WO2021151941A1

WO2021151941A1 - Gasdosierventil für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: WO2021151941A1
Application number: PCT/EP2021/051857
Authority: WO
Inventors: Daniel BOSSE; Lars Olems; Sebastian Laechele; Andreas Kremer; Matthias Horn; Fabian FISCHER; Marco Beier; Oezguer Tuerker; Andreas Koeninger; Gerhard Suenderhauf
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2021-08-05
Also published as: CN115053062A; JP2023513065A; US20230053845A1; US11873784B2; DE102020201973A1; KR20220141819A; EP4097346A1; JP7476322B2

Abstract

Gasdosierventil für eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse (1), in dem ein Gasraum (2) ausgebildet ist, der eine Einlassöffnung (5) und eine Auslassöffnung (6) aufweist. Im Gasraum (2) ist ein bewegliches Ventilelement (8) angeordnet, das durch einen elektrischen Aktor (16) entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (17) bewegbar ist und das mit einem Ventilsitz (11) zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung (5) zusammenwirkt. Zwischen dem Ventilelement (8) und der Auslassöffnung (6) ist ein Sperrventil (25) angeordnet, das in Strömungsrichtung (15) zur Auslassöffnung (6) öffnet und die entgegengesetzte Strömungsrichtung sperrt.

Description

Beschreibung

Titel

Gasdosierventil für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Gasdosierventil, wie es vorzugsweise Verwendung fin det, um gasförmigen Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftma schine einzudosieren.

Stand der Technik

Gasventile zur dosierten Zumessungen von Gasen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt die DE 10 2016215 027 Al ein Gasventil, das Teil ei ner Rezirkulationsvorrichtung einer Brennstoffzellenanordnung ist. Das Gasventil umfasst ein bewegliches Ventilelement, das gegen die Kraft eines Federele ments durch einen Elektromagneten innerhalb des Gasventils beweglich ist und dadurch eine Einlassöffnung öffnet und schließt. Der Gasstrom wird durch Boh rungen innerhalb des Ventilelements geleitet und gelangt so zu einer Auslassöff nung, wobei das Ventilelement innerhalb des Gasventils an seiner Außenseite geführt ist. Durch An- und Abschalten des Elektromagneten kann das zu dosie rende Gas zum gewünschten Zeitpunkt und in der benötigten Menge der Brenn stoffzelle zugeführt werden. Eine übermäßige thermische Belastung des Dichtsit zes am Ventilelement ist bei dieser Anwendung nicht zu erwarten.

Bei der Zumessung von Gasen direkt in einen Brennraum einer Brennkraftma schine sind die Anforderungen jedoch anders. Im Brennraum treten durch die Verbrennung hohe Temperaturen und Drücke auf, die zu einer starken Erwär mung des Gasdosierventils führen können, da dieses direkt in den Brennraum mündet. Soll beispielsweise Wasserstoff eindosiert werden, so kann eine gute Abdichtung durch einen metallischen Dichtsitz nur schwer erreicht werden, zumal eine zuverlässige Abdichtung über die gesamte Lebensdauer des Dosierventils aus Sicherheitsgründen unabdingbar ist. Deshalb ist die Verwendung einer Elastomerdichtung notwendig, die jedoch nur relativ niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden kann, ohne beschädigt zu werden. Um die Temperaturen zu begrenzen, kann der Sitz des Gasdosierventils relativ weit von der Auslassöff nung und damit vom Brennraum angeordnet werden. Dies bedingt jedoch eine höhere Anfälligkeit des Gasdosierventils gegenüber einem Rückschlägen der Flammen im Brennraums in das Gasdosierventil, da wegen des brennraumfer nen Dichtsitzes ein relativ großes Volumen des Gasdosierventils direkt mit dem Brennraum verbunden ist. Insbesondere dann, wenn sich Reste des brennbaren Gases im Gasdosierventil befinden, kann sich die Flammenfront des Brennraums in das Gasdosierventil ausbreiten und dort zu einer starken thermischen Belas tung führen, insbesondere am Dichtsitz.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Gasdosierventil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs weist den Vorteil auf, dass die thermische Belastung des Dichtsitzes reduziert und eine zuverlässige Abdichtung des zu dosierenden Gases zwischen den einzelnen Einblasungen und bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine ge währleistet ist. Dazu weist das Gasdosierventil ein Gehäuse auf, in dem ein Gas raum ausgebildet ist, der eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist. Im Gasraum ist ein bewegliches Ventilelement angeordnet, das durch einen elektrischen Aktor entgegen der Kraft einer Rückstellfeder bewegbar ist und das mit einem Dichtsitz zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung zusammen wirkt. Zwischen dem Ventilelement und der Auslassöffnung ist ein Sperrventil an geordnet, die Gasströmung zur Auslassöffnung zusätzlich unterbrechen kann.

Soll Gas in den Brennraum eindosiert werden, so wird das Ventilelement durch den elektrischen Aktor, beispielsweise einen Elektromagneten, geöffnet. Das durch die Einlassöffnung einströmende Gas führt vor dem Sperrventil zu einer Druckerhöhung, die das Sperrventil öffnet. Das Gas passiert das Sperrventil und gelangt schließlich in den Brennraum. Noch während oder kurz nach Beendigung der Gaseindüsung und damit dem Schließen des Ventilelements wird die Ver brennung im Brennraum gezündet, wobei sich die Flammenfront auch in Rich tung des Gasdosierventils ausbreitet. Da jedoch das Sperrventil unmittelbar nach dem Schließen der Einlassöffnung des Gasdosierventils ebenfalls schließt, kann sich die Flammenfront im Brennraum nur bis zu dem Sperrventil ausbreiten, und der Dichtsitz des Ventilelements wird effektiv geschützt. Auch der durch die Ver brennung im Brennraum schlagartig ansteigende Druck unterstützt das Schlie ßen des Sperrventils. Da der Ventilsitz vor hohen Temperaturen geschützt ist, kann dort eine elastische Dichtung, beispielsweise eine Elastomerdichtung, ver wendet werden, was insbesondere bei Wasserstoff vorteilhaft ist.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Sperrventil ein bewegliches, durch eine Schließfeder belastetes Schließelement, das vor zugsweise längsbeweglich im Gasraum geführt ist. Damit wird ein Sperrventil ohne weitere, insbesondere ohne elektrische Elemente geschaffen, das den Gasstrom effektiv nur in die gewünschte Strömungsrichtung erlaubt und damit als Rückschlagventil funktioniert. Dabei kann das Schließelement tellerförmig ausge bildet sein, was einerseits eine einfache, leicht herzustellende Form ist und ande rerseits bei einer Längsbewegung senkrecht zur Ebene des Tellers bereits bei geringem Hub einen großen Strömungsquerschnitt aufsteuert. Damit lässt sich die unvermeidliche Drosselung am Sperrventil gering halten, damit zur Einbla sung des gasförmigen Kraftstoffs der volle Gasdruck zur Verfügung steht. In vor teilhafter Weise kann auch vorgesehen sein, dass sich die Rückstellfeder, die das Ventilelement in Schließrichtung beaufschlagt, mit ihrem anderen Ende am Schließelement abstützt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist am Ventilelement ein Druckstift ausgebildet, der bei einer Öffnungsbewegung des Ventilelements am Schließelement zur Anlage kommt und so eine Öffnungskraft auf das Schließelement ausübt, also das Sperrventil öffnet. Das Sperrventil wird in dieser Ausführung nicht nur durch den Druckunterschied vor und hinter dem Schließele ment geöffnet, sondern bereits durch die Bewegung des Ventilelements. Dies verkürzt die Ansprechzeit des Gasdosierventils, also die Zeit, die zwischen der Aktivierung des elektrischen Aktors und dem tatsächlichen Ausströmen des gas förmigen Kraftstoffs vergeht.

In der weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wirkt das Ventilelement mit einem Ventilsitz im Gasraum zum Verschließen der Einlassöffnung zusammen. Dabei ist an der Ventildichtfläche des Ventilelements oder am Ventilsitz in vorteilhafter Weise ein elastisches Dichtelement angeordnet. Durch das elastische Dichtele ment kann die Einlassöffnung sehr dicht verschlossen werden, was insbesondere bei der Dosierung von gasförmigem Wasserstoff wichtig ist, damit keine uner wünschte Leckage am Ventilsitz auftritt. Bei Wasserstoff ist es aus Sicherheits gründen essentiell, dass der Ventilsitz bei ausgeschaltetem Motor völlig dicht ist. Auch über eine längere Standzeit des Motors, der beispielsweise in einem Nutz fahrzeug verbaut ist, darf sich außerhalb des Motors kein Wasserstoff ansam meln, der dort entzündet werden könnte.

Zur weiteren Verbesserung der Dichtheit kann weiter in vorteilhafter Weise eine Beißkante am Ventilsitz vorgesehen sein. Diese erhöht die Flächenpressung in diesem Bereich, was die Abdichtung weiter verbessert. Zusätzlich kann am Ven tilelement ein umlaufender Ringgrat vorgesehen sein. Dieser kann die Beißkante umgeben und seine Höhe ist so bemessen, dass bei der Schließbewegung des Ventilelements zuerst das elastische Dichtelement am Ventilsitz zur Anlage kommt und anschließend der Ringgrat. Damit wird durch den Ringgrat ein Min destabstand zwischen der Ventildichtfläche und dem Ventilsitz definiert, um das elastische Dichtelement nicht übermäßig zu beanspruchen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Sperrventil eine Ventil nadel, die hier als Schließelement dient. Diese ist längsbeweglich im Gasraum angeordnet und verhindert den Rückstrom von Gas in den Gasraum. In vorteil hafter Weise ist dabei an dem der Auslassöffnung zugewandten Ende der Ventil nadel ein Ventilsitz ausgebildet, mit dem die Ventilnadel mit einer entsprechen den Dichtfläche zusammenwirkt. Dabei ist die Ventilnadel vorzugsweise durch eine Schließfeder in Richtung dieser Dichtfläche vorgespannt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist am Ventilelement ein Druckstift ausgebildet, der bei der Öffnungsbewegung des Ventilelements an der Ventilna del zur Anlage kommt und dadurch eine Öffnungskraft auf diese ausübt. Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel mit einem scheibenförmigen Schließelement wird das Sperrventil zusammen mit dem Ventilelement geöffnet. Zeichnung

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbespiele der Erfindung darge stellt. Es zeigt

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Gasdosierventils,

Figur 2 den in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstel lung,

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei hier das Gasdo sierventil nur schematisch dargestellt ist,

Figur 4a, 4b und 4c weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Gas dosierventilen, ebenfalls in schematischer Darstellung, mit einem na delförmigen Schließelement,

Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasdo sierventils im Längsschnitt,

Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasdo sierventils und

Figur 7 eine Variante des in Figur 6 gezeigten Ventils mit einer nach außen öff nenden Ventilnadel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasdo sierventils im Längsschnitt dargestellt. Das Gasdosierventil weist ein Gehäuse 1 auf, in dem ein Gasraum 2 ausgebildet ist. Der Gasraum 2 verfügt über eine Ein lassöffnung 5 und eine Auslassöffnung 6, wobei das zu dosierende Gas über die Einlassöffnung 5 in das Gasdosierventil gelangt und über die Auslassöffnung 6 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Die Auslassöffnung 6 ist dabei am Ende eines Düsenschaftes 7 ausgebildet, der den Gasstrom lenkt, so dass das Gas in den gewünschten Raumbereich des Brennraums gelangt. Im Gasraum 2 ist ein Ventilelement 8 längsbeweglich angeordnet, das an seiner der Einlassöff nung 5 zugewandten Stirnfläche eine Ventildichtfläche 10 aufweist, die an einem Dichtelement 9 ausgebildet ist, das Teil des Ventilelements 8 ist. Mit der Ventil dichtfläche 10 wirkt das Ventilelement 8 mit einem Ventilsitz 11 zum Verschlie- ßen der Einlassöffnung 5 zusammen, wobei der Ventilsitz 11 in diesem Ausfüh rungsbeispiel in einem Anschluss 4 ausgebildet ist, der Teil des Gehäuses 1 ist und eine Längsbohrung aufweist, die die Einlassöffnung 5 bildet.

Um eine zuverlässige Abdichtung der Einlassöffnung 5 zu erreichen ist an der Ventildichtfläche 10 des Ventilelements 8 eine elastische Dichtung 12 angeord net, wie Figur 2 in einer vergrößerten Darstellung des mit II bezeichneten Aus schnitts der Figur 1 zeigt. Die elastische Dichtung 12, beispielsweise ein Elasto mer, bedeckt dabei die Ventildichtfläche 10 und wirkt mit einer Beißkante 13 zu sammen, die am Ventilsitz 11 ausgebildet ist und die Einlassöffnung 5 umgibt. Durch die Beißkante 13 wird die Flächenpressung zwischen dem Ventilsitz 11 und der elastischen Dichtung 12 vergrößert, so dass eine gasdichte Abdichtung erreicht wird, auch im Fall der Dosierung von hochflüchtigen Gasen, wie bei spielsweise Wasserstoff. An der Ventildichtfläche 10 ist weiterhin ein Ringgrat 14 am äußeren Rand des Dichtelements 9 ausgebildet, wobei der Ringgrat 14 die Beißkante umgibt und dessen Höhe so bemessen ist, dass bei der Schließbewe gung des Ventilelements 8 in Richtung des Ventilsitzes 11 zuerst die elastische Dichtung 12 an der Beißkante 13 aufsetzt und erst anschließend mit der weiteren Schließbewegung auch der Ringgrat 14 am Ventilsitz 11. Dabei ist die Höhe des Ringgrats 14 größer als die Höhe der Beißkante 13, so dass die elastische Dich tung 12 zwar gegen die Beißkante 12 gepresst wird und damit effektiv dichtet, je doch nicht übermäßig mechanische beansprucht wird.

Um das Ventilelement 8 im Gasdosierventil zu bewegen ist ein elektrischer Aktor in Form eines Elektromagneten 16 vorhanden, der das Gehäuse 1 auf Höhe des Ventilelements 8 umgibt und der durch eine Spannmutter 3 fixiert ist. Das Ventil element 8 fungiert dabei als Tauchanker des Elektromagneten 16, so dass das Ventilelement 8 bei Bestromung des Elektromagneten 16 vom Ventilsitz 11 weg gezogen wird, bis das Ventilelement 8 an einem Hubanschlag 20 im Gasraum 2 zur Anlage kommt. Die Bewegung des Ventilelements 8 geschieht gegen die Kraft einer Rückstellfeder 17, die das Ventilelement 8 gegen den Ventilsitz 11 vorspannt und die auch dafür sorgt, dass das Ventilelement 8 bei ausgeschalte tem Elektromagnet 16 zurück in seine Schließstellung fährt und die Einlassöff nung 5 verschließt. Um den Gasstrom aus der Einlassöffnung 5 zur Auslassöff nung 6 zu leiten, ist im Ventilelement 8 eine Querbohrung 18 und eine sich damit schneidende Längsbohrung 19 ausgebildet, die so bemessen sind, dass keine nennenswerte Drosselung des Gasstroms in diesem Bereich erfolgt.

Zwischen dem Ventilelement 8 und der Auslassöffnung 6 ist ein Sperrventil 25 angeordnet. Es erlaubt in diesem Ausführungsbeispiel eine Gasströmung aus schließlich in Strömungsrichtung 15 von der Einlassrichtung 5 zur Auslassöff nung 6, sperrt jedoch eine Gasströmung in die entgegengesetzte Richtung. Das Sperrventil 25 umfasst ein Schließelement 26, hier in Form einer flachen Scheibe. Das Schließelement 26 wird durch eine Schließfeder 29 gegen eine Dichtfläche 23 gedrückt, die an einem im Gasraum 2 angeordneten Absatz 22 ausgebildet ist. Das Sperrventil 25 öffnet also nur, wenn der Gasdruck zwischen dem Schließelement 26 und dem Ventilelement 8 größer als der Gasdruck auf der gegenüberliegenden Seite des Schließelements 26 ist und dabei die Kraft der Schließfeder 29 überwinden kann. Da das Schließelement 26 scheibenförmig ausgebildet ist, weist es einen umlaufenden Rand auf, so dass das Schließele ment bereits durch einen kleinen Hub einen relativ großen Strömungsquerschnitt aufsteuert und das Gas ohne nennenswerte Drosselung zur Auslassöffnung 6 strömen kann.

Soll gasförmiger Kraftstoff in den Brennraum eindosiert werden, so wird der Elektromagnet 16 bestromt und das Ventilelement 8 wird durch die Wirkung des so erzeugten Magnetfeldes vom Ventilsitz 11 weggezogen, bis es am Huban schlag 20 anliegt. Das Gas strömt daraufhin durch die Einlassöffnung 5 und die Quer- und Längsbohrung 18, 19 des Ventilelements 8 zum Sperrventil 25. Durch den steigenden Druck auf die dem Ventilelement 8 zugewandte Seite des Schlie ßelements 26 wird dieses gegen die Kraft der Schließfeder 29 aufgedrückt und gibt einen Strömungsquerschnitt zwischen der Dichtfläche 23 und dem Schlie ßelement frei, durch den Gas in den Düsenschaft 7 und schließlich zur Auslass öffnung 6 gelangt. Zur Beendigung der Gaseindüsung wird die Bestromung des Elektromagneten 16 unterbrochen, so dass das Ventilelement 8 die Einlassöff nung 5 wieder verschließt. Da nun kein Gas mehr zum Sperrventil 25 strömt, schließt auch dieses durch die Schließfeder 29.

Das Gasdosierventil ist insbesondere zur Eindüsung von Gas in einem Brenn raum einer Brennkraftmaschine geeignet, da es eine zuverlässige Abdichtung des Gases ermöglicht bei gleichzeitig hoher Lebensdauer. Durch den Düsen schaft 7 ist das Ventilelement 8 und damit die elastische Dichtung 12 weit vom Brennraum entfernt, was die thermische Belastung des Ventilsitzes 11 begrenzt. Das Sperrventil 25 verhindert darüber hinaus, dass sich die Flammenfront im Brennraum bis in den Gasraum 2 ausbreitet, da das Sperrventil 25 nach Beendi gung der Gaseindüsung sofort schließt, was zusätzlich durch den steigenden Druck im Brennraum unterstützt wird. Ein übermäßiges Erwärmen des Ventilsit zes 11 wird damit zuverlässig verhindert.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasdo sierventils im Längsschnitt gezeigt, wobei diese Darstellung nur schematisch ausgeführt ist. Der wichtigste konstruktive Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist ein Druckstift 30, der am Ventilelement 8 angeordnet ist. Bei der Öffnungsbewegung des Ventilelements 8 kommt der Druckstift 30 am Schließele ment 26 zur Anlage und bewegt dieses gegen die Kraft der Schließfeder 29 in seine Öffnungsstellung. Da das Sperrventil 25 damit praktisch zeitgleich mit dem Ventilelement 8 öffnet, ergibt sich keine Verzögerung durch den sonst nötigen Druckaufbau vor dem Sperrventil 25, so dass sich eine kürzere Ansprechzeit ergibt, also eine kürzere Verzögerung zwischen dem Bestromen des Elektromag neten 16 und dem Beginn der Gaseindüsung. Der Schließvorgang dieses Gasdo sierventils erfolgt analog zum Ausführungsbeispiel der Figur 1.

In Figur 4a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasdo sierventils gezeigt, wobei die Darstellung der der Figur 3 entspricht. Zur Verein fachung ist das Ventilelement 8 und die Ventildichtfläche 10 nur vereinfacht dar gestellt und statt der Quer- und Längsbohrung 18, 19 sind hier zwei Längsboh rungen 19 ausgebildet, was funktionell aber identisch ist. Das Sperrventil 25 weist hier ein Schließelement in Form einer Ventilnadel 26' auf. Die Ventilnadel 26' ist im Düsenschaft 7 mit einem ersten Führungsabschnitt 32 und einem zwei ten Führungsabschnitt 33 geführt, wobei an beiden Führungsabschnitten 32, 33 hier nicht dargestellte Anschliffe ausgebildet sind, die einen drosselfreien Gas fluss an den Führungsabschnitten 32, 33 vorbei erlauben. Die Ventilnadel 26' weist an ihrem der Auslassöffnung 6 zugewandten Ende einen Ventilsitz 35 auf, mit der die Ventilnadel 26' mit einer konischen Dichtfläche 23' am Ende des Dü senschafts 7 zusammenwirkt. Die Ventilnadel 26' wird dabei durch eine Schließ- feder 29 gegen die Dichtfläche 23' gedrückt und öffnet - ebenso wie das Schließ element im Ausführungsbeispiel der Figur 1 - durch einen entsprechenden Druck im Gasraum 2. Die Abdichtung gegenüber dem Brennraum erfolgt also di rekt am Ende des Gasdosierventils, so dass die Flammenfront des Brennraums nur noch das äußerste Ende des Gehäuses 2 erreichen kann.

Eine Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels zeigt Figur 4b. Die Rückstellfeder 17 des Ventilelements 8 stützt sich hier nicht an einem Absatz des Gehäuses 2 ab, sondern am Schließelement bzw. der Ventilnadel 23'. Da keine Abstützfläche für die Rückstellfeder 17 vorgesehen sein muss, ergeben sich größere konstruk tive Freiheiten bei der Auslegung des Gehäuses 2.

Figur 4c zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist hier ein Druckstift 30 am Ventilele ment 8 ausgebildet, der bei der Öffnungsbewegung des Ventilelements 8 an der Ventilnadel 26' zur Anlage kommt und diese entgegen der Vorspannung der Schließfeder 29 bewegt. Funktionell ergibt sich damit dasselbe Zusammenspiel von Ventilelement 8 und Ventilnadel 26' wie bei dem vorangegangenen Ausfüh rungsbeispiel der Figur 3.

In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasdo sierventils dargestellt. Das elastische Dichtelement 12 ist hier durch einen Dicht ring am Ventilsitz 11 realisiert, an dem das Ventilelement 8 in seiner Schließstel- lungmit der Ventildichtfläche 10 anliegt. Zur Durchleitung des Gases durch das Ventilelement sind zwei oder mehr nach innen verlaufende Schrägbohrungen 19' ausgebildet und die Rückstellfeder 17 ist in einer zylindrischen Ausnehmung im Ventilelement 8 aufgenommen. Das Schließelement 26 des Sperrventils 25 ist in einer Führungsbohrung 38 im Gehäuse 1 geführt, wobei das Gas durch Schrägbohrungen 27 im Schließelement 26 geleitet wird. Die Dichtfläche 23 ist an einem umlaufenden Ringgrat im Gasraum 2 ausgebildet, mit der das Schlie ßelement 26 zusammenwirkt.

Figur 6 zeigt eine weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gas dosierventils. Das Ventilelement 8 ist ähnlich gebaut wie bei dem im Figur 5 ge zeigten Ausführungsbeispiel, jedoch ist stromabwärts des Ventilelements 8 eine Kopplerhülse 40 innerhalb des Gehäuses 1 längsverschiebblich geführt. Die Rückstellfeder 17 ist jetzt zwischen der Kopplerhülse 40 und dem Gehäuse 1 un ter Druckvorspannung angeordnet und drückt die Kopplerhülse 40 gegen das Ventilelement 8 und dieses in Richtung des Ventilsitzes 11. Die Kopplerhülse 40 bildet im Inneren einen Kanal 43, durch den das Gas vom Ventilsitz 11 bei geöff netem Ventilelement 8 durch die Schrägbohrungen 19' und eine zentrale Aus nehmung 39 einfließt und durch diesen Kanal weiter zur Auslassöffnung 6 gelei tet wird.

Zwischen dem Ventilelement 8 und einer Schulter 41 im Gehäuse 10 ist ein Dämpfungsraum 42 ausgebildet, der nach innen durch die Kopplerhülse 40 be grenzt wird. Der Dämpfungsraum 42 ist über einen ersten Ringspalt 44 zwischen dem Ventilelement 8 und dem Gehäuse 1 und einen zweiten Ringspalt zwischen der Kopplerhülse 40 und dem Gehäuse mit dem Gasraum 2 verbunden, wobei beide Ringspalte 44, 45 so bemessen sind, dass ein Gasfluss aus dem oder in den Dämpfungsraum 42 nur gedrosselt stattfinden kann. Der Dämpfungsraum 42 dient der Dämpfung der Ventilelementbewegung, indem bei der Öffnungsbewe gung des Ventilelements 8 vom Ventilsitz 11 weg das Gas aus dem Dämpfungs raum 42 verdrängt und über die Ringspalte 44, 45 herausgedrückt wird. Da das Gas nur gedrosselt abfließen kann, baut sich ein Überdruck im Dämpfungsraum 42 auf, der die Öffnungsbewegung des Ventilelements 8 dämpft. Bei der Schließ bewegung vergrößert sich das Volumen des Dämpfungsraums 42 und der Druck sinkt dort. Dieser Unterdrück führt zu einer Verlangsamung der Schließbewegung wegen des Gegendrucks auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilelements 8, so dass das Ventilelement 8 gedämpft auf dem Ventilsitz 11 aufsitzt, was zu einer Verringerung des Verschleißes zwischen Ventildichtfläche 10 und Ventilele ment 11 führt und auch zu einer geringeren Geräuschemission.

Zur genaueren Einstellung der Dämpfungsfunktion kann es auch vorgesehen sein, zwischen der Kopplerhülse 40 und dem Ventilelement 8 eine Aussparung 50 vorzusehen, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Kerben am Ende der Kopplerhülse 40. Durch Form und Anzahl der Aussparungen 50 kann die Dämp fungsfunktion genau eingestellt werden, ohne die Ringspalte 44, 45 anpassen zu müssen. Es kann aber auch statt einer Aussparung 50 oder zusätzlich zu dieser eine Modifizierung der Ringspalte 44, 45 vorgenommen werden, beispielsweise durch Längsnuten im Ventilelement 8 oder an der Außenseite der Kopplerhülse 40, um den Strömungswiderstand durch die Ringspalte 44, 45 gezielt zu beein flussen und damit die Dämpfungswirkung auf das Ventilelement 8 durch den Dämpfungsraum 42.

Figur 7 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine weitere Umsetzung des in Figur 6 gezeigten Gasdosierventils. Die Kopplerhülse 40 liegt mit ihrer dem Ventilelement 8 abgewandten Stirnseite am nadelförmigen Schließelement 26' an, so dass durch die Bewegung des Ventilelements 8 in Öffnungsrichtung vom Ventilsitz 11 die Kopplerhülse 42 in Richtung der Auslassöffnung 6 geschoben wird und diese wiederum die Ventilnadel 26' öffnet. Der Gasfluss aus dem Kanal 43 zur Auslassöffnung 6 wird durch mehrere Öffnungen 48 in der Kopplerhülse 42 sichergestellt. Die Ventilnadel 26' ist auch hier durch eine Schließfeder 29 ge gen den konischen Ventilsitz 35 vorgespannt, wobei die Schließfeder 29 zwi schen einem mit der Ventilnadel 26' verbundenen Federteller 31 und einem Ab satz im Gehäuse 1 unter Druckvorspannung angeordnet ist. An den beiden Füh rungsabschnitten 31, 32 sind auch hier in der Zeichnung nicht dargestellte An schliffe ausgebildet, die einen drosselfreien Gasfluss zur Auslassöffnung 6 si cherstellen.

Obwohl das Gasdosierventil insbesondere für die dosierte Abgabe von Gas in ei nen Brennraum geeignet ist, kann es auch zu anderen Zwecken verwendet wer den, beispielsweise zur dosierten Abgabe von Gas in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine oder auch für andere technische Anwendungen.

Claims

Ansprüche

1. Gasdosierventil für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (1), in dem ein Gasraum (2) ausgebildet ist, der eine Einlassöffnung (5) und eine Aus lassöffnung (6) aufweist, und mit einem im Gasraum (2) angeordneten be weglichen Ventilelement (8), das durch einen elektrischen Aktor (16) entge gen der Kraft einer Rückstellfeder (17) bewegbar ist und das mit einem Ven tilsitz (11) zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung (5) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilelement (8) und der Auslassöffnung (6) ein Sperrventil (25) angeordnet ist, das die Gasströmung im Gasraum (2) zwischen dem Ventilelement (8) und der Auslassöffnung (6) unterbrechen kann.

2. Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperr ventil (25) ein bewegliches, durch eine Schließfeder (29) belastetes Schlie ßelement (26) umfasst.

3. Gasdosierventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (25) in Strömungsrichtung (15) zur Auslassöffnung (6) öffnet und die entgegengesetzte Strömungsrichtung sperrt.

4. Gasdosierventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (26) tellerförmig ausgebildet ist und durch die Schließfeder (29) gegen eine im Gasraum (2) ausgebildete Dichtfläche (23) gedrückt wird.

5. Gasdosierventil nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilelement (8) ein Druckstift (30) ausgebildet ist, der bei einer Öff nungsbewegung des Ventilelements (8) am Schließelement (26) zur Anlage kommt und so eine Öffnungskraft auf das Schließelement (26) ausübt.

6. Gasdosierventil nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Rückstellfeder (17) zwischen dem Ventilelement (8) und dem Schlie ßelement (26) unter Druckvorspannung angeordnet ist.

7. Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventil element (8) eine Ventildichtfläche (10) ausgebildet ist, mit der das Ventilele ment (8) mit einem Ventilsitz (11) im Gasraum (2) zum Verschließen der Ein lassöffnung (5) zusammenwirkt.

8. Gasdosierventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ven tildichtfläche (10) oder am Ventilsitz (11) ein elastisches Dichtelement (12) angeordnet ist.

9. Gasdosierventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilsitz (11) eine Beißkante (13) ausgebildet ist.

10. Gasdosierventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ventildichtfläche (10) ein Ringgrat (14) ausgebildet ist, der in Schließstel lung des Ventilelements (8) am Ventilsitz (11) so zur Anlage kommt, dass bei der Schließbewegung des Ventilelements (8) zuerst das elastische Dichtele ment (12) und anschließend der Ringgrat (14) am Ventilsitz (11) zur Anlage kommt.

11. Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperr ventil (25) ein Schließelement in Form einer Ventilnadel (26') umfasst, die längsbeweglich im Gasraum (2) geführt ist.

12. Gasdosierventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil nadel (26') an ihrem der Auslassöffnung (6) zugewandten Ende einen koni schen Ventilsitz (35) aufweist, mit dem die Ventilnadel (26') mit einer Dichtflä che (23') zusammenwirkt.

13. Gasdosierventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventil element (8) ein Druckstift (30) ausgebildet ist, der durch eine Öffnungsbewe gung des Ventilelements (8) an der Ventilnadel (26') zur Anlage kommt und so eine Öffnungskraft auf die Ventilnadel (26') ausübt.

14. Gasdosierventil nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilelement (8) und dem Gehäuse (1) ein ringförmiger Dämpfungsraum (42) ausgebildet ist.

15. Gasdosierventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämp- fungsraum (42) durch einen Ringspalt (44) zwischen dem Ventilelement (8) und dem Gehäuse (1) und/oder durch einen Ringspalt (45) zwischen einer Kopplerhülse (40) und dem Gehäuse (1) mit dem Gasraum (2) verbunden ist, wobei die Ringspalte (44; 45) als Drosselspalte funktionieren.