the backflow of a gas from the outlet opening 51 in the direction of the closing element 2.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Gasinjektor (1) zum Einblasen eines gasförmigen Mediums. Das gasförmige Medium ist insbesondere ein gasförmiger Kraftstoff. Dabei umfassend der Gasinjektor (1) ein Schließelement (2) zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Durchgangsöffnung (3) an einem ersten Dichtsitz (21), ein Aktor (4) zur Betätigung des Schließelements (2), eine Blaskappe (5) mit einer Auslassöffnung (51), und ein Rückschlagventil (6). Die Blaskappe (5) dabei an einem einblasseitigen Ende des Gasinjektors (1) angeordnet ist und das Rückschlagventil (6) zwischen der Auslassöffnung (51) und dem Schließelement (2). Dabei ist das Rückschlagventil (6) eingerichtet, an einem zweiten Dichtsitz (61) abzudichten, um eine Rückströmung von der Auslassöffnung (51) in Richtung des Schließelements (2) zu verhindern.

Description

Beschreibung
Titel
Gasinjektor mit Rückschlagventil
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Mediums, insbesondere eines gasförmigen Brennstoffs, wie Wasserstoff oder CNG.
Gasinjektoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Aufgrund von Kostenvorteilen und verbesserter Umweltverträglichkeit werden gasförmigen Kraftstoffe in jüngster Zeit kontinuierlich beliebter. Bei Gasinjektoren, bei denen ein Dichtsitz brennraumnah positioniert ist, sind Dichtsitze aus Kunststoff wegen der hohen thermischen Belastungen nicht geeignet. Metallische Dichtsitze haben den Nachteil, hohe Dichtheitsanforderungen selbst bei einem geringfügigen Sitzverschleiß nicht sicher zu erfüllen. Ein undichter Dichtsitz kann zu einer frühen Vorentflammung von aus dem Gasinjektor austretendem Gas im Betrieb führen. Dieses Fehlverhalten führt dazu, dass der Zylinderdruck zu früh und sehr steil ansteigt, was in einer starken mechanischen Belastung der Bauteile resultiert. Die Verbrennung im Bereich des Dichtsitzes kann durch die Leckage bis zur nächsten Ansteuerung aufrecht gehalten werden. Bei der darauffolgenden Ansteuerung kann diese Flamme eine vorzeitige Zündung bereits zu Beginn der Ansteuerung initiieren, wodurch die Funktionsweise der Brennkraftmaschine stark beeinträchtigt ist.
Offenbarung der Erfindung
Der erfinderische Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Mediums, insbesondere eines gasförmigen Kraftstoffs, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Rückschlagventil zwischen dem Dichtsitz eines Schließelements und einer Auslassöffnung die Rückströmung eines Fluides in Richtung des Schließelements verhindert. Somit kann eine mögliche Entzündung am Dichtsitz des Schließelements aufgrund mangelnder Luftzufuhr schnell erloschen werden. Der Gasinjektor kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Rückschlagventils auch bei erhöhten Sitzleckagen betrieben werden. Somit kann der erfindungsgemäße Gasinjektor unter anderem zu einem sicheren Betrieb einer Brennkraftmaschine beitragen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Gasinjektor ein Schließelement zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Durchgangsöffnung an einem ersten Dichtsitz aufweist. Ferner ist ein Aktor zur Betätigung des Schließelements vorgesehen. Der Gasinjektor umfasst darüber hinaus ein Rückschlagventil, sowie an einem einblasseitigen Ende eine Blaskappe mit einer Auslassöffnung. Die Blaskappe ermöglicht ein zielgerichtetes Einblasen eines gasförmigen Mediums und schützt das Rückschlagventil. Das Rückschlagventil ist zwischen der Auslassöffnung und dem Schließelement angeordnet und eingerichtet an einem zweiten Dichtsitz abzudichten, um eine Rückströmung von der Auslassöffnung in Richtung des Schließelements zu verhindern. Durch Öffnen des Schließelements strömt ein gasförmiges Medium in den Raum zwischen erstem und zweitem Dichtsitz. Das einströmende gasförmige Medium führt dazu, dass sich das Rückschlagventil öffnet und das gasförmige Medium durch die Auslassöffnung in der Blaskappe aus dem Gasinjektor entweichen kann. Durch Schließen des Schließelements wird die Gasströmung gestoppt und das Rückschlagventil schließt sich. Somit verhindert das Rückschlagventil, dass Gas von der Auslassöffnung in Richtung des Schließelements strömt. Durch die Positionierung des Rückschlagventils ist der zweite Dichtsitz näher an der Auslassöffnung angeordnet als der erste Dichtsitz. Aufgrund der höheren thermischen Belastung ist der zweite Dichtsitz am Rückschlagventil vorzugsweise metallisch. Der der erste Dichtsitz kann durch die Abschirmung durch das Rückschlagventil wahlweise metallisch sein, um die Haltbarkeit zu erhöhen, oder aus Kunststoff, um die Dichteigenschaften zu erhöhen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders bevorzugt dichtet das Rückschlagventil über eine Sitzfläche gegen einen ringförmigen Dichtscheibe ab. Dabei ist die Dichtscheibe vorzugsweise zwischen Rückschlagventil und Schließelement angeordnet. Weiter bevorzugt weist die ringförmige Dichtscheibe eine konische Fläche zur Strömungsgestaltung auf, welche in Richtung des Schließelements gerichtet ist. Somit ermöglicht die konische Fläche eine effiziente Umströmung der Dichtscheibe und reduziert den Strömungswiderstand eines den Gasinjektor durchströmenden gasförmigen Mediums.
In einer bevorzugten Ausführungsform unterteilt das Rückschlagventil die Blaskappe in einen ersten Raum zwischen dem ersten Dichtsitz und dem zweiten Dichtsitz und einen zweiten Raum zwischen dem zweiten Dichtsitz und der Auslassöffnung. Die Unterteilung in einen ersten und zweiten Raum harmonisiert die Gasströmung und verhindert Druckschwankungen im Gasstrom.
Insbesondere ist vorzugsweise der erste Raum kleiner als der zweite Raum. Durch das geringe Volumen des ersten Raums ist ein mögliches brennfähiges Gemisch bei einer möglichen Entflammung schnell aufgebraucht, da durch das Rückschlagventil kein neues brennfähiges Gemisch von der Auslassöffnung in Richtung Schließelement strömen kann. Somit wird durch den kleineren ersten Raum eine Vorentflammung im Gasinjektor unterbunden.
Weiter vorteilhaft ist der zweite Dichtsitz ein Flachdichtsitz. Flachdichtsitze sind günstig in der Herstellung und ermöglichen eine robuste Abdichtung.
Vorzugsweise ist das Rückschlagventil passiv betätigt. Passive Rückschlagventile ändern anhand einer passiv gesteuerten Kraft den Öffnungszustand, beispielsweise durch eine Federkraft, eine Magnetkraft, die Gravitationskraft oder einer hydraulischen Kraft. Somit sind passive Rückschlagventile robust und benötigen keinen Steuerungsaufwand.
Alternativ ist das Rückschlagventil vorzugsweise aktiv betätigt. Durch die aktive Ansteuerung kann Rückschlagventil situationsgerecht geöffnet oder geschlossen werden. Des Weiteren können einfach Informationen über die Funktionsweise des Rückschlagventils gesammelt werden und Verschleiß frühzeitig erkannt werden.
Weiter bevorzugt umfasst der Gasinjektor eine Feder, welche eine Federkraft auf das Rückschlafventil in Richtung des Schließelements ausübt, um das Rückschlagelement zu schließen. Somit wird die Federkraft des Rückschlagventils durch den Druck des durch das geöffnete Schließelement einströmenden Gases überwunden, das Rückschlagventil öffnet sich und lässt Gas aus dem Gasinjektor ausströmen. Sobald das Schließelement geschlossen wird, übt kein einströmendes Gas mehr Druck auf das Rückschlagventil aus und das Rückschlagventil wird durch die Federkraft geschlossen. Das Öffnungsverhalten kann vorteilhafterweise durch die Verwendung der Feder und Anpassung der Federkonstante variiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Rückschlagventil ein einteiliges Bauteil mit integrierter Feder. Dabei ist das Rückschlagventil insbesondere ein Stanzbauteil. Einteilige Rückschlagventile sind günstig in der Fertigung und Montage. Aufgrund der geringen Anzahl an Bauteilen sind einteilige Rückschlagventile ebenfalls robust.
Vorzugsweise weist das einteilige Rückschlagventil Federarme auf. Die Federarme üben im eingebauten Zustand vorzugsweise eine Federkraft auf, welche das Rückschlagventil in Richtung des zweiten Dichtsitzes drückt. Federarme können einfach in kostengünstige Stanzbauteile integriert werden. Des Weiteren kann die Gasströmung im geöffneten Zustand des Rückschlagventils entlang der Federarme das Rückschlagventil umströmen.
Weiter vorteilhaft umfasst der Gasinjektor eine Auflagescheibe, an welcher das Rückschlagventil angeordnet ist. Dabei ist die Auflagescheibe vorzugsweise zwischen dem Rückschlagventil und der Auslassöffnung angeordnet. Die Auflagescheibe ist eingerichtet, die Kraft des Rückschlagventils in Richtung des zweiten Dichtsitzes aufzunehmen. Durch die Positionierung der Auflagescheibe kann während der Montage insbesondere eine Vorspannkraft auf den zweiten Dichtsitz eingestellt werden. Alternativ kann bei definierter Position der Auflagescheibe die Vorspannkraft durch die Positionierung der ringförmigen Dichtscheibe variiert werden. Somit kann das Rückschlagventil optimal auf die Einblasbedingungen des Gasinjektors eingestellt werden.
Vorzugsweise umfasst das Rückschlagventil und/oder die Auflagescheibe wenigstens eine Aussparung. Die Aussparung resultiert in einer optimierten Gasströmung vom Schließelement, um das Rückschlagventil herum, zur Auslassöffnung. Somit kann durch die gezielte Anbringung von Aussparungen der Strömungswiderstand innerhalb des Gasinjektors reduziert werden. Weiter bevorzugt ist der Gasinjektor eingerichtet, den gasförmigen Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzublasen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Gasinjektor, dem Brennraum und einem Zylinderkopf mit einem Aufnahmeschacht für den Gasinjektor. Dabei wird aufgrund des Rückschlagventils die Dichtheit des Gasinjektors deutlich verbessert und eine Vorentflammung des gasförmigen Kraftstoffes im Betrieb vermieden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele 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 bevorzugten Ausführungsbeispiel im geschlossenen Zustand,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht des Gasinjektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im geöffneten Zustand und
Figur 3 eine schematische Ansicht eines einteiligen Rückschlagventils eines Gasinjektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figur 1 und Figur 2 ein Gasinjektor 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Figur 1 zeigt einen Gasinjektor 1 in einem Zylinderkopf 13 einer Brennkraftmaschine. Ein einblasseitiges Ende 12 des Gasinjektors 1 ist in einem Brennraum 9 der Brennkraftmaschine angeordnet. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der Gasinjektor 1 zum Einblasen eines gasförmigen Mediums ein Gehäuse 11 , in welchem ein Aktor 4 angeordnet ist. Der Aktor 4 ist mit einem Schließelement 2 verbunden, welches eingerichtet ist, den Gasinjektor 1 an einem ersten Dichtsitz 21 gegen ungewolltes Austreten des gasförmigen Mediums abzudichten.
An dem einblasseitigen Ende 12 des Gasinjektors 1 ist eine zylinderförmige Blaskappe 5 koaxial zur Mittelachse X -X des Gehäuses 11 des Gasinjektors 1 angeordnet. Koaxial zu einer Mittelachse X - X des Gasinjektors 1 ist in der Blaskappe 5 eine Auslassöffnung 51 eingebracht.
Zwischen der Auslassöffnung 51 und dem ersten Dichtsitz 21 des Schließelements 2 ist ein Rückschlagventil 6 innerhalb der Blaskappe 5 angeordnet. Das Rückschlagventil 6 ist einblasseitig über eine Feder 62 mit einer Auflagescheibe 8 verbunden. In Richtung des Schließelements 2 bildet das Rückschlagventil 6 an einer ringförmigen Dichtscheibe 7 einen zweiten Dichtsitz 61.
Somit bildet sich zwischen dem ersten Dichtsitz 21 und dem zweiten Dichtsitz 61 ein erster Raum 52 und zwischen dem zweiten Dichtsitz 61 und der Auslassöffnung 51 ein zweiter Raum 53.
Das Rückschlagventil 6 hat einen T-förmigen Querschnitt mit einer ebenen Sitzfläche, welche senkrecht zur Mittelachse X - X und in Richtung des Schließelements 2 ausgerichtet ist. Auf der entgegengesetzten Seite umfasst das Rückschlagventil 6 mittig einen zapfenförmigen Vorsprung, welcher eingerichtet ist die Feder 6 aufzunehmen. Im radial äußeren Bereich weist das Rückschlagventil 6 Aussparungen 65 auf.
Im geschlossenen Zustand werden die Aussparungen 65 durch die Dichtscheibe 7 abgedichtet, so dass kein Gas vom ersten Raum 52 durch den zweiten Dichtsitz 61 in den zweiten Raum 53 oder umgekehrt strömen kann. Dabei ist der zweite Dichtsitz 61 eine Flachdichtung, welche senkrecht zur Mittelachse X - X des Gasinjektors 1 ausgerichtet ist.
Die ringförmige Dichtscheibe 7 ist bündig mit der Blaskappe 5 verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise geschweißt oder verstemmt sein. In Richtung des Schließelements 2 weist die Dichtscheibe 7 eine konische Fläche 71 auf, welche den Strömungsverlauf im Gasinjektor 1 optimiert und für einen geringen Strömungswiderstand sorgt.
Zwischen der Auflagescheibe 8 und dem Rückschlagventil 6 ist eine vorgespannte spiralförmige Feder 62 angeordnet. Die Vorspannung kann durch die Länge und Federkonstante der Feder 62 bestimmt werden, sowie durch den Abstand zwischen der Auflagescheibe 8 und der Dichtscheibe 7. Je geringer der Abstand zwischen Auflagescheibe 8 und Dichtscheibe 7 ist, desto höher ist die Vorspannkraft der Feder 62.
Die Auflagescheibe 8 ist vorzugsweise eine Lochscheibe, weist eine Vielzahl von Aussparungen 81 auf und ist senkrecht zur Mittelachse X - X angeordnet. Die Aussparungen 81 können kreisförmig sein oder auch andere Formen aufweisen und ermöglichen einen geringen Strömungswiderstand der Gasströmung vom Schließelement 2 in Richtung der Auslassöffnung 51. Die Auflagescheibe 8 ist umfangseitig mit der Blaskappe 5 verbunden. Die Verbindung zwischen der Auflagescheibe 8 und der Blaskappe 5 kann beispielsweise verschweißt oder verstemmt sein. Der Kontaktbereich der Auflagescheibe 8 mit der Feder 62 weist keine Aussparung auf. Des Weiteren ist der Bereich, welcher radial innerhalb des Kontaktbereichs mit der Feder 62 ist, ohne Aussparungen ausgeformt und dient als zweiter Anschlag des Rückschlagventils 6 in geöffneten Zustand.
Zwischen dem der Auflagescheibe 8 und der Auslassöffnung 51 ist der zweite Raum 53 im inneren der Blaskappe 5 angeordnet. Radial außerhalb der Auslassöffnung 51 , in Richtung des Gasinjektors 1 , weist die Blaskappe 5 eine konische Fläche auf, welche die Gasströmung in Richtung der Auslassöffnung 51 lenkt.
Figur 2 zeigt den Gasinjektor 1 des ersten Ausführungsbeispiels in einem geöffneten Zustand.
Durch eine axiale Hubbewegung des Schließelements 2 entlang der Mittelachse X-X in Richtung des einblasseitigen Endes 12 bildet sich im Bereich des ersten Dichtsitzes 21 zwischen dem Gehäuse 11 und dem Schließelement 2 eine Durchgangsöffnung 3. Die Durchgangsöffnung 3 ermöglicht eine Gasströmung 10 in Richtung des ersten Raums 52. Wenn die Druckkraft in Richtung des einblasseitigen Endes 12, aufgrund einer Druckdifferenz zwischen erstem Raum 52 und zweiten Raum 53, größer ist als die Federkraft in Richtung des Schließelements 2, wird das Rückschlagventil 6 in Richtung des einblasseitigen Endes 12 gedrückt und ermöglicht der Gasströmung 10 durch die seitlichen Aussparungen 65 vom ersten Raum 52, am Rückschlagventil 6 vorbei, in den zweiten Raum 53 zu strömen, (vgl. Figur 2)
Vom zweiten Raum 53 entweicht die Gasströmung 10 durch die Auslassöffnung
51 in der Blaskappe 5 aus dem Gasinjektor 1 und in den Brennraum 9. Im Brennraum 9 entsteht mit Hilfe des eingeblasenen Gases ein zündfähiges Gemisch.
Durch eine Hubbewegung des Schließelements 2 entgegen des einblasseitigen Endes 12 wird die Durchgangsöffnung 3 geschlossen und der Einblasvorgang beendet. Aufgrund des abnehmenden Druckunterschieds zwischen erstem Raum
52 und zweitem Raum 53 sinkt die Druckkraft auf das Rückschlagventil 6 und die Feder 62 drückt das Rückschlagventil 6 gegen den zweiten Dichtsitz 61.
Nach Beendigung des Einblasvorgangs wird das zündfähige Gemisch im Brennraum entzündet, was in einem Druckanstieg im Brennraum 9 und dem über die Auslassöffnung 51 verbundenen zweiten Raum 53 resultiert. Die sich daraus ergebene Druckdifferenz zwischen erstem Raum 52 und zweitem Raum 53 übt eine Druckkraft auf das Rückschlagventil 6 in Richtung des Schließelements 3 aus, wodurch das Rückschlagventil 6 stärker gegen den zweiten Dichtsitz 61 gedrückt wird. Die stärkere Abdichtung des Rückschlagventils 6 am zweiten Dichtsitz 61 verhindert somit, dass Gas vom Brennraum 9 in Richtung des ersten Dichtsitzes 21 am Schließelement 2 strömt und dort entweichendes Gas entzündet.
In Figur 3 ist eine Draufsicht eines einteiliges Rückschlagventil 6 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das einteilige Rückschlagventil 6 ist ein Stanzbauteil aus einem Metallblech mit drei integrierten Federarmen 64.
Die Federarme 64 sind über einen Steg am Außenradius einer Grundplatte 66 angeordnet und umfangseitig gleichmäßig verteilt. Dabei sind die länglichen Federarme 64 parallel zum Umfang der Grundplatte 66 angeordnet. Um eine Federkraft zu erzeugen sind die Federarme 64 in Richtung der Bildebene nach unten gebogen. Der radial äußerste Bereich der Grundplatte 66 umfasst eine Sitzfläche 63, welche in Figur 3 radial außerhalb einer gestrichelten Linie L dargestellt ist. Die Sitzfläche 63 ist eingerichtet, mit Hilfe der Federarme 64 gegen die Dichtscheibe 7 gedrückt zu werden und den zweiten Dichtsitz 53 zu bilden, welcher die Rückströmung eines Gases von der Auslassöffnung 51 in Richtung des Schließelements 2 verhindert.

Claims

Ansprüche
1. Gasinjektor (1) zum Einblasen eines gasförmigen Mediums, insbesondere eines gasförmigen Kraftstoffs, umfassend
• ein Schließelement (2) zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Durchgangsöffnung (3) an einem ersten Dichtsitz (21),
• ein Aktor (4) zur Betätigung des Schließelements (2),
• eine Blaskappe (5) mit einer Auslassöffnung (51), und
• ein Rückschlagventil (6),
• wobei die Blaskappe (5) an einem einblasseitigen Ende des Gasinjektors (1) angeordnet ist,
• wobei das Rückschlagventil (6) zwischen der Auslassöffnung (51) und dem Schließelement (2) angeordnet ist, und
• wobei das Rückschlagventil (6) eingerichtet ist, an einem zweiten Dichtsitz (61) abzudichten, um eine Rückströmung von der Auslassöffnung (51) in Richtung des Schließelements (2) zu verhindern.
2. Gasinjektor (1) nach Anspruch 1 , wobei das Rückschlagventil (6) über eine Sitzfläche (63) gegen eine ringförmige Dichtscheibe (7) abdichtet, welche in der Blaskappe (5) zwischen Rückschlagventil (6) und Schließelement (2) angeordnet ist.
3. Gasinjektor (1) nach Anspruch 2, wobei die ringförmige Dichtscheibe (7) eine konische Fläche (71) zur Strömungsgestaltung aufweist, welche in Richtung des Schließelements (2) gerichtet ist.
4. Gasinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Rückschlagventil (6) die Blaskappe (5) in einen ersten Raum (52) zwischen dem ersten Dichtsitz (21) und dem zweiten Dichtsitz (61) und einen zweiten Raum (53) zwischen dem zweiten Dichtsitz (61) und der Auslassöffnung (51) unterteilt.
5. Gasinjektor (1) nach Anspruch 4, wobei der erste Raum (52) kleiner ist als der zweite Raum (53).
6. Gasinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Dichtsitz (61) ein Flachdichtsitz ist.
7. Gasinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Rückschlagventil (6) passiv betätigbar ist.
8. Gasinjektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Rückschlagventil (6) aktiv betätigbar ist.
9. Gasinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Feder (62), welche eine Federkraft auf das Rückschlagventil (6) in Richtung des Schließelements (2) ausübt, um das Rückschlagventil (6) zu schließen.
10. Gasinjektor (1) nach Anspruch 9, wobei das Rückschlagventil (6) ein einteiliges Bauteil ist und wobei die Feder (62) in das Rückschlagventil (6) integriert ist.
11. Gasinjektor (1) nach Anspruch 10, wobei das Rückschlagventil (6) Federarme (64) aufweist.
12. Gasinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei das Rückschlagventil (6) an einer Auflagescheibe (8) angeordnet ist.
13. Gasinjektor (1) nach Anspruch 12, wobei das Rückschlagventil (6) wenigstens eine Aussparung (65) umfasst und/oder wobei die Auflagescheibe (8) wenigstens eine Aussparung (81) umfasst.
14. Gasinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Gasinjektor (1) eingerichtet ist, den gasförmigen Kraftstoff direkt in einen Brennraum (9) einzublasen.
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