WO2021244898A1 - Gasdosierventil - Google Patents

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WO2021244898A1
WO2021244898A1 PCT/EP2021/063869 EP2021063869W WO2021244898A1 WO 2021244898 A1 WO2021244898 A1 WO 2021244898A1 EP 2021063869 W EP2021063869 W EP 2021063869W WO 2021244898 A1 WO2021244898 A1 WO 2021244898A1
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WO
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valve
sealing edge
plastic seal
gas metering
valve seat
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/063869
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oezguer Tuerker
Marco Beier
Matthias Horn
Gerhard Suenderhauf
Marco Stieber
Fabian FISCHER
Daniel BOSSE
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a gas metering valve as it is preferably used to meter gaseous fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a gas metering valve is known in which a valve element, which is designed as a structural unit with a magnet armature, is moved by an electromagnet against the force of a return spring. The movement of the valve element opens a number of injection openings through which the gaseous fuel can exit the metering valve.
  • the valve element can be coated with a plastic or an elastomer in order to improve the seal.
  • Elastomer seals have only limited heat resistance and can therefore at least not be permanently exposed to higher temperatures. Particularly in the case of metering valves that are arranged close to a combustion chamber, the combustion and the heat released with it can result in thermal overloading of the sealing seat, which can permanently damage the elastomer seal. In addition, there is the difficulty that The elastomer seal becomes brittle at low temperatures, for example when the vehicle is parked for a long time in winter, and can therefore no longer fully develop its sealing effect.
  • the contact surface of the valve element on the elastomer seal can be enlarged, which, however, can lead to sticking between the valve seat and valve element if the engine is not used for a long time, so that the metering valve is difficult to loosen, which leads to difficulties when starting the internal combustion engine can lead.
  • a large contact area between the valve element and the valve seat is desirable in order to keep the mechanical load in the area of the valve seat and the valve element as low as possible and thus to counteract wear of the plastic seal.
  • a large contact area between the valve element and the valve seat is not desirable with regard to the cold start behavior, since this induces sticking of the valve element on the valve seat and thus poor cold start behavior, i.e., when the elastomer is cold, reliable metering of the gaseous fuel is not given .
  • the gas metering valve according to the invention has the advantage that the gaseous fuel is reliably sealed in the gas metering valve and, at the same time, good cold start behavior of the metering valve is guaranteed.
  • the metering valve has a housing in which a gas space that can be filled with gaseous fuel is formed.
  • the gas space has an inlet opening and an outlet opening for supplying or dispensing the gaseous fuel in a metered manner.
  • a movable valve element with a valve sealing surface is arranged in the gas space, which valve element interacts with a valve seat for opening and closing a flow cross-section, the valve seat ring-shaped surrounding the inlet opening.
  • a plastic seal is applied to the valve seat and an inner annular sealing edge and an outer annular sealing edge on the valve sealing surface, which lie against the plastic seal when the valve is closed.
  • the Plastic seal can also be applied to the valve sealing surface and an inner annular sealing edge and an outer annular sealing edge on the valve seat, which lie against the plastic seal when the valve is closed.
  • the two alternatives of the gas metering valve according to the invention include the designs in which the plastic seal is attached either to the valve seat fixed to the body or to the movable valve element.
  • On the opposite surface either on the valve sealing surface of the valve element or on the valve seat of the housing, two sealing edges are formed which are annular and concentric to one another. This forms an inner sealing edge and an outer sealing edge which rest against the plastic seal when the valve is closed. Due to the size and configuration of the sealing edges, the surface pressure in the area of the valve seat can be kept low while at the same time providing good sealing of the gaseous fuel that is applied to the gas metering valve under the injection pressure.
  • the valve seat and the valve sealing surface are preferably flat, so that the inner and outer sealing edges protrude beyond the plane of the valve sealing surface or the plane of the valve seat.
  • the inner sealing edge is advantageously designed in such a way that it protrudes higher than the level of the valve seat or the valve sealing surface than the outer sealing edge, so that when the gas metering valve is closed, the inner sealing edge first comes into contact with the plastic seal and only in the further course of closing does the outer sealing edge.
  • This causes a higher surface pressure in the area of the inner sealing edge and thus the actual seal on this inner sealing edge, while the outer sealing edge mainly serves to absorb the contact forces in order to contribute to a better force distribution on the valve seat or between the two sealing edges .
  • the highest surface pressure occurs in the area of the inner sealing edge, while the outer sealing edge mainly serves to better distribute the force.
  • the inner sealing edge is semicircular or triangular in cross section. This additionally increases the surface pressure in the area of the inner sealing edge, whereby the shape can be adapted to the corresponding conditions.
  • a flattening can advantageously be formed on the upper side of the inner sealing edge and the outer sealing edge in order to adjust the surface pressure accordingly.
  • the flattening on the outer sealing edge is preferably larger than the flattening of the inner sealing edge, so that a higher surface pressure occurs on the inner sealing edge than on the outer sealing edge.
  • the inner sealing edge advantageously protrudes beyond the outer sealing edge by 5 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the desired force distribution between the inner sealing edge and the outer sealing edge can be set.
  • the construction of the plastic seal in the form of an elastomer is also advantageous because these very flexible plastics have good sealing properties.
  • FIG. 1 shows a gas metering valve according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 2 an enlarged illustration in the area of the valve seat or the valve sealing surface
  • 3a, 3b show a further enlarged illustration of FIG. 2 in the area of the valve seat and
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment in the same representation as FIG. 3a.
  • a gas metering valve according to the invention is shown in longitudinal section, only the essential parts are shown.
  • the gas metering valve has a housing 1 in which a gas space 2 is formed.
  • the gas space 2 can be filled with gaseous fuel via an inlet opening 5 and the gaseous fuel can be dispensed in a metered manner via an outlet opening 6.
  • a valve element 8 is arranged to be longitudinally movable and is pressed against an annular valve seat 11 by a return spring 17.
  • the valve seat 11 surrounds the inlet opening 5 and is formed in the area of a connection body 4 which forms part of the housing 1.
  • a valve sealing surface 10 is formed on the valve element 8, which is opposite the valve seat 11, a plastic seal 12 being applied to the valve sealing surface 10, which will be discussed in greater detail later.
  • a plurality of transverse bores 18 are formed in the valve element 8 and open into a bore 19 formed centrally in the valve element 8, through which the gaseous fuel flows further in the direction of the outlet opening 6.
  • a check valve 25 is arranged in the gas space 2 between the valve element 8 and the outlet opening 6.
  • the check valve 25 comprises a closing element 26 which is pressed against a sealing surface 23 on the housing 1 by means of a closing spring 29.
  • the check valve 25 is pressure-controlled, that is, it opens at a certain pressure difference before and after the closing element 26 against the force of the closing spring 29 and then releases the gas flow in the direction of the outlet opening 6. The gas continues to flow through the nozzle shaft 7 to the outlet opening 6 and finally arrives in a combustion chamber or an intake tract of an internal combustion engine.
  • the valve element 8 functions at the same time as a magnet armature which can be controlled by an electromagnet 16 surrounding the housing 1 on its outside.
  • the electromagnet 16 is held on the housing 1 by a tensioning element 8 and is designed such that when the electromagnet 16 is energized, a force is exerted on the valve element 8 against the bias of the return spring 17.
  • the valve element 8 is thus pulled away from the valve seat 11 until the valve element 8 comes to rest against a stroke stop 20 formed in the gas space 2.
  • valve sealing surface 10 and the valve sealing seat 11 are opened, through which gaseous fuel can flow from the inlet opening 5 into the gas chamber 2 and from there via the transverse bores 18, the longitudinal bore 19 and the check valve 25 to the outlet opening 6 of the electromagnet 16 is interrupted, the return spring 17 pushes the valve element 8 back into its closed position, so that the gas flow is interrupted.
  • the check valve 25 serves mainly to shield the combustion chamber from the plastic-coated valve seat 11 so that hot combustion gases do not reach the plastic seal 12 and cause thermal damage there.
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the gas metering valve shown in FIG. 1 in the area of the valve seat 11.
  • a sealing element 9, on which the plastic seal 12 is applied, is formed on the valve element 8.
  • the sealing element 9 is firmly connected to the valve element 8.
  • the valve seat 11 formed on the connection 4 has two annular concentric sealing edges: a first inner sealing edge 30 and outer sealing edge 31, each of which is essentially semicircular in cross section.
  • FIG. 3a shows an enlarged illustration in the area of these sealing edges in cross section, this detail being designated by III in FIG.
  • Both the inner sealing edge 30 and the outer sealing edge 31 protrude beyond the flat valve seat 11, the height of the inner sealing edge 30 being higher than the height of the inner sealing edge 31, so that an axial distance h between these two sealing edges 30, 31 is given.
  • the axial distance h is preferably between 5 and 100 ⁇ m, so that when the gas metering valve is closed, the inner sealing edge 30 first comes into contact with the plastic seal 12 and only in the further course of the closing movement does the inner sealing edge 31 also come into contact 3a, both sealing edges 30, 31 have an essentially semicircular cross-section, the circular radius Ri of the inner sealing edge 30 being less than or equal to the circular radius R2 of the outer sealing edge 31.
  • the inner sealing edge 30 first comes into contact with the plastic seal 12 and is pressed into the plastic seal 12 because of its soft consistency.
  • the movement is continued until the inner sealing edge 31 also comes into contact with the plastic seal 12, with a large part of the pressing force being absorbed due to the relatively wide upper side of the outer sealing edge 34, thus ending the closing movement of the valve element 8.
  • the sealing of the gaseous fuel is mainly ensured by the inner sealing edge 30, which due to the high surface pressure penetrates far into the plastic seal 12, while the outer sealing edge 31 absorbs a large part of the contact pressure.
  • FIG. 3b shows a further exemplary embodiment which differs from the exemplary embodiment in FIG. 3a in that the inner sealing edge 30 as well as the outer sealing edge 31 are flattened on the upper side and form an area of width b or b a , where b a is greater than b.
  • the outer sealing edge 31 absorbs a larger part of the contact pressure, which reduces the mechanical load in the area of the inner sealing edge 30.
  • the plastic seal 12 becomes brittle, so that the inner sealing edge 30 and also the outer sealing edge 31 penetrate less deeply into the plastic seal 12. Depending on the temperature, it can happen that only the inner sealing edge 30 penetrates the plastic seal 12, while the outer sealing edge 31 only rests on the surface of the plastic seal 12 or no longer touches it. Due to the small contact area between the valve sealing surface 10 and the valve seat 11, only small adhesive forces act between the valve sealing surface 10 and the Valve seat 11, which ensures a good cold start capability, ie that the valve has the desired functionality right from the start.
  • the cross section of the sealing edges 30, 31 can, as shown in the exemplary embodiments in FIGS. 3a and 3b, be semicircular or triangular or also have the shape of a trapezoid, like the outer sealing edge 31 in the exemplary embodiment in FIG. 3b.
  • both the desired surface pressure and the necessary seal can be achieved.
  • the plastic seal 12 can also be applied to the valve seat 11.
  • the sealing edges 30 ', 3 are formed on the valve element 8, but interact with the plastic seal 12 in the same way as in the exemplary embodiment in FIGS. 3a, 3b. This reverse arrangement is shown in FIG.
  • FIG. 4 the functionality not differing from the exemplary embodiments of FIGS. 3a and 3b.

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Abstract

Gasdosierventil zur dosierten Abgabe von gasförmigem Kraftstoff, mit einem Gehäuse (1), in dem ein mit gasförmigem Kraftstoff befüllbarer Gasraum (2) ausgebildet ist, der eine Einlassöffnung (5) und eine Auslassöffnung (6) zur Zuführung bzw. zur dosierten Abgabe des gasförmigen Kraftstoffs aufweist. Im Gasraum (2) ist ein bewegliches Ventilelement (8) angeordnet, das eine Ventildichtfläche (10) aufweist, die mit einem Ventilsitz (11) zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz (11) die Einlassöffnung (5) ringförmig umgibt. Auf dem Ventilsitz (11) ist eine Kunststoffdichtung (12) aufgebracht und auf der Ventildichtfläche (10) eine innere, ringförmige Dichtkante (30) und eine äußere, ringförmige Dichtkante (31) ausgebildet, die bei geschlossenem Ventil an der Kunststoffdichtung (12) anliegen. Alternativ kann auch auf der Ventildichtfläche (10) eine Kunststoffdichtung (12') aufgebracht sein und auf dem Ventilsitz (11) eine innere, ringförmige Dichtkante (30') und eine äußere, ringförmige Dichtkante (31') ausgebildet sein, die bei geschlossenem Ventil an der Kunststoffdichtung (12') anliegen.

Description

Beschreibung
Titel
Gasdosierventil
Die Erfindung betrifft ein Gasdosierventil, wie es vorzugsweise Verwendung findet, um gasförmigen Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzudosieren.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Verbrennungsmotoren bekannt, bei denen gasförmiger Kraftstoff direkt in einen Brennraum eindosiert wird. Die Zündung des Luft-Gas-Gemisches erfolgt meist durch eine Zündkerze oder eine andere externe Zündquelle, wobei die Eindosierung des gasförmigen Kraftstoffs in der richtigen Menge und zum richtigen Zeitpunkt für einen optimalen Verbrennungsablauf essenziell ist. Aus der DE 102014225 922 Al ist ein Gasdosierventil bekannt, bei dem ein Ventilelement, das als Baueinheit mit einem Magnetanker ausgebildet ist, durch einen Elektromagneten entgegen der Kraft einer Rückstellfeder bewegt wird. Durch die Bewegung des Ventilelements werden mehrere Eindüsöffnung aufgesteuert, durch die der gasförmige Kraftstoff aus dem Dosierventil austreten kann. Das Ventilelement kann dabei mit einem Kunststoff oder einem Elastomer beschichtet sein, um die Abdichtung zu verbessern.
Elastomerdichtungen sind nur beschränkt hitzebeständig und können deshalb zumindest nicht dauerhaft höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Insbesondere bei Dosierventilen, die nahe einem Brennraum angeordnet sind, kann es durch die Verbrennung und die damit freigesetzte Wärme zu einer thermischen Überbelastung des Dichtsitzes kommen, was die Elastomerdichtung nachhaltig beschädigen kann. Darüber hinaus ergibt sich die Schwierigkeit, dass die Elastomerdichtung bei tiefen Temperaturen, etwa dann, wenn das Fahrzeug im Winter längere Zeit abgestellt wird, versprödet und damit seine Dichtwirkung nicht mehr voll entfalten kann. Um die Dichtwirkung zu verbessern, kann die Auflagefläche des Ventilelements auf der Elastomerdichtung vergrößert werden, was jedoch bei längerer Standzeit des Motors zu einem Verkleben zwischen Ventilsitz und Ventilelement führen kann, so dass sich das Dosierventil nur schwer löst, was zu Schwierigkeiten beim Anlauf der Brennkraftmaschine führen kann.
Einerseits ist also eine große Berührfläche zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz wünschenswert, um die mechanische Belastung im Bereich des Ventilsitzes und des Ventilelements so gering wie möglich zu halten und damit einem Verschleiß der Kunststoffdichtung entgegen zu wirken. Andererseits ist eine große Berührfläche zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz im Hinblick auf das Kaltstartverhalten nicht wünschenswert, da dann ein Kleben des Ventilelements auf dem Ventilsitz induziert wird und damit ein schlechtes Kaltstartverhalten, d.h. dass bei kaltem Elastomer eine zuverlässige Eindosierung des gasförmigen Kraftstoffs nicht gegeben ist.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Gasdosierventil weist den Vorteil auf, dass eine zuverlässige Abdichtung des gasförmigen Kraftstoffs im Gasdosierventil gegeben ist und gleichzeitig ein gutes Kaltstartverhalten des Dosierventils gewährleistet ist. Dazu weist das Dosierventil ein Gehäuse auf, in dem ein mit gasförmigem Kraftstoff befüllbarer Gasraum ausgebildet ist. Der Gasraum weist eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung zur Zuführung bzw. zur dosierten Abgabe des gasförmigen Kraftstoffs auf. Im Gasraum ist ein bewegliches Ventilelement mit einer Ventildichtfläche angeordnet, die mit einem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz die Einlassöffnung ringförmig umgibt. Auf dem Ventilsitz ist eine Kunststoffdichtung aufgebracht und auf der Ventildichtfläche eine innere ringförmige Dichtkante und eine äußere ringförmige Dichtkante, die bei geschlossenem Ventil an der Kunststoffdichtung anliegen. Alternativ kann die Kunststoffdichtung auch auf der Ventildichtfläche aufgebracht sein und auf dem Ventilsitz eine innere ringförmige Dichtkante und eine äußere ringförmige Dichtkante, die bei geschlossenem Ventil an der Kunststoffdichtung anliegen.
Die beiden Alternativen des erfindungsgemäßen Gasdosierventils beinhalten die Bauformen, bei denen die Kunststoffdichtung entweder auf dem körperfesten Ventilsitz oder auf dem beweglichen Ventilelement angebracht ist. Auf der gegenüberliegenden Fläche, also entweder auf der Ventildichtfläche des Ventilelements oder auf dem Ventilsitz des Gehäuses, sind zwei Dichtkanten ausgebildet, die ringförmig ausgebildet und zueinander konzentrisch sind. Dadurch wird eine innere Dichtkante und eine äußere Dichtkante gebildet, die bei geschlossenem Ventil an der Kunststoffdichtung anliegen. Durch die Größe und Ausgestaltung der Dichtkanten kann die Flächenpressung im Bereich des Ventilsitzes gering gehalten werden bei gleichzeitig guter Abdichtung des gasförmigen Kraftstoffs, der unter dem Eindüsdruck am Gasdosierventil anliegt. Der Ventilsitz und die Ventildichtfläche sind dabei vorzugsweise eben ausgebildet, so dass die innere und die äußere Dichtkante über die Ebene der Ventildichtfläche bzw. die Ebene des Ventilsitzes hinausragen.
In vorteilhafter Weise ist die innere Dichtkante so ausgebildet, dass sie höher über die Ebene des Ventilsitzes bzw. die Ventildichtfläche hinausragt als die äußere Dichtkante, so dass beim Schließen des Gasdosierventils zuerst die innere Dichtkante an der Kunststoffdichtung zur Anlage kommt und erst im weiteren Schließverlauf die äußere Dichtkante. Dies bewirkt eine höhere Flächenpressung im Bereich der inneren Dichtkante und damit die eigentliche Abdichtung an dieser inneren Dichtkante, während die äußere Dichtkante vornehmlich dazu dient, die Anpresskräfte zum Teil aufzunehmen, um damit zu einer besseren Kraftverteilung auf dem Ventilsitz bzw. zwischen den beiden Dichtkanten beizutragen. Beim Schließen des Gasdosierventils erfolgt also die höchste Flächenpressung im Bereich der inneren Dichtkante, während die äußere Dichtkante hauptsächlich der besseren Kraftverteilung dient. Die dadurch bewirkte Kraftverteilung führt zu einem geringen Verschleiß im Bereich der Ventildichtfläche und damit zu einer größeren Lebensdauer des Gasdosierventils. Bei kaltem Gasdosierventil, also, wenn bei niedrigen Temperaturen das Gasdosierventil längere Zeit geschlossen ist, ergibt sich eine Verhärtung der Kunststoffdichtung und damit eine geringere Elastizität, was dazu führt, dass die Dichtkanten weniger tief in die Kunststoffdichtung eindringen. Durch die Versprödung kommt die äußere Dichtkante, die eine geringere Höhe aufweist als die innere Dichtkante, nur noch zu einem geringen Teil oder gar nicht mehr an der Kunststoffdichtung zur Anlage. Damit wird die Berührfläche zwischen den Dichtkanten und der Kunststoffdichtung verringert, was ein Kleben des Ventilelements an der Dichtfläche verhindert und damit ein gutes Kaltstartverhalten des Gasdosierventils sicherstellt.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die innere Dichtkante im Querschnitt halbkreis- oder dreieckförmig ausgebildet. Dies erhöht die Flächenpressung im Bereich der inneren Dichtkante zusätzlich, wobei die Form an die entsprechenden Verhältnisse angepasst werden kann. Dabei kann in vorteilhafter Weise an der Oberseite der inneren Dichtkante und der äußeren Dichtkante eine Abflachung ausgebildet sein, um die Flächenpressung entsprechend einzustellen. Dabei ist die Abflachung an der äußeren Dichtkante vorzugsweise größer als die Abflachung der inneren Dichtkante, so dass an der inneren Dichtkante eine höhere Flächenpressung auftritt als an der äußeren Dichtkante.
In vorteilhafter Weise überragt die innere Dichtkante die äußere Dichtkante um 5 pm bis 100 pm. Je nach Dichtheitsanforderungen und nach dem gewählten Kunststoff, der die Dichtung bildet, kann so die gewünschte Kraftverteilung zwischen der inneren Dichtkante und der äußeren Dichtkante eingestellt werden. Die Ausbildung der Kunststoffdichtung in Form eines Elastomers ist dabei zusätzlich vorteilhaft, da diese sehr flexiblen Kunststoffe eine gute Dichteigenschaft aufweisen.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Gasdosierventil in mehreren Ansichten dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Gasdosierventil in einem Längsschnitt, Figur 2 eine vergrößerte Darstellung im Bereich des Ventilsitzes bzw. der Ventildichtfläche,
Figur 3a, 3b eine weitere vergrößerte Darstellung der Figur 2 im Bereich des Ventilsitzes und
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in derselben Darstellung wie Figur 3a.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Gasdosierventil im Längsschnitt dargestellt, wobei nur die wesentlichen Teile gezeigt sind. Das Gasdosierventil weist ein Gehäuse 1 auf, in dem eine Gasraum 2 ausgebildet ist. Der Gasraum 2 ist über eine Einlassöffnung 5 mit gasförmigem Kraftstoff befüllbar und über eine Auslassöffnung 6 kann der gasförmige Kraftstoff dosiert abgegeben werden. Im Gasraum 2 ist ein Ventilelement 8 längsbewegbar angeordnet, das durch eine Rückstellfeder 17 gegen einen ringförmigen Ventilsitz 11 gedrückt wird. Der Ventilsitz 11 umgibt die Einlassöffnung 5 und ist im Bereich eines Anschlusskörpers 4 ausgebildet, welcher einen Teil des Gehäuses 1 bildet. Am Ventilelement 8 ist eine Ventildichtfläche 10 ausgebildet, die dem Ventilsitz 11 gegenüberliegt, wobei auf der Ventildichtfläche 10 eine Kunststoffdichtung 12 aufgebracht ist, auf die später noch näher eingegangen wird. Im Ventilelement 8 sind mehrere Querbohrungen 18 ausgebildet, die in eine mittig im Ventilelement 8 ausgebildete Bohrung 19 münden, durch die der gasförmige Kraftstoff weiter in Richtung der Auslassöffnung 6 strömt.
Zwischen dem Ventilelement 8 und der Auslassöffnung 6 ist im Gasraum 2 ein Rückschlagventil 25 angeordnet. Das Rückschlagventil 25 umfasst ein Schließelement 26, das mittels einer Schließfeder 29 gegen eine Dichtfläche 23 am Gehäuse 1 gedrückt wird. Das Rückschlagventil 25 ist druckgesteuert, das heißt, es öffnet bei einer bestimmten Druckdifferenz vor und nach dem Schließelement 26 gegen die Kraft der Schließfeder 29 und gibt dann den Gasstrom in Richtung der Auslassöffnung 6 frei. Das Gas strömt weiter durch den Düsenschaft 7 zur Auslassöffnung 6 und gelangt schließlich in einen Brennraum oder einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.
Das Ventilelement 8 funktioniert gleichzeitig als Magnetanker, der durch einen das Gehäuse 1 an seiner Außenseite umgebenden Elektromagneten 16 gesteuert werden kann. Der Elektromagnet 16 wird durch ein Spannelement 8 am Gehäuse 1 gehalten und ist so ausgebildet, dass durch eine Bestromung des Elektromagneten 16 eine Kraft entgegen der Vorspannung der Rückstellfeder 17 auf das Ventilelement 8 ausgeübt wird. Das Ventilelement 8 wird damit bei Bestromung des Elektromagneten 16 vom Ventilsitz 11 weggezogen, bis das Ventilelement 8 an einem im Gasraum 2 ausgebildeten Hubanschlag 20 zur Anlage kommt. Dadurch wird ein Strömungsquerschnitt zwischen der Ventildichtfläche 10 und dem Ventildichtsitz 11 aufgesteuert, durch den gasförmiger Kraftstoff aus der Einlassöffnung 5 in den Gasraum 2 strömen kann und von dort über die Querbohrungen 18, die Längsbohrung 19 und das Rückschlagventil 25 zur Auslassöffnung 6. Wird die Bestromung des Elektromagneten 16 unterbrochen, so drückt die Rückstellfeder 17 das Ventilelement 8 zurück in seine Schließstellung, so dass der Gasstrom unterbrochen wird. Das Rückschlagventil 25 dient hauptsächlich dazu, den Brennraum gegenüber dem kunststoffbeschichteten Ventilsitz 11 abzuschirmen, damit heiße Verbrennungsgase nicht zur Kunststoffdichtung 12 gelangen und dort zu thermischen Schädigungen führen können.
In Figur 2 ist eine vergrößerte Darstellung des in Figur 1 gezeigten Gasdosierventils im Bereich des Ventilsitzes 11 gezeigt. Am Ventilelement 8 ist ein Dichtelement 9 ausgebildet, auf dem die Kunststoffdichtung 12 aufgebracht ist. Dabei ist das Dichtelement 9 fest mit dem Ventilelement 8 verbunden. Der am Anschluss 4 ausgebildete Ventilsitz 11 weist zwei ringförmige konzentrische Dichtkanten auf: Eine erste innere Dichtkante 30 und äußere Dichtkante 31, die im Querschnitt jeweils im Wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet sind.
Figur 3a zeigt dazu eine vergrößerte Darstellung im Bereich dieser Dichtkanten im Querschnitt, wobei dieser Ausschnitt in Figur 2 mit III bezeichnet ist. Sowohl die innere Dichtkante 30 als auch die äußere Dichtkante 31 ragen über den flachen Ventilsitz 11 hinaus, wobei die Höhe der inneren Dichtkante 30 höher ist als die Höhe der inneren Dichtkante 31, so dass ein axialer Abstand h zwischen diesen beiden Dichtkanten 30, 31 gegeben ist. Der axiale Abstand h beträgt vorzugsweise zwischen 5 und 100 pm, so dass beim Schließen des Gasdosierventils zuerst die innere Dichtkante 30 an der Kunststoffdichtung 12 zur Anlage kommt und erst im weiteren Verlauf der Schließbewegung auch die innere Dichtkante 31. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Figur 3a weisen beide Dichtkanten 30, 31 einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf, wobei der Kreisradius Ri der inneren Dichtkante 30 kleiner oder gleich dem Kreisradius R2der äußeren Dichtkante 31 ist. Bei der Schließbewegung kommt also die innere Dichtkante 30 zuerst an der Kunststoffdichtung 12 zur Anlage und wird wegen der weichen Konsistenz der Kunststoffdichtung 12 in diese eingedrückt. Die Bewegung wird so lange fortgesetzt, bis auch die innere Dichtkante 31 an der Kunststoffdichtung 12 zur Anlage kommt, wobei aufgrund der relativ breiten Oberseite der äußeren Dichtkante 34 ein großer Teil der Anpresskraft aufgenommen wird und damit die Schließbewegung des Ventilelements 8 endet. Die Abdichtung des gasförmigen Kraftstoffs wird hauptsächlich durch die innere Dichtkante 30 gewährleistet, die aufgrund der hohen Flächenpressung weit in die Kunststoffdichtung 12 eindringt, während die äußere Dichtkante 31 einen Großteil der Anpresskraft aufnimmt.
Figur 3b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Figur 3a dadurch unterscheidet, dass die innere Dichtkante 30 ebenso wie die äußere Dichtkante 31 an der Oberseite abgeflacht sind und eine Fläche der Breite b, bzw. ba bilden, wobei ba größer als b, ist. Dadurch nimmt die äußere Dichtkante 31 einen größeren Teil der Anpresskraft auf, was die mechanische Belastung im Bereich der inneren Dichtkante 30 verringert.
Bei geringen Temperaturen versprödet die Kunststoffdichtung 12, so dass die innere Dichtkante 30 und auch die äußere Dichtkante 31 weniger tief in die Kunststoffdichtung 12 eindringen. Je nach Höhe der Temperaturen kann es dazu kommen, dass nur noch die innere Dichtkante 30 in die Kunststoffdichtung 12 eindringt, während die äußere Dichtkante 31 nur auf der Oberfläche der Kunststoffdichtung 12 aufliegt oder diese gar nicht mehr berührt. Durch die geringe Berührfläche zwischen der Ventildichtfläche 10 und dem Ventilsitz 11 wirken nur geringe Haftkräfte zwischen der Ventildichtfläche 10 und dem Ventilsitz 11, was eine gute Kaltstartfähigkeit gewährleistet, d.h., dass das Ventil bereits von Anfang an die gewünschte Funktionalität aufweist.
Der Querschnitt der Dichtkanten 30, 31 kann, wie in den Ausführungsbeispielen der Figur 3a und 3b gezeigt, halbkreisförmig oder auch dreieckförmig ausgebildet sein oder auch die Form eines Trapezes aufweisen, wie die äußere Dichtkante 31 im Ausführungsbeispiel der Figur 3b. Im Zusammenspiel mit der entsprechenden Kunststoffdichtung 12 kann sowohl die gewünschte Flächenpressung als auch die notwendige Abdichtung erreicht werden.
Alternativ zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 3a, 3b kann die Kunststoffdichtung 12 auch auf dem Ventilsitz 11 aufgebracht sein. In diesem Fall sind die Dichtkanten 30', 3 auf dem Ventilelement 8 ausgebildet, wirken aber in der gleichen Weise mit der Kunststoffdichtung 12 zusammen wie bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3a, 3b. Diese umgekehrte Anordnung ist in der
Figur 4 dargestellt, wobei sich die Funktionalität von den Ausführungsbeispielen der Figuren 3a und 3b nicht unterscheidet.

Claims

Ansprüche
1. Gasdosierventil zur dosierten Abgabe von gasförmigem Kraftstoff, mit einem Gehäuse (1), in dem ein mit gasförmigem Kraftstoff befüllbarer Gasraum (2) ausgebildet ist, der eine Einlassöffnung (5) und eine Auslassöffnung (6) zur Zuführung bzw. zur dosierten Abgabe des gasförmigen Kraftstoffs aufweist, und mit einem im Gasraum (2) angeordneten beweglichen Ventilelement (8), das eine Ventildichtfläche (10) aufweist, die mit einem Ventilsitz (11) zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz (11) die Einlassöffnung (5) ringförmig umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Ventilsitz (11) eine Kunststoffdichtung (12) aufgebracht ist und auf der Ventildichtfläche (10) eine innere, ringförmige Dichtkante (30) und eine äußere, ringförmige Dichtkante (31) ausgebildet sind, die bei geschlossenem Ventil an der Kunststoffdichtung (12) anliegen, oder, dass auf der Ventildichtfläche (10) eine Kunststoffdichtung (12') aufgebracht ist und auf dem Ventilsitz (11) eine innere, ringförmige Dichtkante (30') und eine äußere, ringförmige Dichtkante (31') ausgebildet sind, die bei geschlossenem Ventil an der Kunststoffdichtung (12') anliegen.
2. Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Kunststoffdichtung (12') versehene Ventilsitz (11) bzw. die mit der Kunststoffdichtung (12) versehene Ventildichtfläche (10) eben ausgebildet ist.
3. Gasdosierventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dichtkanten (30; 31) aufweisende Ventildichtfläche (10) bzw. der die Dichtkanten (30', 31') aufweisende Ventilsitz (11) eben ausgebildet ist, wobei die innere ringförmige Dichtkante (30; 30') höher über die ebene Ventildichtfläche (10) bzw. den Ventilsitz (11) ragt als die außen liegende ringförmige Dichtkante (31; 31'), so dass bei der Schließbewegung des Ventilelements (8) zuerst die innere Dichtkante (30; 30') an der Kunststoffdichtung (12; 12') zur Anlage kommt und dann die außen liegende Dichtkante (31; 31').
4. Gasdosierventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Dichtkante (30; 30') und/oder die äußere Dichtkante (31; 31') im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet sind.
5. Gasdosierventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Dichtkante (30; 30') und die äußere Dichtkante (31; 31') halbkreisförmig ausgebildet sind und der Kreisradius (Ri) der inneren Dichtkante (30; 30') kleiner oder gleich dem Kreisradius (R2) der äußeren Dichtkante (31; 31') ist.
6. Gasdosierventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Dichtkante (30; 30') und/oder die äußere Dichtkante (31; 31') eine Trapez- oder Dreieckform aufweist.
7. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Dichtkante (30; 30') und die äußere Dichtkante (31; 31') auf ihrer Oberseite eine Abflachung (33; 34) aufweisen.
8. Gasdosierventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (ba) der Abflachung (34) der äußeren Dichtkante (31; 31') größer als ist als die Breite (b,) der Abflachung (33) der inneren Dichtkante (30; 30').
9. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Dichtkante (30; 30') die äußere Dichtkante (31; 31') um einen axialen Abstand (h) von 5 bis 100 pm überragt.
10. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffdichtung (12; 12') ein Elastomer ist.
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