WO2023247279A1 - Brennstoffventil zur dosierten abgabe von brennstoff - Google Patents

Brennstoffventil zur dosierten abgabe von brennstoff Download PDF

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WO2023247279A1
WO2023247279A1 PCT/EP2023/065895 EP2023065895W WO2023247279A1 WO 2023247279 A1 WO2023247279 A1 WO 2023247279A1 EP 2023065895 W EP2023065895 W EP 2023065895W WO 2023247279 A1 WO2023247279 A1 WO 2023247279A1
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WO
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connecting ring
fuel
valve according
valve needle
fuel valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/065895
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Graspeuntner
Walter Walkner
Martin Rainer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Classifications

    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0057—Means for avoiding fuel contact with valve actuator, e.g. isolating actuators by using bellows or diaphragms

Definitions

  • the invention relates to a fuel valve, such as is used for the metered delivery of fuel, in particular gaseous fuel.
  • Valves for the metered delivery of gaseous or liquid fuel are used, for example, to meter fuel into a combustion chamber or into an intake tract of an internal combustion engine. It is important that the right amount of fuel is introduced at the right time to ensure optimal combustion of the fuel in the combustion chamber.
  • a fuel valve is known, for example, from DE 10 2021 200 689 Al and has a piston-shaped valve element that is moved by an electromagnet and thereby opens and closes a metering opening. In this case, the gaseous fuel flows around the valve element and thus reaches the metering opening.
  • the valve element itself is guided in one or more sections within the housing, with a lubricant being present to ensure proper functioning, which wets the guide surfaces of the valve element and thus ensures the mobility of the valve element.
  • the valve element In order to avoid mixing of the lubricant with the fuel, the valve element is located in a lubricant area which is sealed, among other things, by a corrugated bellows, which prevents mixing of fuel and lubricant, but still allows longitudinal movement of the valve element.
  • the corrugated bellows is connected to the valve element at both ends via fluid-tight welded connections, so that the lubricant space is hermetically sealed from the fuel.
  • the production of these welded connections is complex and requires special equipment for serial implementation.
  • assembly of the valve element is difficult because it usually consists of several parts and the corrugated bellows must not be exposed to torsional loads. This makes the production of the valve element with welded-on corrugated bellows complex and expensive.
  • the fuel valve according to the invention has the advantage that a sealing of a lubricant space or an interior surrounding the valve element from an external space in which the fuel to be metered is guided is possible easily and flexibly.
  • the fuel valve has a housing for metered delivery of fuel, which can be filled with a fluid fuel and which has an outlet opening.
  • a valve needle is arranged in the housing, which is movable in its longitudinal direction and which cooperates with a valve seat for opening and closing the outlet opening, the valve needle being surrounded over part of its length by corrugated bellows which seals an interior space.
  • the corrugated bellows is connected in a fluid-tight manner to a connecting ring, which is clamped against a sealing seat on the nozzle needle via a clamping nut surrounding the valve needle.
  • the connecting ring is connected to the corrugated bellows in a fluid-tight manner via a welded connection, so that no fluid can escape from the inside of the corrugated bellows to the outside at this point.
  • the fluid-tight sealing of the interior is ultimately achieved by clamping this connecting ring against a sealing seat on the valve needle. Fixing by means of the connecting ring also allows the valve needle to be dismantled again and the corrugated bellows to be replaced if necessary, so that greater flexibility is provided in the design and also in the maintenance and repair of such a fuel valve.
  • a fluid is understood to mean a gas or a liquid.
  • the clamping nut engages in a thread formed on the outside of the valve needle. This thread is easy to manufacture and can be attached to different locations on the valve needle, depending on the installation situation.
  • a clamping sleeve is arranged between the connecting ring and the clamping nut, which also surrounds the valve needle and transmits the pressing force from the clamping nut to the connecting ring.
  • valve needle forms an outer contour in the area of the clamping sleeve, into which the clamping sleeve engages in a form-fitting manner, so that it is secured against rotation on the valve needle.
  • the sealing seat is conical. This enables a good seal and ensures that the connection ring self-centers on the valve needle.
  • the contact surface on the connecting ring is also conical, with which the clamping nut rests on the sealing seat.
  • the sealing seat is designed as a flat annular surface, and a corresponding flat contact surface is formed on the connecting ring, which also forms an annular surface and with which the connecting ring rests on the sealing seat.
  • a corresponding flat contact surface is formed on the connecting ring, which also forms an annular surface and with which the connecting ring rests on the sealing seat.
  • a sealing ring is arranged between the connecting ring and the nozzle needle.
  • This sealing ring provides additional sealing and thus increases operational safety.
  • the sealing ring fulfills the main sealing function, while only a partial one between the connecting ring and the sealing seat Sealing is present.
  • the shape of the sealing seat can have any shape, i.e. it can be designed as a flat or conical seat with any opening angle.
  • the end of the corrugated bellows facing away from the outlet opening is sealingly connected to a second connecting ring.
  • the second connecting ring lies in an advantageous manner on a shoulder in the housing that faces the outlet opening. This creates a seal between the valve needle and the housing in order to securely seal the interior, which contains the lubricant or other fuel, against the fuel.
  • the interior is filled with a lubricant.
  • This lubricant can wet various areas where the valve needle is guided in the housing to ensure low-friction movement and thus a long service life.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a fuel valve according to the invention, with only the essential parts being shown,
  • FIG. 2 is an enlarged view in the area of the section marked II in Figure 1,
  • FIG 3 shows a further exemplary embodiment in the same representation as Figure 2,
  • Figure 4 shows another embodiment of the corrugated bellows seal
  • Figure 5A shows a cross section through a valve needle according to the invention in the area of the cross-sectional plane designated A in Figure 5,
  • Figure 6 shows a further exemplary embodiment in the same representation as Figure 2 and
  • a fuel valve according to the invention is shown in longitudinal section, with only the essential parts being shown.
  • the fuel valve has a housing 1, which includes a valve body 2 and a casing tube s, which are connected to one another in a fluid-tight manner by a clamping device (not shown in detail in the drawing).
  • a thread 6 is formed inside the valve body 2, into which a nozzle body 4 is screwed, which protrudes from the valve body 2 at the outlet end.
  • the outlet end of the nozzle body 4 is surrounded by a valve tube 5, which is fixed between the valve body 2 and the nozzle body 4 by the screw connection on the thread 6.
  • the valve tube 5 serves to shape and direct the ejected fuel, which emerges from an outlet opening 7 in the nozzle body 4 into the valve tube 5, preferably gaseous fuel being metered.
  • a pressure chamber 8 is formed within the housing 1, which can be filled with the liquid or gaseous fuel to be metered under an injection pressure.
  • the pressure chamber 8 is connected to an intermediate space 10 formed between the nozzle body 4 and the valve body 2 and a nozzle space 14 formed in the nozzle body 4, the connections being made via oblique bores 9 in the valve body 2 and via further oblique bores 13 in the nozzle body 4.
  • the fuel in the pressure chamber 8 flows to an outlet opening 7, which is formed at the outlet end of the nozzle body 4.
  • a piston-shaped valve needle 15 is arranged in a longitudinally displaceable manner inside the nozzle body 4.
  • the valve needle 15 has a valve plate 16, which cooperates with a valve seat 17 surrounding the outlet opening 7 for opening and closing the outlet opening 7. If the valve needle 15 moves in the direction of the outlet opening 7, i.e. downwards in FIG . If the valve needle 15 moves into contact with the valve seat 17, the outlet opening 7 is closed again.
  • the nozzle needle 15 extends over the entire length of the nozzle body 4 and is guided in a guide section 20 in the nozzle body 4.
  • An annular space 31 is formed between the nozzle needle 15 and the inner wall of the nozzle body 4.
  • the annular space 31 is connected to the intermediate space 10 via connecting bores 33, so that it is filled with the fuel to be metered when the fuel valve is in operation.
  • the fuel flows directly around the corrugated bellows 30, for example by the inclined bores 9 opening directly into the annular space 31 and the gap 10 between the nozzle body 4 and the valve body 2 is eliminated.
  • the valve needle 15 is surrounded by a corrugated bellows 30, which is arranged inside the nozzle body 4 and is connected in a fluid-tight manner with its end facing the outlet opening 7 via a first welded connection 35 to a connecting ring 40, which is formed in one piece with a clamping sleeve 21 surrounding the valve needle 15 .
  • the connecting ring 40 is supported with its end on the outlet opening side on a sealing seat 41 of the valve needle 15, while the opposite end of the clamping sleeve 21 rests on a spring sleeve 22.
  • a thread 19 is formed, into which a clamping nut 23 engages, which clamps the spring sleeve 22 against the clamping sleeve 21 and thus the connecting ring 40 against the sealing seat 41.
  • the corrugated bellows 30 is connected in a fluid-tight manner at its end opposite the first welded connection 35 by a second welded connection 36 to a second connecting ring 50, which is clamped against a shoulder 39 in the nozzle body 4 via a support element 26.
  • a first adjusting disk 28 is arranged between the second connecting ring 50 and the shoulder 39 formed in the nozzle body 4 and a second adjusting disk 29 is arranged between the support element 26 and the second connecting ring 50.
  • the support element 26 is braced via a clamping screw 37, which engages in a thread inside the nozzle body 4.
  • valve spring 25 is arranged under compressive tension, through which the valve needle 15 is pressed against the valve seat 17.
  • an electrical actuator not shown in the drawing, for example an electromagnet If a sufficiently large longitudinal force is exerted on the valve needle 15, it moves in the longitudinal direction against the force of the valve spring 25 to open the outlet opening 7.
  • the corrugated bellows 30 surrounds an interior 32 that can be filled with a lubricant.
  • the lubricant wets the guide section 24 between the spring sleeve 22 and the support element 26, so that a largely friction-free movement of the valve needle 15 is possible.
  • a space remains between the second connecting ring 50 and the clamping sleeve 21 through which the lubricant can flow.
  • the flow of lubricant is ensured via through holes 27.
  • the corrugated bellows 30 is flexible in the longitudinal direction, so that movement of the valve needle 15 within the housing 1 is not hindered, but the interior 32 is nevertheless sealed against the annular space 31 and thus the lubricant is sealed against the fuel.
  • FIG. 2 shows the section of FIG. 1 marked II of a further exemplary embodiment according to the invention, with only one half of the fuel valve being shown along the central axis 11.
  • the corrugated bellows 30 is connected to a separate connecting ring 40 with its end facing the outlet opening 7.
  • the connecting ring 40 surrounds the valve needle 15 and rests with a conical contact surface 44 on a likewise conical sealing seat 41 on the valve needle 15.
  • a fluid-tight welded connection is formed between the corrugated bellows 30 and the connecting ring 40.
  • the clamping nut 23 is arranged here within the corrugated bellows 30 and surrounds the valve needle 15.
  • the clamping nut 23 clamps the connecting ring 40 against the sealing seat 41, engaging in the thread 19 on the valve needle 15, which is also arranged here within the corrugated bellows 30 . Since the clamping nut 23 rests directly on the connecting ring 40 here, the clamping sleeve 21 is omitted in this exemplary embodiment.
  • the valve spring 25, not shown here, also acts on the valve needle 15 here, but in a structurally different manner, so that the spring sleeve 22 is also omitted.
  • holding contours 45, 46 can be provided at the ends of the valve needle 15 in order to hold the valve needle 15 during the screwing process.
  • the holding contours 45, 46 can be designed, for example, in the form of wrench surfaces.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention in the same representation as Figure 2.
  • the connecting ring 40 is not pretensioned directly against the sealing seat 41 via the clamping nut 23, but rather, as in the exemplary embodiment in FIG. 1, using a clamping sleeve 21.
  • the clamping sleeve 21 surrounds the valve needle 15 and transmits the force of the clamping nut 23 to the connecting ring 40 This means that the clamping nut 23 can also be positioned further away from the connecting ring 40, which improves the accessibility of the clamping nut 23 and makes assembly easier.
  • the clamping nut 23 can also be arranged outside the corrugated bellows 30.
  • FIG 4 shows a further exemplary embodiment of the arrangement of the connecting ring 40 'according to the invention.
  • the connecting ring 40' here has a flat contact surface 44', which rests on an equally flat sealing seat 41'.
  • This design of the connection ring 41 and the contact surface 44 ' is easy to manufacture and allows a horizontal displacement of the connection ring 40'.
  • a sealing ring 48 is also provided between the connecting ring 40 and the valve needle 15. It can also be provided that the actual fluid-tight seal is ensured by the sealing ring 48, while the sealing seat 41 'serves only as an abutment for the first connection ring 40'. This results in more freedom in the design of the sealing seat 41' or the contact surface 44'.
  • FIG 5 a further exemplary embodiment is shown in the same representation as Figure 3.
  • the corrugated bellows 30 is connected in a fluid-tight manner to the connecting ring 40 with its end facing the outlet opening 7 via a welded connection 35.
  • a second connecting ring 50 is also present here to seal the opposite end of the corrugated bellows 30.
  • the second connecting ring 50 is also connected to the corrugated bellows 30 via a welded connection 36 and rests on a shoulder 55 in the nozzle body 4.
  • the shoulder 55 is flat so that the sealing ring 47 optimizes the seal.
  • the clamping force on the connecting ring 40 is also generated here via a clamping sleeve 21 and a clamping nut 23.
  • the valve needle 15 has an outer contour 49 into which the clamping sleeve 21 engages with a corresponding inner contour.
  • 5A shows a cross section through the exemplary embodiment shown in FIG .
  • holding contours 45, 46 can also be formed on the valve needle 15 in order to fix it when the clamping nut 23 is screwed on.
  • An interlocking outer and inner contour can also be provided between the connecting ring 40 and the valve needle 15 or between the spring sleeve 22 and the valve needle 15.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment in the same representation as FIG
  • the second connecting ring 50 is arranged and a second adjusting disk 53 is now arranged on the second connecting ring 50 and the shoulder 55.
  • This allows the position of the second connecting ring 50 within the nozzle body 4 to be precisely adjusted so that different preloads of the corrugated bellows 30 do not affect the spring force of the valve spring 25 decreased or increased.
  • the first adjusting disk 52 and the second adjusting disk 53 do not have to be of the same thickness, as shown in the exemplary embodiment in FIG. Without changing the position of the clamping screw 37, the first adjusting disk 52 is thicker than the second adjusting disk 53, the total thickness of the two adjusting disks 52, 53 corresponding to that of FIG.
  • This configuration of the adjusting disks 52, 53 positions the second connecting ring 50 further in the direction of the first connecting ring 40 if this is necessary.
  • the movement of the valve needle 15 is preferably carried out with the aid of an electromagnet, which is not shown in FIG.
  • the valve needle 15 can also be moved using another electrical actuator, for example a piezo actuator or a magnetostrictive actuator. A servo-hydraulic movement of the valve needle 15 is also possible.

Landscapes

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Abstract

Brennstoffventil zur dosierten Abgabe von Brennstoff, mit einem Gehäuse (1), das mit einem fluiden Brennstoff befüllbar ist und das eine Auslassöffnung (7) aufweist. Im Gehäuse (1) ist eine Ventilnadel (15) angeordnet, die in ihrer Längsrichtung beweglich ist und die mit einem Ventilsitz (17) zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung (7) zusammenwirkt, wobei die Ventilnadel (15) über einen Teil ihrer Länge von einem Wellbalg (30) umgeben ist, der einen Innenraum (32) abdichtet. Der Wellbalg (30) ist an dem der Auslassöffnung (7) zugewandten Ende fluiddicht mit einem Anschlussring (40) verbunden, der durch eine die Ventilnadel (15) umgebende Spannmutter (23) gegen einen Dichtsitz (41) an der Ventilnadel (15) verspannt ist.

Description

Titel
Brennstoffventil zur dosierten Abgabe von Brennstoff
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffventil, wie es zur dosierten Abgabe von Brennstoff Verwendung findet, insbesondere von gasförmigem Brennstoff.
Stand der Technik
Ventile zur dosierten Abgabe von gasförmigem oder flüssigem Brennstoff werden beispielsweise dazu verwendet, um Brennstoff in einen Brennraum oder in einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine einzudosieren. Wesentlich ist dabei, dass die richtige Menge Brennstoff zum richtigen Zeitpunkt eingebracht wird, um eine optimale Verbrennung des Brennstoffs im Brennraum zu gewährleisten. Ein solches Brennstoffventil ist beispielsweise aus der DE 10 2021 200 689 Al bekannt und weist ein kolbenförmiges Ventilelement auf, das durch einen Elektromagneten bewegt wird und dadurch eine Dosieröffnung öffnet und schließt. Der in diesem Fall gasförmige Brennstoff umströmt das Ventilelement und gelangt so zur Dosieröffnung. Das Ventilelement selbst ist in einem oder mehreren Abschnitten innerhalb des Gehäuses geführt, wobei zum einwandfreien Funktionieren ein Schmiermittel vorhanden ist, das die Führungsflächen des Ventilelements benetzt und damit die Beweglichkeit des Ventilelements sicherstellt.
Um eine Durchmischung des Schmiermittels mit dem Brennstoff zu vermeiden, befindet sich das Ventilelement in einem Schmiermittelbereich, der unter anderem durch einen Wellbalg abgedichtet ist, der eine Vermischung von Brennstoff und Schmiermittel verhindert, dabei aber gleichwohl eine Längsbewegung des Ventilelements erlaubt. Der Wellbalg ist an seinen beiden Enden über fluiddichte Schweißverbindungen mit dem Ventilelement verbunden, sodass der Schmiermittelraum gegenüber dem Brennstoff hermetisch abgedichtet ist. Die Fertigung dieser Schweißverbindungen ist einerseits aufwendig und erfordert spezielle Apparaturen zur serienmäßigen Durchführung. Darüber hinaus ist eine Montage des Ventilelements schwierig, da es in der Regel aus mehreren Teilen besteht und die Wellbalge keinen Torsionsbelastungen ausgesetzt werden dürfen. Dadurch wird die Fertigung des Ventilelements mit angeschweißten Wellbalgen aufwendig und teuer.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffventil weist den Vorteil auf, dass eine Abdichtung eines Schmiermittelraums bzw. eines das Ventilelement umgebenden Innenraums gegenüber einem Außenraum, in welchem der zu dosierende Brennstoff geführt wird, einfach und damit flexibel möglich ist. Dazu weist das Brennstoffventil zur dosierten Abgabe von Brennstoff ein Gehäuse auf, das mit einem fluiden Brennstoff befüllbar ist und das eine Auslassöffnung aufweist. Im Gehäuse ist eine Ventilnadel angeordnet, die in ihrer Längsrichtung beweglich ist und die mit einem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung zusammenwirkt, wobei die Ventilnadel über einen Teil ihrer Länge von einem Wellbalg umgeben ist, der einen Innenraum abdichtet. Der Wellbalg ist an dem der Auslassöffnung zugewandten Ende fluiddicht mit einem Anschlussring verbunden, der über eine die Ventilnadel umgebende Spannmutter gegen einen Dichtsitz an der Düsennadel verspannt ist.
Der Anschlussring ist mit dem Wellbalg über eine Schweißverbindung fluiddicht verbunden, so dass an dieser Stelle kein Fluid aus dem Inneren des Wellbalgs nach außen gelangen kann. Die fluiddichte Abdichtung des Innenraums erfolgt schließlich durch Verspannen dieses Anschlussrings gegen einen Dichtsitz an der Ventilnadel. Das Fixieren mittels des Anschlussrings erlaubt es darüber hinaus, die Ventilnadel wieder zu demontieren und den Wellbalg bei Bedarf auszutauschen, so dass eine höhere Flexibilität bei der Konstruktion und auch bei der Wartung und Instandsetzung eines solchen Brennstoffventils gegeben ist. Unter einem Fluid wird im Kontext dieser Patentanmeldung ein Gas oder eine Flüssigkeit verstanden. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung greift die Spannmutter in ein auf der Außenseite der Ventilnadel ausgebildetes Gewinde ein. Dieses Gewinde ist einfach zu fertigen und kann an verschiedenen Stellen der Ventilnadel angebracht werden, je nach Einbausituation.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist dabei zwischen dem Anschlussring und der Spannmutter eine Spannhülse angeordnet, die ebenfalls die Ventilnadel umgibt und die Presskraft von der Spannmutter auf den Anschlussring überträgt. Dadurch kann die Spannmutter deutlich beabstandet zur Dichtfläche angeordnet werden, was zusätzliche Freiheiten bei der konstruktiven Umgestaltung ermöglicht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung bildet die Ventilnadel im Bereich der Spannhülse eine Außenkontur, in die die Spannhülse formschlüssig eingreift, so dass sie gegen eine Drehung auf der Ventilnadel gesichert ist. So wird das Drehmoment der Spannmutter nicht auf den Anschlussring übertragen und es müssen keine weiteren Vorkehrungen gegen eine Drehung des Anschlussrings und damit gegen eine eventuelle Torsion des Wellbalgs getroffen werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Dichtsitz konisch ausgebildet. Dies ermöglicht eine gute Abdichtung und sorgte für eine Selbstzentrierung des Anschlussrings auf der Ventilnadel. In vorteilhafter Weise ist dabei auch die Anlagefläche am Anschlussring konisch ausgebildet, mit der die Spannmutter auf dem Dichtsitz aufliegt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Dichtsitz als flache Ringfläche ausgebildet, und am Anschlussring ist eine entsprechende flache Anlagefläche ausgebildet, die ebenfalls eine Ringfläche bildet und mit der der Anschlussring auf dem Dichtsitz aufliegt. Eine solche Ringfläche ist kostengünstig zu fertigen und kann eine hohe Presskraft aufnehmen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist zwischen dem Anschlussring und der Düsennadel ein Dichtring angeordnet. Dieser Dichtring sorgt für eine zusätzliche Abdichtung und erhöht somit die Betriebssicherheit. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Dichtring die Hauptdichtfunktion erfüllt, während zwischen dem Anschlussring und dem Dichtsitz lediglich eine teilweise Abdichtung vorliegt. Die Form des Dichtsitzes kann in diesem Fall jede Form aufweisen, also als Flach- oder Kegelsitz mit beliebigem Öffnungswinkel ausgeführt sein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das der Auslassöffnung abgewandte Ende des Wellbalgs mit einem zweiten Anschlussring dichtend verbunden. Der zweite Anschlussring liegt dabei in vorteilhafter Weise an einem der Auslassöffnung zugewandten Absatz im Gehäuse an. Dadurch wird eine Abdichtung zwischen der Ventilnadel und dem Gehäuse hergestellt, um den Innenraum, der das Schmiermittel oder einen sonstigen Brennstoff beinhaltet, sicher gegen den Brennstoff abzudichten.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Innenraum mit einem Schmiermittel gefüllt. Dieses Schmiermittel kann verschiedene Bereiche benetzen, in denen die Ventilnadel im Gehäuse geführt ist, um eine reibungsarme Bewegung und damit eine lange Lebensdauer sicherzustellen.
Zeichnung
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Brennstoffventils dargestellt. Es zeigt die Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffventil, wobei nur die wesentlichen Teile dargestellt sind,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung im Bereich des mit II bezeichneten Ausschnitts der Figur 1,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in derselben Darstellung wie Figur 2,
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wellbalgabdichtung,
Figur 5, ebenfalls ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wellbalgabdichtung, Figur 5A einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilnadel im Bereich der mit A bezeichneten Querschnittsebene der Figur 5,
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel in derselben Darstellung wie Figur 2 und
Figur 7 ein weiteres solches Ausführungsbeispiel. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Brennstoffventil im Längsschnitt dargestellt, wobei nur die wesentlichen Teile dargestellt sind. Das Brennstoffventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Ventilkörper 2 und ein Mantelrohr s umfasst, die gegeneinander durch eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Spannvorrichtung fluiddicht verbunden sind. Im Inneren des Ventilkörpers 2 ist ein Gewinde 6 ausgebildet, in das ein Düsenkörper 4 eingeschraubt ist, der am auslassseitigen Ende des Ventilkörpers 2 aus diesem herausragt. Das auslaufseitige Ende des Düsenkörpers 4 ist von einem Ventilrohr 5 umgeben, das zwischen dem Ventilkörper 2 und dem Düsenkörper 4 durch die Verschraubung am Gewinde 6 fixiert ist. Das Ventilrohr 5 dient der Formung und der Lenkung des ausgestoßenen Brennstoffs, der aus einer Auslassöffnung 7 im Düsenkörper 4 in das Ventilrohr 5 austritt, wobei vorzugsweise gasförmiger Brennstoff dosiert wird.
Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Druckraum 8 ausgebildet, der mit dem zu dosierenden flüssigen oder gasförmigen Brennstoff unter einem Eindüsdruck befüllbar ist. Der Druckraum 8 ist mit einem zwischen dem Düsenkörper 4 und dem Ventilkörper 2 ausgebildeten Zwischenraum 10 und einem im Düsenkörper 4 ausgebildeten Düsenraum 14 verbunden, wobei die Verbindungen über Schrägbohrungen 9 im Ventilkörper 2 und über weitere Schrägbohrungen 13 im Düsenkörper 4 hergestellt werden. Der Brennstoff im Druckraum 8 strömt bis zu einer Auslassöffnung 7, die am auslassseitigen Ende des Düsenkörpers 4 ausgebildet ist.
Eine kolbenförmige Ventilnadel 15 ist im Inneren des Düsenkörpers 4 längsverschiebbar angeordnet. An ihrem dem auslassseitigen Ende des Gehäuses 1 zugewandten Ende weist die Ventilnadel 15 einen Ventilteller 16 auf, der mit einem die Auslassöffnung 7 umgebenden Ventilsitz 17 zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung 7 zusammenwirkt. Bewegt sich die Ventilnadel 15 in Richtung der Auslassöffnung 7, also in der Figur 1 nach unten, so wird ein Ringspalt zwischen dem Ventilteller 16 und dem Ventilsitz 17 aufgesteuert und Brennstoff kann aus dem Düsenraum 14 ausströmen, wobei der Brennstoff durch das Ventilrohr 5 gelenkt wird. Bewegt sich die Ventilnadel 15 in Anlage an den Ventilsitz 17, so wird die Auslassöffnung 7 wieder verschlossen. Die Düsennadel 15 erstreckt sich über die gesamte Länge des Düsenkörpers 4 und wird dabei in einem Führungsabschnitt 20 im Düsenkörper 4 geführt. Zwischen der Düsennadel 15 und der Innenwandung des Düsenkörpers 4 ist ein Ringraum 31 ausgebildet. Der Ringraum 31 ist über Verbindungsbohrungen 33 mit dem Zwischenraum 10 verbunden, so dass er bei Betrieb des Brennstoffventils mit dem zu dosierenden Brennstoff befüllt ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Brennstoff direkt den Wellbalg 30 umströmt, zum Beispiel indem die Schrägbohrungen 9 direkt in den Ringraum 31 münden und der Zwischenraum 10 zwischen Düsenkörper 4 und Ventilkörper 2 entfällt.
Die Ventilnadel 15 ist von einem Wellbalg 30 umgeben, der im Inneren des Düsenkörpers 4 angeordnet ist und mit seinem der Auslassöffnung 7 zugewandten Ende über eine erste Schweißverbindung 35 mit einem Anschlussring 40 fluiddicht verbunden, der einstückig mit einer die Ventilnadel 15 umgebenden Spannhülse 21 ausgebildet ist. Der Anschlussring 40 stützt sich mit seinem auslassöffnungsseitigen Ende an einem Dichtsitz 41 der Ventilnadel 15 ab, während das gegenüberliegende Ende der Spannhülse 21 an einer Federhülse 22 anliegt. Am Ende der Ventilnadel 15 ist ein Gewinde 19 ausgebildet, in das eine Spannmutter 23 eingreift, die die Federhülse 22 gegen die Spannhülse 21 verspannt und damit der Anschlussring 40 gegen den Dichtsitz 41.
Der Wellbalg 30 ist an seinem der ersten Schweißverbindung 35 gegenüberliegenden Ende durch eine zweite Schweißverbindung 36 mit einem zweiten Anschlussring 50 fluiddicht verbunden, der über ein Stützelement 26 gegen eine Schulter 39 im Düsenkörper 4 verspannt ist. Zur Einstellung der richtigen Abstände ist dabei zwischen dem zweiten Anschlussring 50 und der im Düsenkörper 4 ausgebildeten Schulter 39 eine erste Einstellscheibe 28 und zwischen dem Stützelement 26 und dem zweiten Anschlussring 50 eine zweite Einstellscheibe 29 angeordnet. Die Verspannung des Stützelements 26 erfolgt über eine Spannschraube 37, die in ein Gewinde im Inneren des Düsenkörpers 4 eingreift. Zwischen dem Stützelement 26 und der Federhülse 22 ist eine Ventilfeder 25 unter Druckvorspannung angeordnet, durch die die Ventilnadel 15 gegen den Ventilsitz 17 gedrückt wird. Wird durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten elektrischen Aktor, beispielsweise einen Elektromagneten, eine ausreichend große Längskraft auf die Ventilnadel 15 ausgeübt, so bewegt sich diese in Längsrichtung gegen die Kraft der Ventilfeder 25 zum Öffnen der Auslassöffnung 7.
Der Wellbalg 30 umgibt einen Innenraum 32, der mit einem Schmiermittel befüllt werden kann. Das Schmiermittel benetzt den Führungsabschnitt 24 zwischen der Federhülse 22 und dem Stützelement 26, sodass eine weitgehend reibungsfreie Bewegung der Ventilnadel 15 ermöglicht wird. Zwischen dem zweiten Anschlussring 50 und der Spannhülse 21 verbleibt ein Zwischenraum, durch den das Schmiermittel fließen kann. Im Bereich des Stützelements 26 ist der Schmiermittelfluss über Durchgangsbohrungen 27 sichergestellt. Der Wellbalg 30 ist dabei in Längsrichtung flexibel, so dass eine Bewegung der Ventilnadel 15 innerhalb des Gehäuses 1 nicht behindert wird, gleichwohl aber eine Abdichtung des Innenraums 32 gegen den Ringraum 31 und damit eine Abdichtung des Schmiermittels gegen den Brennstoff erfolgt.
Die Figur 2 zeigt den mit II bezeichneten Ausschnitt der Figur 1 eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, wobei nur eine Hälfte des Brennstoffventils entlang der Mittelachse 11 gezeigt ist. Der Wellbalg 30 ist mit seinem der Auslassöffnung 7 zugewandten Ende mit einem separaten Anschlussring 40 verbunden. Der Anschlussring 40 umgibt die Ventilnadel 15 und liegt mit einer konischen Anlagefläche 44 auf einem ebenfalls konischen Dichtsitz 41 an der Ventilnadel 15 auf. Zwischen dem Wellbalg 30 und dem Anschlussring 40 ist eine fluiddichte Schweißverbindung ausgebildet. Die Spannmutter 23 ist hier innerhalb des Wellbalgs 30 angeordnet und umgibt die Ventilnadel 15. Dabei verspannt die Spannmutter 23 den Anschlussring 40 gegen den Dichtsitz 41, wobei sie in das Gewinde 19 an der Ventilnadel 15 eingreift, welches hier ebenfalls innerhalb des Wellbalgs 30 angeordnet ist. Da die Spannmutter 23 hier unmittelbar am Anschlussring 40 anliegt, entfällt in diesem Ausführungsbeispiel die Spannhülse 21. Die hier nicht gezeigte Ventilfeder 25 beaufschlagt die Ventilnadel 15 auch hier, jedoch in konstruktiv anderer Weise, so dass die Federhülse 22 ebenfalls entfällt. Durch die Anlage des Anschlussrings 40 auf dem Dichtsitz 41 wird ebenfalls eine fluiddichte Verbindung geschaffen, so dass der durch den Wellbalg 30 begrenzte Innenraum 32 abgedichtet wird und sich das darin befindliche Schmiermittel nicht mit dem Brennstoff im Ringraum 31 vermischt. Damit sich die Ventilnadel 15 beim Festziehen der Spannmutter 23 nicht dreht und so eventuell den Wellbalg 30 beschädigt, können an den Enden der Ventilnadel 15 Haltekonturen 45, 46 vorgesehen sein, um die Ventilnadel 15 während des Schraubprozesses zu halten. Die Haltekonturen 45, 46 können beispielsweise in Form von Schlüsselflächen ausgebildet sein.
Die Figur 3 zeigt in derselben Darstellung wie Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Anschlussring 40 wird hier nicht direkt über die Spannmutter 23 gegen den Dichtsitz 41 vorgespannt, sondern wie schon bei dem Ausführungsbespiel der Figur 1 unter Verwendung einer Spannhülse 21. Die Spannhülse 21 umgibt die Ventilnadel 15 und überträgt die Kraft der Spannmutter 23 auf den Anschlussring 40. Damit kann die Spannmutter 23 auch weiter entfernt vom Anschlussring 40 positioniert werden, was die Zugänglichkeit der Spannmutter 23 verbessert und die Montage erleichtert. Die Spannmutter 23 kann so auch außerhalb des Wellbalgs 30 angeordnet werden.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung des Anschlussrings 40‘. Der Anschlussring 40‘ weist hier eine flache Anlagefläche 44‘ auf, die auf einem ebenso flachen Dichtsitz 41‘ aufliegt. Diese Ausbildung des Anschlussrings 41 und der Anlagefläche 44‘ ist einfach zu fertigen und erlaubt eine horizontale Verschiebung des Anschlussrings 40‘. Zur sicheren Abdichtung ist hier zusätzlich ein Dichtring 48 zwischen dem Anschlussring 40 und der Ventilnadel 15 vorgesehen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die eigentliche fluiddichte Abdichtung durch den Dichtring 48 sichergestellt ist, während der Dichtsitz 41‘ nur als Widerlager des ersten Anschlussrings 40‘ dient. Dadurch ergeben sich mehr Freiheiten bei der Ausgestaltung des Dichtsitzes 41‘ bzw. der Anlagefläche 44‘.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellung mit wie Figur 3 gezeigt. Der Wellbalg 30 ist auch hier mit seinem der Auslassöffnung 7 zugewandten Ende über eine Schweißverbindung 35 mit dem Anschlussring 40 fluiddicht verbunden. Zur Abdichtung des gegenüberliegenden Endes des Wellbalgs 30 ist hier ebenfalls ein zweiter Anschlussring 50 vorhanden. Der zweite Anschlussring 50 ist mit dem Wellbalg 30 ebenfalls über eine Schweißverbindung 36 verbunden und liegt auf einem Absatz 55 im Düsenkörper 4 auf. Zusätzlich ist ein Dichtring 47 zwischen dem zweiten Anschlussring 50 und dem Düsenkörper 4 angeordnet, um hier - ähnlich wie bei der Darstellung in Figur 4 - eine zusätzliche Abdichtung des Innenraums 32 zu erreichen. Der Absatz 55 ist flach ausgebildet, so dass der Dichtring 47 die Abdichtung optimiert. Die Spannkraft auf den Anschlussring 40 wird auch hier über eine Spannhülse 21 und eine Spannmutter 23 erzeugt. Um das Drehen und der Spannhülse 21 beim Anschrauben der Spannmutter 23 zu verhindern, weist die Ventilnadel 15 eine Außenkontur 49 auf, in die die Spannhülse 21 mit einer entsprechenden Innenkontur eingreift. Dazu zeigt Figur 5A einen Querschnitt durch das in Figur 5 gezeigte Ausführungsbeispiel entlang der Linie A. Da die Spannhülse 21 und die Ventilnadel 15 ineinandergreifen, wird das Verdrehen der Spannhülse 21 beim Verschrauben der Spannmutter 23 verhindert, um kein Torsionsmoment auf den ersten Anschlussring 40 auszuüben. Zusätzlich können auch hier Haltekonturen 45, 46 an der Ventilnadel 15 ausgebildet sein, um diese beim Anschrauben der Spannmutter 23 zu fixieren. Eine ineinandergreifende Außen- und Innenkontur kann auch zwischen dem Anschlussring 40 und der Ventilnadel 15 vorgesehen sein oder zwischen der Federhülse 22 und der Ventilnadel 15.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellung wie Figur 5. Der zweite Anschlussring 50 ist auch hier durch die Spannschraube 37 gegen den Absatz 55 vorgespannt, wobei zwei Einstellscheiben 52, 53 verwendet werden: Eine erste Einstellscheibe 52 ist zwischen der Spannschraube 37 und dem zweiten Anschlussring 50 angeordnet und eine zweite Einstellscheibe 53 inzwischen dem zweiten Anschlussring 50 und dem Absatz 55. Damit kann die Position des zweiten Anschlussrings 50 innerhalb des Düsenkörpers 4 genau eingestellt werden, damit eine unterschiedlich starke Vorspannung des Wellbalgs 30 die Federkraft der Ventilfeder 25 nicht vermindert oder verstärkt. Dabei muss die erste Einstellscheibe 52 und die zweite Einstellscheibe 53 nicht gleich dick ausgebildet sein, wie in dem Ausführungsbeispiel der Figur 7 gezeigt. Ohne die Position der Spannschraube 37 zu ändern, ist hier die erste Einstellscheibe 52 dicker als die zweite Einstellscheibe 53 ausgebildet, wobei die Gesamtdicke der beiden Einstellscheiben 52, 53 der der Figur 6 entspricht. Durch diese Ausgestaltung der Einstellscheiben 52, 53 wird der zweite Anschlussring 50 weiter in Richtung des ersten Anschlussrings 40 positioniert, falls dies erforderlich ist. Die Bewegung der Ventilnadel 15 erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Elektromagneten, der in der Figur 1 nicht dargestellt ist. Die Ventilnadel 15 kann auch mit Hilfe eines anderen elektrischen Aktors bewegt werden, beispielsweise eines Piezoaktors oder eines magnetostriktiven Aktors. Auch eine servo- hydraulische Bewegung der Ventilnadel 15 ist möglich.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffventil zur dosierten Abgabe von Brennstoff, mit einem Gehäuse (1), das mit einem fluiden Brennstoff befüllbar ist und das eine Auslassöffnung (7) aufweist, und mit einer im Gehäuse (1) angeordneten Ventilnadel (15), die in ihrer Längsrichtung beweglich ist und die mit einem Ventilsitz (17) zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung (7) zusammenwirkt, wobei die Ventilnadel (15) über einen Teil ihrer Länge von einem Wellbalg (30) umgeben ist, der einen Innenraum (32) abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellbalg (30) an dem der Auslassöffnung (7) zugewandten Ende fluiddicht mit einem Anschlussring (40) verbunden ist, der durch eine die Ventilnadel (15) umgebende Spannmutter (23) gegen einen Dichtsitz (41) an der Ventilnadel (15) verspannt ist.
2. Brennstoffventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (23) in ein auf der Außenseite der Ventilnadel (15) ausgebildetes Gewinde (19) eingreift.
3. Brennstoffventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Spannmutter (23) und dem Anschlussring (40) eine die Ventilnadel (15) umgebende Spannhülse (21) angeordnet ist, die die Presskraft der Spannmutter (23) auf den Anschlussring (40) überträgt.
4. Brennstoffventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (15) im Bereich der Spannhülse (21) eine Außenkontur (49) bildet, in die die Spannhülse (21) formschlüssig eingreift, so dass die Spannhülse (21) gegen eine Drehung um ihre Längsachse gesichert ist.
5. Brennstoffventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (41) konisch ausgebildet ist.
6. Brennstoffventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlussring (40) eine konische Anlagefläche (44) ausgebildet ist, mit der der Anschlussring (40) auf dem Dichtsitz (41) aufliegt.
7. Brennstoffventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (41) als flache Ringfläche ausgebildet ist und am Anschlussring (40)‘ eine flache Anlagefläche (44)‘ ausgebildet ist, die ebenfalls eine Ringfläche bildet und mit der der Anschlussring (40)‘ auf dem Dichtsitz (41) aufliegt.
8. Brennstoffventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anschlussring (40) und der Düsennadel (15) ein Dichtring (48) angeordnet ist.
9. Brennstoffventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das der Auslassöffnung (7) abgewandte Ende des Wellbalgs (30) mit einem zweiten Anschlussring (50) dichtend verbunden ist.
10. Brennstoffventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlussring (50) an einem der Auslassöffnung (7) zugewandten Absatz (55) im Gehäuse (1) anliegt.
11. Brennstoffventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlussring (50) durch eine Spannschraube (37) gegen den Absatz (55) vorgespannt ist.
12. Brennstoffventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Anschlussring (50) und der Spannschraube (37) und/oder zwischen dem zweiten Anschlussring (50) und dem Absatz (55) eine erste Einstellschreibe (51) bzw. eine zweite Einstellschreibe (52) angeordnet ist.
13. Brennstoffventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (32) mit einem Schmierstoff gefüllt ist.
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