WO2022258246A1 - Gasinjektor mit dämpfungseinrichtung, insbesondere für kurze hübe - Google Patents

Gasinjektor mit dämpfungseinrichtung, insbesondere für kurze hübe Download PDF

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WO2022258246A1
WO2022258246A1 PCT/EP2022/059901 EP2022059901W WO2022258246A1 WO 2022258246 A1 WO2022258246 A1 WO 2022258246A1 EP 2022059901 W EP2022059901 W EP 2022059901W WO 2022258246 A1 WO2022258246 A1 WO 2022258246A1
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lubricant
gas injector
brake
bolt
chamber
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PCT/EP2022/059901
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Martin Mueller
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248—Injectors
    • F02M21/0257—Details of the valve closing elements, e.g. valve seats, stems or arrangement of flow passages
    • F02M21/026—Lift valves, i.e. stem operated valves
    • F02M21/0269—Outwardly opening valves, e.g. poppet valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M21/0248—Injectors
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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 and can dampen short opening strokes in particular very well.
  • 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. 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. This can be ensured with both long and short opening strokes of the gas injector. As a result, the service life of the gas injector is lengthened and essentially corresponds to the service life of a fuel injector for liquid fuels. In particular, when closing the Gas injector perform a closing element a much better cushioned closing process, so that wear on the sealing seat and on other components of the closing element is reduced or prevented.
  • 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 in operative connection with a closing element which opens and closes a gas path at a sealing seat, is provided in order to enable a movement for opening and/or closing the gas 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.
  • wear on the armature is significantly reduced in comparison with the gas injectors previously known from the prior art.
  • 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 and dampen the closing element during a resetting process of the gas injector from the open to the closed state.
  • the braking device comprises a braking bolt, a damping chamber which is in fluid communication with the lubricant chamber via a first fluid path, and an elastic braking element, in particular a spring.
  • the braking device comprises an anchor bolt, on which the anchor is arranged and which is in operative connection with the closing element, and a guide disk, in which the anchor bolt is guided.
  • a brake bolt valve of the braking device is included for releasing and/or closing a second fluid path for additional filling of the damping chamber of the braking device Lubricant provided. The filling of the damping chamber via the second fluid path takes place in the open state of the gas injector.
  • the brake pin valve is arranged on a brake valve seat between the armature pin and the brake pin for releasing and/or closing the second fluid path.
  • 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. Since part of the braking process is also provided by hydraulic sticking between the brake bolt and a stop component on which the brake bolt rests when the gas injector is open, the provision of the damping chamber can prevent the formation of vapor bubbles in the liquid lubricant when the hydraulic sticking is overcome. so that in particular wear due to cavitation can be prevented.
  • the brake bolt valve includes a through hole in the brake bolt, which a first end face of the brake bolt with the Damping chamber connects and is part of the second fluid path.
  • the anchor bolt has a second end face facing the damping bolt, with the first end face of the braking bolt bearing against the second end face of the anchor bolt in the closed state of the gas injector in such a way that the second fluid path is closed. This means that no lubricant can flow into the damping chamber via the through-hole in the brake bolt when it is closed.
  • the second fluid path is only open when the gas injector is open, so that sufficient lubricant can get into the damping chamber via the open brake pin valve and the through hole in the brake pin.
  • the braking device includes a throttle, which is arranged in the first fluid path between the damping chamber and the lubricant chamber.
  • the restrictor is preferably a stepped bore and ensures that there is fluid communication between the damping chamber and the lubricant chamber in any operating condition of the gas injector, i.e. whether open or closed.
  • the damping behavior of the braking device can be adjusted by selecting geometric dimensions of the bore, for example diameter and/or length of the bore.
  • the throttle is preferably arranged in a guide body and designed as a through hole in the guide body, the guide body being set up to guide the brake bolt.
  • the first fluid path is formed between the brake bolt and the guide body and is preferably formed as a groove in the casing of the brake bolt and/or as a groove in the guide cylinder in the guide body for the brake bolt.
  • one or more channels are preferably formed in a side of the guide disk which is directed towards the brake bolt.
  • one or more channels are formed in the first end face of the brake bolt.
  • the additional channels ensure that sufficient lubricant can flow from the lubricant space into the damping space via the second fluid path in the open state.
  • a further flow improvement is achieved if preferably the channels through a circumferential recess are fluidly connected to each other.
  • the recess for connecting the channels is preferably formed in the guide disk.
  • the brake valve seat between the brake bolt and the anchor bolt is preferably designed as a flat sealing seat.
  • the brake valve seat is a cone-ball seat or a cone-cone seat.
  • 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 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 flexible sealing element e.g. a bellows, is preferably provided, which seals the lubricant space in a partial area.
  • 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 can exert an unwanted force on the closing element of the gas injector, for example 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 lubricant in the lubricant chamber 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 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.
  • 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 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 second case increases at a higher Gas pressure the closing force on the valve needle. 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 return spring In the case of 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 preferred embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic enlarged partial sectional view of
  • Figure 3 is a schematic, enlarged partial sectional view of
  • FIG. 4 shows 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 magnet actuator 2, softer a closing element 3, in this exemplary embodiment an outwardly opening valve needle closed state moves to an open state.
  • FIG. 1 shows the closed state of the gas injector.
  • the magnetic actuator 2 includes an armature 20 which rests against 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 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 sealing 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 sealing seat 11 Breakthroughs are provided in the respective components, which are not all shown in FIG.
  • 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 close to the sealing seat 11 directly between the closing element 3 and the valve body 9 .
  • the second guide area 32 is 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 lubricant chamber 4 is defined 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.
  • 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 space 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 a fluid connection between the Interior of the first flexible sealing element 51 and the interior of the valve body 9 is present.
  • 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.
  • 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 designed as a braking spring.
  • the damping chamber 62 is in fluid communication with the lubricant chamber 4.
  • the braking device 6 includes a guide disk 25, in which the anchor bolt 24 is guided.
  • the guide disk 25 has a plurality of openings 25a running in the axial direction.
  • the braking device also includes a brake pin valve 66. When the brake bolt valve 66 is in the open state, the armature bolt 24 is moved in the direction of the arrow B together with the closing element 3 , so that the armature bolt is no longer in contact with the brake bolt 60 .
  • a first end face 60a of the brake bolt 60 which is directed in the direction of the armature bolt 24, is in contact with a second end face 24a of the armature bolt 24.
  • a through hole 67 which is the first Face 60a connects to the damping space 62.
  • FIG. 2 shows the closed state of the gas injector.
  • the damping chamber 62 there is a constant connection between the damping chamber 62 and the lubricant chamber 4 via a throttle 63 .
  • This permanent connection between the damping chamber 62 and the lubricant chamber 4 forms a first fluid path 101, via which lubricant can flow from the lubricant chamber 4 into the damping chamber 62 and vice versa.
  • the first fluid path 101 runs through the guide body 18 in which the throttle 63 is formed.
  • the throttle 63 opens into the connecting bores 18a in the guide body 18.
  • the throttle 63 can be designed as a stepped straight bore and is located in the central axis of the gas injector.
  • the second end face 24a at the end of the anchor bolt 24 is lifted off the first end face 60a by the anchor travel C. Since a plurality of radially running channels 26 are provided in the guide disk 25, which are formed from the openings in the guide disk 25 to an annular recess 27 on a radial inner side of the guide surface for the anchor bolt 24, the result when the gas injector is open is the second fluid path 102, which is indicated by dashed lines in FIG. As a result, lubricant can flow via the channels 26 and the recess 27 into the through hole 67 and from there into the damping space 62 .
  • the damping bolt 60 is pressed against the guide disk 25 in the axial direction XX by the elastic braking element 61 .
  • two fluid paths 101, 102 are provided in order to supply the damping chamber 62 with sufficient lubricant. This is particularly important because when the gas injector opens for only a very short time, the closing element and thus also the armature 20 and the armature bolt 24 are reset quickly, which must be adequately dampened. Such short injection times are given, for example, when the internal combustion engine is idling or when there are multiple injections.
  • the flow then also occurs via the first fluid path 101 through the throttle 63, which is always open.
  • a flat sealing seat is formed between the first end face 60a of the brake bolt 60 and the second end face 24a of the anchor bolt 24 .
  • a cone-ball seal seat or a cone-cone seal seat it is also possible here for a cone-ball seal seat or a cone-cone seal seat to be provided.
  • the damping process when the gas injector is closed is further supported by the brake spring 61 and hydraulic adhesion of the brake bolt 60 to the guide disk 25 .
  • the damping chamber 62 can prevent cavitation during the closing process of the gas injector in this area between the guide disk 25 and the first end face 60a of the brake bolt 60 .
  • 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 sealing seat 11, on which the closing element 3 on the sealing 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 sealing seat 11, on which the closing element 3 on the sealing seat 11 seals.
  • the gas injector 1 can thus provide reduced wear on the moving parts, in particular on the sealing seat 11, armature 20 and in the armature bolt 24, and can ensure adequate damping even with smaller strokes thanks to the damping chamber 62 that is always sufficiently filled via the two fluid paths 101, 102. 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 .
  • FIG. 4 shows an enlarged partial sectional view of a braking device of a gas injector according to a second preferred exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.
  • FIG. 4 shows the closed state of the gas injector.
  • a first fluid path 101 is not designed as a throttle in the guide body 18, rather the fluid connection between the damping chamber 62 and the lubricant chamber 4 is designed between the brake bolt 62 and the cylindrical receiving space in the guide body 18 for the brake bolt 62.
  • one or more grooves 60a are formed in the brake bolt 60 on the casing area of the brake bolt 60.
  • the first fluid path 101 through the play between the brake bolt 60 and the cylindrical portion of the guide body 18 in which the
  • Brake bolt 60 is added to be adjusted.
  • one or more grooves can also be provided in the cylindrical area of the guide body 18 . There is thus a throttling in the first fluid path in the area between the brake bolt 60 and the cylindrical partial area of the guide body 18. Otherwise this corresponds

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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 Dichtsitz (11) freigibt und verschließt, wobei der Anker (20) mit dem Schließelement (3) in Wirkverbindung steht, 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, 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) über einen ersten Fluidpfad (101) in Fluidverbindung steht, ein elastisches Bremselement (61), einen sich mit dem Anker in Wirkverbindung befindlichen Ankerbolzen und eine Führungsscheibe (25) aufweist, wobei der Bremsbolzen (60) und das elastische Bremselement (61) beim Rückstellvorgang in Wirkverbindung mit dem 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 Schließelements (3) in den geschlossenen Zustand zu dämpfen, und wobei der Ankerbolzen (24) in der Führungsscheibe (25) geführt ist und ein Bremsbolzenventil (66) zum Freigeben und Verschließen eines zweiten Fluidpfades (102) an einem Bremsventilsitz zwischen dem Schmiermittelraum (4) und dem Dämpfungsraum (62) vorgesehen ist, wobei das Bremsbolzenventil (66) eingerichtet ist, den Dämpfungsraum (62) mit Schmiermittel zu befüllen, wenn der Gasinjektor sich in einem geöffneten Zustand befindet.

Description

Beschreibung
Titel
Gasinjektor mit Dämpfungseinrichtung, insbesondere für kurze Hübe
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 und kann insbesondere kurze Öffnungshübe sehr gut dämpfen.
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. Dies kann sowohl bei langen als auch kurzen Öffnungshüben des Gasinjektors sichergestellt werden. Dadurch wird eine Lebensdauer des Gasinjektors verlängert und entspricht im Wesentlichen einer Lebensdauer eines Kraftstoffinjektors für flüssige Kraftstoffe. Insbesondere kann beim Schließen des Gasinjektors ein Schließelement einen deutlich besser gedämpften Schließvorgang durchführen, so dass ein Verschleiß am Dichtsitz und an weiteren Bauteilen des Schließelements reduziert oder verhindert wird. Insbesondere bei kurzen Öffnungszeiten des Gasinjektors, beispielsweise bei einem Leerlauf einer Brennkraftmaschine oder bei mehreren kurzen Einblasvorgängen, kann eine ausreichende Dämpfung eines in die geschlossene Ausgangsstellung zurückkehrenden Schließelements sichergestellt werden. 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 in Wirkverbindung steht, das einen Gaspfad an einem Dichtsitz freigibt und verschließt, vorgesehen, um eine Bewegung zum Öffnen und/oder Schließen des Gasinjektors 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. 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 und zu dämpfen. Die Bremseinrichtung umfasst einen Bremsbolzen, einen Dämpfungsraum, der mit dem Schmiermittelraum über einen ersten Fluidpfad in Fluidverbindung steht, und ein elastisches Bremselement, insbesondere eine Feder. Ferner umfasst die Bremseinrichtung einen Ankerbolzen, an welchem der Anker angeordnet ist und welcher sich mit dem Schließelement in Wirkverbindung befindet sowie eine Führungsscheibe, in welcher der Ankerbolzen geführt ist. Ein Bremsbolzenventil der Bremseinrichtung ist zum Freigeben und/oder Verschließen eines zweiten Fluidpfads zur zusätzlichen Befüllung des Dämpfungsraums der Bremseinrichtung mit Schmiermittel vorgesehen. Die Befüllung des Dämpfungsraums über den zweiten Fluidpfad erfolgt dabei im geöffneten Zustand des Gasinjektors. Das Bremsbolzenventil ist an einem Bremsventilsitz zwischen dem Ankerbolzen und dem Bremsbolzen zum Freigeben und/oder Verschließen des zweiten Fluidpfads angeordnet.
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 auch 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 durch den Anker und den Bremsbolzen eine weitere Abbremsung realisiert. Durch das Vorsehen von zwei Fluidpfaden zur Befüllung des Dämpfungsraums mit Schmiermittel kann auch bei einem nur kurzzeitigen Öffnen des Gasinjektors eine sichere und ausreichende Befüllung des Dämpfungsraums mit Schmiermittel sichergestellt werden. Dadurch kann bei einem darauffolgenden Schließvorgang des Gasinjektors immer sichergestellt werden, dass ausreichend Schmiermittel im Dämpfungsraum vorhanden ist, um den Rückstellvorgang des Schließelements zu dämpfen. 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.
Vorzugsweise umfasst das Bremsbolzenventil eine Durchgangsbohrung im Bremsbolzen, welche eine erste Stirnseite des Bremsbolzens mit dem Dämpfungsraum verbindet und Teil des zweiten Fluidpfads ist. Der Ankerbolzen weist eine dem Dämpfungsbolzen zugewandte zweite Stirnseite auf, wobei im geschlossenen Zustand des Gasinjektors die erste Stirnseite des Bremsbolzens an der zweiten Stirnseite des Ankerbolzens derart anliegt, dass der zweite Fluidpfad geschlossen ist. Somit kann im geschlossenen Zustand kein Schmiermittel über die Durchgangsbohrung im Bremsbolzen in den Dämpfungsraum strömen. Der zweite Fluidpfad ist dabei nur im geöffneten Zustand des Gasinjektors geöffnet, so dass ausreichend Schmiermittel über das geöffnete Bremsbolzenventil und die Durchgangsbohrung im Bremsbolzen in den Dämpfungsraum gelangen kann.
Weiter bevorzugt umfasst die Bremseinrichtung eine Drossel, welche im ersten Fluidpfad zwischen dem Dämpfungsraum und dem Schmiermittelraum angeordnet ist. Die Drossel ist vorzugsweise eine abgestufte Bohrung und stellt sicher, dass in jedem Betriebszustand des Gasinjektors, d.h., ob offen oder geschlossen, eine Fluidverbindung zwischen dem Dämpfungsraum und dem Schmiermittelraum vorhanden ist. Durch Wahl geometrischer Abmessungen der Bohrung beispielsweise Durchmesser und/oder Länge der Bohrung, kann das Dämpfungsverhalten der Bremseinrichtung eingestellt werden.
Die Drossel ist vorzugsweise in einem Führungskörper angeordnet und als Durchgangsbohrung im Führungskörper ausgebildet, wobei der Führungskörper eingerichtet ist, den Bremsbolzen zu führen. Alternativ ist der erste Fluidpfad zwischen dem Bremsbolzen und dem Führungskörper ausgebildet und vorzugsweise als Nut im Mantel des Bremsbolzens und/oder als Nut im Führungszylinder im Führungskörper für den Bremsbolzen ausgebildet.
Um eine möglichst schnelle Befüllung des Dämpfungsraums mit Schmiermittel sicherzustellen, sind vorzugsweise in einer zum Bremsbolzen gerichteten Seite der Führungsscheibe ein oder mehrere Kanäle ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich sind in der ersten Stirnseite des Bremsbolzens ein oder mehrere Kanäle ausgebildet. Die zusätzlichen Kanäle stellen dabei sicher, dass ausreichend Schmiermittel im geöffneten Zustand aus dem Schmiermittelraum in den Dämpfungsraum über den zweiten Fluidpfad strömen kann. Eine weitere Strömungsverbesserung wird erreicht, wenn vorzugsweise die Kanäle durch eine umlaufende Ausnehmung miteinander fluidverbunden sind. Die Ausnehmung zur Verbindung der Kanäle ist vorzugsweise in der Führungsscheibe ausgebildet.
Vorzugsweise ist der Bremsventilsitz zwischen dem Bremsbolzen und dem Ankerbolzen als Flachdichtsitz ausgebildet. Alternativ ist der Bremsventilsitz ein Kegel-Kugel-Sitz oder ein Kegel-Kegel-Sitz.
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.
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. Um eine Abdichtung des Schmiermittelraums sicherzustellen, ist vorzugsweise ein flexibles Dichtelement, z.B. ein Faltenbalg, vorgesehen, welches den Schmiermittelraum an einem Teilbereich abdichtet.
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. 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.
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.
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.
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 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 bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische vergrößerte Teilschnittansicht der
Bremseinrichtung des Gasinjektors von Figur 1 im geschlossenen Zustand,
Figur 3 eine schematische, vergrößerte Teilschnittansicht der
Bremseinrichtung des Gasinjektors im geöffneten Zustand, und
Figur 4 eine schematische, vergrößerte T eilschnittansicht einer
Bremseinrichtung eines Gasinjektors gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 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 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 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 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 Brennraum einer Brennkraftmaschine, was in Figur 1 durch die Pfeile A angedeutet ist. Das Schließelement 3 gibt somit den Gaspfad 14 am Dichtsitz 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 Dichtsitz 11 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 als Bremsfeder ausgebildetes elastisches Bremselement 61. Der Dämpfungsraum 62 steht mit dem Schmiermittelraum 4 in Fluidverbindung. Ferner umfasst die Bremseinrichtung 6 eine Führungsscheibe 25, in welcher der Ankerbolzen 24 geführt ist. Die Führungsscheibe 25 weist dabei mehrere in Axialrichtung verlaufende Durchbrüche 25a auf. Ferner umfasst die Bremseinrichtung ein Bremsbolzenventil 66. Im geöffneten Zustand des Bremsbolzenventils 66 wird der Ankerbolzen 24 gemeinsam mit dem Schließelement 3 in Richtung des Pfeils B bewegt, so dass der Ankerbolzen sich nicht mehr in Kontakt mit dem Bremsbolzen 60 befindet.
Im geschlossenen Zustand des Bremsbolzenventils 66 befindet sich eine erste Stirnseite 60a des Bremsbolzens 60, welche in Richtung zum Ankerbolzen 24 gerichtet ist, in Kontakt mit einer zweiten Stirnseite 24a des Ankerbolzens 24. Im Bremsbolzen 60 ist ferner noch eine Durchgangsbohrung 67 ausgebildet, welche die erste Stirnseite 60a mit dem Dämpfungsraum 62 verbindet.
Figur 2 zeigt den geschlossenen Zustand des Gasinjektors. Wie im Detail aus Figur 2 ersichtlich ist, ist über eine Drossel 63 eine ständige Verbindung zwischen dem Dämpfungsraum 62 und dem Schmiermittelraum 4 vorhanden. Diese ständige Verbindung zwischen dem Dämpfungsraum 62 und dem Schmiermittelraum 4 bildet einen ersten Fluidpfad 101, über welchen Schmiermittel aus dem Schmiermittelraum 4 in den Dämpfungsraum 62 und umgekehrt strömen kann. Der erste Fluidpfad 101 verläuft, wie in Figur 2 gezeigt, durch den Führungskörper 18, in welchem die Drossel 63 ausgebildet ist. Die Drossel 63 mündet dabei in die Verbindungsbohrungen 18a im Führungskörper 18. Die Drossel 63 kann als abgestufte geradlinige Bohrung ausgebildet werden und liegt in der Mittelachse des Gasinjektors.
Im geöffneten Zustand des Gasinjektors ergibt sich, wie aus Figur 3 ersichtlich ist, über das geöffnete Bremsbolzenventil 66 ein zweiter Fluidpfad 102.
Im in Figur 3 gezeigten geöffneten Zustand ist die zweite Stirnseite 24a am Ende des Ankerbolzens 24 um den Ankerweg C von der ersten Stirnseite 60a abgehoben. Da in der Führungsscheibe 25 mehrere radial verlaufende Kanäle 26 vorgesehen sind, welche von den Durchbrüchen in der Führungsscheibe 25 zu einer ringförmigen Ausnehmung 27 an einer radialen Innenseite der Führungsfläche für den Ankerbolzen 24 gebildet sind, ergibt sich bei geöffnetem Gasinjektor der zweite Fluidpfad 102, was in Figur 3 gestrichelt angedeutet ist. Dadurch kann Schmiermittel über die Kanäle 26 und die Ausnehmung 27 in die Durchgangsbohrung 67 und von dort in den Dämpfungsraum 62 strömen. Der Dämpfungsbolzen 60 wird dabei durch das elastische Bremselement 61 in Axialrichtung X-X gegen die Führungsscheibe 25 gedrückt. Somit sind bei geöffnetem Gasinjektor zwei Fluidpfade 101, 102 vorgesehen, um den Dämpfungsraum 62 ausreichend mit Schmiermittel zu versorgen. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, da bei nur sehr kurzen Öffnungszeiten des Gasinjektors eine schnelle Rückstellung des Schließelements und damit auch des Ankers 20 und des Ankerbolzens 24 erfolgt, welche ausreichend gedämpft werden muss. Derartige kurze Einblaszeiten sind beispielsweise bei einem Leerlauf der Brennkraftmaschine oder bei einer Mehrfacheinblasung gegeben.
Somit kann verhindert werden, dass trotz der kurzen Öffnungszeit des Gasinjektors keine Dämpfung durch die Bremseinrichtung 6 vorhanden ist. Wie aus Figur 3 deutlich wird, hebt beim Öffnen des Gasinjektors der Ankerbolzen 24 von seiner Sitzfläche am Bremsbolzen 60 ab. Unmittelbar nach dem Abheben wird somit das Bremsbolzenventil 66 geöffnet, so dass das Schmiermittel über die Kanäle 26 und die Ausnehmung 27 sowie die Durchgangsbohrung 67 in den Dämpfungsraum 62 strömen kann. Diese Strömung des Schmiermittels über den zweiten Fluidpfad 102 wird auch durch das elastische Bremselement 61 unterstützt, welches sicherstellt, dass der Bremsbolzen 60 in Axialrichtung gegen die Führungsscheibe 25 gedrückt wird und in dieser Stellung verbleibt. Der Bremsbolzen 60 ist dabei im Führungskörper 18 geführt.
Zum Befüllen des Dämpfungsraums 62 ergibt sich dann auch die Strömung über den ersten Fluidpfad 101 durch die immer geöffnete Drossel 63.
In diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen der ersten Stirnseite 60a des Bremsbolzens 60 und der zweiten Stirnseite 24a des Ankerbolzens 24 ein Flachdichtsitz ausgebildet. Hierbei ist es jedoch auch möglich, dass ein Kegel- Kugel-Dichtsitz oder ein Kegel-Kegel-Dichtsitz vorgesehen wird.
Der Dämpfungsvorgang beim Schließen des Gasinjektors wird weiterhin durch die Bremsfeder 61 und ein hydraulisches Kleben des Bremsbolzens 60 an der Führungsscheibe 25 unterstützt. Durch den Dämpfungsraum 62 kann dabei eine Kavitation beim Schließvorgang des Gasinjektors in diesem Bereich zwischen der Führungsscheibe 25 und der ersten Stirnseite 60a des Bremsbolzens 60 verhindert werden. Durch Wahl eines Durchmessers und/oder einer Länge der Drossel 63 kann das Dämpfungsverhalten zusätzlich individuell für den jeweiligen Gasinjektor eingestellt werden.
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 Dichtsitz 11 ist, an welchem das Schließelement 3 am Dichtsitz 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 Dichtsitz 11 gedrückt wird, ausgeführt werden. Somit wird eine Schließgeschwindigkeit des Schließelements 3 signifikant und wirksam vor dem Auftreffen des Schließelements in den Dichtsitz 11 abgebremst. Somit kann ein Verschleiß am Dichtsitz 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 Dichtsitz auftrifft und zurückgeprellt wird, wirksam verhindert werden.
Somit kann der Gasinjektor 1 einen reduzierten Verschleiß an den bewegten Teilen, insbesondere am Dichtsitz 11, Anker 20 und im Ankerbolzen 24, bereitstellen und auch bei kleineren Hüben eine ausreichende Dämpfung durch den über die beiden Fluidpfade 101, 102 immer ausreichend gefüllten Dämpfungsraum 62 sicherstellen. 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. Figur 4 zeigt eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Bremseinrichtung eines Gasinjektors gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Figur 4 zeigt wie Figur 2 des ersten Ausführungsbeispiels den geschlossenen Zustand des Gasinjektors. Ein erster Fluidpfad 101 ist beim zweiten Ausführungsbeispiel dabei nicht als Drossel im Führungskörper 18 ausgebildet, sondern die Fluidverbindung zwischen dem Dämpfungsraum 62 und dem Schmiermittelraum 4 ist zwischen dem Bremsbolzen 62 und dem zylinderförmigen Aufnahmeraum im Führungskörper 18 für den Bremsbolzen 62 ausgebildet. Wie in Figur 4 gezeigt, sind hierbei eine oder mehrere Nuten 60a im Bremsbolzen 60 am Mantelbereich des Bremsbolzens 60 ausgebildet. Alternativ kann der erste Fluidpfad 101 auch durch das Spiel zwischen dem Bremsbolzen 60 und dem zylinderförmigen Bereich des Führungskörpers 18, in welchem der
Bremsbolzen 60 aufgenommen ist, eingestellt werden. Weiter alternativ oder zusätzlich können auch eine oder mehrere Nuten im zylinderförmigen Bereich des Führungskörpers 18 vorgesehen sein. Somit erfolgt eine Drosselung im ersten Fluidpfad in dem Bereich zwischen dem Bremsbolzen 60 und dem zylinderartigen Teilbereich des Führungskörpers 18. Ansonsten entspricht dieses
Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

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 Dichtsitz (11) freigibt und verschließt, wobei der Anker (20) mit dem Schließelement (3) in Wirkverbindung steht,
- 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, 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) über einen ersten Fluidpfad (101) in Fluidverbindung steht, ein elastisches Bremselement (61), einen sich mit dem Anker in Wirkverbindung befindlichen Ankerbolzen und eine Führungsscheibe (25) aufweist, wobei der Bremsbolzen (60) und das elastische Bremselement (61) beim Rückstellvorgang in Wirkverbindung mit dem 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 Schließelements (3) in den geschlossenen Zustand zu dämpfen, und wobei der Ankerbolzen (24) in der Führungsscheibe (25) geführt ist und ein Bremsbolzenventil (66) zum Freigeben und Verschließen eines zweiten Fluidpfades (102) an einem Bremsventilsitz zwischen dem Schmiermittelraum (4) und dem Dämpfungsraum (62) vorgesehen ist, wobei das Bremsbolzenventil (66) eingerichtet ist, den Dämpfungsraum (62) mit Schmiermittel zu befüllen, wenn der Gasinjektor sich in einem geöffneten Zustand befindet.
2. Gasinjektor nach Anspruch 1, wobei im Bremsbolzen (60) eine Durchgangsbohrung (67) ausgebildet ist, welche eine erste Stirnseite (60a) des Bremsbolzens (60) mit dem Dämpfungsraum (62) verbindet, wobei der Ankerbolzen (24) eine zweite Stirnseite (24a) aufweist, wobei im geschlossenen Zustand des Gasinjektors die erste Stirnseite (60a) des Bremsbolzens (60) an der zweiten Stirnseite (24a) des Ankerbolzens (24) derart anliegt, dass der zweite Fluidpfad (102) geschlossen ist, so dass kein Schmiermittel über die Durchgangsbohrung (67) in den Dämpfungsraum (62) strömen kann.
3. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (6) ferner eine Drossel (63) aufweist, welche im ersten Fluidpfad (101) zwischen dem Dämpfungsraum (62) und dem Schmiermittelraum (4) angeordnet ist.
4. Gasinjektor nach Anspruch 3, wobei die Drossel (63) eingerichtet ist, in jedem Betriebszustand des Gasinjektors geöffnet zu sein und insbesondere als gestufte Bohrung ausgebildet ist.
5. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer zum Bremsbolzen (60) gerichteten Seite der Führungsscheibe (25) ein oder mehrere Kanäle ausgebildet sind und/oder wobei in der ersten Stirnseite (60a) des Bremsbolzens (60) ein oder mehrere Kanäle ausgebildet sind.
6. Gasinjektor nach Anspruch 5, wobei die Kanäle durch eine umlaufende Ausnehmung (27) miteinander fluidverbunden sind.
7. Gasinjektor nach Anspruch 6, wobei die Ausnehmung (27) in der Führungsscheibe (25) ausgebildet ist.
8. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsventilsitz des Bremsbolzenventils (66) als Flachdichtsitz oder als Kegel-Kugel-Sitz oder als Kegel-Kegel-Sitz ausgebildet ist.
9. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elastische Bremselement (61) im Dämpfungsraum (62) angeordnet ist.
10. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen im Schmiermittelraum (4) angeordneten Führungskörper (18), welcher zur Führung des Bremsbolzens (60) eingerichtet ist.
PCT/EP2022/059901 2021-06-07 2022-04-13 Gasinjektor mit dämpfungseinrichtung, insbesondere für kurze hübe WO2022258246A1 (de)

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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008041544A1 (de) * 2008-08-26 2010-03-04 Robert Bosch Gmbh Ventil zur Zumessung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums
WO2017167558A1 (de) * 2016-03-31 2017-10-05 Robert Bosch Gmbh Injektor zum einblasen eines gasförmigen brennstoffs in einen brennraum

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