WO2022161688A1 - GASINJEKTOR MIT REDUZIERTEM VERSCHLEIß UND DÄMPFUNGSEINRICHTUNG - Google Patents

GASINJEKTOR MIT REDUZIERTEM VERSCHLEIß UND DÄMPFUNGSEINRICHTUNG Download PDF

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WO2022161688A1
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gas injector
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closing element
brake
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Martin Mueller
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a gas injector for blowing in a gaseous fuel, in particular hydrogen or natural gas or the like, with reduced wear and improved damping behavior, in particular for internal combustion engines.
  • the gas injector is designed in particular for direct injection into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Gas injectors are known from the prior art in different configurations.
  • a problem with gas injectors is inherent in the fact that due to the gaseous medium to be blown in, no lubrication is possible with the medium, as is possible, for example, with fuel injectors that inject gasoline or diesel. This results in excessive wear during operation compared to fuel injectors for liquid fuels. In this context, it would be desirable to have a gas injector with improved wear behavior.
  • the gas injector according to the invention for blowing in a gaseous fuel with the features of claim 1 has the advantage that wear on the gas injector can be significantly reduced.
  • the service life of the gas injector is lengthened and essentially corresponds to the service life of a fuel injector for liquid fuels.
  • a closing element can carry out a significantly better damped closing process, so that wear on the valve seat and on other components of the closing element is reduced or is prevented.
  • this is achieved in that the gas injector has a lubricant which is located in a closed lubricant space and in which movable parts of the gas injector are arranged.
  • the gas injector includes a magnetic actuator with an armature, an inner pole and a coil.
  • the armature which is mechanically connected to a closing element that opens and closes a gas path on a valve seat, is provided in order to enable a movement for opening and/or closing the injector.
  • the armature located in the lubricant space which is pulled against the inner pole of the magnetic actuator due to electromagnetic forces when the coil is energized, is therefore located inside the lubricant space and is constantly supplied and lubricated with lubricant. As a result, wear on the armature is significantly reduced in comparison with the gas injectors previously known from the prior art.
  • a flexible sealing element which seals the lubricant space in a partial area. Furthermore, by using the sealed lubricant space filled with lubricant, the service life of the gas injector can be extended significantly.
  • the lubricant space is preferably completely filled with lubricant.
  • the gas injector comprises a braking device which is arranged in the lubricant chamber and is set up to brake the closing element from the open to the closed state during a resetting process of the gas injector.
  • the braking device comprises a braking bolt, a damping space which is in fluid communication with the lubricant space, and an elastic braking element, in particular a spring.
  • the braking bolt and the elastic braking element are in operative connection with the closing element and/or the armature, with the braking bolt also being set up during the reset process to displace lubricant from the damping chamber in order to dampen a return of the brake bolt and thus a return of the closing element.
  • the provision of the damping chamber can prevent the formation of vapor bubbles in the liquid lubricant when the hydraulic sticking is overcome, see above that in particular wear due to cavitation can be prevented.
  • This is additionally supported by the acceleration of the additional masses provided with the braking device.
  • a further deceleration is realized by the displacement of the lubricant between the armature and the brake bolt.
  • a return speed of the closing element can also be further reduced by friction of guide elements or the like with the braking bolt. All this reduces the impact force of the anchor at the stop, so that the service life of the anchor can be further extended.
  • the brake bolt comprises in particular a main body with a contact surface which is arranged on a side of the main body of the brake bolt facing the closing element and can be brought into operative connection with the closing element and serves as a stop surface.
  • the main body is preferably cylindrical. More preferably, an annular flange is arranged on the side of the main body facing the closing element. The annular flange preferably serves as a stop surface.
  • the elastic braking element of the braking device is arranged in the damping space.
  • the elastic braking element is preferably a compression spring, in particular a cylinder spring.
  • the damping space is in fluid communication with the lubricant space via a guide play of the brake bolt.
  • the gas injector also includes a throttle which connects the damping space to the lubricant space.
  • the throttle ensures that the damping process can run in a defined manner, since the lubricant is then transferred from the damping chamber to the lubricant chamber via the throttle.
  • the throttle is preferably a small connecting hole between the damping chamber and the lubricant chamber.
  • the gas injector further preferably comprises an anchor bolt which bears against the closing element, the anchor bolt being connected to the anchor.
  • An end of the anchor bolt facing away from a sealing seat of the gas injector is designed to come into contact with the brake bolt when the gas injector is in the closed state.
  • the closing element is preferably a valve needle.
  • the closing element and the anchor bolt are preferably firmly connected to one another, particularly preferably via a spring plate.
  • the gas injector preferably includes an anchor bolt guide in which the anchor bolt is guided.
  • the anchor bolt guide forms a stop for the brake bolt.
  • the gas injector comprises a guide body which is arranged in the lubricant chamber and has a guide area for guiding the brake bolt.
  • the guide body preferably has a recess, in particular at an end of the guide body directed toward the sealing seat, in which the brake bolt is guided.
  • a first gap between the brake bolt and the armature bolt guide preferably has a first width B, which is smaller than a second gap with a second width C between the armature and the inner pole.
  • the axial gap B between the armature bolt guide and the brake bolt is preferably in a range from 1% to 90% of the axial gap C between the armature and the inner pole.
  • the axial gap B between the anchor bolt guide and the brake bolt is particularly preferably smaller than 25% of the axial gap C, more preferably in a range from 3% to 20% of the axial gap C.
  • the axial gap C preferably has a size of 0.05 mm to 3 mm, in particular 0.8 mm.
  • the first and second flexible sealing elements are each a membrane or each a rubber element.
  • the membrane can be single-layer or multi-layer and can be fixed, for example by means of laser welding, to the respective components for sealing the lubricant chamber.
  • the flexible sealing element of the lubricant space preferably comprises a first and a second flexible sealing element.
  • the two sealing elements are particularly preferably bellows.
  • the lubricant chamber is thus sealed by two flexible sealing elements, which means that if the lubricant is displaced in the lubricant chamber, it can be prevented that an unfavorable overpressure or negative pressure develops, which, for example, can exert an unwanted force on the closing element of the gas injector via components of the lubricant reservoir.
  • By providing two flexible sealing elements even if an unfavorable force is exerted on one of the sealing elements, which could lead to an increase in pressure in the sealed lubricant space, compensation can be provided by the second flexible sealing element. Thus, an undesirable change in pressure inside the sealed lubricant space can be successfully prevented.
  • the accumulator spring exerts a predetermined force on the lubricant in the closed lubricant space, preferably from the outside.
  • An overpressure of between 0.5 and 10.times.10.sup.5 Pa is preferably exerted here, particularly preferably 1 to 5.times.10.sup.5 Pa.
  • the lubricant in the lubricant space can thus be brought under a predetermined pretension, as a result of which undesired deformations which could have an impact on a stroke of the closing element can be reliably prevented.
  • the first flexible sealing element is a first bellows and the second flexible sealing element is a second bellows.
  • the first and second bellows are of identical design, ie have the same mean bellows diameter and the same number of bellows corrugations. In this way, in particular, the production costs of the gas injector can be reduced.
  • the second bellows is more preferably connected to the accumulator spring via a spring plate. As a result, a simple and cost-effective structure can be implemented. Furthermore, as a result, a certain pretension can be exerted directly on the second bellows by means of the accumulator spring, as a result of which the rigidity of the second bellows is slightly increased compared to the first bellows.
  • the gas injector also includes a first and a second closing element guide.
  • the first and second closing element guides are preferably both arranged in the lubricant chamber.
  • the closing element preferably has only the two first and second closing element guides, so that all the guiding elements for the closing element are arranged inside the lubricant space filled with lubricant. This ensures that all important components of the gas injector inside the lubricant chamber are lubricated. As a result, a service life of the gas injector can in practice correspond to that of an injector for liquid fuels.
  • An oil in particular mineral oil, is preferably used as the lubricant.
  • a liquid fuel in particular diesel or petrol, is used.
  • a grease or a PAO oil (poly alpha olefins) or an ester oil or a polyglycol oil is used as the lubricant.
  • the first and second flexible sealing element are each a single-layer or multi-layer bellows.
  • the bellows is preferably made of metal or alternatively made of a plastic.
  • the first bellows is preferably fixed directly to the closing element with a first end and fixed to a housing component of the gas injector with another end.
  • Metal bellows for example, can be fixed by means of a welded connection.
  • a gas path of the gaseous fuel is preferably provided in an area between a valve housing of the gas injector and an actuator housing of the gas injector.
  • the actuator can be arranged in a housing and at least partially preassembled as an assembly.
  • the lubricant chamber can also be arranged in a relatively simple manner inside the actuator housing.
  • the gas path of the gaseous fuel is formed through a region of the magnet actuator, in particular through the coil space in which the coil of the magnet actuator is arranged.
  • a separate actuator housing for the magnetic actuator can be omitted.
  • An electrical contact is then particularly preferably routed through the gas path of the gaseous fuel. In this way, in particular, the complexity of the structure of the gas injector can be reduced. It should be noted that the electrical contact, which leads through the gas space, must of course be sealed from the outside.
  • a filter is arranged in the gas path for the gaseous fuel in order to filter out any solid particles present in the gaseous fuel or to filter out solid particles caused by manufacture or assembly.
  • a guide component is also preferably provided on the closing element, in particular if the closing element is a long valve needle.
  • the gas injector is preferably an outwardly opening injector. More preferably, the gas injector is pressure force balanced. As a result, the force required to open the gas injector by the magnetic actuator is independent of the gas pressure. The time it takes to open and close the injector after the start and end of current application is therefore also independent of the gas pressure. This in turn allows operation at different gas pressures. The gas pressure can be reduced if a small injection quantity is desired, and the gas pressure can be increased if a large injection quantity is desired.
  • the injector is pressure-force-balanced when the mean diameter of the bellows is equal to the diameter of the seat contact line between the closing element and the valve body. However, the mean bellows diameter can also be smaller or larger than the seat diameter.
  • the total closing force on the valve needle is reduced with a higher gas pressure and the injector opens faster when energized and closes more slowly after energizing. This results in an increased gas injection volume.
  • the closing force on the valve needle increases with a higher gas pressure. This in turn can compensate for an increase in the amount of seat leakage due to the higher gas pressure.
  • a return preferably takes place by means of a return spring.
  • a pressure-balanced injector there is in particular no pressure force on the valve needle from the gaseous fuel when the gas injector is in the closed state, so that a load on the closing element can be significantly reduced.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a gas injector according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic enlarged partial sectional view of the
  • Figure 3 is a schematic, enlarged partial sectional view of a
  • a gas injector 1 according to a first preferred exemplary embodiment of the invention is described in detail below with reference to FIGS.
  • the gas injector 1 for introducing a gaseous fuel comprises a magnetic actuator 2, which moves a closing element 3, in this exemplary embodiment, an outwardly opening valve needle, from a closed state to an open state.
  • FIG. 1 shows the closed state of the gas injector.
  • the magnetic actuator 2 includes an armature 20, which by means of an armature bolt
  • the magnetic actuator 2 includes a Inner pole 21, a coil 22 and a magnet housing 23, which ensures a magnetic yoke of the magnetic actuator.
  • the gas injector 1 comprises a main body 7 with a connection pipe 70 through which the gaseous fuel is supplied.
  • a valve housing 8 in which the magnetic actuator 2 is arranged is fixed to the main body 7 .
  • the valve housing 8 is followed by a housing sleeve 19 and a valve tube 90, at the free end of which a valve seat 11 is provided, on which the closing element 3 releases and closes a passage for the gaseous fuel.
  • FIG. 1 shows an electrical connection 13, which is routed through the main body 7 to the magnetic actuator 2.
  • the reference numeral 10 designates a resetting element for the closing element 3 in order to reset it back into the closed state shown in FIG. 1 after an opening process.
  • FIG. 1 also shows a gas flow as a gas path 14 through the gas injector 1 .
  • the gas flow begins at the connection pipe 70 and is then diverted into an annular space 80 between the valve housing 8 and the main body 7.
  • the gas flow 14 continues past an outer area of the magnetic actuator 2 through a filter 15 to in front of the valve seat 11 Breakthroughs are provided in the respective components, which are not all shown in FIG.
  • the gas injector 1 When the gas injector 1 opens, the gaseous fuel then flows past the outer circumference of the magnetic actuator 2 and the open valve seat 11 into a combustion chamber of an internal combustion engine, which is indicated by the arrows A in FIG.
  • the closing element 3 thus releases the gas path 14 on the valve seat 11 and closes it.
  • a first guide area 31 and a second guide area 32 are provided for guidance between the closing element 3 and a valve body 9, as can be seen in detail from FIG.
  • the first guide area 31 is formed directly between the closing element 3 and the valve body 9 close to the valve seat.
  • the second guide area 32 is included formed between a spring plate 16 and the valve body 9.
  • the spring plate 16 is firmly connected to the closing element 3 , with the restoring element 10 being supported between the valve body 9 and the spring plate 16 .
  • the gas injector 1 comprises a closed lubricant space 4.
  • the closed lubricant space 4 is completely or partially filled with a liquid lubricant, e.g. oil.
  • the first and second flexible sealing element 51, 52 is each designed as a bellows.
  • the first and second flexible sealing element 51, 52 is of the same design.
  • the flexible sealing elements 51, 52 can also be, for example, a membrane or a hose or the like instead of a bellows.
  • the second flexible sealing element 52 is fixed to an accumulator spring plate 41, for example by means of a welded connection.
  • the gas injector 1 includes an accumulator compression spring 40 which is supported on the main body 7 and pretensions the second flexible sealing element 52 via the accumulator spring plate 41 .
  • Connecting bores 18a are provided in the guide body 18 so that the lubricant located in the lubricant chamber 4 is also located in the area within the second flexible sealing element 52 .
  • the first flexible sealing element 51 is fixed directly to the closing element 3 and connected to the valve body 9 at the other end.
  • transverse bores 91 are provided in the valve body 9 so that there is a fluid connection between the interior of the first flexible sealing element 51 and the interior of the valve body 9 .
  • the lubricant space 4 thus has two flexible sealing elements 51 , 52 and the accumulator compression spring 40 .
  • the accumulator pressure spring 40 exerts a certain preload, for example 1 x 10 5 Pa, on which there is a pressure in the lubricant chamber 4 existing lubricants. If, during an opening process, the lubricant is displaced by the stroke of the closing element 3 or by thermal expansion or cooling of the lubricant, any overpressure/negative pressure that may arise inside the lubricant chamber 4 can be caused by deflection at the second flexible sealing element 52 in conjunction with a contraction of the Storage pressure spring 40 are compensated.
  • the flexible sealing element 51 can thus be avoided by an unwanted force acting on the closing element 3 via the active surface of the bellows.
  • the anchor bolt 24 with the anchor 20 fixed thereto is arranged in the closed lubricant space 4 . Since the lubricant chamber 4 is filled with a lubricant, for example a liquid fuel such as petrol or diesel, or a grease or the like, the armature 20 is continuously lubricated. In this way, the problem that occurs in the prior art with gaseous fuels, namely that the moving parts are not lubricated, can be compensated for.
  • a lubricant for example a liquid fuel such as petrol or diesel, or a grease or the like
  • a filling channel 17a is provided for filling the closed lubricant space 4 .
  • the filling channel 17a is sealed in a fluid-tight manner by means of a sealing ball 17 .
  • a braking device 6 is also arranged in the closed lubricant space 4 .
  • the braking device 6 comprises a braking bolt 60, a damping chamber 62 filled with lubricant and an elastic braking element 61.
  • the damping chamber 62 is in fluid communication with the lubricant chamber 4.
  • the braking bolt 60 and the elastic braking element 61 are in an operative connection with the closing element 3 when the gas injector returns to the closed starting position to achieve in the closed state of the gas injector ( Figure 1).
  • the brake bolt 60 is guided in the guide body 18 .
  • the damping space 62 is formed directly on the brake bolt 60 on a side of the brake bolt 60 facing away from the valve seat 11 .
  • the damping chamber 62 is connected to the connecting bores 18a and thus to the main area of the lubricant chamber 4 via a throttle 63, which is a small bore.
  • the brake spring 61 is arranged in a spring space 67 .
  • the brake bolt 60 has a contact surface 60a which is in contact with the anchor bolt 24 .
  • the closed state which is shown in FIG. 2, there is a first gap 101 between the brake bolt 60 and a stationary anchor bolt guide 25.
  • the anchor bolt guide 25 guides the anchor bolt 24 during an opening and closing process.
  • the braking spring 61 is arranged between the braking bolt 60 and the guide body 18 .
  • the brake bolt 60 has a flange 60b which is provided with play relative to the guide body 18 .
  • a passage 65 which can be formed, for example, as a slot on the end of the guide body 18 directed towards the anchor bolt guide 25 .
  • a fluid connection for the lubricant from the spring chamber 67 via the guide play 64 and the passage 65 to the lubricant chamber 4 can thus be provided.
  • the first gap 101 is also formed between the contact surface 60a of the brake bolt 60 and the anchor bolt guide 25 .
  • the gap 101 has a first width B, which is smaller than a second width C between the armature 20 and the inner pole 21 (see Figures 1 and 2) at the second gap 102. This ensures that a stroke of the brake bolt 60 , which is prestressed in the axial direction by the compression spring 61, is smaller than a stroke of the armature 20. This allows sufficient fluid to flow from the lubricant chamber 4 via the throttle 63 into the damping chamber 62 during the injection process.
  • the damping process is further supported by the braking spring 61 and hydraulic adhesion of the braking bolt 60 to the anchor bolt guide 25 .
  • the damping space 62 can prevent cavitation during the closing process in this area between the anchor bolt guide 25 and the contact surface 60a of the brake bolt 60 . Friction of the brake bolt 60 in the guide body 18 also delays the restoring process and also the masses of the moving components to be accelerated in the entire lubricant chamber 4, which result in displacement of the lubricant in the closed lubricant chamber and thus additional braking during the closing process.
  • the damping behavior can be adjusted individually for the respective gas injector.
  • an abutment surface between the cushion bolt 60 and the anchor bolt guide 25 may be wedge-shaped, i.e. not perpendicular to a central axis X-X of the gas injector.
  • radial slots can be provided in the contact surface 60a or the end face of the anchor bolt guide 25, which is directed towards the brake bolt 60, as a result of which a cavitation effect is further reduced and prevented.
  • the gas injector 1 shown in FIG. 1 is pressure force balanced.
  • This means that the closing element 3 is connected to the valve body 9 via the first flexible sealing element 51, with the first flexible sealing element 51 designed as a metal bellows having an average diameter which is equal to a diameter on the valve seat 11 at which the closing element 3 on the valve seat 11 seals.
  • the first flexible sealing element 51 designed as a metal bellows having an average diameter which is equal to a diameter on the valve seat 11 at which the closing element 3 on the valve seat 11 seals.
  • the closing element 3 when the closing element 3 has been placed in the open state (movement of the closing element 3 to the left in Figure 1) by actuating the magnetic actuator 2 and a gas injection is carried out, when the closing element 3 is reset, reliable damping is imminent the closing element is pressed into the valve seat 11 can be carried out.
  • the brake bolt 60 is pressed in the direction of the damping chamber 62 by the anchor bolt 24 and moves only as slowly as the lubricant is pressed out of the damping chamber 62 through the throttle 63 into the lubricant chamber 4 .
  • a closing speed of the closing element 3 is braked significantly and effectively before the closing element hits the valve seat 11 .
  • FIG. 3 shows a partial cross section of a gas injector according to a second exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.
  • FIG. 3 shows the braking device 6, which is designed differently from that in the first exemplary embodiment.
  • the damping chamber 62 is no longer connected to the lubricant chamber 4 via a throttle, but via a guide play 64 between the brake bolt 60 and the guide body 18.
  • a connection to the lubricant chamber 4 is then established via one or more passages 65, which extend in the radial direction are formed on the end face of the guide body 18, ensured.
  • the brake spring 61 is arranged in the damping space 62 .
  • the anchor bolt 24 thus presses onto the contact surface 60a of the brake bolt 60 so that the brake bolt is pressed in the direction of the arrow 66 towards the guide body 18 .
  • Another advantage of the second embodiment is that there is a smaller volume of lubricant in the damping space 62 . In this way, in particular, vibrations on the brake bolt 60, which can result from the elasticity of the lubricant, can also be reduced.
  • the second exemplary embodiment corresponds to the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • the gas injector 1 can provide reduced wear on the moving parts, in particular on the valve seat 11 , armature 20 and in the armature bolt 24 . Furthermore, heat dissipation from the magnetic actuator 2 can be significantly improved by the sealed lubricant chamber 4 with a liquid lubricant. Furthermore, the two flexible sealing elements 51 , 52 can prevent unwanted forces from acting on the closing element 3 .

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs, umfassend einen Magnetaktor (2) mit einem Anker (20), einem Innenpol (21) und einer Spule (22), ein Schließelement (3), welches einen Gaspfad (14) an einem Ventilsitz (11) freigibt und verschließt, wobei der Anker (20) mit dem Schließelement (3) verbunden ist, einen abgeschlossenen Schmiermittelraum (4), der mit einem Schmiermittel gefüllt ist und in welchem der Anker (20) angeordnet ist, wobei das Schmiermittel eine Schmierung des Ankers (20) sicherstellt, ein flexibles Dichtelement (51, 52), welches den Schmiermittelraum (4) gegenüber dem Gaspfad (14) abdichtet, und eine im Schmiermittelraum (4) angeordnete Bremseinrichtung (6), welche eingerichtet ist, um das Schließelement (3) bei einem Rückstellvorgang des Gasinjektors vom geöffneten in den geschlossenen Zustand abzubremsen, wobei die Bremseinrichtung (6) einen Bremsbolzen (60), einen mit Schmiermittel gefüllten Dämpfungsraum (62), der mit dem Schmiermittelraum (4) in Fluidverbindung steht, und ein elastisches Bremselement (61) aufweist, wobei der Bremsbolzen (60) und das elastische Bremselement (61) beim Rückstellvorgang in Wirkverbindung mit dem Schließelement (3) bringbar sind, und der Bremsbolzen (60) beim Rückstellvorgang des Gasinjektors eingerichtet ist, Schmiermittel aus dem Dämpfungsraum (62) in den Schmiermittelraum (4) zu verdrängen, um eine Rückstellung des Schließelements (3) in den geschlossenen Zustand zu dämpfen.

Description

Beschreibung
Titel
Gasinjektor mit reduziertem Verschleiß und Dämpfungseinrichtung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas oder dergleichen mit einem reduzierten Verschleiß und verbessertem Dämpfungsverhalten insbesondere für Brennkraftmaschinen. Der Gasinjektor ist insbesondere für eine Direkteinblasung in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgelegt.
Gasinjektoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Ein Problemkreis bei Gasinjektoren liegt prinzipbedingt darin, dass aufgrund des gasförmigen, einzublasenden Mediums keine Schmierung durch das Medium möglich ist, wie dies beispielsweise bei Kraftstoffinjektoren, welche Benzin oder Diesel einspritzen, möglich ist. Daraus resultiert im Betrieb ein übermäßiger Verschleiß im Vergleich mit Kraftstoffinjektoren für flüssige Kraftstoffe. Hierbei wäre es wünschenswert, einen Gasinjektor mit einem verbesserten Verschleißverhalten zu haben.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist hiergegen den Vorteil auf, dass ein Verschleiß des Gasinjektors signifikant reduziert werden kann. Dadurch wird eine Lebensdauer des Gasinjektors verlängert und entspricht im Wesentlichen einer Lebensdauer eines Kraftstoffinjektors für flüssige Kraftstoffe. Ferner kann beim Schließen des Gasventils ein Schließelement einen deutlich besser gedämpften Schließvorgang durchführen, so dass ein Verschleiß am Ventilsitz und an weiteren Bauteilen des Schließelements reduziert oder verhindert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Gasinjektor ein in einem abgeschlossenen Schmiermittelraum befindliches Schmiermittel aufweist, in welchem bewegliche Teile des Gasinjektors angeordnet sind. Der Gasinjektor umfasst einen Magnetaktor mit einem Anker, einem Innenpol und einer Spule. Hierbei ist der Anker, welcher mit einem Schließelement, das einen Gaspfad an einem Ventilsitz freigibt und verschließt, mechanisch verbunden ist, vorgesehen, um eine Bewegung zum Öffnen und/oder Schließen des Injektors zu ermöglichen. Der im Schmiermittelraum befindliche Anker, welcher bei einer Bestromung der Spule gegen den Innenpol des Magnetaktors aufgrund elektromagnetischer Kräfte gezogen wird, befindet sich somit im Inneren des Schmiermittelraums und wird ständig mit Schmiermittel versorgt und geschmiert. Dadurch ist ein Verschleiß am Anker im Vergleich mit den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Gasinjektoren signifikant reduziert. Um eine Abdichtung des Schmiermittelraums sicherzustellen, ist ein flexibles Dichtelement vorgesehen, welches den Schmiermittelraum an einem Teilbereich abdichtet. Ferner kann durch Verwendung des abgeschlossenen, mit Schmiermittel gefüllten Schmiermittelraums die Lebensdauer des Gasinjektors signifikant verlängert werden. Vorzugsweise ist der Schmiermittelraum dabei vollständig mit Schmiermittel befüllt.
Ferner umfasst der Gasinjektor eine im Schmiermittelraum angeordnete Bremseinrichtung, welche eingerichtet ist, um das Schließelement bei einem Rückstellvorgang des Gasinjektors vom geöffneten in den geschlossenen Zustand abzubremsen. Die Bremseinrichtung umfasst einen Bremsbolzen, einen Dämpfungsraum, der mit dem Schmiermittelraum in Fluidverbindung steht, und ein elastisches Bremselement, insbesondere eine Feder. Der Bremsbolzen und das elastische Bremselement sind beim Rückstellvorgang in Wirkverbindung mit dem Schließelement und/oder dem Anker, wobei der Bremsbolzen ferner beim Rückstellvorgang eingerichtet ist, Schmiermittel aus dem Dämpfungsraum zu verdrängen, um eine Rückstellung des Bremsbolzens und damit eine Rückstellung des Schließelementes zu dämpfen. Da ein Teil des Abbremsvorgangs durch ein hydraulisches Kleben zwischen dem Bremsbolzen und einem Anschlagbauteil, an welchem der Bremsbolzen im geöffneten Zustand des Gasinjektors anliegt, bereitgestellt wird, kann durch das Vorsehen des Dämpfungsraums eine Dampfblasenbildung des flüssigen Schmiermittels beim Überwinden des hydraulischen Klebens verhindert werden, so dass insbesondere ein Verschleiß durch Kavitation verhindert werden kann. Dies wird zusätzlich noch durch die mit der Bremseinrichtung bereitgestellte Beschleunigung der zusätzlichen Massen unterstützt. Weiterhin wird über die Verdrängung des Schmierstoffs zwischen dem Anker und dem Bremsbolzen eine weitere Abbremsung realisiert. Auch kann durch Reibung von Führungselementen oder dergleichen mit dem Bremsbolzen eine Rückstellgeschwindigkeit des Schließelements weiter reduziert werden. Dies alles reduziert die Aufschlagkraft des Ankers am Anschlag, so dass auch eine Lebensdauer des Ankers weiter verlängert werden kann.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Weiter bevorzugt umfasst der Bremsbolzen insbesondere einen Hauptkörper mit einer Anlagefläche, welche an einer zum Schließelement gerichteten Seite des Hauptkörpers des Bremsbolzens angeordnet ist und in Wirkverbindung mit dem Schließelement bringbar ist und als Anschlagfläche dient. Der Hauptkörper ist vorzugsweise zylindrisch. Weiter bevorzugt ist an der zum Schließelement gerichteten Seite des Hauptkörpers ein Ringflansch angeordnet. Der Ringflansch dient vorzugsweise als Anschlagfläche.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das elastische Bremselement der Bremseinrichtung im Dämpfungsraum angeordnet. Hierdurch kann ein besonders kompakter Aufbau realisiert werden. Das elastische Bremselement ist vorzugsweise eine Druckfeder, insbesondere eine Zylinderfeder.
Weiter bevorzugt steht der Dämpfungsraum über ein Führungsspiel des Bremsbolzens mit dem Schmiermittelraum in Fluidverbindung.
Vorzugsweise umfasst der Gasinjektor ferner eine Drossel, welche den Dämpfungsraum mit dem Schmiermittelraum verbindet. Die Drossel stellt sicher, dass der Dämpfungsvorgang definiert ablaufen kann, da das Schmiermittel aus dem Dämpfungsraum über die Drossel dann in den Schmiermittelraum überführt wird. Die Drossel ist vorzugsweise eine kleine Verbindungsbohrung zwischen Dämpfungsraum und Schmiermittelraum. Durch Wahl geometrischer Abmessungen der Verbindungsbohrung beispielsweise Durchmesser und/oder Länge der Bohrung, kann das Dämpfungsverhalten der Bremseinrichtung eingestellt werden.
Der Gasinjektor umfasst weiter bevorzugt einen Ankerbolzen, welcher am Schließelement anliegt, wobei der Ankerbolzen mit dem Anker verbunden ist. Ein von einem Dichtsitz des Gasinjektors abgewandtes Ende des Ankerbolzens ist eingerichtet, um im geschlossenen Zustand des Gasinjektors mit dem Bremsbolzen in Kontakt zu treten. Das Schließelement ist vorzugsweise eine Ventilnadel. Alternativ bevorzugt sind das Schließelement und der Ankerbolzen fest miteinander verbunden, besonders bevorzugt über einen Federteller.
Ferner umfasst der Gasinjektor vorzugsweise eine Ankerbolzenführung, in welcher der Ankerbolzen geführt ist. Die Ankerbolzenführung bildet dabei im geöffneten Zustand des Gasinjektors einen Anschlag für den Bremsbolzen. Im geschlossenen Zustand ist ein kleiner Spalt zwischen der Ankerbolzenführung und dem Bremsbolzen vorhanden. Beim Öffnen wird dieser kleine Spalt durch die Druckkraft der Feder der Bremseinrichtung, welche auf den Bremsbolzen wirkt, überwunden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Gasinjektor einen im Schmiermittelraum angeordneten Führungskörper mit einem Führungsbereich zur Führung des Bremsbolzens. Der Führungskörper weist vorzugsweise eine Ausnehmung auf, insbesondere an einem zum Dichtsitz gerichteten Ende des Führungskörpers, in welcher der Bremsbolzen geführt ist.
Bevorzugt weist im geschlossenen Zustand des Gasinjektors ein erster Spalt zwischen dem Bremsbolzen und der Ankerbolzenführung eine erste Breite B auf, welche kleiner ist als ein zweiter Spalt mit einer zweiten Breite C zwischen dem Anker und dem Innenpol. Der Axialspalt B zwischen der Ankerbolzenführung und dem Bremsbolzen liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 1 % bis 90 % des Axialspalts C zwischen Anker und Innenpol. Besonders bevorzugt ist der Axialspalt B zwischen Ankerbolzenführung und Bremsbolzen dabei kleiner als 25 % des Axialspalts C, weiter bevorzugt in einem Bereich von 3 % bis 20 % des Axialspalts C. Der Axialspalt C weist vorzugsweise eine Größe von 0,05 mm bis 3 mm, insbesondere 0,8 mm auf. Alternativ ist das erste und zweite flexible Dichtelement jeweils eine Membran oder jeweils ein Gummielement. Die Membran kann einlagig oder mehrlagig sein und beispielsweise mittels Laserschweißen an den jeweiligen Bauteilen zur Abdichtung des Schmiermittelraums fixiert sein.
Vorzugsweise umfasst das flexible Dichtelement des Schmiermittelraums ein erstes und ein zweites flexibles Dichtelement. Die beiden Dichtelemente sind besonders bevorzugt Faltenbalge. Somit ist der Schmiermittelraum durch zwei flexible Dichtelemente abgedichtet, wodurch bei einer Verdrängung des Schmierstoffs im Schmiermittelraum verhindert werden kann, dass ein ungünstiger Überdruck oder Unterdrück entsteht, welcher z.B. über Bauteile des Schmierstoffspeichers eine ungewollte Kraft auf das Schließelement des Gasinjektors ausüben kann. Durch das Vorsehen von zwei flexiblen Dichtelementen kann selbst dann, wenn eine ungünstige Kraft auf eines der Dichtelemente ausgeübt wird, was zu einem Druckanstieg im abgeschlossenen Schmiermittelraum führen könnte, durch das zweite flexible Dichtelement ein Ausgleich bereitgestellt werden. Somit kann erfolgreich eine unerwünschte Druckänderung im Inneren des abgeschlossenen Schmiermittelraums verhindert werden.
Die Speicherfeder übt weiter bevorzugt von außen eine vorbestimmte Kraft auf das Schmiermittel im abgeschlossenen Schmiermittelraum aus. Vorzugsweise wird hierbei ein Überdruck zwischen 0,5 bis 10 x 105 Pa ausgeübt, besonders bevorzugt 1 bis 5 x 105 Pa. Somit kann das Schmiermittel im Schmiermittelraum unter eine vorbestimmte Vorspannung gebracht werden, wodurch unerwünschte Deformierungen, welche Auswirkungen auf einen Hub des Schließelements haben könnten, sicher verhindert werden können.
Besonders bevorzugt ist das erste flexible Dichtelement ein erster Faltenbalg und das zweite flexible Dichtelement ein zweiter Faltenbalg. Weiter bevorzugt sind der erste und zweite Faltenbalg identisch ausgebildet, d.h., weisen einen gleichen mittleren Balgdurchmesser auf, sowie eine gleiche Anzahl von Balgwellen. Dadurch können insbesondere die Herstellkosten des Gasinjektors reduziert werden. Der zweite Faltenbalg ist weiter bevorzugt über einen Federteller mit der Speicherfeder verbunden. Hierdurch kann ein einfacher und kostengünstiger Aufbau realisiert werden. Weiterhin kann dadurch direkt auf den zweiten Faltenbalg mittels der Speicherfeder eine gewisse Vorspannung ausgeübt werden, wodurch eine Steifigkeit des zweiten Faltenbalgs leicht gegenüber dem ersten Faltenbalg erhöht ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Gasinjektor ferner eine erste und eine zweite Schließelementführung. Die erste und zweite Schließelementführung sind dabei vorzugsweise beide im Schmiermittelraum angeordnet. Das Schließelement weist vorzugsweise nur die beiden ersten und zweiten Schließelementführungen auf, so dass alle Führungselemente für das Schließelement im Inneren des mit Schmiermittel gefüllten Schmiermittelraums angeordnet sind. Dadurch ist eine Schmierung aller wichtigen Bauteile des Gasinjektors im Inneren des Schmiermittelraums sichergestellt. Dadurch kann eine Lebensdauer des Gasinjektors in Praxis der eines Injektors für flüssige Kraftstoffe entsprechen.
Vorzugsweise wird als Schmiermittel ein Öl, insbesondere Mineralöl verwendet. Alternativ wird ein flüssiger Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin verwendet. Weiter alternativ wird als Schmiermittel ein Fett oder ein PAO-ÖI (Poly Alpha Olefine) oder ein Esteröl oder ein Polyglykolöl verwendet.
Weiter bevorzugt ist das erste und zweite flexible Dichtelement jeweils ein einlagiger oder mehrlagiger Faltenbalg. Der Faltenbalg ist vorzugsweise aus Metall oder alternativ aus einem Kunststoff. Der erste Faltenbalg ist vorzugsweise mit einem ersten Ende direkt am Schließelement fixiert und mit einem anderen Ende an einem Gehäusebauteil des Gasinjektors fixiert. Die Fixierung kann beispielweise bei Metallbälgen mittels einer Schweißverbindung erfolgen.
Vorzugsweise ist ein Gaspfad des gasförmigen Brennstoffs in einem Bereich zwischen einem Ventilgehäuse des Gasinjektors und einem Aktorgehäuse des Gasinjektors vorgesehen. Dadurch kann der Aktor in einem Gehäuse angeordnet werden und zumindest teilweise als Baugruppe vormontiert werden. Dadurch kann auch auf relativ einfache Weise der Schmiermittelraum im Inneren des Aktorgehäuses angeordnet werden.
Alternativ ist der Gaspfad des gasförmigen Brennstoffs durch einen Bereich des Magnetaktors, insbesondere durch den Spulenraum, in welchem die Spule des Magnetaktors angeordnet ist, ausgebildet. Dadurch kann ein separates Aktorgehäuse für den Magnetaktor entfallen. Besonders bevorzugt ist dann eine elektrische Kontaktierung durch den Gaspfad des gasförmigen Brennstoffs geführt. Dadurch kann insbesondere eine Komplexität des Aufbaus des Gasinjektors reduziert werden. Es sei angemerkt, dass die elektrische Kontaktierung, welche durch den Gasraum führt, nach außen hin selbstverständlich abgedichtet werden muss.
Weiter bevorzugt ist im Gaspfad für den gasförmigen Brennstoff ein Filter angeordnet, um gegebenenfalls im gasförmigen Brennstoff vorhandene Feststoffpartikel herauszufiltern oder um herstellbedingte oder montagebedingte Feststoffpartikel herauszufiltern. Weiter bevorzugt ist am Schließelement auch ein Führungsbauteil vorgesehen, insbesondere, wenn das Schließelement eine lange Ventilnadel ist.
Der Gasinjektor ist vorzugsweise ein nach außen öffnender Injektor. Weiter bevorzugt ist der Gasinjektor druckkraftausgeglichen. Dadurch ist die Kraft zum Öffnen des Gasinjektors durch den Magnetaktor unabhängig vom Gasdruck. Die Zeit zum Öffnen und Schließen des Injektors nach Bestromungsbeginn bzw. Bestromungsende ist somit auch unabhängig vom Gasdruck. Dieses wiederum erlaubt einen Betrieb bei verschiedenen Gasdrücken. Bei gewünscht kleiner Einblasmenge kann der Gasdruck reduziert werden und bei gewünscht großer Einblasmenge kann der Gasdruck angehoben werden. Der Injektor ist druckkraftausgeglichen, wenn der mittlere Durchmesser des Balgs gleich dem Durchmesser der Sitzberührlinie zwischen Schließelement und Ventilkörper ist. Der mittlere Balgdurchmesser kann aber auch kleiner oder größer als der Sitzdurchmesser ausgeführt sein. Im ersten Fall reduziert sich bei einem höheren Gasdruck die gesamte Schließkraft auf die Ventilnadel und der Injektor öffnet bei Bestromung schneller und schließt langsamer nach der Bestromung. Das ergibt eine erhöhte Gaseinblasmenge. Im zweiten Fall erhöht sich bei einem höheren Gasdruck die Schließkraft auf die Ventilnadel. Das wiederum kann eine Erhöhung der Sitzleckagemenge durch den höheren Gasdruck kompensieren. Eine Rückstellung erfolgt vorzugsweise mittels einer Rückstellfeder. Bei einem druckausgeglichenen Injektor liegt insbesondere keine Druckkraft auf die Ventilnadel durch den gasförmigen Brennstoff im geschlossenen Zustand des Gasinjektors vor, sodass eine Belastung des Schließelements signifikant reduziert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Gasinjektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische vergrößerte Teilschnittansicht des
Gasinjektors von Figur 1, und
Figur 3 eine schematische, vergrößerte Teilschnittansicht eines
Gasinjektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein Gasinjektor 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der Gasinjektor 1 zum Einbringen eines gasförmigen Brennstoffs einen Magnetaktor 2, weicher ein Schließelement 3 in diesem Ausführungsbeispiel eine nach außen öffnende Ventilnadel, von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand bewegt. Die Figur 1 zeigt dabei den geschlossenen Zustand des Gasinjektors.
Der Magnetaktor 2 umfasst einen Anker 20, welcher mittels eines Ankerbolzens
24 am Schließelement 3 anliegt. Ferner umfasst der Magnetaktor 2 einen Innenpol 21 , eine Spule 22 und ein Magnetgehäuse 23, welches einen magnetischen Rückschluss des Magnetaktors sicherstellt.
Weiterhin umfasst der Gasinjektor 1 einen Hauptkörper 7 mit einem Anschlussrohr 70, durch welches der gasförmige Brennstoff zugeführt wird. Am Hauptkörper 7 ist dabei ein Ventilgehäuse 8 fixiert, in welchem der Magnetaktor 2 angeordnet ist. An das Ventilgehäuse 8 schließt sich eine Gehäusehülse 19 und ein Ventilrohr 90 an, an dessen freiem Ende ein Ventilsitz 11 vorgesehen ist, an welchem das Schließelement 3 einen Durchlass für den gasförmigen Brennstoff freigibt und verschließt.
In Figur 1 ist schematisch ein elektrischer Anschluss 13, welcher durch den Hauptkörper 7 bis zum Magnetaktor 2 geführt ist, dargestellt.
Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Rückstellelement für das Schließelement 3, um dieses nach einem Öffnungsvorgang wieder in den in Figur 1 gezeigten geschlossenen Zustand zurückzustellen.
In Figur 1 ist ferner eine Gasströmung als Gaspfad 14 durch den Gasinjektor 1 dargestellt. Die Gasströmung beginnt dabei am Anschlussrohr 70 und wird dann umgeleitet in einen Ringraum 80 zwischen dem Ventilgehäuse 8 und dem Hauptkörper 7. Die Gasströmung 14 geht dabei weiter an einem Außenbereich des Magnetaktors 2 vorbei durch einen Filter 15 bis vor zum Ventilsitz 11. Hierbei sind entsprechend Durchbrüche in den jeweiligen Bauteilen vorgesehen, welche in Figur 1 nicht alle gezeigt sind.
Beim Öffnen des Gasinjektors 1 strömt dann der gasförmige Brennstoff am Außenumfang des Magnetaktors 2 und am geöffneten Ventilsitz 11 vorbei in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, was in Figur 1 durch die Pfeile A angedeutet ist.
Das Schließelement 3 gibt somit den Gaspfad 14 am Ventilsitz 11 frei und verschließt diesen. Zur Führung sind ein erster Führungsbereich 31 und ein zweiter Führungsbereich 32 zwischen dem Schließelement 3 und einem Ventilkörper 9 vorgesehen, wie im Detail aus Figur 1 ersichtlich ist. Der erste Führungsbereich 31 ist nahe dem Ventilsitz direkt zwischen dem Schließelement 3 und dem Ventilkörper 9 ausgebildet. Der zweite Führungsbereich 32 ist dabei zwischen einem Federteller 16 und dem Ventilkörper 9 ausgebildet. Der Federteller 16 ist fest mit dem Schließelement 3 verbunden, wobei sich das Rückstellelement 10 zwischen dem Ventilkörper 9 und dem Federteller 16 abstützt.
Ferner umfasst der Gasinjektor 1 einen abgeschlossenen Schmiermittelraum 4. Der abgeschlossene Schmiermittelraum 4 ist vollständig oder teilweise mit einem flüssigen Schmierstoff gefüllt, z.B. Öl.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, wird der Schmiermittelraum 4 durch ein erstes flexibles Dichtelement 51 , den Innenpol 21, das Magnetgehäuse 23, einen Führungskörper 18 und ein zweites flexibles Dichtelement 52 definiert. Das erste und zweite flexible Dichtelement 51 , 52 ist jeweils als Faltenbalg ausgebildet. Das erste und zweite flexible Dichtelement 51, 52 ist dabei gleich ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass als flexible Dichtelemente 51, 52 anstatt eines Faltenbalges auch beispielsweise eine Membran oder ein Schlauch oder dgl. sein kann.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist das zweite flexible Dichtelement 52 an einem Speicherfederteller 41 beispielsweise mittels einer Schweißverbindung, fixiert. Ferner umfasst der Gasinjektor 1 eine Speicherdruckfeder 40, welche sich am Hauptkörper 7 abstützt und das zweite flexible Dichtelement 52 über den Speicherfederteller 41 vorspannt. Im Führungskörper 18 sind Verbindungsbohrungen 18a vorgesehen, so dass das sich im Schmiermittelraum 4 befindliche Schmiermittel auch in dem Bereich innerhalb des zweiten flexiblen Dichtelements 52 befindet.
Das erste flexible Dichtelement 51 ist direkt am Schließelement 3 fixiert und am anderen Ende mit dem Ventilkörper 9 verbunden. Im Ventilkörper 9 sind dabei Querbohrungen 91 vorgesehen, so dass eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des ersten flexiblen Dichtelements 51 und dem Innenraum des Ventilkörpers 9 vorhanden ist.
Somit weist der Schmiermittelraum 4 zwei flexible Dichtelemente 51 , 52 sowie die Speicherdruckfeder 40 auf. Die Speicherdruckfeder 40 übt eine gewisse Vorspannung, beispielsweise 1 x 105 Pa, auf das sich im Schmiermittelraum 4 befindliche Schmiermittel auf. Wenn nun bei einem Öffnungsvorgang eine Verdrängung des Schmiermittels durch den Hub des Schließelements 3 oder auch durch Wärmeausdehnung oder Abkühlung des Schmiermittels auftritt, kann ein gegebenenfalls im Inneren des Schmiermittelraums 4 entstehender Überdruck/Unterdruck durch Auslenkung am zweiten flexiblen Dichtelement 52 in Verbindung mit einer Kontraktion der Speicherdruckfeder 40 ausgeglichen werden. Somit kann das flexible Dichtelement 51 durch eine ungewollte, über die Balgwirkfläche wirkende Kraft auf das Schließelement 3 vermieden werden.
Im abgeschlossenen Schmiermittelraum 4 ist der Ankerbolzen 24 mit dem daran fixierten Anker 20 angeordnet. Da der Schmiermittelraum 4 mit einem Schmiermittel, beispielsweise einem flüssigen Kraftstoff wie Benzin oder Diesel oder einem Fett oder dergleichen gefüllt ist, ist eine kontinuierliche Schmierung des Ankers 20 gegeben. Dadurch kann das im Stand der Technik auftretende Problem bei gasförmigen Brennstoffen, dass eine fehlende Schmierung der bewegten Teile fehlt, kompensiert werden.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist zum Befüllen des abgeschlossenen Schmiermittelraums 4 ein Füllkanal 17a vorgesehen. Der Füllkanal 17a ist mittels einer Verschlusskugel 17 fluiddicht verschlossen.
Im abgeschlossenen Schmiermittelraum 4 ist ferner eine Bremseinrichtung 6 angeordnet. Die Bremseinrichtung 6 umfasst einen Bremsbolzen 60, einen mit Schmiermittel gefüllten Dämpfungsraum 62 und ein elastisches Bremselement 61. Der Dämpfungsraum 62 steht mit dem Schmiermittelraum 4 in Fluidverbindung.
Der Bremsbolzen 60 und das elastische Bremselement 61 stehen bei einem Rückstellvorgang des Gasinjektors in die geschlossene Ausgangsposition in Wirkverbindung mit dem Schließelement 3. Beim Rückstellvorgang wird dabei Schmiermittel aus dem Dämpfungsraum 62 in den Schmiermittelraum 4 verdrängt, um eine zusätzliche Dämpfung bei der Rückstellung des Bremsbolzens 60 in den geschlossenen Zustand des Gasinjektors (Figur 1) zu erreichen.
Der Bremsbolzen 60 ist dabei im Führungskörper 18 geführt. Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der Dämpfungsraum 62 direkt am Bremsbolzen 60 an einer vom Ventilsitz 11 abgewandten Seite des Bremsbolzens 60 ausgebildet. Dies ist im Detail aus Figur 2 ersichtlich. Der Dämpfungsraum 62 ist über eine Drossel 63, welche eine kleine Bohrung ist, mit den Verbindungsbohrungen 18a und somit mit dem Hauptbereich des Schmiermittelraums 4 verbunden. Die Bremsfeder 61 ist in einem Federraum 67 angeordnet.
Der Bremsbolzen 60 weist eine Anlagefläche 60a auf, welche sich mit dem Ankerbolzen 24 in Kontakt befindet. Im geschlossenen Zustand, welcher in Figur 2 gezeigt ist, befindet sich dabei ein erster Spalt 101 zwischen dem Bremsbolzen 60 und einer stationären Ankerbolzenführung 25. Die Ankerbolzenführung 25 führt den Ankerbolzen 24 bei einem Öffnungs- und Schließvorgang.
Wie weiter aus Figur 2 ersichtlich ist, ist die Bremsfeder 61 zwischen dem Bremsbolzen 60 und dem Führungskörper 18 angeordnet. Der Bremsbolzen 60 weist dabei einen Flansch 60b auf, welcher mit Spiel zum Führungskörper 18 vorgesehen ist. Weiterhin ist im Führungskörper 18 ein Durchlass 65, welcher beispielsweise als ein Schlitz an dem zur Ankerbolzenführung 25 gerichteten Ende des Führungskörpers 18 ausgebildet sein kann, vorgesehen. Somit kann eine Fluidverbindung für das Schmiermittel aus dem Federraum 67 über das Führungsspiel 64 und den Durchlass 65 zum Schmiermittelraum 4 bereitgestellt werden.
Im geschlossenen Zustand ist weiterhin zwischen der Anlagefläche 60a des Bremsbolzens 60 und der Ankerbolzenführung 25 der erste Spalt 101 ausgebildet. Der Spalt 101 weist dabei eine erste Breite B auf, welche kleiner ist als eine zweite Breite C zwischen dem Anker 20 und dem Innenpol 21 (vgl. Figuren 1 und 2) am zweiten Spalt 102. Dadurch ist sichergestellt, dass ein Hub des Bremsbolzens 60, welcher durch die Druckfeder 61 in Axialrichtung vorgespannt ist, kleiner ist als ein Hub des Ankers 20. Damit kann während des Einblasvorgangs ausreichend Fluid aus dem Schmiermittelraum 4 über die Drossel 63 in den Dämpfungsraum 62 strömen.
Beim Schließvorgang trifft der Ankerbolzen 24 auf die Anlagefläche 60a des Bremsbolzens 60. Dadurch wird der Bremsbolzen 60, wie in Figur 2 durch den Pfeil 66 angedeutet, gegen das sich im Dämpfungsraum 62 befindliche Fluid gedrückt. Aufgrund der Drossel 63 kann das Fluid aus dem Dämpfungsraum 62 nicht unmittelbar, sondern langsam herausgedrückt werden, so dass beim Schließvorgang eine Dämpfungswirkung ermöglicht wird. Dadurch wird am Ventilsitz 11 und am Anker 20 ein zu großer Verschleiß verhindert, da der Schließvorgang durch die Rückstellung des Bremsbolzens 60 gedämpft ist.
Der Dämpfungsvorgang wird weiterhin durch die Bremsfeder 61 und ein hydraulisches Kleben des Bremsbolzens 60 an der Ankerbolzenführung 25 unterstützt. Durch den Dämpfungsraum 62 kann dabei eine Kavitation beim Schließvorgang in diesem Bereich zwischen der Ankerbolzenführung 25 und der Anlagefläche 60a des Bremsbolzens 60 verhindert werden. Auch verzögert eine Reibung des Bremsbolzens 60 im Führungskörper 18 den Rückstellvorgang sowie auch im gesamten Schmiermittelraum 4 die zu beschleunigenden Massen der bewegten Bauteile, welche zu einer Verdrängung des Schmierstoffs im abgeschlossenen Schmiermittelraum und somit einer zusätzlichen Abbremsung beim Schließvorgang führen.
Durch Wahl eines Durchmessers und/oder einer Länge der Drossel 63 kann das Dämpfungsverhalten individuell für den jeweiligen Gasinjektor eingestellt werden.
Es sei angemerkt, dass vorzugsweise eine Anschlagfläche zwischen dem Dämpfungsbolzen 60 und der Ankerbolzenführung 25 keilförmig ausgebildet sein kann, d.h., nicht im rechten Winkel zu einer Mittelachse X-X des Gasinjektors. Alternativ oder zusätzlich können in der Anlagefläche 60a oder der Stirnseite der Ankerbolzenführung 25, welche zum Bremsbolzen 60 gerichtet ist, radiale Schlitze vorgesehen sein, wodurch ein Kavitationseffekt weiter reduziert und verhindert wird.
Der in Figur 1 gezeigte Gasinjektor 1 ist dabei druckkraftausgeglichen. Das heißt, das Schließelement 3 ist über das erste flexible Dichtelement 51 mit dem Ventilkörper 9 verbunden, wobei das als Metallbalg ausgeführte erste flexible Dichtelement 51 einen mittleren Durchmesser aufweist, welcher gleich einem Durchmesser am Ventilsitz 11 ist, an welchem das Schließelement 3 am Ventilsitz 11 abdichtet. Dadurch ergibt sich keine Druckkraft auf das Schließelement 3, sodass eine magnetische Kraft, welche zum Öffnen des Schließelements 3 notwendig ist, sehr klein gehalten werden kann und insbesondere unabhängig von einem Druck des gasförmigen Brennstoffs ist. Somit kann mit der vorliegenden Erfindung, wenn das Schließelement 3 durch Betätigen des Magnetaktors 2 in den geöffneten Zustand (Bewegung des Schließelements 3 in Figur 1 nach links) gestellt wurde und eine Gaseinblasung ausgeführt wird, bei der Rückstellung des Schließelements 3 eine sichere Dämpfung kurz bevor das Schließelement in den Ventilsitz 11 gedrückt wird, ausgeführt werden. Der Bremsbolzen 60 wird dabei in Richtung zum Dämpfungsraum 62 durch den Ankerbolzen 24 gedrückt, und bewegt sich nur so langsam, wie das Schmiermittel aus dem Dämpfungsraum 62 durch die Drossel 63 in den Schmiermittelraum 4 herausgedrückt wird. Somit wird eine Schließgeschwindigkeit des Schließelements 3 signifikant und wirksam vor dem Auftreffen des Schließelements in den Ventilsitz 11 abgebremst. Somit kann ein Verschleiß am Ventilsitz 11 und dem Schließelement 3 wirksam reduziert werden, wobei die Bremseinrichtung 6 den Betrieb des Gasinjektors weiterhin in leiserer Weise ermöglicht. Auch kann ein sog. Schließprellen, bei dem ein Element hart auf einem Ventilsitz auftritt und zurückgeprellt wird, wirksam verhindert werden.
Figur 3 zeigt einen Teilquerschnitt eines Gasinjektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Figur 3 zeigt dabei die Bremseinrichtung 6, welche unterschiedlich zu der im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist der Dämpfungsraum 62 dabei nicht mehr über eine Drossel mit dem Schmiermittelraum 4 verbunden, sondern über ein Führungsspiel 64 zwischen dem Bremsbolzen 60 und dem Führungskörper 18. Eine Verbindung zum Schmiermittelraum 4 wird dann über einen oder mehrere Durchlässe 65, welche in Radialrichtung an der Stirnseite des Führungskörpers 18 ausgebildet sind, sichergestellt. Die Bremsfeder 61 ist dabei im Dämpfungsraum 62 angeordnet. Dadurch kann einerseits ein axialer Bauraum der Bremseinrichtung 6 reduziert werden, wodurch der gesamte Gasinjektor 1 in Axialrichtung kürzer ausgebildet sein kann. Ferner muss keine Drossel wie im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein. Bei einem Rückstellvorgang drückt somit der Ankerbolzen 24 auf die Anlagefläche 60a des Bremsbolzens 60, so dass dieser in Richtung des Pfeils 66 in Richtung auf den Führungskörper 18 gedrückt wird. Dabei wird Schmiermittel aus dem Dämpfungsraum 62 über das Führungsspiel 64 und den wenigstens einen Durchlass 65 in den Schmiermittelraum 4 zurückgedrückt. Ein weiterer Vorteil des zweiten Ausführungsbeispiels liegt darin, dass ein kleineres Volumen von Schmiermittel im Dämpfungsraum 62 vorhanden ist. Dadurch können insbesondere auch Schwingungen am Bremsbolzen 60, die sich aus einer Elastizität des Schmiermittels ergeben können, verkleinert werden.
Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Somit kann der Gasinjektor 1 , wie in den beiden Ausführungsbeispielen ausführlich dargelegt, einen reduzierten Verschleiß an den bewegten Teilen, insbesondere am Ventilsitz 11 , Anker 20 und im Ankerbolzen 24, bereitstellen. Weiterhin kann durch den abgeschlossenen Schmiermittelraum 4 mit einem flüssigen Schmiermittel eine Wärmeableitung aus dem Magnetaktor 2 deutlich verbessert werden. Ferner kann durch die beiden flexiblen Dichtelemente 51, 52 verhindert werden, dass ungewollte Kräfte auf das Schließelement 3 wirken.

Claims

Ansprüche
1. Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs, umfassend:
- einen Magnetaktor (2) mit einem Anker (20), einem Innenpol (21) und einer Spule (22),
- ein Schließelement (3), welches einen Gaspfad (14) an einem Ventilsitz (11) freigibt und verschließt, wobei der Anker (20) mit dem Schließelement (3) verbunden ist,
- einen abgeschlossenen Schmiermittelraum (4), der mit einem Schmiermittel gefüllt ist und in welchem der Anker (20) angeordnet ist, wobei das Schmiermittel eine Schmierung des Ankers (20) sicherstellt,
- ein flexibles Dichtelement (51, 52), welches den Schmiermittelraum (4) gegenüber dem Gaspfad (14) abdichtet, und
- eine im Schmiermittelraum (4) angeordnete Bremseinrichtung (6), welche eingerichtet ist, um das Schließelement (3) bei einem Rückstellvorgang des Gasinjektors vom geöffneten in den geschlossenen Zustand abzubremsen,
- wobei die Bremseinrichtung (6) einen Bremsbolzen (60), einen mit Schmiermittel gefüllten Dämpfungsraum (62), der mit dem Schmiermittelraum (4) in Fluidverbindung steht, und ein elastisches Bremselement (61) aufweist, wobei der Bremsbolzen (60) und das elastische Bremselement (61) beim Rückstellvorgang in Wirkverbindung mit dem Schließelement (3) bringbar sind, und der Bremsbolzen (60) beim Rückstellvorgang des Gasinjektors eingerichtet ist, Schmiermittel aus dem Dämpfungsraum (62) in den Schmiermittelraum (4) zu verdrängen, um eine Rückstellung des Schließelements (3) in den geschlossenen Zustand zu dämpfen.
2. Gasinjektor nach Anspruch 1 , wobei der Bremsbolzen (60) eine Anlagefläche (60a) aufweist, welche an einer zum Schließelement (3) gerichteten Seite des Bremsbolzens angeordnet ist, welche in Wirkverbindung mit dem Schließelement (3) bringbar ist und als Anschlagfläche für den Bremsbolzen dient. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elastische Bremselement (61) im Dämpfungsraum (62) angeordnet ist. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dämpfungsraum (62) über ein Führungsspiel (64) des Bremsbolzens (60) mit dem Schmiermittelraum (4) in Fluidverbindung steht. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Drossel (63), wobei der Dämpfungsraum (62) über die Drossel (63) in Fluidverbindung mit dem Schmiermittelraum (4) steht. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Ankerbolzen (24), welcher am Schließelement (3) anliegt und welcher mit dem Anker (20) fest verbunden ist, wobei ein vom Ventilsitz
(11) des Gasinjektors abgewandtes Ende des Ankerbolzens (24) im geschlossenen Zustand des Gasinjektors am Bremsbolzen (60) anliegt. Gasinjektor nach Anspruch 6, ferner umfassend eine Ankerbolzenführung (25), in welcher der Ankerbolzen (24) geführt ist, wobei die Ankerbolzenführung (25) im geöffneten Zustand des Injektors als Anschlag für den Bremsbolzen dient. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen im Schmiermittelraum (4) angeordneten Führungskörper (18), welcher zur Führung des Bremsbolzens (60) eingerichtet ist. Gasinjektor nach Anspruch 7 oder 8, wobei im geschlossenen Zustand des Gasinjektors ein erster Spalt (101) zwischen dem Bremsbolzen (60) und der Ankerbolzenführung (25) eine erste Breite (B) aufweist, welche kleiner ist als eine Breite (C) eines zweiten Spalts (102) zwischen dem Anker (20) und dem Innenpol (21). Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Rückstellelement (10) zur Rückstellung des Schließelements (3) im Schmiermittelraum (4) angeordnet ist und/oder wobei ein erster - 18 -
Führungsbereich (31) und ein zweiter Führungsbereich (32) des Schließelements (3) im Schmiermittelraum (4) angeordnet sind.
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