WO2016082985A1 - Gasinjektor mit hubentdrosselung - Google Patents

Gasinjektor mit hubentdrosselung Download PDF

Info

Publication number
WO2016082985A1
WO2016082985A1 PCT/EP2015/072305 EP2015072305W WO2016082985A1 WO 2016082985 A1 WO2016082985 A1 WO 2016082985A1 EP 2015072305 W EP2015072305 W EP 2015072305W WO 2016082985 A1 WO2016082985 A1 WO 2016082985A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas injector
section
valve body
flow
flow cross
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/072305
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Moser
Guenther Hohl
Michael Knorpp
Olaf SCHOENROCK
Sven Krissler
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
Priority to CN201580064893.9A priority Critical patent/CN107002596B/zh
Priority to US15/525,678 priority patent/US10480456B2/en
Publication of WO2016082985A1 publication Critical patent/WO2016082985A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • 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
    • 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
    • F02M21/0275—Injectors for in-cylinder direct injection, e.g. injector combined with spark plug
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/004—Joints; Sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/161—Means for adjusting injection-valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
    • F16K1/36—Valve members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
    • F16K1/36—Valve members
    • F16K1/38—Valve members of conical shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
    • F16K1/42—Valve seats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K25/00—Details relating to contact between valve members and seats
    • F16K25/04—Arrangements for preventing erosion, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0655—Lift 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
    • 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
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0209—Hydrocarbon fuels, e.g. methane or acetylene
    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0056—Throttling valves, e.g. having variable opening positions throttling the flow
    • 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
    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/005—Measuring or detecting injection-valve lift, e.g. to determine injection timing
    • 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 fuel, in particular directly into a combustion chamber of a
  • Valve closing element is. Furthermore, the present invention relates to a
  • Injector arrangement with a gas injector Another aspect of the present invention relates to an internal combustion engine that includes a gas injector or injector assembly.
  • gaseous fuels such as e.g. Natural gas or hydrogen
  • gaseous fuels such as e.g. Natural gas or hydrogen
  • Valve body Due to the high thermal load, for example, an elastomer with its limited temperature resistance can not be used as a sealing material. Besides the good ones
  • Sealing properties of the elastomer are also its excellent damping properties during the closing process advantageous.
  • the latter is especially important for gas injectors because of the elimination of a
  • a further problem area lies in outwardly opening gas injectors in that an amount of fuel is determined by a cross-section released by a needle lift.
  • This flow cross-section is highly dependent on manufacturing and setting tolerances in the manufacture and assembly of the gas injector as well as changing operating conditions and the wear occurring. These factors cause a complex influence on the throttle effect of the gas injector and thus on the injected gas.
  • the direct injection gas injector according to the invention for injecting a gaseous fuel, in particular directly into a combustion chamber of a
  • Internal combustion engine with the features of claim 1, has the advantage that a blown gas amount and a high
  • the flow determining cross-section is placed inside the gas injector. Specifically, the flow determining cross section in the direction of flow of the gas injector with fully open gas valve in front of a sealing seat
  • valve closing element has no effect on the amount of gas to be injected. Furthermore, even long and therefore difficult-to-control tolerance chains lose their negative effects in all the different components of the gas injector under all operating conditions
  • a detailed geometry of the valve body and the valve closing element before and after the throttle point can be designed to be optimal for a gas supersonic flow in the narrowest cross section.
  • the valve closure element preferably has an outer cylinder region which defines the flow-determining flow cross-section in the interior of the gas injector. More preferably, a valve body has an inner cylinder region, which also defines the flow restricting flow cross section in the interior of the gas injector.
  • Valve closure element asymmetric to a central axis of the gas injector. Due to the asymmetry, in particular the flow of the gaseous fuel can already be imparted a predetermined twist or the like, resulting in advantages in the injection process.
  • the gas injector according to the invention is particularly preferably an outwardly opening gas injector.
  • a combination of an outwardly opening gas injector and a decoupling of the throttling of the gaseous fuel can be combined at a maximum lift.
  • the gas injector is a direct-injection gas injector which injects the gaseous fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a thermal protection device is preferably provided on the valve body.
  • Gas injector in particular the sealing seat and the valve closing element, significantly reduced. Furthermore, it is avoided by the thermal protection device that too hot areas of the gas injector an undesirable
  • Glow ignition occurs. This also gives the possibility of making the sealing seat of a soft material, e.g. from an elastomer, in particular for outwardly opening gas injectors. Due to the high elastic compliance of such a material at low elastic
  • Deformation forces gas-tightness of the gas injector can be made possible even during geometric imperfections over a lifetime.
  • the thermal protector has a heat dissipation cap having a first heat conduction coefficient which is larger than a heat conduction coefficient of the valve body.
  • Gas injector introduced heat efficiently e.g. derived in a cylinder head.
  • the heat-conducting cap is particularly preferably made of a metal,
  • the heat pipe cap by a
  • the thermal protection device has a first thermal protection layer with a second coefficient of thermal conduction, which is smaller than the heat conduction coefficient of the valve body and / or smaller than the first heat conduction coefficient of the heat dissipation cap. This serves to reduce or eliminate the heat transfer from the combustion chamber to the valve body and / or the heat dissipation cap. When heat is transferred, this can be from the heat conduction cap be derived. Thus, a thermal load of the valve body is reduced.
  • the first thermal protective layer is made of ceramic.
  • the first thermal protection layer is on the
  • the first thermal protective layer can be arranged on a front side directed toward the combustion chamber.
  • an inner side of the passage opening along the flow guide may be provided with the first thermal protection layer.
  • the heat dissipation cap on a plate-shaped region, or a plate-shaped base region and a plate-shaped base region disposed on the wall region.
  • the heat pipe cap can be adapted to different valve body shapes.
  • the heat pipe is adjusted depending on the application.
  • the heat dissipation cap preferably has a surface structuring on a contact surface, wherein the contact surface is arranged for a contact between the heat dissipation cap and a cylinder head and is arranged on the heat dissipation cap.
  • the surface structuring comprises a knurling. This also reduces a joining force for installing the gas injector in the cylinder head.
  • the heat dissipation cap comprises a heat conductor paste applied to a surface of the heat dissipation cap.
  • the heat conductor paste is introduced into recesses of the knurling of the heat dissipation cap. This enhances heat transfer between the heat dissipation cap and the cylinder head.
  • valve closing element has a second thermal protection layer with a third coefficient of thermal conduction, which is smaller than the heat conduction coefficient of the valve body and / or smaller than the first coefficient of heat conduction of the heat dissipation cap.
  • a heat input into the combustion-side space of the gas injector, in particular into the valve closing element can be eliminated or reduced.
  • the first protective layer and the second thermal protective layer are formed from the same material.
  • a uniform thermal protection layer at a combustion end of the gas injector is possible. This also results in a cost-effective manufacturing process.
  • the sealing seat is arranged by a stop region of the valve body with a predetermined distance on the valve body.
  • the mechanically highly loaded stop area of the valve body is geometrically separated from the sealing point. This allows a small wear on the stop area without the gas injector failing due to leakage.
  • the material of the stop region is preferably hardened and / or coated in order to withstand the high mechanical loads.
  • the present invention relates to an injector, which a
  • Gas injector for injecting a gaseous fuel into a combustion chamber and a cylinder head with a cylinder head opening, in which the gas injector is arranged, wherein a combustion chamber directed towards the end of the gas injector from a combustion chamber side end of the cylinder head opening is arranged at a predetermined distance in the axial direction of the gas injector.
  • the distance is less than 5mm
  • the distance can be up to three times the diameter of the cylinder head opening by the displacement of the gas injector in a direction opposite to the blowing creates a dead volume in which a flow velocity is small.
  • the heat transfer from the hot combustion gases to the valve body and the sealing seat is minimized.
  • the dead volume preferably also a combustion takes place, so that no unburned Collect fuel fractions, which could then lead to increased hydrocarbon emissions in the exhaust gas.
  • the injector arrangement has a gas injector according to the invention as described above.
  • a further aspect of the present invention relates to an internal combustion engine which comprises a combustion chamber and a direct-injection gas injector or an injector arrangement according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic, highly simplified sectional view of a
  • Figure 2 is a schematic, highly simplified sectional view of
  • Figure 3 is a schematic, highly simplified sectional view of a
  • Injector assembly 8 according to a first embodiment of the present invention described in detail.
  • the injector assembly 8 comprises a gas injector 1 for injecting a gaseous fuel into a combustion chamber 9 and a cylinder head 5 with a cylinder head opening 50 of an internal combustion engine, not shown.
  • a gas injector 1 for injecting a gaseous fuel into a combustion chamber 9 and a cylinder head 5 with a cylinder head opening 50 of an internal combustion engine, not shown.
  • Cylinder head opening 50, the gas injector 1 is arranged, wherein a to
  • Combustion chamber 9 directed end 10 of the gas injector 1 of a
  • the combustion chamber side end 51 of the cylinder head opening 50 is arranged at a first predetermined distance 100.
  • the gas injector 1 comprises a valve closing element 2, a
  • Valve body 3 with a passage opening 37, which opens or closes the valve closing element 2, and a sealing seat 4, which between the
  • Valve body 3 and the valve closing element 2 is arranged.
  • the gas injector 1 is in a closed state, wherein the
  • Passage opening 37 is closed by the valve closing element 2.
  • the gas injector 1 in a fully open state, that is, at a maximum stroke of the closing element 2, shown.
  • the thermal protection device 31 comprises a
  • Heat dissipation cap 32 having a first coefficient of thermal conduction.
  • the thermal protection device 31 has a first thermal protection layer 33 with a second coefficient of thermal conduction.
  • the heat dissipation cap 32 includes a plate-shaped portion 34 which is fixed to the valve body 3 by a welded joint 38.
  • valve closing element 2 with a second thermal
  • Protective layer 20 provided, which has a third coefficient of thermal conduction.
  • the first heat conduction coefficient of the heat dissipation cap 32 is larger than a heat conduction coefficient of the valve body 3. Further, the second one Heat conduction coefficient of the first thermal protection layer 33 is smaller than the heat conduction coefficient of the valve body 3 and smaller than the first
  • Heat conduction coefficient of the heat dissipation cap 32 is equal to the second coefficient of thermal conduction.
  • the heat dissipation cap 32 has on a contact surface 36 a surface structure, not shown, wherein the contact surface 36 is arranged for a contact between the heat dissipation cap 32 and a
  • Cylinder head 5 and is disposed on the heat dissipation cap 32.
  • the surface structuring is designed as a knurling. Not shown depressions of the knurling are provided with a heat conductor paste, whereby the heat transfer between the heat dissipation cap 32 and the cylinder head 5 is increased.
  • the gas injector 1 is shown in an open state, wherein the passage opening 37 is completely released from the valve closing element 2. This state corresponds to a maximum stroke of the valve closing element 2.
  • Valve body 3 and the valve closing element 2 is smaller than a
  • the flow cross-section 6 located inside the gas injector is defined by a cylindrical outer contour of the valve closing element 2 and a cylindrical inner contour of the valve body 3.
  • the contours of valve closing element 2 and valve body 3 can be produced with small tolerances by simple production methods As a result, the dependency of strong temperature changes, of wear and of tolerance chains for the amount of fuel injected in the prior art can be minimized.
  • the flow cross-section 6 in the interior of the gas injector is also exposed to no wear, such as, for example, the sealing seat in the prior art, which usually determines the flow.
  • Another advantage is that in the flow cross-section 6 in the interior of the gas injector, the flow can reach the speed of sound and thereby the stationary flow even at a further increased stroke of the
  • Valve closing element determined.
  • the gas flow to be injected with sound velocity generating, minimum flow cross section is defined very precisely.
  • a maximum lift is chosen to be large enough to cause a gas injection inside the gas injector, i. in the flow direction through the
  • Gas injector lying in front of the sealing seat 4 flow cross-section 6 is smaller than a lying after the sealing seat 4 flow cross-section 7 at maximum open gas injector.
  • a possibly occurring swinging of the valve closing element 2 can also be taken into account.
  • temperature-related changes in length due to different materials can be considered. Wear also plays no role in the static flow rate defined by the flow cross section 6.
  • the gas injector 1 according to the invention affords a multiplicity of advantages.
  • Valve closure element 2 a temperature can be reduced, especially in the combustion-side region of the gas injector 1.
  • a thermal condition can be reduced, especially in the combustion-side region of the gas injector 1.
  • the resetting of the gas injector 1 in the cylinder head opening 50 also contributes to the reduced thermal load of the valve body 3 and the sealing seat 4.
  • This together with the resetting of the sealing seat 4 has the consequence that the sealing seat 4 can be formed of a soft material. This is particularly advantageous because a soft material is very good
  • Injector arrangement is also a consistent separation of functions allows.
  • sealing determining the static flow rate
  • the gas injector 1 of the second exemplary embodiment in FIG. 3 differs fundamentally from the gas injector 1 of the first exemplary embodiment in that the heat dissipation cap 32 has a plate-shaped base region 34 and a wall region 35 arranged on the plate-shaped base region 34.
  • Cylinder head 5 formed larger, creating a heat transfer to
  • Cylinder head is increased. Further, the heat dissipation cap 32 is fixed to the valve body 3 by a caulking connection 39. Furthermore, the inner flow cross-section between the valve closing element 2 and the valve body 3 with the valve fully open is smaller than a flow cross-section 7 lying in the flow direction to the sealing seat with the gas injector fully open.

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere direkt in einen Brennraum (9) einer Brennkraftmaschine, umfassend: ein Ventilschließelement (2) zum Freigeben oder Verschließen einer Durchlassöffnung (37), einen Ventilkörper (3), und einen Dichtsitz (4) zwischen dem Ventilkörper (3) und dem Ventilschließelement (2), wobei bei einem maximalen Hub des Ventilschließelements (2) ein Strömungsquerschnitt (6) zwischen dem Ventilkörper (3) und dem Ventilschließelement (2) in Strömungsrichtung vor dem Dichtsitz (4) kleiner als ein Strömungsquerschnitt (7) zwischen dem Ventilschließelement (2) und dem Dichtsitz (4) ist und kleiner ist als ein Strömungsquerschnitt (7) in Strömungsrichtung nach dem Dichtsitz (4).

Description

Beschreibung
Titel
Gasinjektor mit Hubentdrosselung Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere direkt in einen Brennraum einer
Brennkraftmaschine mit Hubentdrosselung, wobei eine Drosselung des gasförmigen Kraftstoffs entkoppelt von einem maximalen Hub eines
Ventilschließelements ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine
Injektoranordnung mit einem Gasinjektor. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, welche einen Gasinjektor oder eine derartige Injektoranordnung umfasst.
Neben flüssigen Kraftstoffen werden im Kraftfahrzeugbereich in jüngster Zeit verstärkt auch gasförmige Kraftstoffe, wie z.B. Erdgas oder Wasserstoff, verwendet. Bei bekannten direkteinblasenden Gasinjektoren ist ein Problemkreis die hohe thermische Belastung des Gasinjektors, insbesondere dessen
Ventil körpers. Aufgrund der hohen thermischen Belastung kann dabei beispielsweise ein Elastomer mit seiner begrenzten Temperaturbeständigkeit als Dichtungsmaterial nicht verwendet werden. Neben den guten
Abdichtungseigenschaften des Elastomers sind auch seine hervorragenden Dämpfungseigenschaften während des Schließvorgangs vorteilhaft. Letzteres ist besonders wichtig bei Gasinjektoren wegen des Entfalls eines
belastungsreduzierenden Effekts einer Flüssigkeitsdämpfung. Ein weiterer Problemkreis liegt bei nach außen öffnenden Gasinjektoren darin, dass eine Kraftstoffmenge durch einen von einem Nadelhub freigegebenen Querschnitt bestimmt wird. Dieser Strömungsquerschnitt ist stark abhängig von Fertigungs- und Einstelltoleranzen bei der Herstellung und Montage des Gasinjektors sowie auch von wechselnden Betriebsbedingungen und dem auftretenden Verschleiß. Diese Faktoren bewirken einen komplexen Einfluss auf die Drosselwirkung des Gasinjektors und somit auf die eingeblasene Gasmenge.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße direkteinblasende Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere direkt in einen Brennraum einer
Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine eingeblasene Gasmenge auch über eine hohe
Betriebsdauer konstant gehalten werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein als Drosselstelle ausgebildeter, Durchfluss
bestimmender Querschnitt ins Innere des Gasinjektors gelegt wird. Genauer ist der Durchfluss bestimmende Querschnitt in Durchströmungsrichtung des Gasinjektors bei vollständig geöffnetem Gasventil vor einem Dichtsitz
angeordnet. Dadurch bestimmt die im Inneren des Gasinjektors liegende
Drosselstelle den Durchfluss des gasförmigen Kraftstoffs und ist unabhängig von Toleranzen, Temperatureinwirkungen, Verschleiß usw. Da die Drosselstelle im Inneren des Gasinjektors liegt, werden die den Durchfluss bestimmenden Querschnitt bestimmenden Bauteile auch nur in geringer Weise mit hohen Temperaturen belastet, sodass nur minimale Temperatur bedingte
Geometrieänderungen auftreten. Auch haben dadurch die im Betrieb
möglicherweise auftretenden Hubüberschwinger des Ventilschließelements keinen Einfluss auf die einzublasende Gasmenge. Weiterhin verlieren auch lange und damit schwer zu beherrschende Toleranzketten bei den verschiedensten Bauteilen des Gasinjektors bei allen Betriebsbedingungen ihren negativen
Einfluss auf die eingeblasene Gasmenge bei vollständig geöffnetem Gasinjektor. Da das Ventilschließelement als auch der Ventilkörper sehr präzise gefertigt werden können, können die Strömungsquerschnitte genau ausgebildet werden. Im Gegensatz zu einer mengenbestimmenden Drosselung am Dichtsitz, wobei sich eine gesamte Toleranzkette (mehrere Geometrietoleranzen,
Hubeinstelltoleranz, Hubänderung durch Temperaturdehnung) auf die eingeblasene Kraftstoffmenge auswirkt, spielen erfindungsgemäß nur insbesondere die Durchmesserfertigungstoleranzen des Ventilkörpers und des Ventilschließelements eine Rolle. Ferner wird durch das Verlegen der durchflussbestimmenden Drosselstelle vom Dichtsitz in einen Innenraum des
Gasinjektors die Drosselstelle nicht mechanisch durch Anschläge oder
Führungen belastet und somit ist sie verschleißfrei. Dadurch ergibt sich keine Volumenstromänderung über Lebensdauer. Weiterhin wirken sich thermische Dehnungen und eine durch eine Wärmedehnung verursachte Hubänderung auf den Volumenstrom nicht oder nur gering aus. Eine detaillierte Geometrie des Ventilkörpers und des Ventilschließelements vor und nach der Drosselstelle kann strömungsoptimal für eine Gas-Überschallströmung im engsten Querschnitt ausgelegt werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Um eine möglichst kostengünstige und mittels einfachen Fertigungsverfahren herzustellende Drosselstelle bereitzustellen, weist das Ventilschließelement vorzugsweise einen Außenzylinderbereich auf, welcher den Durchfluss bestimmenden Strömungsquerschnitt im Inneren des Gasinjektors definiert. Weiter bevorzugt weist ein Ventilkörper einen Innenzylinderbereich auf, welcher ebenfalls den Durchfluss begrenzenden Strömungsquerschnitt im Inneren des Gasinjektors definiert.
Alternativ weist der Gasinjektor im Inneren mehrere Bohrungen oder
Aussparungen auf, welche einen Durchfluss durch einen Strömungsquerschnitt begrenzen. Weiter alternativ sind vieleckige Geometrien oder eine Geometrie mit elliptischer Außenkontur oder beliebige geometrische Kombinationsmöglichkeiten vorgesehen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Strömungsquerschnitt zwischen dem Ventilkörper und dem
Ventilschließelement asymmetrisch zu einer Mittelachse des Gasinjektors. Durch die Asymmetrie kann insbesondere der Strömung des gasförmigen Kraftstoffs schon ein vorbestimmter Drall oder dergleichen aufgeprägt werden, wodurch sich Vorteile beim Einblasvorgang ergeben.
Der erfindungsgemäße Gasinjektor ist besonders bevorzugt ein nach außen öffnender Gasinjektor. Somit lassen sich erfindungsgemäß zum ersten Mal eine Kombination eines nach außen öffnenden Gasinjektors mit einer Entkoppelung der Drosselung des gasförmigen Kraftstoffs bei einem maximalen Hub kombinieren. Weiter bevorzugt ist der Gasinjektor ein direkteinblasender Gasinjektor, welcher den gasförmigen Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einbläst. Um eine Temperatur am brennraumseitigen Bereich des Gasinjektors signifikant zu reduzieren, ist bevorzugt eine thermische Schutzeinrichtung am Ventilkörper vorgesehen. Somit wird eine Wärme bei astung anderer Bauteile des
Gasinjektors, insbesondere des Dichtsitzes und des Ventilschließelements, signifikant reduziert. Weiterhin wird durch die thermische Schutzeinrichtung vermieden, dass an zu heißen Bereichen des Gasinjektors eine unerwünschte
Glühzündung vorkommt. Hierdurch ergibt sich auch die Möglichkeit, den Dichtsitz aus einem weichen Material, z.B. aus einem Elastomer, insbesondere bei nach außen öffnenden Gasinjektoren, herzustellen. Aufgrund der hohen elastischen Nachgiebigkeit eines solchen Materials bei geringen elastischen
Verformungskräften kann eine Gasdichtheit des Gasinjektors auch bei geometrischen Imperfektionen über eine Lebensdauer ermöglicht werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die thermische Schutzeinrichtung eine Wärmeableitungskappe mit einem ersten Wärmeleitungskoeffizienten auf, welcher größer als ein Wärmeleitungskoeffizient des Ventilkörpers ist. Somit wird die in den brennseitigen Bereich des
Gasinjektors eingebrachte Wärme effizient z.B. in einen Zylinderkopf abgeleitet. Besonders bevorzugt ist die Wärmeleitungskappe aus einem Metall,
insbesondere Aluminium, hergestellt. Dadurch ist ein leichter Aufbau möglich. Weiterhin kann bevorzugt die Wärmeleitungskappe durch eine
Schweißverbindung oder eine Verstemmverbindung am Ventilkörper befestigt sein. Durch das Vorhandensein der Wärmeableitungskappe sowie deren Form kann ferner eine Strömungsführung und eine Gasmischung kundenindividuell angepasst werden.
Alternativ oder zusätzlich weist die thermische Schutzeinrichtung eine erste thermische Schutzschicht mit einem zweiten Wärmeleitungskoeffizienten auf, welcher kleiner als der Wärmeleitungskoeffizient des Ventilkörpers und/oder kleiner als der erste Wärmeleitungskoeffizient der Wärmeableitungskappe ist. Dies dient dazu, den Wärmeübertrag vom Brennraum auf den Ventilkörper und/oder die Wärmeableitungskappe zu reduzieren bzw. eliminieren. Wenn Wärme doch übertragen wird, kann diese von der Wärmeleitungskappe abgeleitet werden. Somit wird eine thermische Belastung des Ventilkörpers reduziert.
Besonders bevorzugt ist die erste thermische Schutzschicht aus Keramik hergestellt.
Vorteilhafterweise ist die erste thermische Schutzschicht auf der
Wärmeableitungskappe angeordnet. Insbesondere kann die erste thermische Schutzschicht an einer zum Brennraum gerichteten Stirnseite angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Innenseite der Durchlassöffnung entlang der Strömungsführung mit der ersten thermischen Schutzschicht versehen sein.
Weiter bevorzugt weist die Wärmeableitungskappe einen plattenförmigen Bereich, oder einen plattenförmigen Basisbereich und einen am plattenförmigen Basisbereich angeordneten Wandbereich auf. Somit kann beispielsweise die Wärmeleitungskappe an unterschiedliche Ventilkörperformen angepasst werden. Ferner wird die Wärmeleitungsstrecke je nach Anwendung angepasst.
Um eine gute thermische Anbindung der Wärmeableitungskappe an einen Zylinderkopf sicherzustellen, weist vorzugsweise die Wärmeableitungskappe an einer Kontaktfläche eine Oberflächenstrukturierung auf, wobei die Kontaktfläche eingerichtet für einen Kontakt zwischen der Wärmeableitungskappe und einem Zylinderkopf ist und auf der Wärmeableitungskappe angeordnet ist.
Besonders bevorzugt umfasst die Oberflächenstrukturierung eine Rändelung. Dadurch wird auch eine Fügekraft zum Einbauen des Gasinjektors in den Zylinderkopf reduziert.
Ferner bevorzugt umfasst die Wärmeableitungskappe eine Wärmeleiterpaste, welche an einer Oberfläche der Wärmeableitungskappe aufgebracht ist.
Insbesondere ist die Wärmeleiterpaste in Vertiefungen der Rändelung der Wärmeableitungskappe eingebracht. Dadurch wird die Wärmeübertragung zwischen der Wärmeableitungskappe und dem Zylinderkopf verstärkt.
Durch eine Reduzierung eines Spalts und/oder einen metallischen Kontakt zwischen der Wärmeableitungskappe und dem Zylinderkopf wird in vorteilhafter Weise eine thermische Anbindung der Wärmeableitungskappe an einen
Zylinderkopf ermöglicht.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn das Ventilschließelement eine zweite thermische Schutzschicht mit einem dritten Wärmeleitungskoeffizienten aufweist, welcher kleiner als der Wärmeleitungskoeffizient des Ventilkörpers und/oder kleiner als der erste Wärmeleitungskoeffizient der Wärmeableitungskappe ist. Somit kann ein Wärmeeintrag in den brennseitigen Raum des Gasinjektors, insbesondere in das Ventilschließelement, eliminiert bzw. reduziert werden.
Besonders bevorzugt sind die erste Schutzschicht und die zweite thermische Schutzschicht aus demselben Material ausgebildet. Somit ist eine gleichmäßige thermische Schutzschicht an einem brennseitigen Ende des Gasinjektors möglich. Dadurch ergibt sich ferner ein kostengünstiges Fertigungsverfahren.
Außerdem ist vorteilhaft, wenn der Dichtsitz von einem Anschlagbereich des Ventilkörpers mit einem vorbestimmten Abstand am Ventilkörper angeordnet ist. Somit wird der mechanisch hochbelastete Anschlagbereich des Ventilkörpers geometrisch von der Dichtstelle getrennt. Dadurch wird ein kleiner Verschleiß beim Anschlagbereich zulässig, ohne dass der Gasinjektor durch eine Leckage versagt. Das Material des Anschlagbereichs ist vorzugsweise gehärtet und/oder beschichtet, um die hohen mechanischen Belastungen auszuhalten. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Injektoranordnung, welche einen
Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs in einen Brennraum und einen Zylinderkopf mit einer Zylinderkopföffnung umfasst, in welcher der Gasinjektor angeordnet ist, wobei ein zum Brennraum gerichtetes Ende des Gasinjektors von einem brennraumseitigen Ende der Zylinderkopföffnung mit vorbestimmtem Abstand in Axialrichtung des Gasinjektors angeordnet ist.
Insbesondere ist der Abstand kleiner als 5mm Der Abstand kann bis zum dreifachen des Durchmessers der Zylinderkopföffnung betragen Durch das Versetzen des Gasinjektors in eine der Einblasrichtung entgegengesetzte Richtung entsteht ein Totvolumen, in welchem eine Strömungsgeschwindigkeit klein ist. Somit wird der Wärmeübertrag von den heißen Verbrennungsgasen auf den Ventilkörper und den Dichtsitz minimiert. Im Totvolumen findet vorzugsweise auch eine Verbrennung statt, so dass sich keine nicht verbrannten Kraftstoffanteile sammeln, welche dann im Abgas zu erhöhten Kohlenwasserstoffemissionen führen könnten.
Besonders bevorzugt weist die Injektoranordnung einen wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Gasinjektor auf.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, welche einen Brennraum sowie einen erfindungsgemäßen direkteinblasenden Gasinjektor oder eine erfindungsgemäße Injektoranordnung umfasst. Damit sind die in Bezug auf den erfindungsgemäßen Gasinjektor und die erfindungsgemäße Injektoranordnung ausgeführten Vorteile verbunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In der Zeichnung ist: Figur 1 eine schematische, stark vereinfachte Schnittansicht einer
Injektoranordnung mit einem Gasinjektor in einem
geschlossenen Zustand gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 2 eine schematische, stark vereinfachte Schnittansicht der
erfindungsgemäßen Injektoranordnung der Fig. 1 , wobei sich der erfindungsgemäße Gasinjektor in einem geöffneten Zustand befindet, und Figur 3 eine schematische, stark vereinfachte Schnittansicht einer
Injektoranordnung mit einem Gasinjektor in einem
geschlossenen Zustand gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine
Injektoranordnung 8 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
Die Injektoranordnung 8 umfasst einen Gasinjektor 1 zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs in einen Brennraum 9 und einen Zylinderkopf 5 mit einer Zylinderkopföffnung 50 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine. In der
Zylinderkopföffnung 50 ist der Gasinjektor 1 angeordnet, wobei ein zum
Brennraum 9 gerichtetes Ende 10 des Gasinjektors 1 von einem
brennraumseitigen Ende 51 der Zylinderkopföffnung 50 mit einem ersten vorbestimmten Abstand 100 angeordnet ist.
Weiterhin umfasst der Gasinjektor 1 ein Ventilschließelement 2, einen
Ventilkörper 3 mit einer Durchlassöffnung 37, welche das Ventilschließelement 2 freigibt oder verschließt, und einen Dichtsitz 4, welcher zwischen dem
Ventilkörper 3 und dem Ventilschließelement 2 angeordnet ist. In Figur 1 befindet sich der Gasinjektor 1 in einem geschlossen Zustand, wobei die
Durchlassöffnung 37 durch das Ventilschließelement 2 verschlossen ist. In Figur 2 ist der Gasinjektor 1 in einem vollständig geöffneten Zustand, das heißt, bei einem maximalen Hub des Verschließelements 2, gezeigt.
Weiterhin weist der Ventilkörper 3 an einem brennraumseitigen Ende 30 des Ventilkörpers 3 eine thermische Schutzeinrichtung 31 auf.
Insbesondere umfasst die thermische Schutzeinrichtung 31 eine
Wärmeableitungskappe 32 mit einem ersten Wärmeleitungskoeffizienten.
Zusätzlich weist die thermische Schutzeinrichtung 31 eine erste thermische Schutzschicht 33 mit einem zweiten Wärmeleitungskoeffizienten auf. Des Weiteren umfasst die Wärmeableitungskappe 32 einen plattenförmigen Bereich 34, welcher am Ventilkörper 3 durch eine Schweißverbindung 38 befestigt ist.
Weiterhin ist das Ventilschließelement 2 mit einer zweiten thermischen
Schutzschicht 20 versehen, welche einen dritten Wärmeleitungskoeffizienten aufweist.
Der erste Wärmeleitungskoeffizient der Wärmeableitungskappe 32 ist größer als ein Wärmeleitungskoeffizient des Ventilkörpers 3. Ferner ist der zweite Wärmeleitungskoeffizient der ersten thermischen Schutzschicht 33 kleiner als der Wärmeleitungskoeffizient des Ventilkörpers 3 und kleiner als der erste
Wärmeleitungskoeffizient der Wärmeableitungskappe 32. Vorteilhafterweise ist der dritte Wärmeleitungskoeffizient der zweiten thermischen Schutzschicht 20 des Ventilschließelements 2 gleich mit dem zweiten Wärmeleitungskoeffizienten.
Somit wird in erster Linie eine Übertragung der im Brennraum entstehenden Wärme aufgrund der schlechten wärmeleitenden Eigenschaften der ersten thermischen Schutzschicht 33 und der zweiten thermischen Schutzschicht 20 im Vergleich zum Ventilkörper 3 auf den Ventilkörper 3 verhindert. Wenn trotz dieser Schutzmaßnahmen ein Teil der Wärme durch die erste thermische Schutzschicht 33 und die zweite thermische Schutzschicht 20 geleitet wird, wird diese in zweiter Linie über die Wärmeableitungskappe 32 zum Zylinderkopf 5 abgeleitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Ventilkörper 3 und der Dichtsitz 4 nicht thermisch belastet werden.
Die Wärmeableitungskappe 32 weist an einer Kontaktfläche 36 eine nicht gezeigte Oberflächenstrukturierung auf, wobei die Kontaktfläche 36 eingerichtet für einen Kontakt zwischen der Wärmeableitungskappe 32 und einem
Zylinderkopf 5 ist und auf der Wärmeableitungskappe 32 angeordnet ist.
Insbesondere ist die Oberflächenstrukturierung als eine Rändelung ausgebildet. Nicht gezeigte Vertiefungen der Rändelung sind mit einer Wärmeleiterpaste versehen, wodurch die Wärmeübertragung zwischen der Wärmeableitungskappe 32 und dem Zylinderkopf 5 erhöht wird.
Weiterhin ist der Dichtsitz 4 von einem Anschlagbereich 11 des Ventilkörpers 3 mit einem zweiten vorbestimmten Abstand 200 in Axialrichtung X-X des
Gasinjektors 1 am Ventilkörper 3 angeordnet. Dadurch erfolgt eine konstruktive Trennung zwischen des Dichtsitzes 4 vom Anschlagbereich 11 des Ventilkörpers 3.
In Figur 2 ist der Gasinjektor 1 in einem geöffneten Zustand gezeigt, wobei die Durchlassöffnung 37 vom Ventilschließelement 2 vollständig freigegeben ist. Dieser Zustand entspricht einem maximalen Hub des Ventilschließelements 2. Hierbei ist erfindungsgemäß ein Strömungsquerschnitt 6 zwischen dem
Ventilkörper 3 und dem Ventilschließelement 2 kleiner als ein
Strömungsquerschnitt 7 zwischen dem Ventilschließelement 2 und dem Dichtsitz 4. Somit wird eine einblasende Kraftstoffmenge durch den Strömungsquerschnitt 6 und nicht den Strömungsquerschnitt 7 bestimmt. Durch diese Maßnahme wird ein Durchfluss bestimmender Querschnitt ins Innere des Gasinjektors 1 verlegt
Wie aus Fig 1 und 2 ersichtlich ist, ist der im Inneren des Gasinjektors liegende Strömungsquerschnitt 6 definiert durch eine zylindrische Außenkontur des Ventilschließelements 2 und eine zylindrische Innenkontur des Ventil körpers 3 Die Konturen von Ventilschließelement 2 und Ventilkörper 3 können dabei mit geringen Toleranzen durch einfache Fertigungsverfahren, insbesondere spanabhebende Fertigungsverfahren, erzeugt werden Hierdurch kann die im Stand der Technik auftretende Abhängigkeit von starken Temperaturänderungen, von Verschleiß und von Toleranzketten für die eingeblasene Kraftstoffmenge minimiert werden. Der Strömungsquerschnitt 6 im Inneren des Gasinjektors ist dabei auch keinerlei Verschleiß ausgesetzt, wie bspw. der Dichtsitz im Stand der Technik, welcher üblicherweise den Durchfluss bestimmt.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass im Strömungsquerschnitt 6 im Inneren des Gasinjektors die Strömung Schallgeschwindigkeit erreichen kann und dadurch den stationären Durchfluss auch bei einem weiter vergrößerten Hub des
Ventilschließelements bestimmt. Somit ist der die einzublasende Gasströmung mit Schallgeschwindigkeit erzeugende, minimale Strömungsquerschnitt sehr präzise definiert.
Bei einer Auslegung des Gasinjektors wird ein maximaler Hub so groß gewählt, dass ein im Inneren des Gasinjektors, d.h. in Strömungsrichtung durch den
Gasinjektor vor dem Dichtsitz 4 liegender Strömungsquerschnitt 6 kleiner ist als ein nach dem Dichtsitz 4 liegender Strömungsquerschnitt 7 bei maximal geöffnetem Gasinjektor. Bei der Auslegung kann dabei neben der Toleranzkette auch ein möglicherweise auftretendes Schwingen des Ventilschließelements 2 berücksichtigt werden. Auch können temperaturbedingte Längenänderungen aufgrund von unterschiedlichen Werkstoffen berücksichtigt werden. Auch spielt ein Verschleiß für den durch den Strömungsquerschnitt 6 definierten statischen Durchfluss keine Rolle. Somit kann der erfindungsgemäße Gasinjektor über seine gesamte Lebensdauer eine hohe, gleichbleibende Durchflussmenge sicherstellen. Durch den erfindungsgemäßen Gasinjektor 1 ergibt sich eine Vielzahl von Vorteilen. Insbesondere durch die thermische Schutzeinrichtung 31 des
Ventilkörpers 3 sowie die zweite thermische Schutzschicht 20 des
Ventilschließelements 2 kann eine Temperatur vor allem im brennseitigen Bereich des Gasinjektors 1 reduziert werden. Somit kann eine thermische
Belastung des Ventilkörpers 3 und des Dichtsitzes 4 vermieden werden. Das Zurücksetzen des Gasinjektors 1 in der Zylinderkopföffnung 50 trägt ebenso zu der reduzierten thermischen Belastung des Ventilkörpers 3 und des Dichtsitzes 4 bei. Dies zusammen mit dem Zurücksetzen des Dichtsitzes 4 hat zur Folge, dass der Dichtsitz 4 aus einem weichen Material ausgebildet werden kann. Das ist besonders vorteilhaft, da ein weiches Material sehr gute
Abdichtungseigenschaften und Dämpfungseigenschaften aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Gasinjektor 1 und der erfindungsgemäßen
Injektoranordnung ist ferner eine konsequente Funktionstrennung ermöglicht. So sind z.B. das Abdichten, das Bestimmen der statischen Durchflussmenge, das
Aufnehmen der mechanischen Lasten, die Spray- bzw. Gemischbildung sowie das Aufnehmen und das Ableiten der thermischen Lasten durch unterschiedliche Bauteile des Gasinjektors 1 bereitgestellt. Das bewirkt einen kostengünstigeren Aufbau und eine ausfallsichere Betriebsweise des Gasinjektors 1.
Der Gasinjektor 1 des zweiten Ausführungsbeispiels in Figur 3 unterscheidet sich grundsätzlich vom Gasinjektor 1 des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass die Wärmeableitungskappe 32 einen plattenförmigen Basisbereich 34 und einen am plattenförmigen Basisbereich 34 angeordneten Wandbereich 35 aufweist. Somit ist die Kontaktfläche 36 zwischen der Wärmeableitungskappe 32 und dem
Zylinderkopf 5 größer ausgebildet, wodurch ein Wärmeübergang zum
Zylinderkopf erhöht wird. Ferner ist die Wärmeableitungskappe 32 durch eine Verstemmverbindung 39 am Ventilkörper 3 befestigt. Weiterhin ist auch der innere Strömungsquerschnitt zwischen Ventilschließelement 2 und Ventilkörper 3 bei vollständig geöffnetem Ventil kleiner als ein in durch Strömungsrichtung nach dem Dichtsitz liegender Strömungsquerschnitt 7 bei vollständig geöffnetem Gasinjektor.
Es sei angemerkt, dass die vorhergehenden Ausführungsformen nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung dienen. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.

Claims

Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere direkt in einen Brennraum (9) einer Brennkraftmaschine, umfassend:
- ein Ventilschließelement (2) zum Freigeben oder Verschließen einer Durchlassöffnung (37),
- einen Ventilkörper (3), und
- einen Dichtsitz (4) zwischen dem Ventilkörper (3) und dem
Ventilschließelement (2),
- wobei bei einem maximalen Hub des Ventilschließelements (2) ein
Strömungsquerschnitt (6) zwischen dem Ventilkörper (3) und dem Ventilschließelement (2) in Strömungsrichtung vor dem Dichtsitz (4) kleiner als ein Strömungsquerschnitt (7) zwischen dem
Ventilschließelement (2) und dem Dichtsitz (4) ist und kleiner ist als ein Strömungsquerschnitt (7) in Strömungsrichtung nach dem Dichtsitz (4).
Gasinjektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Ventilschließelement (2) einen Außenzylinderbereich (102) aufweist, welcher den Durchfluss begrenzenden Strömungsquerschnitt (6) definiert.
Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) einen Innenzylinderbereich (103) aufweist, welcher den Durchfluss begrenzenden Strömungsquerschnitt (6) definiert.
Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchfluss begrenzender Strömungsquerschnitt durch mehrere Bohrungen oder Aussparungen in Strömungsrichtung vor dem Dichtsitz (4) definiert ist, oder dass ein Durchfluss begrenzender Strömungsquerschnitt (6) durch eine vieleckige Geometrie definiert ist, oder dass ein Durchfluss begrenzender Strömungsquerschnitt durch eine elliptische Außenkontur und/oder elliptische Innenkontur definiert ist. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsquerschnitt (6) in Strömungsrichtung vor dem Dichtsitz (4) zwischen dem Ventilkörper (3) und dem
Ventilschließelement (2) asymmetrisch zu einer Mittelachse (X-X) des Gasinjektors ist.
Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasinjektor ein nach außen öffnender
Gasinjektor ist.
Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Strömungsquerschnitt (6) in Strömungsrichtung vor dem Dichtsitz (4) der Strömungsquerschnitt derart gewählt ist, dass bei geöffnetem Gasinjektor mindestens Schallgeschwindigkeit in diesem Bereich auftritt.
Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper (3) an einem brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers (3) eine thermische Schutzeinrichtung (31) umfasst.
Gasinjektor nach Anspruch 8, wobei die thermische Schutzeinrichtung (31) eine Wärmeableitungskappe (32) mit einem ersten
Wärmeleitungskoeffizienten aufweist, welcher größer als ein
Wärmeleitungskoeffizient des Ventilkörpers (3) ist.
Gasinjektor nach Anspruch 9, wobei die thermische Schutzeinrichtung (31) eine erste thermische Schutzschicht (33) mit einem zweiten
Wärmeleitungskoeffizienten aufweist, welcher kleiner als der
Wärmeleitungskoeffizient des Ventilkörpers (3) und/oder kleiner als der erste Wärmeleitungskoeffizient der Wärmeableitungskappe (32) ist.
Gasinjektor nach Anspruch 10, wobei die erste thermische Schutzschicht (33) auf der Wärmeableitungskappe (32) angeordnet ist.
Gasinjektor nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , wobei die
Wärmeableitungskappe (32) einen plattenförmigen Bereich (34) aufweist, oder einen plattenförmigen Basisbereich (34) und einen am plattenförmigen Basisbereich (34) angeordneten Wandbereich (35) aufweist.
13. Injektoranordnung, umfassend einen Gasinjektor (1) zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs in einen Brennraum (9) und einen Zylinderkopf (5) mit einer Zylinderkopföffnung (50), in welcher der Gasinjektor (1) angeordnet ist, wobei ein zum Brennraum (9) gerichtetes Ende (10) des Gasinjektors (1) von einem brennraumseitigen Ende (51) der
Zylinderkopföffnung (50) in Axialrichtung (X-X) mit vorbestimmtem Abstand (100) angeordnet ist.
14. Injektoranordnung nach Anspruch 13, umfassend einen Gasinjektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
15. Brennkraftmaschine, umfassend einen Brennraum (9) sowie einen
Gasinjektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder eine
Injektoranordnung (8) nach einem der Ansprüche 13 oder 14.
PCT/EP2015/072305 2014-11-28 2015-09-29 Gasinjektor mit hubentdrosselung WO2016082985A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201580064893.9A CN107002596B (zh) 2014-11-28 2015-09-29 具有行程去节流效应的气体喷射器
US15/525,678 US10480456B2 (en) 2014-11-28 2015-09-29 Gas injector including lift dethrottling

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014224356.4A DE102014224356A1 (de) 2014-11-28 2014-11-28 Gasinjektor mit Hubentdrosselung
DE102014224356.4 2014-11-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016082985A1 true WO2016082985A1 (de) 2016-06-02

Family

ID=54199238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/072305 WO2016082985A1 (de) 2014-11-28 2015-09-29 Gasinjektor mit hubentdrosselung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10480456B2 (de)
CN (1) CN107002596B (de)
DE (1) DE102014224356A1 (de)
WO (1) WO2016082985A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220136608A1 (en) * 2020-10-30 2022-05-05 Illinois Tool Works Inc. Valve device for shutting off or controlling a flow of a fluid

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11435005B2 (en) * 2019-04-25 2022-09-06 Vault Pressure Control Llc Actuator with spring compression and decoupling
WO2021133525A1 (en) * 2019-12-23 2021-07-01 Quantlogic Corporation A fuel injector adaptive for single and dual fuel injection
CN111287865A (zh) * 2020-02-18 2020-06-16 哈尔滨工程大学 一种带有内腔放射喷管的燃气喷射装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2296940A (en) * 1995-01-12 1996-07-17 Bosch Gmbh Robert Metering valve actuation
JPH09273451A (ja) * 1996-04-05 1997-10-21 Keehin:Kk 気体燃料噴射弁
WO2008000004A1 (de) * 2006-06-28 2008-01-03 Gerhard Figl Verbrennungskraftmaschine
WO2011101541A1 (en) * 2010-02-22 2011-08-25 Wärtsilä Finland Oy Pre-chamber arrangement for a combustion engine
US20140216405A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-07 Denso Corporation Fuel injection nozzle
US20140224903A1 (en) * 2011-09-20 2014-08-14 Denso Corporation Fuel injector and method for manufacturing fuel injector
DE102013205624A1 (de) * 2013-03-28 2014-10-02 Continental Automotive Gmbh Ventil zum Einblasen von Gas

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6575138B2 (en) * 1999-10-15 2003-06-10 Westport Research Inc. Directly actuated injection valve
CA2406137C (en) * 2002-10-02 2004-12-28 Westport Research Inc. Control method and apparatus for gaseous fuelled internal combustion engine
DE10350797B4 (de) * 2003-10-29 2014-02-06 Daimler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
CN100351512C (zh) 2004-07-15 2007-11-28 于魁江 电控喷油器
US8225768B2 (en) * 2008-01-07 2012-07-24 Mcalister Technologies, Llc Integrated fuel injector igniters suitable for large engine applications and associated methods of use and manufacture
US20100055479A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 Caterpillar Inc. Coating for a combustion chamber defining component
US8671908B2 (en) * 2009-07-31 2014-03-18 Ford Global Technologies, Llc Glow plug placement in a diesel engine
JP2011132849A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Hitachi Automotive Systems Ltd 燃料噴射弁の制御方法
US20140182559A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Caterpillar Inc. Gaseous Fuel System, Direct Injection Gas Engine System, and Method
JP6098489B2 (ja) * 2013-11-25 2017-03-22 マツダ株式会社 直噴ガソリンエンジンの制御装置
US9856841B2 (en) * 2014-05-30 2018-01-02 Avl Powertrain Engineering, Inc. Fuel injector
DE102014212339A1 (de) * 2014-06-26 2015-12-31 Robert Bosch Gmbh Injektor, insbesondere Einblasinjektor für gasförmige Kraftstoffe

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2296940A (en) * 1995-01-12 1996-07-17 Bosch Gmbh Robert Metering valve actuation
JPH09273451A (ja) * 1996-04-05 1997-10-21 Keehin:Kk 気体燃料噴射弁
WO2008000004A1 (de) * 2006-06-28 2008-01-03 Gerhard Figl Verbrennungskraftmaschine
WO2011101541A1 (en) * 2010-02-22 2011-08-25 Wärtsilä Finland Oy Pre-chamber arrangement for a combustion engine
US20140224903A1 (en) * 2011-09-20 2014-08-14 Denso Corporation Fuel injector and method for manufacturing fuel injector
US20140216405A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-07 Denso Corporation Fuel injection nozzle
DE102013205624A1 (de) * 2013-03-28 2014-10-02 Continental Automotive Gmbh Ventil zum Einblasen von Gas

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220136608A1 (en) * 2020-10-30 2022-05-05 Illinois Tool Works Inc. Valve device for shutting off or controlling a flow of a fluid

Also Published As

Publication number Publication date
US20170328309A1 (en) 2017-11-16
DE102014224356A1 (de) 2016-06-02
CN107002596A (zh) 2017-08-01
CN107002596B (zh) 2020-02-18
US10480456B2 (en) 2019-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021151941A1 (de) Gasdosierventil für brennkraftmaschinen
WO2016082985A1 (de) Gasinjektor mit hubentdrosselung
EP2480783B1 (de) Kraftstoff-einspritzventil für eine brennkraftmaschine
WO2014127873A1 (de) Ventil mit vereinfachter führung
DE102014224341A1 (de) Gasinjektor mit Elastomerdichtung
WO2016082986A2 (de) Gasinjektor mit verbesserten thermischen eigenschaften
DE102013222030A1 (de) Injektor, insbesondere Einblasinjektor für gasförmigen Kraftstoff+
WO2016082989A1 (de) Direkteinblasender gasinjektor mit verbesserter kühlung
DE19503224A1 (de) Elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Verbrennungsmotoren
DE102014200756A1 (de) Gasinjektor zum Direkteinblasen von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum
DE102015201392A1 (de) Gasinjektor mit wärmegeschütztem Elastomerdichtelement
DE102014224340A1 (de) Gasinjektor mit Elastomerdichtelement
DE102014207182A1 (de) Direkteinblasendes Gasventil
DE102015226491A1 (de) Gasinjektor mit Faltenbalg
DE102007003213A1 (de) Gas-Einblasventil
EP2971749B1 (de) Ventil zum steuern eines fluids mit erhöhter dichtheit
DE102011078732A1 (de) Vorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff
DE19627035C2 (de) Abgas-Rückführvorrichtung
DE19727543A1 (de) Kraftstoffzuleitungseinrichtung
EP2899393A1 (de) Ventil zum Zumessen von Fluid
WO2021244898A1 (de) Gasdosierventil
DE112021005367T5 (de) Ventilbaugruppenanordnung für ein Einspritzventil und Einspritzventil
DE10354480A1 (de) Brennkraftmaschine mit Einlassventilanordnung
DE10042956A1 (de) Düsenkörper mit Schutzkappe
EP3447275B1 (de) Gas-injektor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15770898

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15525678

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15770898

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1