WO2022218596A1 - Gasinjektor mit kurzer axialer bauweise - Google Patents

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WO2022218596A1
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lubricant
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guide
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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 injecting a gaseous fuel, in particular hydrogen or natural gas or the like, with a short axial and compact design.
  • 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 by the medium is possible, 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.
  • fuel injectors that inject gasoline or diesel.
  • a lateral installation is necessary.
  • the gas injector according to the invention for blowing in a gaseous fuel with the features of claim 1, on the other hand, has the advantage that the gas injector has a short axial overall length.
  • the gas injector can be arranged in particular on the side of a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the gas injector can nevertheless be made very slim and, in particular, with a small external diameter.
  • the gas injector with a magnetic actuator an armature, an inner pole and a coil.
  • the gas injector includes a closing element with a valve needle, which opens and closes a gas path for the gaseous fuel at a valve seat.
  • the armature is connected to the closing element.
  • a closed lubricant space is provided, which is filled with lubricant and in which the movable armature is arranged.
  • the lubricant ensures that the armature is lubricated so that the armature does not wear out during operation.
  • the lubricant chamber comprises at least one flexible sealing element, in particular a bellows, which seals off the lubricant chamber from the gas path and thus ensures the axial mobility of the closing element.
  • the gas injector includes a restoring element, in particular a closing spring in the form of a cylinder spring, the restoring element returning the closing element to a closed initial position.
  • a first needle guide is also formed between a guide sleeve and the valve needle of the closure member.
  • the first needle guide is arranged within the flexible sealing element in the lubricant chamber and the restoring element is also arranged at least partially within the flexible sealing element in the lubricant chamber.
  • the restoring element is preferably arranged entirely within the flexible sealing element.
  • the flexible sealing element, the first needle guide and the restoring element are thus arranged one inside the other.
  • the lubricant space also ensures a long service life for the magnetic actuator, since very little wear occurs, particularly on the needle guide and on the armature, as well as on components that can be brought into contact with the armature.
  • the flexible sealing element is preferably a metal bellows.
  • the metal bellows provides very good mobility in order to enable the axial movements of the closing element and, on the other hand, the metal bellows can be arranged as close as possible to the hot combustion chamber of the internal combustion engine. As a result, an axial length of the gas injector can be further reduced.
  • the flexible sealing element is a plastic bellows or a membrane or a rubber element. The flexible sealing element is particularly preferably attached directly to the valve needle and directly to the guide sleeve.
  • the valve needle preferably includes a fixing disk.
  • the fixing disk can be designed in one piece with the valve needle or alternatively be provided as an annular disk which is connected to the valve needle, e.g. by means of a welded connection.
  • a second needle guide is formed between the valve needle and the guide sleeve. Starting from the sealing seat of the closing element, the second needle guide is further away from the sealing seat than the first needle guide.
  • the second needle guide is preferably also arranged within the flexible sealing element.
  • the restoring element is preferably arranged completely in the guide sleeve.
  • the restoring element is particularly preferably a cylinder spring which rests tightly on the valve needle.
  • the guide sleeve has a shoulder on which the restoring element is supported with one end. More preferably, the other end is supported on a spring holder.
  • the guide sleeve preferably has an inner shoulder, on which the restoring element is supported at one end.
  • the gas injector includes a gas inlet which is arranged on the side of the gas injector.
  • the gas inlet is preferably arranged laterally on a main body of the gas injector.
  • the lateral gas inlet is preferably provided at an angle of 90° to a longitudinal axis of the gas injector.
  • the gas injector has a flat sealing seat.
  • the closing element preferably comprises a sealing disk on an end directed towards the combustion chamber, which has one or more sealing disks on a valve seat passage openings releases.
  • the gas injector is preferably designed as an outwardly opening injector.
  • a sealing seat can be provided which lies in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the gas injector.
  • the gas injector also preferably 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 during the resetting process, with the braking bolt also being set up during the resetting process to displace lubricant from the damping chamber in order to dampen resetting of the braking bolt.
  • 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.
  • the braking process is additionally supported by the acceleration of the additional masses provided by the braking device. Furthermore, 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 locking element and can be brought into operative connection with the locking element and serves as a stop surface.
  • the main body is preferably cylindrical.
  • the to the closing element directed side of the main body arranged an annular flange.
  • 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 damping behavior of the braking device can be adjusted by selecting the geometric dimensions of the connecting bore, for example the diameter and/or length of the bore.
  • 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 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.
  • a first gap exists between the anchor bolt guide and the brake bolt.
  • this first gap is overcome by the compressive force of the spring of the braking device, which acts on the braking 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.
  • the 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 flexible sealing element of the lubricant space preferably comprises a first and a second flexible sealing element.
  • the lubricant chamber is thus sealed off 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.
  • An 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 first flexible sealing element is a first bellows and the second flexible sealing element is a second bellows. More preferably, the first and second bellows are identical, i.e. 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.
  • a simple and cost-effective structure can be implemented.
  • 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 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.
  • An oil in particular mineral oil, is preferably used as the lubricant.
  • a liquid fuel in particular diesel or petrol, is used.
  • a grease is used as a lubricant.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a gas injector according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • a gas injector 1 according to a first preferred exemplary embodiment of the invention is described in detail below with reference to FIG.
  • the gas injector 1 for introducing a gaseous fuel comprises a magnetic actuator 2, which moves an outwardly opening closing element 3 from a closed state into an open state.
  • FIG. 1 shows the closed state of the gas injector.
  • the magnetic actuator 2 includes an armature 20 which is connected to the closing element 3 by means of an armature bolt 24 . Furthermore, the magnetic actuator 2 includes an 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 lateral gas inlet 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 sealing seat 11 is provided on a valve seat component 93, at which the closing element 3 opens and closes a passage for the gaseous fuel.
  • FIG. 1 shows an electrical connection 13, which is routed through the main body 7 and the magnet housing 8 to the magnet 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 gas inlet 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 sealing seat 11. Corresponding openings are provided in the respective components, not all of which are shown in FIG.
  • the gaseous fuel then flows past the outer circumference of the magnetic actuator 2 and the opened sealing seat 11 into a nozzle attachment 94 and into a combustion chamber 100 of an internal combustion engine, which is indicated by the arrows A in FIG.
  • the closing element 3 comprises a valve needle 30 with a seat disk 30a, which is arranged on the end of the closing element directed toward the combustion chamber.
  • the sealing seat 11 is formed between the seat plate 30a and the valve seat component 93, which has a plurality of axial openings 92.
  • a fixing disc 30b is also provided on the closing element 3 and is arranged at a distance from the seat plate 30a in the direction of the magnetic actuator 2 .
  • the closing element 3 thus releases the gas path 14 at the sealing seat 11 and closes it.
  • a first needle guide 31 and a second needle guide 32 are provided between the closing element 3 and a guide sleeve 9, as can be seen in detail from FIG.
  • the first needle guide 31 is formed directly between the closing element 3 and the guide sleeve 9 .
  • the second needle guide 32 is formed between a spring plate 16 and the guide sleeve 9 .
  • the spring plate 16 is firmly connected to the closing element 3 , with the restoring element 10 being supported between an inner shoulder 90a of the guide sleeve 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 lubricant chamber 4 by a first flexible sealing element 51, the inner pole 21, the magnet housing 23, a Guide body 18 and a second flexible sealing element 52 defined.
  • 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 locking element 3 on the fixing disc 30b and is connected to the guide sleeve 9 at the other end.
  • transverse bores 91 are provided in the guide sleeve 9 so that there is a fluid connection between the interior of the first flexible sealing element 51 and the interior of the guide sleeve 9 .
  • the lubricant chamber 4 has two flexible sealing elements 51, 52 and the accumulator pressure spring 40.
  • the accumulator pressure spring 40 exerts a certain preload, for example 1 ⁇ 10 5 Pa, on the lubricant located in the lubricant space 4 . 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. Thus, the flexible sealing element 51 cannot exert any undesired force on the closing element 3 acting via the bellows effective surface.
  • the anchor bolt 24 with the anchor 20 fixed thereto is also arranged in the closed lubricant chamber 4 . Since the lubricant chamber 4 with a Lubricant, for example a liquid fuel such as gasoline or diesel or a grease or the like is filled, continuous lubrication of the armature 20 is given. 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 gasoline 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 .
  • the first needle guide 31, which is formed between the guide sleeve 9 and the valve needle 30, is now arranged inside the first flexible sealing element 51. Furthermore, part of the restoring element 10 is also arranged inside the first flexible sealing element 51 . A part of the guide sleeve 9 is also arranged inside the first flexible sealing element 51 .
  • the restoring element 10, the guide sleeve 9 and the first flexible sealing element 51 are arranged one inside the other. As a result, an overall axial length of the gas injector 1 can be significantly reduced.
  • valve needle 30 Despite the nesting of valve needle 30, restoring element 10, guide sleeve 9 and first flexible sealing element 51, an outer diameter, particularly in the area of valve tube 90, is not increased.
  • the accumulator compression spring 40 and the accumulator spring plate 41 are at least partially arranged in the second flexible sealing element 52 .
  • a region of the guide body 18 is also arranged inside the second flexible sealing element 52 .
  • the nozzle attachment 94 can also be dispensed with if the installation space conditions make this necessary.
  • the gaseous fuel is fed in laterally through the lateral gas inlet 70 and not in the axial direction, as was previously the case with gas injectors. This further reduces the overall length of the gas injector, particularly in the area of the gas injector facing away from the combustion chamber.
  • a braking device 6 is also arranged in the closed lubricant space 4 .
  • the braking device 6 comprises a braking bolt 60, a braking spring 61 and a damping chamber 62.
  • 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 initial 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 brake 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 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 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 FIG. 1) at a 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 anchor bolt 24 hits the contact surface 60a of the brake bolt 60.
  • the brake bolt 60 is pressed against the fluid in the damping chamber 62. Because of the throttle 63, the fluid cannot be pressed out of the damping chamber 62 immediately, but rather slowly, so that a damping effect is made possible during the closing process. This prevents excessive wear on the sealing seat 11 and on the armature 20, since the closing process is dampened by the return of the brake bolt 60.
  • 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 as well as the masses of the moving components to be accelerated in the entire lubricant chamber 4, which leads to displacement of the lubricant in the closed lubricant chamber 4 and thus to additional braking during the closing process.
  • the damping behavior can be adjusted individually for the respective gas injector.
  • a stop surface between the damping bolt 60 and the anchor bolt guide 25 can be wedge-shaped, ie not at right angles to a central axis XX of the gas injector.
  • radial slots may be provided, whereby 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 guide sleeve 9 via the first flexible sealing element 51, with the first flexible sealing element 51 designed as metal bellows having a mean diameter which is equal to a diameter on the sealing seat 11 on which the closing element 3 seals.
  • the first flexible sealing element 51 designed as metal bellows having a mean diameter which is equal to a diameter on the sealing seat 11 on which the closing element 3 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 gas is being injected, reliable damping is imminent when the closing element 3 is reset 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 .
  • the sealing seat 11 is designed as a flat sealing seat, so that the sealing surfaces on the seat plate 30a and the valve seat component 91 can be produced easily, e.g. by surface processing such as lapping.
  • the gas injector 1 can thus have reduced wear on the moving parts, in particular on the valve seat 11, armature 20 and in the armature bolt 24, provide. 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 .
  • the gas injector 1 can have a significantly reduced axial length, so that in particular a lateral installation on a combustion chamber 100 of an internal combustion engine is possible. Since, in addition to the nesting of components of the gas injector, a lateral gas inlet 70 is also provided, the axial overall length of the gas injector 1 is significantly reduced.

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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) mit einer Ventilnadel (30), wobei das Schließelement (3) einen Gaspfad (14) an einem Dichtsitz (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), welches den Schmiermittelraum (4) gegenüber dem Gaspfad (14) abdichtet, ein Rückstellelement (10), welches das Schließelement (3) in eine geschlossene Ausgangsstellung zurückstellt, und eine erste Nadelführung (31), welche zwischen einer Führungshülse (9) und der Ventilnadel (30) ausgebildet ist, wobei die erste Nadelführung (31) radial innerhalb des flexiblen Dichtelements (51) im Schmiermittelraum (4) angeordnet ist, und wobei das Rückstellelement (10) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des flexiblen Dichtelements (51) im Schmiermittelraum (4) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Gasinjektor mit kurzer axialer Bauweise
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas oder dergleichen mit einer kurzen axialen und kompakten Bauweise. 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 Kraftstoff! njekto re n für flüssige Kraftstoffe. Weiterhin ist es aufgrund zunehmender Verkleinerung von Brennkraftmaschinen häufig notwendig, dass im Gegensatz zu einem zentralen Einbau in oder nahe einer Hauptachse eines Zylinders der Brennkraftmaschine ein seitlicher Einbau notwendig ist.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist hingegen den Vorteil auf, dass der Gasinjektor eine kurze axiale Baulänge aufweist. Dadurch kann der Gasinjektor insbesondere seitlich an einem Brennraum einer Brennkraftmaschine angeordnet werden. Dabei kann der Gasinjektor trotzdem sehr schlank und insbesondere mit kleinem Außendurchmesser bereitgestellt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Gasinjektor einen Magnetaktor mit einem Anker, einen Innenpol und einer Spule umfasst. Weiterhin umfasst der Gasinjektor ein Schließelement mit einer Ventilnadel, welches einen Gaspfad für den gasförmigen Brennstoff an einem Ventilsitz freigibt und verschließt. Der Anker ist dabei mit dem Schließelement verbunden. Ferner ist ein abgeschlossener Schmiermittelraum vorgesehen, welcher mit Schmiermittel gefüllt ist und in welchem der bewegliche Anker angeordnet ist. Dabei stellt das Schmiermittel eine Schmierung des Ankers sicher, so dass am Anker kein Verschleiß im Betrieb auftritt. Der Schmiermittelraum umfasst hierbei wenigstens ein flexibles Dichtelement, insbesondere einen Faltenbalg, welches den Schmiermittelraum gegenüber dem Gaspfad abdichtet und somit die axiale Bewegbarkeit des Schließelements sicherstellt. Ferner umfasst der Gasinjektor ein Rückstellelement, insbesondere eine Schließfeder in Form einer Zylinderfeder, wobei das Rückstellelement das Schließelement in eine geschlossene Ausgangsstellung zurückstellt. Eine erste Nadelführung ist weiterhin zwischen einer Führungshülse und der Ventilnadel des Schließelements ausgebildet. Dabei ist die erste Nadelführung innerhalb des flexiblen Dichtelements im Schmiermittelraum angeordnet und das Rückstellelement ebenfalls zumindest teilweise innerhalb des flexiblen Dichtelements im Schmiermittelraum angeordnet. Vorzugsweise ist das Rückstellelement vollständig innerhalb des flexiblen Dichtelements angeordnet. Somit sind das flexible Dichtelement, die erste Nadelführung und das Rückstellelement ineinander angeordnet. Dadurch kann axialer Bauraum eingespart werden und eine gesamte Axiallänge des Gasinjektors reduziert werden. Der Schmiermittelraum stellt weiter eine lange Lebensdauer des Magnetaktors bereit, da insbesondere an der Nadelführung und am Anker sowie an Bauteilen, die mit dem Anker in Kontakt bringbar sind, sehr wenig Verschleiß auftritt.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Das flexible Dichtelement ist vorzugsweise ein Metallbalg. Der Metallbalg stellt einerseits eine sehr gute Beweglichkeit bereit, um die Axialbewegungen des Schließelements zu ermöglichen und andererseits kann dadurch der Metallbalg möglichst nahe am heißen Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet werden. Dadurch kann eine axiale Länge des Gasinjektors weiter reduziert werden. Alternativ ist das flexible Dichtelement ein Kunststofffaltenbalg oder eine Membran oder ein Gummielement. Besonders bevorzugt ist das flexible Dichtelement dabei direkt an der Ventilnadel und direkt an der Führungshülse befestigt.
Für eine besonders einfache Fixierung des flexiblen Dichtelements an der Ventilnadel umfasst die Ventilnadel vorzugsweise eine Fixierscheibe. Die Fixierscheibe kann einteilig mit der Ventilnadel ausgebildet sein oder alternativ als Ringscheibe vorgesehen sein, welche z.B. mittels einer Schweißverbindung, mit der Ventilnadel verbunden ist.
Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite Nadelführung zwischen der Ventilnadel und der Führungshülse ausgebildet. Die zweite Nadelführung ist ausgehend vom Dichtsitz des Schließelements weiter vom Dichtsitz entfernt als die erste Nadelführung. Vorzugsweise ist die zweite Nadelführung ebenfalls innerhalb des flexiblen Dichtelements angeordnet.
Um einen noch kompakteren Aufbau zu erreichen, ist das Rückstellelement vorzugsweise vollständig in der Führungshülse angeordnet. Besonders bevorzugt ist das Rückstellelement eine Zylinderfeder, welche sich eng an die Ventilnadel anlegt. Besonders bevorzugt weist die Führungshülse einen Absatz auf, an welchem sich das Rückstellelement mit einem Ende abstützt. Weiter bevorzugt stützt sich das andere Ende an einem Federhalter ab.
Vorzugsweise weist die Führungshülse einen inneren Absatz auf, an welchem sich das Rückstellelement an einem Ende abstützt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Gasinjektor einen Gaszulauf, welcher seitlich am Gasinjektor angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Gaszulauf dabei seitlich an einem Hauptkörper des Gasinjektors angeordnet. Dadurch kann eine axiale Baulänge des Gasinjektors weiter reduziert werden und der Gasinjektor noch kompakter ausgebildet werden. Der seitliche Gaszulauf ist vorzugsweise in einem Winkel von 90° zu einer Längsachse des Gasinjektors vorgesehen.
Weiter bevorzugt weist der Gasinjektor einen Flachdichtsitz auf. Vorzugsweise umfasst hierbei das Schließelement an einem zum Brennraum gerichteten Ende eine Dichtscheibe, welche an einem Ventilsitz eine oder mehrere Durchgangsöffnungen freigibt. Der Gasinjektor ist dabei vorzugsweise als ein nach außen öffnender Injektor ausgebildet. Dadurch kann ein Dichtsitz bereitgestellt werden, welcher senkrecht zur Längsrichtung des Gasinjektors in einer Ebene liegt.
Ferner bevorzugt 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 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.
Der Bremsvorgang 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.
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 einerweiteren 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.
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 erster Spalt zwischen der Ankerbolzenführung und dem Bremsbolzen vorhanden. Beim Öffnen wird dieser erste 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 der erste 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.
Vorzugsweise umfasst das flexible Dichtelement des Schmiermittelraums ein erstes und ein zweites flexibles Dichtelement. 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.
Eine 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.
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 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 verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel 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. Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 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 nach außen öffnendes Schließelement 3 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 mit dem Schließelement 3 verbunden ist. 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 seitlichen Gaszulauf 70, durch welchen 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 an einem Ventilsitzbauteil 93 ein Dichtsitz 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 und das Magnetgehäuse 8 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 Gaszulauf 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 Dichtsitz 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 Dichtsitz 11 vorbei in einen Düsenvorsatz 94 und in einen Brennraum 100 einer Brennkraftmaschine, was in Figur 1 durch die Pfeile A angedeutet ist.
Das Schließelement 3 umfasst eine Ventilnadel 30 mit einem Sitzteller 30a, welcher an dem zum Brennraum gerichteten Ende des Schließelements angeordnet ist. Der Dichtsitz 11 ist dabei zwischen dem Sitzteller 30a und dem Ventilsitzbauteil 93, welches mehrere axiale Durchbrüche 92 aufweist, ausgebildet.
Am Schließelement 3 ist ferner noch eine Fixierscheibe 30b vorgesehen, welche vom Sitzteller 30a etwas beabstandet in Richtung zum Magnetaktor 2 angeordnet ist.
Das Schließelement 3 gibt somit den Gaspfad 14 am Dichtsitz 11 frei und verschließt diesen. Zur Führung des Schließelements sind eine erste Nadelführung 31 und eine zweite Nadelführung 32 zwischen dem Schließelement 3 und einer Führungshülse 9 vorgesehen, wie im Detail aus Figur 1 ersichtlich ist. Die erste Nadelführung 31 ist direkt zwischen dem Schließelement 3 und der Führungshülse 9 ausgebildet. Die zweite Nadelführung 32 ist dabei zwischen einem Federteller 16 und der Führungshülse 9 ausgebildet. Der Federteller 16 ist fest mit dem Schließelement 3 verbunden, wobei sich das Rückstellelement 10 zwischen einem inneren Absatz 90a der Führungshülse 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 an der Fixierscheibe 30b fixiert und am anderen Ende mit der Führungshülse 9 verbunden. In der Führungshülse 9 sind dabei Querbohrungen 91 vorgesehen, so dass eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum des ersten flexiblen Dichtelements 51 und dem Innenraum der Führungshülse 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 keine ungewollte, über die Balgwirkfläche wirkende Kraft auf das Schließelement 3 ausüben.
Im abgeschlossenen Schmiermittelraum 4 ist auch 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.
Wie ferner aus Figur 1 ersichtlich ist, sind nun die erste Nadelführung 31, die zwischen der Führungshülse 9 und der Ventilnadel 30 ausgebildet ist, innerhalb des ersten flexiblen Dichtelements 51 angeordnet. Weiterhin ist auch ein Teil des Rückstellelements 10 innerhalb des ersten flexiblen Dichtelements 51 angeordnet. Dabei ist auch ein Teil der Führungshülse 9 innerhalb des ersten flexiblen Dichtelements 51 angeordnet. Somit ist erfindungsgemäß eine Ineinanderanordnung des Rückstellelements 10, der Führungshülse 9 und des ersten flexiblen Dichtelements 51 gegeben. Dadurch kann eine axiale Baulänge des Gasinjektors 1 signifikant reduziert werden.
Trotz der Ineinanderschachtelung von Ventilnadel 30, Rückstellelement 10, Führungshülse 9 und erstem flexiblen Dichtelement 51 wird ein Außendurchmesser insbesondere im Bereich des Ventilrohrs 90 nicht vergrößert.
Weiterhin sind auch die Speicherdruckfeder 40 und der Speicherfederteller 41 zumindest teilweise im zweiten flexiblen Dichtelement 52 angeordnet. Dabei ist auch ein Bereich des Führungskörpers 18 innerhalb des zweiten flexiblen Dichtelements 52 angeordnet. Dadurch wird eine axiale Baulänge des Gasinjektors 1 weiter reduziert.
Es sei angemerkt, dass auch auf den Düsenvorsatz 94 verzichtet werden kann, falls die Bauraumverhältnisse dies notwendig machen würden. Weiterhin wird der gasförmige Brennstoff seitlich durch den seitlichen Gaszulauf 70 und nicht, wie bei Gasinjektoren bisher üblich, in Axialrichtung, zugeführt. Dies reduziert weiter die Baulänge des Gasinjektors, insbesondere im vom Brennraum abgewandten Bereich des Gasinjektors. Im abgeschlossenen Schmiermittelraum 4 ist ferner eine Bremseinrichtung 6 angeordnet. Die Bremseinrichtung 6 umfasst einen Bremsbolzen 60, eine Bremsfeder 61 und einen Dämpfungsraum 62. 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. 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 1 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 1 ersichtlich ist, ist die Bremsfeder 61 zwischen dem Bremsbolzen 60 und dem Führungskörper 18 angeordnet. Der Bremsbolzen 60 weist dabei einen Flansch 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 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. Figur 1) an einem 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 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 Dichtsitz 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 4 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 der Führungshülse 9 verbunden, wobei das als Metallbalg ausgeführte erste flexible Dichtelement 51 einen mittleren Durchmesser aufweist, welcher gleich einem Durchmesser am Dichtsitz 11 ist, an welchem das Schließelement 3 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.
Der Dichtsitz 11 ist als Flachdichtsitz ausgebildet, so dass die Dichtflächen am Sitzteller 30a und dem Ventilsitzbauteil 91 einfach, z.B. durch eine flächige Bearbeitung wie Läppen, hergestellt werden können.
Somit kann der Gasinjektor 1 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.
Weiterhin kann der Gasinjektor 1 eine signifikant reduzierte axiale Länge aufweisen, so dass insbesondere eine seitliche Montage an einen Brennraum 100 einer Brennkraftmaschine möglich ist. Da neben der Ineinanderschachtelung von Bauteilen des Gasinjektors auch ein seitlicher Gaszulauf 70 vorgesehen ist, wird die axiale Baulänge des Gasinjektors 1 deutlich reduziert.

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) mit einer Ventilnadel (30), wobei das Schließelement (3) einen Gaspfad (14) an einem Dichtsitz (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), welches den Schmiermittelraum (4) gegenüber dem Gaspfad (14) abdichtet,
- ein Rückstellelement (10), welches das Schließelement (3) in eine geschlossene Ausgangsstellung zurückstellt, und
- eine erste Nadelführung (31), welche zwischen einer Führungshülse (9) und der Ventilnadel (30) ausgebildet ist,
- wobei die erste Nadelführung (31) radial innerhalb des flexiblen Dichtelements (51) im Schmiermittelraum (4) angeordnet ist, und
- wobei das Rückstellelement (10) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des flexiblen Dichtelements (51) im Schmiermittelraum (4) angeordnet ist.
2. Gasinjektor nach Anspruch 1, wobei das flexible Dichtelement (51) ein
Faltenbalg, insbesondere ein Metallfaltenbalg oder ein Kunststofffaltenbalg, oder eine Membran oder ein Gummielement, ist.
3. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das flexible
Dichtelement (51) direkt an der Ventilnadel (30) und direkt an der
Führungshülse (9) befestigt ist.
4. Gasinjektor nach Anspruch 3, wobei die Ventilnadel (30) ferner eine Fixierscheibe (30b) aufweist, wobei das flexible Dichtelement (51) an der Fixierscheibe (30b) befestigt ist.
5. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine zweite Nadelführung (32), welche zwischen der Ventilnadel (30) und der Führungshülse (9) im Schmiermittelraum (4) ausgebildet ist.
6. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rückstellelement (10) vollständig in der Führungshülse (9) angeordnet ist.
7. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Führungshülse (9) einen nach innen gerichteten Absatz (90a) zur Abstützung des Rückstellelements (10) aufweist.
8. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Gaszulauf (70), welcher seitlich am Gasinjektor angeordnet ist, insbesondere in einem Winkel von 90° zu einer Längsachse (X-X) des Gasinjektors.
9. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtsitz (11) ein Flachdichtsitz ist.
10. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schmiermittelraum (4) eine Bremseinrichtung (6) angeordnet ist, welche eingerichtet ist, das Schließelement (3) bei einem Rückstellvorgang des Gasinjektors vom geöffneten in den geschlossenen Zustand abzubremsen, wobei die Bremseinrichtung (6) insbesondere 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 des Gasinjektors in Wrkverbindung mit dem Schließelement (3) bringbar ist, 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 Bremsbolzens (60) in den geschlossenen Zustand zu dämpfen.
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