WO2022002831A1 - Gasdosierventil - Google Patents

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WO2022002831A1
WO2022002831A1 PCT/EP2021/067649 EP2021067649W WO2022002831A1 WO 2022002831 A1 WO2022002831 A1 WO 2022002831A1 EP 2021067649 W EP2021067649 W EP 2021067649W WO 2022002831 A1 WO2022002831 A1 WO 2022002831A1
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WO
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sealing surface
section
nozzle needle
valve seat
flow cross
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PCT/EP2021/067649
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English (en)
French (fr)
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Andreas Koeninger
Gerhard Suenderhauf
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K31/0651—One-way valve the fluid passing through the solenoid coil
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a gas metering valve of the type used, for example, to dispense gaseous fuel directly in a combustion chamber or in an intake tract of an internal combustion engine.
  • WO 2018/007068 A1 shows a gas metering valve with a valve element which is arranged movably in the gas space of the metering valve and which can be moved by an electromagnet against the force of a return spring.
  • two sealing surfaces are formed on the valve element, each of which interacts with an associated valve seat to control a respective flow cross-section, with two parallel flow paths being opened up.
  • the gas flowing into the gas space passes one of the open flow cross-sections and finally reaches the outside through one or more injection openings.
  • the seal is particularly important. Due to its small molecule size, hydrogen can also diffuse through very small gaps. Particularly when an engine with a corresponding metering valve is idle for a long time, it can become problematic if only small amounts of hydrogen are constantly escaping. With a metal-to-metal seal, a sufficient seal cannot be achieved or can only be achieved with difficulty, so that the use of an elastomer seal is generally unavoidable. If gaseous fuel is to be metered directly into a combustion chamber, however, the metering valve is exposed to the high temperatures that occur during combustion, which can lead to damage the elastomer seal. To prevent this, the elastomer-coated sealing seat can be arranged far from the outlet opening of the metering valve exact metering of the gaseous fuel made difficult.
  • the gas metering valve according to the invention has the advantage that the gas metering valve is reliably sealed even when it is not used for a long time and, at the same time, an exact metering of the gaseous fuel is made possible.
  • the gas metering valve has a housing which comprises a gas space with an inlet opening and with an outlet opening.
  • a nozzle needle is arranged longitudinally movable, which can be moved by an electrical actuator against a restoring force and on which an inner sealing surface and an outer sealing surface are formed, each with an associated valve seat for controlling an inner flow cross-section or an outer one Flow cross-section interaction.
  • An opening movement of the nozzle needle opens both the inner flow cross-section and the outer flow cross-section, so that the gaseous fuel between the inlet opening and the outlet opening first flows through the inner flow cross-section and then the outer flow cross-section.
  • the closing movement of the nozzle needle either the outer sealing surface first contacts the outer valve seat or the inner sealing surface first contacts the inner valve seat, parts of the nozzle needle or the valve body being so elastically deformed by the restoring force that the other Sealing surface rests on the valve seat assigned to it.
  • the gas flows through the first and second flow cross-sections one after the other on the way to the outlet opening of the metering valve. If the nozzle needle now moves in the closing direction to terminate the dosing, the outer sealing surface, for example, first comes into contact with the outer valve seat and thus closes the outer one Flow cross-section that is arranged close to the combustion chamber and is therefore potentially exposed to high temperatures. Since this sealing seat cannot be coated with an elastomer because of the high temperatures, it does not, however, have the almost absolute tightness required for a longer service life.
  • the nozzle needle is designed so that it is elastically deformable that a nozzle needle section between the inner sealing surface and the outer sealing surface is extended during the further closing movement to such an extent that the inner sealing surface also makes a sealing contact with the associated valve seat. This double sealing of the flow path within the gas space finally creates the necessary seal.
  • the nozzle needle section comprises a bellows or a spring-like section between the two sealing surfaces. This achieves the desired elasticity and thus realizes the functionality in a simple manner.
  • the nozzle needle section can also comprise a tapered section in order to achieve the required elasticity.
  • the inner valve seat is formed on a sealing lip protruding into the interior of the gas space. This results in additional elasticity, which can support or even replace the elasticity of the nozzle needle.
  • the inner valve seat can be formed on a sealing lip which protrudes into the interior of the gas space and via the shape of which the desired elasticity can easily be adjusted.
  • an elastomer seal is applied to the inner valve seat or to the inner sealing surface.
  • the nozzle needle is acted upon by a pretensioned spring which generates the restoring force.
  • the spring thus ensures that the metering valve remains closed when the electromagnet is not exerting any opening force on the valve element, that is to say in particular when the metering valve is switched off.
  • the closing spring also produces the necessary Force to elastically deform the nozzle needle or other parts of the gas metering valve and thus enable both sealing surfaces to be placed on the respective valve seats.
  • the inner sealing surface and the assigned inner valve seat and / or the outer sealing surface and the assigned outer valve seat are configured conically. In this way, on the one hand, the flow cross-section and the flow course can be influenced in a targeted manner and, on the other hand, this reduces wear in the area of the sealing surfaces.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a gas metering valve according to the invention in longitudinal section in an open position and FIG. 2 shows the same gas metering valve in the closed position,
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a gas valve according to the invention, also in longitudinal section,
  • FIG. 5 further exemplary embodiments, the shape of the sealing surfaces and valve surfaces being modified
  • FIG. 6a, 6b and 6c show further exemplary embodiments with modified shapes of the nozzle needle and FIG.
  • FIGS. 7a, 7b, 7c and 7d show detailed representations of further exemplary embodiments with different sealing seat shapes.
  • FIG. 1 a first exemplary embodiment of the gas metering valve according to the invention is shown in longitudinal section, only the essential parts of the gas metering valve being shown.
  • the gas metering valve comprises a housing 1, which comprises a valve body 3 and a holding body 4, wherein the valve body 3 and the Holding bodies 4 are firmly clamped against one another by a clamping device not shown in detail.
  • a gas chamber 2 is formed in the valve body 3, which can be filled with gaseous fuel via an inlet opening 5 and from which gaseous fuel can be dispensed in a metered manner via an outlet opening 6.
  • a piston-shaped nozzle needle 7 is arranged in the gas space 2 so as to be longitudinally displaceable and is connected to a magnet armature 9 at its end facing the inlet opening 5.
  • the magnet armature 9 interacts with an electromagnet 8 arranged in the holding body 4 and surrounding the nozzle body 3, as a result of which the nozzle needle 7 can be moved in the longitudinal direction against the force of a spring 12.
  • the spring 12 is arranged under pressure pretension between a shoulder in the valve body 3 and the magnet armature 9.
  • a collar 15 with an inner sealing surface 10 is formed on the nozzle needle 7, which collar interacts with an inner valve seat 13 to open and close an inner flow cross-section 17 through which gaseous fuel can flow in the direction of the outlet opening 6.
  • a sealing plate 16 is formed with a conical outer sealing surface 11 which cooperates with a likewise conical outer valve seat 14 on the valve body 3 to open and close an outer flow cross-section 18.
  • the electromagnet 8 If the electromagnet 8 is energized, it pulls the nozzle needle 7 against the force of the spring 12 in the direction of the outlet opening 6, the inner sealing surface 10 and the outer sealing surface 11 lifting off the inner valve seat 13 and the outer valve seat 14 and both flow cross-sections 17, 18 release. Gaseous fuel then flows from the inlet opening 5 through the gas chamber 2 to the outlet opening 6 and is thus released into a combustion chamber, for example. If the energization of the electromagnet 8 is interrupted, the spring 12 pushes the nozzle needle 7 back into its closed position, with both flow cross-sections 17, 18 being closed. 1 shows the open position as it occurs when the electromagnet 8 is energized, and FIG. 2 correspondingly shows the closed position when the electromagnet 8 is switched off.
  • the nozzle needle 7 has a nozzle needle section 23 which is formed between the collar 15 having the inner sealing surface 10 and the outer sealing surface 11 and which has elasticity through which a seal is established both Sealing surfaces 10, 11 can take place without static overdetermination:
  • the outer sealing surface 11 first comes into contact with the outer valve seat 14, the inner sealing surface 10 being somewhat spaced from the inner valve seat 13 at this point in time.
  • the nozzle needle section 23 is then lengthened to such an extent that finally the inner sealing surface 10 also touches the inner valve seat 13, whereby the inner flow cross section 17 is also closed.
  • the difference between the axial distance between the valve seats 13, 14 on the one hand and the sealing surfaces 10, 11 on the other hand is 10 ⁇ m, for example, so that the nozzle needle section can be correspondingly elongated without losing its stability.
  • a further embodiment of the gas metering valve according to the invention is shown.
  • the spring 12 does not act here on the magnet armature 9, but on a spring plate 21, which is firmly connected to the nozzle needle 7 or is made in one piece with the nozzle needle 7.
  • the collar 15 is thinner and therefore flexible compared to the embodiment of FIG. 1, so that the order in which the sealing surfaces 10, 11 touch the respective valve seats 13, 14 during the closing movement is reversed compared to the first embodiment can take place: First, the inner sealing surface 10 rests on the inner valve seat 13. Since the collar 15 is made relatively thin, it is elastically deformed under the action of the closing force which the spring 12 exerts on the nozzle needle 7 until the outer sealing surface 11 rests on the outer valve seat 14.
  • the elastic properties of the collar 15 must be matched to the axial distance between the sealing surfaces 10, 11 and the somewhat smaller distance between the valve seats 13, 14.
  • the arrangement of the spring 12 shown in FIG. 3 also allows the electromagnet 8 to be arranged further away from the outlet opening 6, if this is advantageous for reasons of space, for example.
  • the inner sealing surface 10 being conical here in a modification of the gas metering valve shown in FIG. 1, and correspondingly the inner valve seat 13 is also conically shaped.
  • the nozzle needle section 23 can be optimized in various ways.
  • Fig. 6a an embodiment is shown in which the nozzle needle section 23 is designed as a spring-like section 123, which significantly increases the flexibility.
  • the nozzle needle section 23 is shaped, for example, in a meandering or helical manner.
  • FIG. 6b shows a further exemplary embodiment in which the nozzle needle section 23 is designed as a bellows 223, which in particular significantly increases the longitudinal elasticity while at the same time having a relatively high flexural rigidity.
  • FIG. 6 c shows a nozzle needle section 23 which comprises a tapered section 323.
  • the desired elasticity or flexibility can easily be set via the diameter of this section.
  • this can either be made very flexible and consist of a relatively soft material so that the sealing surface and valve seat can adapt to one another.
  • FIG. 7a where the inner valve seat 13 is formed on a sealing lip 25 and lies opposite the collar 15.
  • the sealing lip 25 is deformed by the closing force of the spring 12, so that the sealing lip 25 clings to the inner sealing surface 10 and closes the inner flow cross section 17.
  • an elastomer for sealing will be indicated, as is shown by way of example in FIG. 7b.
  • the elastomer seal 26 is arranged on the collar 15 and ensures reliable sealing of the inner flow cross section 17.
  • the elastomer seal 26 ' can also be applied to the inner valve seat 13, as shown in FIG. 7c.
  • one Elastomer seal on a conical inner sealing surface 10, as shown in FIG. 7d, can be provided.

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Abstract

Gasdosierventil zur dosierten Abgabe von gasförmigem Kraftstoff, mit einem Gehäuse (1), das einen Gasraum (2) mit einer Einlassöffnung (5) und mit einer Auslassöffnung (6) aufweist. Im Gasraum (2) ist eine Düsennadel (7) längsbeweglich angeordnet, die durch einen elektrischen Aktor (8) entgegen einer Rückstellkraft bewegbar ist und an der eine innere Dichtfläche (10) und eine äußere Dichtfläche (11) ausgebildet sind. Dabei wirkt die innere Dichtfläche (10) mit einem inneren Ventilsitz (13) zur Steuerung eines inneren Strömungsquerschnitts (17) und die äußere Dichtfläche (11) mit einem äußeren Ventilsitz (14) zur Steuerung eines äußeren Strömungsquerschnitts (18) zusammen. Durch eine Öffnungsbewegung der Düsennadel (7) wird sowohl der innere Strömungsquerschnitt (17) als auch der äußere Strömungsquerschnitt (18) aufgesteuert. Bei der Schließbewegung der Düsennadel (7) setzt entweder zuerst die äußere Dichtfläche (11) auf dem äußeren Ventilsitz (14) oder zuerst die innere Dichtfläche (10) auf dem inneren Ventilsitz (13) auf. Dabei werden Teile der Düsennadel (7) oder des Ventilkörpers (3) durch die Rückstellkraft so elastisch verformt, dass auch die jeweils andere Dichtfläche (10, 11) auf dem ihr zugeordneten Ventilsitz (13, 14) aufsetzt.

Description

Titel
Gasdosierventil
Die Erfindung betrifft ein Gasdosierventil, wie es beispielsweise Verwendung fin- det, um gasförmigen Kraftstoff direkt in einem Brennraum oder in einen Ansaug- trakt einer Brennkraftmaschine dosiert abzugeben.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Gasdosierventile zur dosierten Abgabe von gasförmigem Kraftstoff bekannt. Die WO 2018/007068 A1 zeigt ein Gasdosier- ventil mit einem Ventilelement, das beweglich im Gasraum des Dosierventils an- geordnet ist und das durch einen Elektromagneten gegen die Kraft einer Rück- stellfeder bewegt werden kann. Dabei sind am Ventilelement zwei Dichtflächen ausgebildet, die mit je einem zugeordneten Ventilsitz zur Steuerung jeweils eines Strömungsquerschnitts Zusammenwirken, wobei zwei parallele Strömungspfade eröffnet werden. Das in den Gasraum einströmende Gas passiert einen der ge- öffneten Strömungsquerschnitte und gelangt schließlich durch eine oder mehrere Eindüsöffnungen nach außen.
Bei Gasdosierventilen, wie sie zur Eindosierung von Wasserstoff verwendet wer- den, ist die Abdichtung besonders wichtig. Wasserstoff kann aufgrund der gerin- gen Molekülgröße auch durch sehr kleine Spalte diffundieren. Insbesondere bei langen Standzeiten eines Motors mit einem entsprechenden Dosierventil kann es problematisch werden, wenn ständig auch nur geringe Mengen Wasserstoff ent- weichen. Mit einer Metall-Metall-Dichtung lässt sich eine ausreichende Abdich- tung nicht oder nur schwer erreichen, so dass die Verwendung einer Elastomer- dichtung in der Regel unumgänglich ist. Soll gasförmiger Kraftstoff direkt in einen Brennraum eindosiert werden, so ist das Dosierventil jedoch den hohen Tempe- raturen ausgesetzt, wie sie bei der Verbrennung entstehen, was zu Schäden an der Elastomerdichtung führen kann. Um dies zu verhindern, kann der elastomer- beschichtete Dichtsitz weit von der Auslassöffnung des Dosierventils angeordnet werden, was die Temperaturen am Dichtsitz senkt, jedoch zu einem erheblichen Totvolumen im Dosierventil führt, das direkt mit dem Brennraum über die Aus- lassöffnung verbunden ist und eine exakte Dosierung des gasförmigen Kraftstoffs erschwert.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Gasdosierventil weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine sichere Abdichtung des Gasdosierventils auch bei längeren Standzei- ten gegeben ist und gleichzeitig eine exakte Dosierung des gasförmigen Kraft- stoffs ermöglicht wird. Dazu weist das Gasdosierventil ein Gehäuse auf, das ei- nen Gasraum mit einer Einlassöffnung und mit einer Auslassöffnung umfasst. Im Gasraum ist längsbeweglich eine Düsennadel angeordnet, die durch einen elektrischen Aktor entgegen einer Rückstellkraft bewegbar ist und an der eine in- nere Dichtfläche und eine äußere Dichtfläche ausgebildet sind, die jeweils mit ei- nem zugeordneten Ventilsitz zur Steuerung eines inneren Strömungsquerschnitts bzw. eines äußeren Strömungsquerschnitts Zusammenwirken. Dabei wird durch eine Öffnungsbewegung der Düsennadel sowohl der innere Strömungsquer- schnitt als auch der äußere Strömungsquerschnitt aufgesteuert, so dass der gas- förmige Kraftstoff zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung zuerst den inneren Strömungsquerschnitt und anschließend den äußeren Strömungs- querschnitt durchströmt. Bei der Schließbewegung der Düsennadel setzt entwe- der zuerst die äußere Dichtfläche auf dem äußeren Ventilsitz oder zuerst die in- nere Dichtfläche auf dem inneren Ventilsitz auf, wobei Teile der Düsennadel oder des Ventilkörpers durch die Rückstellkraft so elastisch verformt werden, dass auch die jeweils andere Dichtfläche auf dem ihr zugeordneten Ventilsitz aufsetzt.
Ist die Düsennadel in ihrer Öffnungsstellung, so durchströmt das Gas nacheinan- der den ersten und zweiten Strömungsquerschnitt auf dem Weg zur Auslassöff- nung des Dosierventils. Bewegt sich die Düsennadel nunmehr zur Beendigung der Dosierung in Schließrichtung, so setzt beispielsweise zuerst die äußere Dichtfläche auf dem äußeren Ventilsitz auf und verschließt damit den äußeren Strömungsquerschnitt, der nahe am Brennraum angeordnet ist und damit potenti- ell hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Da dieser Dichtsitz wegen der hohen Temperaturen nicht mit einem Elastomer beschichtet werden kann, weist er je- doch nicht die für längere Standzeiten notwendige, nahezu absolute Dichtheit auf. Um auch den inneren Strömungsquerschnitt sicher zu verschließen, ist die Düsennadel so elastisch verformbar ausgebildet, dass sich ein Düsennadelab- schnitt zwischen der inneren Dichtfläche und der äußeren Dichtfläche bei der weiteren Schließbewegung soweit verlängert, dass auch die innere Dichtfläche auf dem zugeordneten Ventilsitz dichtend aufsetzt. Diese doppelte Abdichtung des Strömungspfads innerhalb des Gasraums bewirkt schließlich die notwendige Abdichtung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Düsennadelabschnitt zwischen den beiden Dichtflächen einen Federbalg oder einen federartigen Abschnitt. Dadurch wird die gewünschte Elastizität erreicht und damit die Funktionalität in einfacher Weise realisiert. Alternativ kann der Düsennadelabschnitt auch einen verjüngten Abschnitt umfassen, um die erforderliche Elastizität zu erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Ventil- sitz an einer ins Innere des Gasraums ragenden Dichtlippe ausgebildet. Dies ergibt eine zusätzliche Elastizität, was die Elastizität der Düsennadel unterstüt- zen oder auch ersetzen kann. Vorteilhafterweise kann dabei der innere Ventilsitz an einer ins Innere des Gasraums ragenden Dichtlippe ausgebildet sein, über de- ren Form die gewünschte Elastizität leicht eingestellt werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem inneren Ventilsitz oder auf der inneren Dichtfläche eine Elastomerdichtung aufgebracht. Dadurch wird an dieser Stelle eine praktisch absolute Dichtheit erreicht, so dass auch bei län- gerer Standzeit des Ventils kein Gas über die Auslassöffnung aus dem Gasraum ausströmen kann.
In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Düsennadel durch eine vor- gespannte Feder beaufschlagt, die die Rückstellkraft erzeugt. Die Feder sorgt damit dafür, dass das Dosierventil geschlossen bleibt, wenn der Elektromagnet keine Öffnungskraft auf das Ventilelement ausübt, also insbesondere, wenn das Dosierventil abgeschaltet ist. Die Schließfeder erzeugt auch die notwendige Kraft, um die Düsennadel oder andere Teile des Gasdosierventils elastisch zu verformen und damit das Aufsetzen beider Dichtflächen auf den jeweiligen Ventil- sitzen zu ermöglichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die innere Dichtfläche und der zugeordnete innere Ventilsitz und/oder die äußere Dichtfläche und der zugeord- nete äußere Ventilsitz konisch ausgestaltet. Dadurch kann zum einen der Strö- mungsquerschnitt und der Strömungsverlauf gezielt beeinflusst werden und zum anderen wird dadurch der Verschleiß im Bereich der Dichtflächen vermindert.
Zeichnung
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele von erfindungsgemä- ßen Gasdosierventilen dargestellt. Es zeigt
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasdosier- ventils im Längsschnitt in einer geöffneten Stellung und Figur 2 dasselbe Gasdosierventil in geschlossener Stellung,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasven- tils, ebenfalls im Längsschnitt,
Figur 4 und
Figur 5 weitere Ausführungsbeispiele, wobei die Form der Dichtflächen und Ventilflächen abgewandelt ist,
Figur 6a 6b und 6c weitere Ausführungsbeispiele mit abgewandelten Formen der Düsennadel und
Figur 7a, 7b, 7c und 7d Detaildarstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen mit verschiedenen Dichtsitzformen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasdosier- ventils im Längsschnitt dargestellt, wobei nur die wesentlichen Teile des Gasdo- sierventils gezeigt sind. Das Gasdosierventil umfasst ein Gehäuse 1, das einen Ventilkörper 3 und einen Haltekörper 4 umfasst, wobei der Ventilkörper 3 und der Haltekörper 4 durch eine nicht näher dargestellte Spannvorrichtung fest gegenei- nander verspannt sind. Im Ventilkörper 3 ist ein Gasraum 2 ausgebildet, der über eine Einlassöffnung 5 mit gasförmigem Kraftstoff befüllbar ist und aus dem über eine Auslassöffnung 6 gasförmiger Kraftstoff dosiert abgegeben werden kann. Im Gasraum 2 ist längsverschiebbar eine kolbenförmige Düsennadel 7 angeordnet, die an ihrem der Einlassöffnung 5 zugewandten Ende mit einem Magnetanker 9 verbunden ist. Der Magnetanker 9 wirkt mit einem im Haltekörper 4 angeordne- ten und den Düsenkörper 3 umgebenden Elektromagneten 8 zusammen, wodurch die Düsennadel 7 entgegen der Kraft einer Feder 12 in Längsrichtung bewegt werden kann. Dabei ist die Feder 12 unter Druckvorspannung zwischen einem Absatz im Ventilkörper 3 und dem Magnetanker 9 angeordnet. An der Dü- sennadel 7 ist ein Bund 15 mit einer inneren Dichtfläche 10 ausgebildet, die mit einem inneren Ventilsitz 13 zum Öffnen und Schließen eines inneren Strömungs- querschnitts 17 zusammenwirkt, durch den gasförmiger Kraftstoff in Richtung der Auslassöffnung 6 strömen kann. An dem der Auslassöffnung 6 zugewandten Ende der Düsennadel 7 ist eine Dichtplatte 16 ausgebildet mit einer konischen äußeren Dichtfläche 11, die mit einem ebenfalls konischen äußeren Ventilsitz 14 am Ventilkörper 3 zum Öffnen und Schließen eines äußeren Strömungsquer- schnitts 18 zusammenwirkt.
Ist der Elektromagnet 8 bestromt, so zieht er die Düsennadel 7 gegen die Kraft der Feder 12 in Richtung der Auslassöffnung 6, wobei die innere Dichtfläche 10 und die äußere Dichtfläche 11 vom inneren Ventilsitz 13 bzw. vom äußeren Ven- tilsitz 14 abheben und beide Strömungsquerschnitte 17, 18 freigeben. Gasförmi- ger Kraftstoff strömt dann von der Einlassöffnung 5 durch den Gasraum 2 zur Auslassöffnung 6 und wird so beispielsweise in einen Brennraum abgegeben. Wird die Bestromung des Elektromagneten 8 unterbrochen, so drückt die Feder 12 die Düsennadel 7 zurück in ihre Schließstellung, wobei beide Strömungsquer- schnitte 17, 18 verschlossen werden. In Fig. 1 ist die geöffnete Stellung gezeigt, wie sie sich bei bestromtem Elektromagneten 8 einstellt, Fig. 2 zeigt entspre- chend die geschlossene Stellung bei ausgeschaltetem Elektromagneten 8.
Damit beide Strömungsquerschnitte 17, 18 ausreichend abdichten, weist die Dü- sennadel 7 einen Düsennadelabschnitt 23 auf, der zwischen dem die innere Dichtfläche 10 aufweisenden Bund 15 und der äußeren Dichtfläche 11 ausgebil- det ist und der eine Elastizität aufweist, durch die eine Abdichtung an beiden Dichtflächen 10, 11 erfolgen kann, ohne dass eine statische Überbestimmung vorliegt: Bei der Schließbewegung der Düsennadel 7 setzt zuerst die äußere Dichtfläche 11 auf dem äußeren Ventilsitz 14 auf, wobei die innere Dichtfläche 10 zu diesem Zeitpunkt noch etwas vom inneren Ventilsitz 13 beabstandet ist. Durch die Kraft der Feder 12 wird der Düsennadelabschnitt 23 anschließend soweit ver- längert, dass schließlich auch die innere Dichtfläche 10 auf dem inneren Ventil- sitz 13 aufsetzt, wodurch auch der innere Strömungsquerschnitt 17 geschlossen wird. Der Unterschied zwischen dem axialen Abstand der Ventilsitze 13, 14 ei- nerseits und der Dichtflächen 10, 11 andererseits beträgt dabei beispielsweise 10 μm, damit sich der Düsennadelabschnitt entsprechend längen kann, ohne seine Stabilität einzubüßen.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasdo- sierventils dargestellt. Die Feder 12 greift hier nicht am Magnetanker 9 an, son- dern an einem Federteller 21, der mit der Düsennadel 7 fest verbunden ist oder einstückig mit der Düsennadel 7 gefertigt ist. Der Bund 15 ist gegenüber der Aus- führungsform der Fig. 1 dünner und damit flexibel ausgebildet, so dass die Rei- henfolge, mit der die Dichtflächen 10, 11 auf den jeweiligen Ventilsitzen 13, 14 bei der Schließbewegung aufsetzen, gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel umgekehrt erfolgen kann: Zuerst setzt die innere Dichtfläche 10 auf dem inneren Ventilsitz 13 auf. Da der Bund 15 relativ dünn ausgebildet ist, verformt sich dieser elastisch unter der Wirkung der Schließkraft, die die Feder 12 auf die Düsenna- del 7 ausübt, bis die äußere Dichtfläche 11 auf dem äußeren Ventilsitz 14 auf- setzt. Die elastischen Eigenschaften des Bundes 15 müssen entsprechend auf den axialen Abstand der Dichtflächen 10, 11 und den etwas geringeren Abstand der Ventilsitze 13, 14 abgestimmt sein. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung der Fe- der 12 erlaubt darüber hinaus, den Elektromagneten 8 weiter von der Auslassöff- nung 6 entfernt anzuordnen, falls dies beispielsweise aus Platzgründen vorteil- haft ist.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasdo- sierventils, wobei hier in Abwandlung des in Fig. 1 gezeigten Gasdosierventils die innere Dichtfläche 10 konisch ausgebildet ist, und entsprechend ist auch der innere Ventilsitz 13 konisch geformt. Der Öffnungswinkel a des Konus ist dabei vorteilhafterweise größer als der Öffnungswinkel ß der äußeren Dichtfläche, da- mit das elastische Eindringen und damit das Abdichten am inneren Ventilsitz 13 verstärkt erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn der Konuswinkel des inneren Ventilsitzes 13 als Flachsitz oder nahezu als Flachsitz ausgeführt ist, also mit einem Winkel α von 160° bis 180°, wie in Fig. 5 im Grenzfall α = 180° dargestellt.
Um die notwendige Flexibilität und elastische Dehnbarkeit der Düsennadel 7 zu erreichen, kann der Düsennadelabschnitt 23 auf verschiedene Weise optimiert werden. In Fig. 6a ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Düsenna- delabschnitt 23 als federartiger Abschnitt 123 ausgeführt ist, was die Flexibilität deutlich erhöht. Der Düsennadelabschnitt 23 ist dazu beispielsweise mäanderför- mig oder schraubenförmig geformt.
Fig. 6b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Düsennadelabschnitt 23 als Federbalg 223 ausgebildet ist, was insbesondere die Längselastizität deut- lich erhöht bei gleichzeitig relativ hoher Biegesteifigkeit.
Fig. 6c zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel einen Düsennadelabschnitt 23, der einen verjüngten Abschnitt 323 umfasst. Über den Durchmesser dieses Abschnitts kann die gewünschte Elastizität bzw. Flexibilität leicht eingestellt wer- den.
Um die gewünschte Dichtheit am inneren Ventilsitz 13 zu erreichen, insbeson- dere zur Abdichtung von Wasserstoffgas, kann dieser entweder sehr flexibel aus- gebildet sein und aus einem relativ weichen Material bestehen, damit sich Dicht- fläche und Ventilsitz aneinander anpassen können. Dies ist in Fig. 7a dargestellt, wo der innere Ventilsitz 13 an einer Dichtlippe 25 ausgebildet ist und dem Bund 15 gegenüber liegt. Bei der Schließbewegung der Düsennadel 7 verformt sich die Dichtlippe 25 durch die Schließkraft der Feder 12, so dass sich die Dichtlippe 25 an die innere Dichtfläche 10 anschmiegt und den inneren Strömungsquerschnitt 17 schließt.
Meist wird jedoch die Verwendung eines Elastomers zur Abdichtung angezeigt sein, wie dies beispielhaft in Fig. 7b gezeigt ist. Die Elastomerdichtung 26 ist am Bund 15 angeordnet und sorgt für eine sichere Abdichtung des inneren Strö- mungsquerschnitts 17. Alternativ kann die Elastomerdichtung 26' auch auf dem inneren Ventilsitz 13 aufgebracht sein, wie in Fig. 7c gezeigt. Auch eine Elastomerdichtung an einer konisch ausgebildeten inneren Dichtfläche 10, wie in Fig. 7d gezeigt, kann vorgesehen sein.

Claims

Ansprüche
1. Gasdosierventil zur dosierten Abgabe von gasförmigem Kraftstoff, mit einem Gehäuse (1), das einen Gasraum (2) mit einer Einlassöffnung (5) und mit ei- ner Auslassöffnung (6) aufweist, und mit einer im Gasraum (2) längsbeweg- lich angeordneten Düsennadel (7), die durch einen elektrischen Aktor (8) ent- gegen einer Rückstellkraft bewegbar ist und an der eine innere Dichtfläche (10) und eine äußere Dichtfläche (11) ausgebildet sind, wobei die innere Dichtfläche (10) mit einem inneren Ventilsitz (13) zur Steuerung eines inneren Strömungsquerschnitts (17) und die äußere Dichtfläche (11) mit einem äuße- ren Ventilsitz (14) zur Steuerung eines äußeren Strömungsquerschnitts (18) Zusammenwirken, und wobei durch eine Öffnungsbewegung der Düsennadel (7) sowohl der innere Strömungsquerschnitt (17) als auch der äußere Strö- mungsquerschnitt (18) aufgesteuert werden und der gasförmige Kraftstoff zwischen Einlassöffnung (5) und Auslassöffnung (6) zuerst den inneren Strö- mungsquerschnitt (17) und anschließend den äußeren Strömungsquerschnitt (18) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schließbewegung der Düsennadel (7) entweder zuerst die äußere Dichtfläche (11) auf dem äußeren Ventilsitz (14) oder zuerst die innere Dicht- fläche (10) auf dem inneren Ventilsitz (13) aufsetzt und Teile der Düsennadel (7) oder des Ventilkörpers (3) durch die Rückstellkraft so elastisch verformt werden, dass auch die jeweils andere Dichtfläche (10, 11) auf dem ihr zugeordneten Ventilsitz (13, 14) aufsetzt.
2. Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schließbewegung der Düsennadel (7) zuerst die äußere Dichtfläche (11) auf dem äußeren Ventilsitz (14) aufsetzt und sich ein Düsennadelabschnitt (23), der zwischen der inneren Dichtfläche (10) und der äußeren Dichtfläche (11) ausgebildet ist, bei der weiteren Schließbewegung soweit längt, dass auch die innere Dichtfläche (10) auf dem inneren Ventilsitz (13) dichtend aufsetzt.
3. Gasdosierventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsen- nadelabschnitt (23) zwischen der inneren Dichtfläche (10) und der äußeren Dichtfläche (11) einen Federbalg (223) oder einen federartigen Abschnitt (123) umfasst.
4. Gasdosierventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsen- nadelabschnitt (23) zwischen der inneren Dichtfläche (10) und der äußeren Dichtfläche (11) einen verjüngten Abschnitt (323) umfasst.
5. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Ventilsitz (13) elastisch verformbar ist.
6. Gasdosierventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere
Ventilsitz (13) an einer ins Innere des Gasraums (2) ragenden Dichtlippe (25) ausgebildet ist.
7. Gasdosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Dichtfläche (10) an einem Bund (15) der Düsennadel ausgebildet ist und der Bund (15) elastisch verformbar ist.
8. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf den inneren Ventilsitz (13) oder auf die innere Dichtfläche (10) eine Elastomerdichtung (26) aufgebracht ist.
9. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (7) durch eine vorgespannte Feder (12) beaufschlagt ist, die die Rückstellkraft erzeugt.
10. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Öffnungsstellung der Düsennadel (7) der innere Strömungsquer- schnitt (17) größer als der äußere Strömungsquerschnitt (18) ist.
11. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Dichtfläche (10) und der innere Ventilsitz (13) konisch ge- formt sind.
12. Gasdosierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Dichtfläche (11) und der äußere Ventilsitz (14) konisch ge- formt sind.
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