WO2023138803A1 - Gasinjektor mit unterdruckgesteuertem zweitem dichtsitz - Google Patents

Gasinjektor mit unterdruckgesteuertem zweitem dichtsitz Download PDF

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WO2023138803A1
WO2023138803A1 PCT/EP2022/079713 EP2022079713W WO2023138803A1 WO 2023138803 A1 WO2023138803 A1 WO 2023138803A1 EP 2022079713 W EP2022079713 W EP 2022079713W WO 2023138803 A1 WO2023138803 A1 WO 2023138803A1
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WO
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sealing seat
gas injector
sealing
gas
injector according
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PCT/EP2022/079713
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Inventor
Dietmar Schmieder
Hubert Stier
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • 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
    • F02M21/0251—Details of actuators therefor
    • F02M21/0254—Electric actuators, e.g. solenoid or piezoelectric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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
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    • 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
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10209—Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like
    • F02M35/10229—Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like the intake system acting as a vacuum or overpressure source for auxiliary devices, e.g. brake systems; Vacuum chambers

Definitions

  • the present invention relates to a gas injector for blowing in a gaseous medium, in particular hydrogen or natural gas, with a second sealing seat which can be opened under vacuum control.
  • Gas injectors are known from the prior art in different configurations. Compared to fuel injectors for liquid fuels, the technical requirements for gas injectors are significantly different.
  • a problem with gas injectors is the sealing of the gas injector over long periods of time. Here, for example, it should be avoided that gaseous fuel diffuses from the gas injector into the combustion chamber beyond the actually closed sealing seat and possibly gets into the environment when the internal combustion engine is switched off despite the sealing seat being closed. However, this should be avoided at all costs.
  • the gas injector according to the invention for blowing in a gaseous medium with the features of claim 1 has the advantage that a significant reduction in a possible loss of the gaseous medium from the gas injector is possible when the gas injector is closed for longer periods of time. Furthermore, in order to open a second sealing seat, which is designed in particular as an elastomer sealing seat, in addition to improved sealing, reliable opening can also be achieved even with large sealing diameters of the second sealing seat.
  • the gas injector according to the invention is constructed very simply and inexpensively. Further It is also ensured when the gas injector is open that there is no leakage of medium to be injected to a vacuum source. The gas injector according to the invention can thus achieve improved sealing in each of the two operating positions, ie the open position when the gaseous medium is injected into a combustion chamber, and the closed position when the internal combustion engine is switched off.
  • the gas injector comprises a closing element which opens and closes a passage opening on a sealing seat. Furthermore, an actuator for actuating the closing element is provided.
  • the gas injector also includes a resetting element for resetting the closing element.
  • the second sealing seat which is arranged between a gas supply line connection and the first sealing seat in the flow direction of the gaseous medium through the gas injector, opens and closes a gas flow path through the gas injector.
  • the gas injector includes a vacuum connection, which is arranged in the flow direction of the medium through the gas injector in front of the second sealing seat.
  • the gas injector comprises a control valve which is in fluid connection with the vacuum connection and is set up to connect the vacuum connection to a vacuum source in order to open the second sealing seat.
  • the negative pressure source has a lower pressure than the gaseous medium to be injected and is preferably below ambient pressure.
  • the control valve is preferably a 2/2-way valve.
  • the second sealing seat is formed between an axially movable piston element and a housing.
  • the piston element enables the second sealing seat to be opened easily and safely by means of a vacuum.
  • the gas injector includes a third sealing seat, which is formed between the piston element and the housing.
  • the third sealing seat releases and closes a connection between the gas flow path in the gas injector and the control valve.
  • the piston element can be moved back and forth between the second and the third sealing seat.
  • the second and third sealing seats are not closed at the same time.
  • the third sealing seat includes a first elastomeric sealing element.
  • the provision of the second sealing seat means that gas-tightness of the gas injector can be ensured even if the gas injector is stationary for a longer period of time and is not actuated, since the internal combustion engine is at a standstill both the first and the second sealing seat are closed. Even assuming that the first sealing seat, which is directed towards the combustion chamber, would leak, at least one quantity of the gaseous medium that could potentially flow out of the gas injector is reduced to the volume between the first and second sealing seats due to the second sealing seat. Furthermore, a very simple and cost-effective construction of the gas injector can be achieved by the pneumatic actuation by means of negative pressure to open the second sealing seat.
  • a particularly simple and cost-effective construction is possible if the first elastomeric sealing element is arranged on the piston element.
  • connection path between the gas flow path in the gas injector and the control valve includes a control chamber.
  • a volume of the control chamber is changed by a movement of the piston element and is preferably minimal when the third sealing seat is closed.
  • connection path preferably has an axial opening which is directed in the axial direction of the gas injector and on which the third sealing seat lies. This enables the third sealing seat to be sealed particularly securely, since sealing is only possible by means of an axial movement. Furthermore, as a result, no or negligible frictional resistance can be achieved during the opening and closing processes at the third sealing seat.
  • the exclusive Axial movement on the third sealing seat also enables reduced wear on the components, in particular on the first elastomeric sealing element.
  • the axial opening is particularly preferably arranged between a first peripheral bead and a second peripheral bead.
  • a groove is formed between the first and second circumferential ridges, with the axial opening opening between the first and second ridges.
  • the components in particular the first elastomer sealing element, are subjected to a uniform load over the operating period, so that the first elastomer sealing element does not have to be replaced over the entire service life of the gas injector.
  • the axial opening is preferably connected to the vacuum connection via a radial bore. This enables a particularly simple and cost-effective design, since only a groove and a radial bore are required in the housing for the connection to the vacuum connection.
  • the first elastomeric sealing element is preferably arranged in a circumferential groove with undercuts.
  • the undercuts hold the first elastomeric sealing element securely in the groove and, in particular, can also absorb radial forces if necessary.
  • the piston element preferably comprises a cylindrical base body and an annular flange protruding radially outwards on the base body.
  • the third sealing seat is formed on the annular flange.
  • the annular flange and/or the base body preferably also serves as a guide component for the piston element.
  • the piston element is preferably a hollow piston with a piston end face, the second sealing seat sealing on the piston end face.
  • the second sealing seat is preferably formed on a radially inwardly directed projection of the housing, so that the second sealing seat can be opened and closed by axial movement of the piston element.
  • the hollow piston preferably has one or more openings on a piston skirt.
  • a second elastomeric sealing element in particular with a retaining plate, is also preferably arranged on the second sealing seat.
  • the retaining plate enables the use of simply constructed sealing elements, for example standardized O-rings, and can also enable the sealing element to be sealed by a larger sealing surface between the sealing element and the retaining plate. Furthermore, the retaining plate can provide sufficient swelling space for the elastic deformation of the sealing element.
  • the actuator is arranged in a closed room.
  • the closed space for the actuator is preferably sealed off by means of a metal membrane. As a result, the actuator does not come into contact with the gaseous medium and corrosion problems on components of the actuator can be avoided.
  • the present invention relates to an internal combustion engine with a gas injector according to the invention.
  • the internal combustion engine preferably comprises an intake pipe of the internal combustion engine as a vacuum source, which is in fluid connection with the gas injector via the control valve.
  • a mouth of a connecting line between the intake pipe and the gas injector is preferably located after a throttle valve in the intake pipe.
  • the internal combustion engine also preferably comprises a large number of gas injectors, with all gas injectors being connected to only a single, common control valve. As a result, the investment costs for the injection device according to the invention can be significantly reduced.
  • the internal combustion engine includes a catalytic converter as a vacuum source, with a control quantity of the gaseous medium, which flows out due to the opening of the control valve, being guided to the catalytic converter.
  • a reservoir for intermediate storage of the gaseous medium is preferably arranged in the connection path between the control valve and the catalytic converter in order to ensure that the gas injector is sufficiently temperature-controlled after a cold start and can convert the components of the control quantity of the gaseous medium into gas components that are harmless to the environment.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a gas injector according to a first embodiment of the invention in the closed state of the gas injector
  • Figure 2 is an enlarged view of a second sealing seat of the
  • Figure 3 is a schematic sectional view along line II-II of
  • Figure 4 is a schematic representation of the second sealing seat
  • FIG. 5 shows an enlarged partial sectional view of the third sealing seat in the open state of the third sealing seat
  • FIG. 6 shows an enlarged partial sectional view of the third sealing seat in the closed state of the third sealing seat
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of a gas injector according to a second exemplary embodiment of the invention in the closed state of the gas injector.
  • 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 for blowing in a gaseous medium in particular for blowing in hydrogen, comprises a closing element 2 in the form of a valve needle and an actuator 5.
  • the actuator 5 is set up to actuate the closing element in order to bring it into an open position.
  • the actuator 5 is designed as a magnet actuator with an armature 50 and an inner pole 51 .
  • the actuator 5 is arranged in a closed actuator chamber 53 which is sealed off from the gaseous medium by means of a flexible metal membrane 52 .
  • FIG. 1 shows the closed state of the gas injector 1. In the open state, gaseous medium is blown into a combustion chamber 30.
  • a reset element 6 resets the closing element back into the closed initial position shown in FIG.
  • the gas injector 1 also includes a second sealing seat 7, which can be seen in detail in FIGS.
  • a second sealing seat 7 In the closed state of the gas injector with the internal combustion engine switched off (FIG. 2), both the first sealing seat 4 and the second sealing seat 7 are closed.
  • the second sealing seat 7 is arranged further away from the combustion chamber 30 , with the actuator 5 being arranged between the first sealing seat 4 and the second sealing seat 7 .
  • the second sealing seat 7 it is therefore possible for the second sealing seat 7 to include a second elastomeric sealing element 70 .
  • the second elastomeric sealing element 70 can provide very good tightness in the closed state, so that even if the gas injector is idle for a longer period of time, no gas can diffuse via the second sealing seat 7 into a gas chamber 10 located in front of the first sealing seat 4 .
  • the gas injector 1 also includes an axially movable piston element 20, which can be seen in detail in FIG.
  • the piston element 20 comprises a hollow-cylindrical base body 21 and a piston end face 22.
  • a circumferential annular flange 23 is provided on the hollow-cylindrical base body 21.
  • the base body 21 has a plurality of openings 24 .
  • the piston element 20 is also prestressed by means of a restoring spring 27 in the closed state on the second sealing seat 7 (cf. FIG. 2).
  • the second elastomeric sealing element 70 is arranged in a groove in the piston face 22 and essentially has a rectangular cross-section with rounded corners.
  • the second elastomeric sealing element 70 seals against a housing 11 of the gas injector.
  • the housing 11 has a circumferential projection 11a on which the second sealing seat 7 is formed.
  • the gas injector 1 loses at most the volume of gas in the gas chamber 10 between the first sealing seat 4 and the second sealing seat 7.
  • the elastomeric sealing element 70 seals the second sealing seat 7 without leaks.
  • the gas injector 1 also includes a vacuum connection 80, which is arranged in a flow direction (arrow A) of the gas injector in front of the second sealing seat, and a control valve 8.
  • the control valve 8 is a 2/2-way valve.
  • the control valve 8 is connected to the vacuum port 80 and is set up to connect the vacuum port 80 to a vacuum source in order to open the second sealing seat 7 .
  • the vacuum source is an intake pipe 81.
  • a connecting line 83 between the control valve 8 and the intake pipe 81 opens out in the intake pipe 81 in an area downstream of a throttle valve 82 in the direction of flow (arrow B).
  • a third sealing seat 9 is formed between the radially outwardly directed annular flange 23 of the piston element 20 and the housing 11 .
  • the housing 11 is designed in several parts and also includes a connecting piece 12 through which the gaseous medium is fed.
  • Figure 2 shows the open state of the third sealing seat 9
  • Figure 4 shows the closed state of the third sealing seat 9.
  • a control chamber 15 is formed between the annular flange 23 and the housing 11 .
  • the control chamber 15 is connected to the vacuum connection 80 via a circumferential groove 16 and a radial bore 17 .
  • a first guide area 31 is formed between the annular flange 23 and the housing 11 . Furthermore, a second guide region 32 is formed between the hollow-cylindrical base body 21 and the housing. As a result, the piston element 20 is guided axially in two areas, so that very good mobility with minimal wear is possible.
  • the third sealing seat 9 is shown in detail in FIGS. As can be seen in particular from FIG. 6, the third sealing seat 9 is formed between a first elastomeric sealing element 25 and the housing 11 .
  • the first elastomeric sealing element 25 is arranged in a circumferential groove 26 formed in the annular flange 23 .
  • the circumferential groove 26 has a first undercut 26a and a second undercut 26b, so that the first elastomeric sealing element 25 is securely secured against falling out.
  • the first elastomeric sealing element 25 has the shape of a truncated cone in section, so that it is possible to securely hold the elastomeric sealing element 25 on the annular flange 23 .
  • the groove 16 has an axial opening 40 which is directed in the axial direction XX of the gas injector. As can be seen from FIG. 5 and FIG. 3, the axial opening 40 is surrounded by a first peripheral bead 41 and a second peripheral bead 42 . As shown in FIG. 3, the groove 16 is provided here between the first peripheral bead 41 and the second peripheral bead 42, which runs annularly. A further annular recess 41a and an annular metallic stop 44 are provided radially outside the first circumferential bead 41 . A second annular recess 42a is provided radially inside the second bead 42 (cf. FIG. 5).
  • the metallic stop 44 prevents the first and second bead 41, 42 from penetrating too deeply into the first elastomeric sealing element 25 in the closed state and possibly damaging it.
  • first and second bead 41, 42 are formed circumferentially and the first elastomeric sealing element 25 is also provided circumferentially, there is no inclined position, for example of the piston element 20, even when the third sealing seat 9 is closed, as might be the case if sealing were only carried out on the outer circumference of the opening 40.
  • the second sealing seat 7 and the third sealing seat 9 are designed in such a way that both sealing seats are not closed at the same time.
  • the third sealing seat 9 is closed. This is shown in Figure 4.
  • the closing of the third sealing seat 9 or the opening of the second sealing seat 7 is provided by means of vacuum from the vacuum source.
  • the function of the gas injector 1 according to the invention is as follows: When the internal combustion engine is started, a vacuum is created in the intake pipe 81 generated. When the internal combustion engine is started, the control valve 8 is also energized at the same time, so that it is transferred from the closed position shown in FIG. 2 to the open position. As a result, the control chamber 15 is connected to the vacuum source via the groove 16 , the radial bore 17 and the vacuum connection 80 . As a result, the pressure in the control chamber 15 drops, so that the piston element 20, as indicated by the arrow C in FIG. This opens the second sealing seat 7.
  • Figure 4 shows the fully open state of the second sealing seat 7, so that the gaseous medium, as indicated by the arrow A, can flow through the hollow piston element 20, the openings 24 past the open second sealing seat 7 into the gas chamber 10 and can then be blown into the combustion chamber 30 by actuating the actuator 5.
  • the volume of the control chamber 15 is almost zero as a result of the movement of the piston element 20 in the direction of the arrow C.
  • the annular flange 23 is in contact with the housing 11 .
  • the third sealing seat 9 is closed, so that it is prevented that gaseous medium can flow from the inlet area via the guide areas 31, 32, the control chamber 15, the groove 16 and the radial bore 17 to the vacuum connection 80 and from there via the open control valve 8 into the intake manifold.
  • the gaps in the area of the guide areas 31, 32 are selected accordingly.
  • the third sealing seat 9 is completely sealed in the closed state, so that no leakage whatsoever can reach the vacuum area via these gaps.
  • the control valve 8 is thus continuously kept in the open state, so that the second sealing seat 7 is always open for the injection of gaseous medium.
  • the actual injection then takes place by opening and closing the first sealing seat 4 using the closing element 2. Since the second sealing seat 7 is opened by means of a vacuum, it is possible for a seat diameter of the second sealing seat 7 to be chosen to be very large. This is important because the gaseous medium has a much larger volume than liquid fuels, which must be blown into the combustion chamber 30 in a short time.
  • control valve 8 When the internal combustion engine is switched off, the control valve 8 is closed again by interrupting an energization of the control valve 8, with pressure slowly building up again in the control chamber 15 via the gaps in the guide regions 31, 32. As a result, and with the support of the return spring 27, the piston element 20 moves back into the closed position shown in FIG. 2, so that the third sealing seat 9 is open and the second sealing seat 7 is closed. A stop is provided on the housing 11 and terminates a restoring movement of the piston element 20 .
  • the control valve 8 is designed in such a way that when the internal combustion engine is switched off, the control valve goes into a second position in which a connection is established between the gas supply of the medium to be injected and the vacuum connection 80. Since the medium to be injected is under high pressure, the pressurized gaseous medium is fed via the control valve 8 and the vacuum connection 80, the radial bore 17 and the groove 16 to the control chamber 15 and also supports the return of the piston element 20. In the second position, of course, the connection between the vacuum connection 80 and the vacuum source is interrupted by the control valve 8.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Mediums, umfassend ein Schließelement (2), welches eine Durchgangsöffnung (3) an einem ersten Dichtsitz (4) freigibt und verschließt, einen Aktor (5) zur Betätigung des Schließelements (2), ein Rückstellelement (6) zum Zurückstellen des Schließelements (2), einen zweiten Dichtsitz (7), welcher in Durchströmungsrichtung des gasförmigen Mediums zwischen einem Gaszuleitungsanschluss (12) und dem ersten Dichtsitz (4) angeordnet ist und einen Gasströmungspfad (A) im Gasinjektor freigibt und verschließt, einen Unterdruckanschluss (80), welcher in Durchströmungsrichtung des Gasinjektors vor dem zweiten Dichtsitz (7) angeordnet ist, ein Regelventil (8), welches mit dem Unterdruckanschluss (80) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist, den Unterdruckanschluss (80) mit einer Unterdruckquelle (81) zu verbinden, um den zweiten Dichtsitz (7) zu öffnen, wobei der zweite Dichtsitz (7) zwischen einem axial bewegbaren Kolbenelement (20) und einem Gehäuse (11) ausgebildet ist, und einen dritten Dichtsitz (9), welcher zwischen dem Kolbenelement (20) und dem Gehäuse (11) ausgebildet ist, wobei der dritte Dichtsitz (9) einen Verbindungspfad zwischen dem Gasströmungspfad (A) im Gasinjektor und dem Regelventil (8) freigibt und verschließt, wobei das Kolbenelement (20) zwischen dem zweiten Dichtsitz (7) und dem dritten Dichtsitz (9) hin- und her bewegbar ist, und wobei der dritte Dichtsitz (9) ein erstes Elastomerdichtelement (25) zur Abdichtung aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Gasinjektor mit unterdruckqesteuertem zweitem Dichtsitz
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas, mit einem zweiten Dichtsitz, welcher unterdruckgesteuert geöffnet werden kann.
Gasinjektoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Im Vergleich mit Kraftstoffinjektoren für flüssige Kraftstoffe sind die technischen Anforderungen an Gasinjektoren deutlich unterschiedlich. Ein Problemkreis bei Gasinjektoren ist dabei eine Abdichtung des Gasinjektors über längere Zeiträume. Hier sollte beispielsweise vermieden werden, dass gasförmiger Kraftstoff im abgestellten Zustand einer Brennkraftmaschine trotz geschlossenem Dichtsitz aus dem Gasinjektor in den Brennraum über den eigentlich geschlossenen Dichtsitz hinaus diffundiert und gegebenenfalls in die Umgebung gelangt. Dies sollte jedoch unbedingt vermieden werden.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass bei einem auch über längere Zeiten geschlossenen Gasinjektor eine signifikante Reduzierung eines möglichen Verlustes des gasförmigen Mediums aus dem Gasinjektor möglich ist. Weiterhin kann zum Öffnen eines zweiten Dichtsitzes, welcher insbesondere als Elastomerdichtsitz ausgebildet ist, neben einer verbesserten Abdichtung auch ein sicheres Öffnen auch bei großen Dichtdurchmessern des zweiten Dichtsitzes erreicht werden. Dabei ist der erfindungsgemäße Gasinjektor sehr einfach und kostengünstig aufgebaut. Ferner ist auch im geöffneten Zustand des Gasinjektors sichergestellt, dass keine Leckage von einzublasendem Medium an eine Unterdruckquelle vorhanden ist. Somit kann der erfindungsgemäße Gasinjektor den beiden Betriebsstellungen, d.h., der geöffneten Stellung, bei der Einblasung des gasförmigen Mediums in einen Brennraum, und der geschlossenen Stellung bei einer abgestellten Brennkraftmaschine jeweils eine verbesserte Abdichtung erreichen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Gasinjektor ein Schließelement umfasst, welches eine Durchgangsöffnung an einem Dichtsitz freigibt und verschließt. Ferner ist ein Aktor zur Betätigung des Schließelements vorgesehen. Der Gasinjektor umfasst ferner ein Rückstellelement zum Zurückstellen des Schließelements. Der zweite Dichtsitz, welcher in Durchströmungsrichtung des gasförmigen Mediums durch den Gasinjektor zwischen einem Gaszuleitungsanschluss und dem ersten Dichtsitz angeordnet ist, gibt einen Gasströmungspfad durch den Gasinjektor frei und verschließt diesen. Der Gasinjektor umfasst dabei einen Unterdruckanschluss, welcher in Durchströmungsrichtung des Mediums durch den Gasinjektor vor dem zweiten Dichtsitz angeordnet ist. Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Gasinjektor ein Regelventil, welches in Fluidverbindung mit dem Unterdruckanschluss ist und eingerichtet ist, den Unterdruckanschluss mit einer Unterdruckquelle zu verbinden, um den zweiten Dichtsitz zu öffnen. Die Unterdruckquelle weist einen geringeren Druck auf als das einzublasende gasförmige Medium und liegt vorzugsweise unter Umgebungsdruck. Das Regelventil ist vorzugsweise ein 2/2- Wegeventil. Der zweite Dichtsitz ist zwischen einem axial bewegbaren Kolbenelement und einem Gehäuse ausgebildet. Das Kolbenelement ermöglicht eine einfache und sichere Öffnung des zweiten Dichtsitzes mittels Unterdrück. Ferner umfasst der Gasinjektor einen dritten Dichtsitz, welcher zwischen dem Kolbenelement und dem Gehäuse ausgebildet ist. Der dritte Dichtsitz gibt eine Verbindung zwischen dem Gasströmungspfad im Gasinjektor und dem Regelventil frei und verschließt diese. Dabei ist das Kolbenelement zwischen dem zweiten und dem dritten Dichtsitz hin- und her bewegbar. Somit sind der zweite und dritte Dichtsitz nicht zur gleichen Zeit geschlossen. Zur Abdichtung umfasst der dritte Dichtsitz ein erstes Elastomerdichtelement.
Durch das Vorsehen des zweiten Dichtsitzes kann somit auch bei einem längeren Stillstand und einer Nichtbetätigung des Gasinjektors eine Gasdichtheit des Gasinjektors sichergestellt werden, da bei Stillstand der Brennkraftmaschine sowohl der erste als auch der zweite Dichtsitz geschlossen sind. Selbst unter der Annahme, dass der erste Dichtsitz, welcher zum Brennraum gerichtet ist, undicht werden würde, ist aufgrund des zweiten Dichtsitzes zumindest eine aus dem Gasinjektor möglicherweise ausströmende Menge des gasförmigen Mediums auf das Volumen zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtsitz reduziert. Ferner kann durch die pneumatische Betätigung mittels Unterdrück zum Öffnen des zweiten Dichtsitzes ein sehr einfacher und kostengünstiger Aufbau des Gasinjektors erreicht werden. Dadurch können auch Wärmeprobleme am Gasinjektor, welche bei möglicherweise elektrisch betätigbaren Absperrelementen vorkommen können, vermieden werden. Im geöffneten Zustand des Gasinjektors dichtet das Kolbenelement am dritten Dichtsitz ab. Dabei wird ein erstes Elastomerdichtelement verwendet, wodurch eine sichere, gasdichte Abdichtung am dritten Dichtsitz möglich ist. Somit tritt bei einer Einblasung des gasförmigen Mediums keine Leckage über den geschlossenen dritten Dichtsitz auf, so dass sicher verhindert werden kann, das gasförmiges Medium bei dem Einblasbetrieb des Gasinjektors zur Unterdruckquelle strömen kann. Damit ergeben sich im Betrieb keinerlei Probleme an der Unterdruckquelle, welche durch das einzublasende gasförmige Medium verursacht werden könnten.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau ist möglich, wenn das erste Elastomerdichtelement am Kolbenelement angeordnet ist.
Weiter bevorzugt umfasst der Verbindungspfad zwischen dem Gasströmungspfad im Gasinjektor und dem Regelventil einen Steuerraum. Ein Volumen des Steuerraums wird durch eine Bewegung des Kolbenelements verändert und ist bei geschlossenem dritten Dichtsitz vorzugsweise minimal.
Bevorzugt weist der Verbindungspfad eine in Axialrichtung des Gasinjektors gerichtete Axialöffnung auf, an welcher der dritte Dichtsitz liegt. Dies ermöglicht eine besonders sichere Abdichtung des dritten Dichtsitzes, da die Abdichtung ausschließlich durch eine Axialbewegung möglich ist. Weiterhin kann dadurch kein bzw. ein vernachlässigbarer Reibwiderstand bei den Öffnungs- und Schließvorgängen am dritten Dichtsitz erreicht werden. Die ausschließliche Axialbewegung am dritten Dichtsitz ermöglicht ferner einen reduzierten Verschleiß der Bauteile, insbesondere des ersten Elastomerdichtelements.
Besonders bevorzugt ist die Axialöffnung zwischen einer ersten umlaufenden Wulst und einer zweiten umlaufenden Wulst angeordnet. Zwischen der ersten und zweiten umlaufenden Wulst ist eine Nut gebildet, wobei die Axialöffnung zwischen der ersten und zweiten Wulst mündet. Dabei erfolgt bei geschlossenem dritten Dichtsitz eine Abdichtung des dritten Dichtsitzes dadurch, dass das erste Elastomerdichtelement sowohl an der ersten als auch der zweiten umlaufenden Wulst abdichtet. Durch die ringförmige Ausbildung der ersten und zweiten Wulst wird ein besonders gleichmäßiges Anliegen des ersten Elastomerdichtelements im geschlossenen Zustand erreicht, so dass eine Leckage in Richtung des Unterdruckanschlusses über den geschlossenen dritten Dichtsitz nicht auftritt. Da im geschlossenen Zustand des dritten Dichtsitzes keinerlei Schrägstellungen von Bauteilen oder dgl. vorhanden ist, ergibt sich über die Betriebsdauer eine gleichmäßige Belastung der Bauteile, insbesondere des ersten Elastomerdichtelements, so dass das erste Elastomerdichtelement über die gesamte Lebensdauer des Gasinjektors nicht ausgetauscht werden muss.
Vorzugsweise ist die Axialöffnung über eine Radialbohrung mit dem Unterdruckanschluss verbunden. Hierdurch ist ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau möglich, da im Gehäuse lediglich eine Nut und eine Radialbohrung für die Verbindung zum Unterdruckanschluss notwendig sind.
Um eine sichere Fixierung des ersten Elastomerdichtelements zu ermöglichen, ist das erste Elastomerdichtelement vorzugsweise in einer umlaufenden Nut mit Hinterschneidungen angeordnet. Durch die Hinterschneidungen hält das erste Elastomerdichtelement sicher in der Nut und kann insbesondere auch notfalls radiale Kräfte aufnehmen.
Bevorzugt umfasst das Kolbenelement einen zylindrischen Basiskörper und einen am Basiskörper radial nach außen vorstehenden Ringflansch. Der dritte Dichtsitz ist dabei am Ringflansch ausgebildet. Vorzugsweise dient der Ringflansch und/oder der Basiskörper auch als Führungsbauteil für das Kolbenelement. Das Kolbenelement ist vorzugsweise ein Hohlkolben mit einer Kolbenstirnseite, wobei der zweite Dichtsitz an der Kolbenstirnseite abdichtet. Der zweite Dichtsitz ist dabei vorzugsweise an einem radial nach innen gerichteten Vorsprung des Gehäuses ausgebildet, so dass durch Axialbewegung des Kolbenelements ein Öffnen und Schließen des zweiten Dichtsitzes möglich ist. Der Hohlkolben weist hierzu vorzugsweise einen oder mehrere Durchbrüche an einem Kolbenmantel auf.
Weiter bevorzugt ist am zweiten Dichtsitz ein zweites Elastomerdichtelement, insbesondere mit einem Halteblech, angeordnet. Das Halteblech ermöglicht dabei die Verwendung von einfach aufgebauten Dichtelementen, beispielsweise standardisierten O-Ringen und kann auch eine Dichtfähigkeit des Dichtelements durch eine größere Dichtfläche zwischen dem Dichtelement und dem Halteblech ermöglichen. Ferner kann das Halteblech einen ausreichenden Quellraum zum elastischen Verformen des Dichtelements bereitstellen.
Weiter bevorzugt ist der Aktor in einem abgeschlossenen Raum angeordnet. Der abgeschlossene Raum für den Aktor ist vorzugsweise mittels einer Metallmembran abgedichtet. Dadurch kommt der Aktor nicht mit dem gasförmigen Medium in Berührung und eine Korrosionsproblematik an Bauteilen des Aktors kann vermieden werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Gasinjektor. Die Brennkraftmaschine umfasst bevorzugt als Unterdruckquelle ein Ansaugrohr der Brennkraftmaschine, welches über das Regelventil mit dem Gasinjektor in Fluidverbindung steht. Eine Mündung einer Verbindungsleitung zwischen dem Ansaugrohr und dem Gasinjektor liegt vorzugsweise nach einer Drosselklappe im Ansaugrohr.
Weiter bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine eine Vielzahl von Gasinjektoren, wobei alle Gasinjektoren nur an einem einzigen, gemeinsamen Regelventil angeschlossen sind. Dadurch können die Investitionskosten für die erfindungsgemäße Einblaseinrichtung signifikant reduziert werden.
Weiter bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine einen Katalysator als Unterdruckquelle, wobei eine Steuermenge des gasförmigen Mediums, welche durch Öffnen des Regelventils abströmt, zum Katalysator geführt wird. Vorzugsweise ist hierbei in dem Verbindungspfad zwischen dem Regelventil und dem Katalysator ein Speicher zur Zwischenspeicherung des gasförmigen Mediums angeordnet, um sicherzustellen, dass der Gasinjektor nach einem Kaltstart ausreichend temperiert ist und die Bestandteile der Steuermenge des gasförmigen Mediums in für die Umwelt unbedenkliche Gaskomponenten umwandeln 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand des Gasinjektors,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines zweiten Dichtsitzes des
Gasinjektors von Figur 1 im geschlossenen Zustand des Gasinjektors,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie ll-ll von
Figur 2,
Figur 4 eine schematische Darstellung des zweiten Dichtsitzes des
Gasinjektors von Figur 1 im geöffneten Zustand des Gasinjektors,
Figur 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht des dritten Dichtsitzes im geöffneten Zustand des dritten Dichtsitzes, und
Figur 6 eine vergrößerte Teilschnittansicht des dritten Dichtsitzes im geschlossenen Zustand des dritten Dichtsitzes, und
Figur 7 eine schematische Schnittansicht eines Gasinjektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand des Gasinjektors. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 ein Gasinjektor 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Mediums, insbesondere zum Einblasen von Wasserstoff, ein Schließelement 2 in Form einer Ventilnadel und einen Aktor 5. Der Aktor 5 ist eingerichtet, das Schließelement zu betätigen, um dieses in eine geöffnete Stellung zu bringen.
Der Aktor 5 ist als Magnetaktor mit einem Anker 50 und einem Innenpol 51 ausgebildet. Der Aktor 5 ist in einem abgeschlossenen Aktorraum 53, welcher mittels einer flexiblen Metallmembran 52 gegenüber dem gasförmigen Medium abgedichtet ist, angeordnet.
Das Schließelement 2 gibt eine Durchgangsöffnung 3 an einem ersten Dichtsitz 4 frei und verschließt diesen. Figur 1 zeigt den geschlossenen Zustand des Gasinjektors 1. Im geöffneten Zustand wird gasförmiges Medium in einen Brennraum 30 eingeblasen.
Ein Rückstellelement 6 stellt das Schließelement wieder in die in Figur 1 gezeigte geschlossenen Ausgangsposition zurück.
Der Gasinjektor 1 umfasst ferner einen zweiten Dichtsitz 7, welcher im Detail aus den Figuren 2 und 4 ersichtlich ist. Im geschlossenen Zustand des Gasinjektors bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine (Figur 2) sind sowohl der erste Dichtsitz 4 als auch der zweite Dichtsitz 7 geschlossen. Der zweite Dichtsitz 7 ist dabei vom Brennraum 30 weiter entfernt angeordnet, wobei der Aktor 5 zwischen dem ersten Dichtsitz 4 und dem zweiten Dichtsitz 7 angeordnet ist. Daher ist es möglich, dass der zweite Dichtsitz 7 ein zweites Elastomerdichtelement 70 umfasst. Das zweite Elastomerdichtelement 70 kann im geschlossenen Zustand eine sehr gute Dichtheit bereitstellen, so dass auch bei einem längeren Stillstand des Gasinjektors kein Gas über den zweiten Dichtsitz 7 in einen Gasraum 10, welcher sich vor dem ersten Dichtsitz 4 befindet, diffundieren kann. Der Gasinjektor 1 umfasst ferner ein axial bewegbares Kolbenelement 20, welches im Detail aus Figur 2 ersichtlich ist. Das Kolbenelement 20 umfasst einen hohlzylindrischen Basiskörper 21 und eine Kolbenstirnfläche 22. Am hohlzylindrischen Basiskörper 21 ist ein umlaufender Ringflansch 23 vorgesehen. Ferner weist der Basiskörper 21 mehrere Durchbrüche 24 auf.
Das Kolbenelement 20 ist ferner mittels einer Rückstellfeder 27 in den am zweiten Dichtsitz 7 geschlossenen Zustand vorgespannt (vgl. Figur 2).
Das zweite Elastomerdichtelement 70 ist in einer Nut in der Kolbenstirnfläche 22 angeordnet und weist im Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf.
Das zweite Elastomerdichtelement 70 dichtet dabei an einem Gehäuse 11 des Gasinjektors ab. Das Gehäuse 11 weist hierbei einen umlaufenden Vorsprung 11a auf, an welchem der zweite Dichtsitz 7 ausgebildet ist.
Die Verwendung von zwei Dichtsitzen stellt somit sicher, dass in einem nicht benutzten Zustand des Gasinjektors 1 kein gasförmiges Medium aus einem Zulaufbereich 12 über den zweiten Dichtsitz 7 in den Gasraum 10 strömen kann.
Falls im geschlossenen Zustand des Gasinjektors somit der erste Dichtsitz 4, beispielsweise aufgrund thermischer Einflüsse, undicht ist, verliert der Gasinjektor 1 maximal das sich im Gasraum 10 befindliche Gasvolumen zwischen dem ersten Dichtsitz 4 und dem zweiten Dichtsitz 7. Durch das elastomere Dichtelement 70 dichtet der zweite Dichtsitz 7 leckagefrei ab.
Der Gasinjektor 1 umfasst ferner einen Unterdruckanschluss 80, welcher in einer Durchströmungsrichtung (Pfeile A) des Gasinjektors vor dem zweiten Dichtsitz angeordnet ist, und ein Regelventil 8. Das Regelventil 8 ist ein 2/2-Wegeventil. Das Regelventil 8 ist mit dem Unterdruckanschluss 80 verbunden und ist eingerichtet, den Unterdruckanschluss 80 mit einer Unterdruckquelle zu verbinden, um den zweiten Dichtsitz 7 zu öffnen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Unterdruckquelle ein Ansaugrohr 81. Eine verbindende Leitung 83 zwischen dem Regelventil 8 und dem Ansaugrohr 81 mündet dabei im Ansaugrohr 81 in einen Bereich in Strömungsrichtung (Pfeil B) nach einer Drosselklappe 82. Ein dritter Dichtsitz 9 ist zwischen dem radial nach außen gerichteten Ringflansch 23 des Kolbenelements 20 und dem Gehäuse 11 ausgebildet. Das Gehäuse 11 ist mehrteilig ausgebildet und umfasst auch ein Anschlussstück 12, durch welches das gasförmige Medium zugeführt wird. Figur 2 zeigt den geöffneten Zustand des dritten Dichtsitzes 9 und Figur 4 zeigt den geschlossenen Zustand des dritten Dichtsitzes 9.
Zwischen dem Ringflansch 23 und dem Gehäuse 11 ist ein Steuerraum 15 ausgebildet. Der Steuerraum 15 ist über eine umlaufende Nut 16 und eine Radialbohrung 17 mit dem Unterdruckanschluss 80 verbunden.
Wie weiter aus Figur 2 ersichtlich ist, ist zwischen dem Ringflansch 23 und dem Gehäuse 11 ein erster Führungsbereich 31 ausgebildet. Zwischen dem hohlzylindrischen Basiskörper 21 und dem Gehäuse ist ferner ein zweiter Führungsbereich 32 ausgebildet. Dadurch ist das Kolbenelement 20 an zwei Bereichen axial geführt, so dass eine sehr gute Beweglichkeit bei minimalem Verschleiß möglich ist.
Der dritte Dichtsitz 9 ist im Detail in den Figuren 5 und 6 gezeigt. Wie insbesondere aus Figur 6 ersichtlich ist, ist der dritte Dichtsitz 9 zwischen einem ersten Elastomerdichtelement 25 und dem Gehäuse 11 ausgebildet.
Das erste Elastomerdichtelement 25 ist in einer im Ringflansch 23 ausgebildeten umlaufenden Nut 26 angeordnet. Wie aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich ist, weist die umlaufende Nut 26 eine erste Hinterschneidung 26a und eine zweite Hinterschneidung 26b auf, so dass das erste Elastomerdichtelement 25 sicher gegen ein Herausfallen gesichert ist.
Das erste Elastomerdichtelement 25 weist im Schnitt eine kegelstumpfform auf, so dass ein sicheres Halten des Elastomerdichtelements 25 am Ringflansch 23 möglich ist.
Dabei ist im geöffneten Zustand des dritten Dichtsitzes der Verbindungspfad zwischen dem Steuerraum 15 über die Nut 16 und die Radialbohrung 17 freigegeben. Die Nut 16 weist eine Axialöffnung 40 auf, welche in Axialrichtung X-X des Gasinjektors gerichtet ist. Wie aus Figur 5 und Figur 3 ersichtlich ist, ist die Axialöffnung 40 von einer ersten umlaufenden Wulst 41 und einer zweiten umlaufenden Wulst 42 umgeben. Wie in Figur 3 gezeigt, ist hierbei die Nut 16 zwischen der ersten umlaufenden Wulst 41 und der zweiten umlaufenden Wulst 42 vorgesehen, welche ringförmig verläuft. Radial außerhalb der ersten umlaufenden Wulst 41 ist eine weitere ringförmige Vertiefung 41a und ein ringförmiger metallischer Anschlag 44 vorgesehen. Radial innerhalb der zweiten Wulst 42 ist eine zweite ringförmige Vertiefung 42a vorgesehen (vgl. Figur 5).
Der metallische Anschlag 44 verhindert, dass die erste und zweite Wulst 41 , 42 im geschlossenen Zustand zu tief in das erste Elastomerdichtelement 25 eindringen und dieses gegebenenfalls beschädigen.
Somit kann im Einblaszustand des Gasinjektors, wenn das gasförmige Medium in den Brennraum 30 eingeblasen wird, eine sichere Abdichtung am dritten Dichtsitz 9 erreicht werden. Durch Verwendung des ersten Elastomerdichtelements 25 am dritten Dichtsitz 9 ist sichergestellt, dass keine Leckage über den Verbindungspfad zum Unterdruckanschluss 80 bei geöffnetem Gasinjektor 1 auftritt. Somit sind bei der Einblasung keinerlei Verluste des gasförmigen Mediums in Richtung zur Unterdruckquelle vorhanden.
Da die erste und zweite Wulst 41, 42 umlaufend ausgebildet sind und auch das erste Elastomerdichtelement 25 umlaufend vorgesehen ist, ergibt sich auch bei geschlossenem dritten Dichtsitz 9 keine Schrägstellung, beispielsweise des Kolbenelements 20, wie dies gegebenenfalls vorhanden wäre, wenn nur am Außenumfang der Öffnung 40 abgedichtet werden würde.
Somit sind der zweite Dichtsitz 7 und der dritte Dichtsitz 9 derart ausgebildet, dass nicht gleichzeitig beide Dichtsitze geschlossen sind. Im vollständig geöffneten Zustand des zweiten Dichtsitzes 7 ist der dritte Dichtsitz 9 geschlossen. Dies ist in Figur 4 gezeigt. Das Schließen des dritten Dichtsitzes 9 bzw. das Öffnen des zweiten Dichtsitzes 7 wird dabei mittels Unterdrück aus der Unterdruckquelle bereitgestellt.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Gasinjektors 1 ist dabei wie folgt: Bei einem Start der Brennkraftmaschine wird im Ansaugrohr 81 ein Unterdrück erzeugt. Beim Start der Brennkraftmaschine wird gleichzeitig auch das Regelventil 8 bestromt, so dass dieses von der in Figur 2 gezeigten geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung überführt wird. Dadurch ist der Steuerraum 15 über die Nut 16, die Radialbohrung 17 und den Unterdruckanschluss 80 mit der Unterdruckquelle verbunden. Dadurch sinkt der Druck im Steuerraum 15, so dass das Kolbenelement 20, wie in Figur 2 durch den Pfeil C angedeutet, gegen die Federkraft der Rückstellfeder 27 in Axialrichtung X-X in Richtung zum Zulaufbereich 12 bewegt wird. Dadurch öffnet der zweite Dichtsitz 7.
Figur 4 zeigt hierbei den vollständig geöffneten Zustand des zweiten Dichtsitzes 7, so dass das gasförmige Medium, wie durch den Pfeil A angedeutet, durch das hohle Kolbenelement 20, die Durchbrüche 24 vorbei am geöffneten zweiten Dichtsitz 7 in den Gasraum 10 einströmen kann und dann durch Betätigung des Aktors 5 in den Brennraum 30 eingeblasen werden kann.
Wie weiter aus Figur 4 ersichtlich ist, ist dabei durch die Bewegung des Kolbenelements 20 in Richtung des Pfeils C das Volumen des Steuerraums 15 fast Null. Im vollständig geöffneten Zustand des zweiten Dichtsitzes 7 liegt dabei der Ringflansch 23 am Gehäuse 11 an. Dadurch ist der dritte Dichtsitz 9 geschlossen, so dass verhindert wird, dass gasförmige Medium aus dem Zulaufbereich über die Führungsbereiche 31 , 32, den Steuerraum 15, die Nut 16 und die Radialbohrung 17 zum Unterdruckanschluss 80 und von dort über das geöffnete Regelventil 8 in das Ansaugrohr strömen kann.
Um das Kolbenelement 20 bewegen zu können, sind die Spalte im Bereich der Führungsbereiche 31 , 32 entsprechend gewählt. Durch die Verwendung des ersten Elastomerdichtelements 25 ist jedoch der dritte Dichtsitz 9 im geschlossenen Zustand vollständig abgedichtet, so dass keinerlei Leckage über diese Spalte in den Unterdruckbereich gelangen kann.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird somit das Regelventil 8 kontinuierlich im offenen Zustand gehalten, so dass der zweite Dichtsitz 7 für die Einblasung von gasförmigem Medium immer geöffnet ist. Die eigentliche Einblasung erfolgt dann durch Öffnen und Schließen des ersten Dichtsitzes 4 mittels des Schließelements 2. Da der zweite Dichtsitz 7 mittels Unterdrück geöffnet wird, ist es möglich, dass ein Sitzdurchmesser des zweiten Dichtsitzes 7 sehr groß gewählt werden kann. Dies ist deshalb bedeutend, da das gasförmige Medium im Vergleich mit flüssigen Kraftstoffen ein viel größeres Volumen aufweist, welches in kurzer Zeit in den Brennraum 30 eingeblasen werden muss.
Wenn die Brennkraftmaschine abgestellt wird, wird das Regelventil 8 durch Unterbrechen einer Bestromung des Regelventils 8 wieder geschlossen, wobei sich über die Spalte an den Führungsbereichen 31, 32 langsam wieder ein Druck im Steuerraum 15 aufbaut. Dadurch und durch Unterstützung der Rückstellfeder 27 bewegt sich das Kolbenelement 20 wieder in die in Figur 2 gezeigte geschlossene Stellung, so dass der dritte Dichtsitz 9 geöffnet ist und der zweite Dichtsitz 7 geschlossen ist. Am Gehäuse 11 ist dabei ein Anschlag vorgesehen, welcher eine Rückstellbewegung des Kolbenelements 20 beendet.
Alternativ ist, wie im zweiten Ausführungsbeispiel von Figur 7 gezeigt, das Regelventil 8 derart ausgebildet, dass bei abgestellter Brennkraftmaschine das Regelventil in eine zweite Stellung geht, bei der eine Verbindung zwischen der Gaszuführung des einzublasenden Mediums und dem Unterdruckanschluss 80 hergestellt ist. Da das einzublasende Medium unter großem Druck steht, wird das unter Druck stehende gasförmige Medium über das Regelventil 8 und den Unterdruckanschluss 80, die Radialbohrung 17 sowie die Nut 16 zum Steuerraum 15 zugeführt und unterstützt zusätzlich die Rückstellung des Kolbenelements 20. In der zweiten Stellung ist selbstverständlich die Verbindung zwischen dem Unterdruckanschluss 80 und der Unterdruckquelle durch das Regelventil 8 unterbrochen.
Somit sind im abgeschalteten Zustand der Brennkraftmaschine der erste Dichtsitz 4 und der zweite Dichtsitz 7 geschlossen, so dass ein Verlust von gasförmigem Medium auch über einen längeren Stillstandszeitraum nicht zu befürchten ist.

Claims

Ansprüche
1. Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Mediums, umfassend
- ein Schließelement (2), welches eine Durchgangsöffnung (3) an einem ersten Dichtsitz (4) freigibt und verschließt,
- einen Aktor (5) zur Betätigung des Schließelements (2),
- ein Rückstellelement (6) zum Zurückstellen des Schließelements (2),
- einen zweiten Dichtsitz (7), welcher in Durchströmungsrichtung des gasförmigen Mediums zwischen einem Gaszuleitungsanschluss (12) und dem ersten Dichtsitz (4) angeordnet ist und einen Gasströmungspfad (A) im Gasinjektor freigibt und verschließt,
- einen Unterdruckanschluss (80), welcher in Durchströmungsrichtung des Gasinjektors vor dem zweiten Dichtsitz (7) angeordnet ist,
- ein Regelventil (8), welches mit dem Unterdruckanschluss (80) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist, den Unterdruckanschluss (80) mit einer Unterdruckquelle (81) zu verbinden, um den zweiten Dichtsitz (7) zu öffnen,
- wobei der zweite Dichtsitz (7) zwischen einem axial bewegbaren Kolbenelement (20) und einem Gehäuse (11) ausgebildet ist, und
- einen dritten Dichtsitz (9), welcher zwischen dem Kolbenelement (20) und dem Gehäuse (11) ausgebildet ist, wobei der dritte Dichtsitz (9) einen Verbindungspfad zwischen dem Gasströmungspfad (A) im Gasinjektor und dem Regelventil (8) freigibt und verschließt,
- wobei das Kolbenelement (20) zwischen dem zweiten Dichtsitz (7) und dem dritten Dichtsitz (9) hin- und her bewegbar ist, und
- wobei der dritte Dichtsitz (9) ein erstes Elastomerdichtelement (25) zur Abdichtung aufweist.
2. Gasinjektor nach Anspruch 1, wobei das erste Elastomerdichtelement (25) am Kolbenelement (20) angeordnet ist.
3. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbindungspfad zwischen dem Gasströmungspfad (A) und dem Regelventil (8) einen Steuerraum (15) umfasst, der durch Volumenänderung eine Bewegung des Kolbenelements (20) steuert. Gasinjektors nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Verbindungspfad eine in Axialrichtung (X-X) des Gasinjektors gerichtete Axialöffnung (40) aufweist, an welcher der dritte Dichtsitz (9) ausgebildet ist. Gasinjektor nach Anspruch 4, wobei die Axialöffnung (40) zwischen einer ersten umlaufenden Wulst (41) und einer zweiten umlaufenden Wulst (42) angeordnet ist. Gasinjektor nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Axialöffnung (40) durch eine umlaufende Nut (16) gebildet ist und die Nut (16) über eine Radialbohrung (17) mit dem Unterdruckanschluss (80) verbunden ist. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elastomerdichtelement (25) in einer umlaufenden Nut (26) mit Hinterschneidungen (26a, 26b) angeordnet ist. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kolbenelement (20) einen zylindrischen Basiskörper (21) und einen am Basiskörper (21) radial nach außen vorstehenden Ringflansch (23) aufweist, wobei der dritte Dichtsitz (9) am Ringflansch (23) ausgebildet ist. Gasinjektor nach Anspruch 8, wobei der Ringflansch (23) als erster Führungsbereich (31) für das Kolbenelement (20) ausgebildet ist und wobei der hohlzylindrische Basiskörper (21) als zweiter Führungsbereich (32) des Kolbenelements (20) ausgebildet ist. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Regelventil (8) ein doppelt schaltendes Ventil ist. Gasinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kolbenelement (20) ein Hohlkolben ist, welcher eine Kolbenstirnfläche (22) aufweist, an welcher der zweite Dichtsitz (7) abdichtet. Gasinjektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Dichtsitz (7) ein zweites Elastomerdichtelement (70) aufweist. Brennkraftmaschine umfassend einen Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, wobei die Brennkraftmaschine als Unterdruckquelle ein Ansaugrohr (81) oder ein Katalysator aufweist und das Regelventil (8) in einer Verbindungsleitung zwischen dem Ansaugrohr (81) oder ein Katalysator und dem Unterdruckanschluss (80) angeordnet ist.
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