WO2024160396A1 - Gasinjektoranordnung mit unterdruckgesteuertem zweitem dichtsitz in kompakter bauform - Google Patents

Gasinjektoranordnung mit unterdruckgesteuertem zweitem dichtsitz in kompakter bauform Download PDF

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WO2024160396A1
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gas injector
valve
shut
control valve
sealing seat
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PCT/EP2023/079107
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Dietmar Schmieder
Hubert Stier
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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 arrangement with a gas injector for blowing in a gaseous medium, in particular hydrogen or natural gas with a second, pressure-controlled sealing seat, in a particularly compact design and an internal combustion engine.
  • Gas injector arrangements are known in various designs from the state of the art. In comparison with injectors for liquid fuels, the technical requirements for gas injectors of gas injector arrangements are significantly different.
  • One problem area with gas injectors is, for example, sealing the gas injector over longer periods of time. In particular, it must be avoided that gaseous fuel escapes from the gas injector into a combustion chamber and possibly into the environment, e.g. when an internal combustion engine is switched off despite the sealing seat being closed. This should be avoided at all costs.
  • the gas injector arrangement 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 even when the gas injector is closed for longer periods of time. Furthermore, in order to open a second sealing seat of the gas injector, in particular an elastomer sealing seat, in addition to improved sealing, a secure opening can also be achieved with large sealing diameters of the second sealing seat.
  • the gas injector according to the invention is very simple and inexpensive to construct. The gas injector can also close quickly and easily at the second sealing seat, so that an undesirable loss of medium to be injected can be prevented after an internal combustion engine has been switched off.
  • the gas injector arrangement comprises a gas injector, a rail, a controllable additional shut-off valve and a control valve unit.
  • the gas injector comprises a closing element which is designed to open and close a through opening at a first sealing seat.
  • the gas injector also comprises an actuator, in particular a magnetic actuator, for actuating the closing element.
  • a reset element is provided to return the closing element to a closed starting position.
  • the rail comprises an inlet bore, in particular in the main extension direction of the rail, and at least one branch bore. It should be noted here that the term "bore" is intended to include components which are manufactured by means of machining processes as well as by means of casting processes or additive processes or other processes.
  • the controllable shut-off valve is arranged in the branch bore of the rail.
  • the gas injector is in fluid communication with the shut-off valve so that a gaseous medium to be blown in can be fed from the rail to the gas injector via the shut-off valve.
  • the shut-off valve has a second sealing seat which opens and closes a gas flow path and the branch hole of the rail in the direction of the gas injector.
  • the shut-off valve has a vacuum connection to the control valve unit.
  • the control valve unit is designed to connect a vacuum source to the vacuum connection on the shut-off valve in order to open the second sealing seat. The second sealing seat can thus be opened by vacuum.
  • the gas injector and the shut-off valve are two separate individual components, the gas injector itself can be designed to be very compact and small.
  • the gas injector has a very short design in the axial direction.
  • the existing pressure of the gaseous medium can preferably be used to close the second sealing seat on the shut-off valve.
  • the vacuum source has a lower pressure than the gaseous medium to be blown in and preferably a pressure below ambient pressure.
  • the second sealing seat can at least reduce the amount of gaseous medium that may flow out of the gas injector to the volume between the first and second sealing seats. Furthermore, the pneumatic actuation of the shut-off valve using negative pressure to open the second sealing seat makes a very simple and cost-effective design possible. This also avoids a heat problem on the gas injector, which could occur, for example, when using electrically actuated shut-off elements.
  • the rail preferably has a plurality of branch bores which branch off from a single, common inlet bore. This allows, for example, several cylinders of an internal combustion engine to be supplied with gaseous fuel.
  • the rail also preferably comprises a main bore and a vacuum bore, which is designed to connect the vacuum connection of the shut-off valve to the vacuum source. This makes it possible to dispense with pressure-resistant lines that establish the connection to the vacuum source. This results in a large cost saving both in terms of material costs for such pressure lines and in complex and expensive assembly. Furthermore, by integrating the vacuum bore into the rail, the installation space of the gas injector arrangement can be kept very small.
  • the gas injector arrangement preferably has a first and a second radial seal.
  • the first and second radial seals seal between the shut-off valve and the branch bore.
  • the first and second radial seals are preferably O-rings.
  • the rail comprises a transverse bore in which the shut-off element is arranged.
  • the shut-off valve preferably comprises an axially movable piston.
  • the second sealing seat is preferably formed between the piston and a housing component. The piston enables the second sealing seat to be opened easily and safely by means of negative pressure.
  • the gas injector further preferably comprises a third sealing seat which is arranged on the piston.
  • the third sealing seat opens and closes a connection between a gas flow path, which also leads through the shut-off valve, and the control valve unit.
  • the piston can be moved back and forth between the second and third sealing seats. The second and third sealing seats are therefore not both closed at the same time.
  • the third sealing seat is formed between a radially outwardly directed flange on the piston and a stop disk on the housing component of the shut-off valve.
  • the housing component further preferably also serves as a guide component for the piston.
  • the piston is preferably a hollow piston with a closed piston face, the second sealing seat being formed by the piston face and the housing of the shut-off valve, in particular on a radially inwardly directed projection of the housing. An axial movement of the piston of the shut-off valve thus enables the second sealing seat to be opened and closed.
  • the hollow piston preferably has one or more openings on a piston skirt, so that when the shut-off valve is open, the gaseous medium can flow from the interior of the hollow piston through the openings to the outside and past the open second sealing seat in the direction of the gas injector.
  • An elastomer sealing element is particularly preferably provided on the second sealing seat. Since the second sealing seat in a direct-injection gas injector is located somewhat away from the combustion chamber, an elastomer can be used as a sealing element, which offers great advantages in terms of permanent tightness at the second sealing seat.
  • the use of an elastomer Elastomer sealing element preferably also enables the use of a larger sealing surface between the sealing partners, which further improves the tightness of the second sealing seat.
  • the control valve unit is further preferably designed to connect the vacuum connection to a pressure range in which a pressure of the gaseous medium to be blown in prevails, in order to also close the second sealing seat. It is thus possible for the control valve unit to be designed to both open and close the shut-off valve.
  • the control valve unit preferably has a first and a second control valve.
  • the first control valve is designed to establish and interrupt a fluid connection between the vacuum connection and the vacuum source.
  • the second control valve is designed to establish and interrupt the fluid connection between the vacuum connection and the pressure area of the gaseous medium.
  • the control valve unit thus comprises two separate control valves, which can also be controlled separately, whereby the structure of the gas injector arrangement can nevertheless be implemented particularly cost-effectively.
  • the first control valve is arranged between the vacuum connection and the vacuum source and the second control valve is arranged between the vacuum connection and the pressure area of the gaseous medium.
  • a line leading from the vacuum connection forms a branch line in a Y-shape, with a control valve arranged on each branch of the Y-shape.
  • the first and second control valves are particularly preferably constructed in the same way.
  • the gas injector arrangement further preferably comprises a control unit which is designed to close the first control valve at the start of injection by means of the gas injector in such a way that the vacuum connection is connected to the vacuum source in order to open the second sealing seat of the gas injector on the shut-off valve.
  • the control unit is further designed to close the first control valve again. This makes it possible to ensure that the second sealing seat remains in the open position without a constant connection to the vacuum source. This makes it possible in particular to avoid losses of the gaseous medium which occur with a continuous connection between the vacuum connection and the Negative pressure sources caused by escaping gaseous medium can be avoided.
  • the second control valve is closed.
  • the gas injector preferably further comprises a pressure sensor which is arranged on a line which connects the vacuum connection to the control valve unit.
  • the control unit is set up to briefly open the first control valve when the pressure sensor detects a pressure increase in the line above a predetermined threshold value during an injection operation of the gas injector. This connects the vacuum connection to the vacuum source, so that the pressure in the line drops again. As soon as the pressure sensor detects that the pressure in the line is again below the predetermined threshold value, the first control valve is closed again. This ensures safe operation of the gas injector.
  • the control valve unit comprises exactly one control valve, which is designed as a 2/2-way valve.
  • the 2/2-way valve preferably comprises a first and a second conical seat as well as an actuating element designed as a ball, which seals at the first conical seat or at the second conical seat.
  • a compression spring ensures that the 2/2-way valve is held in the position closed to the vacuum source as the starting position.
  • the gas injector arrangement further preferably comprises a line piece, in particular a connecting pipe, which creates a connection between the gas injector and the shut-off valve.
  • a screw connection is preferably formed between the line piece and the gas injector and between the line piece and the shut-off valve.
  • the present invention further relates to an internal combustion engine with a gas injector arrangement 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 communication with the shut-off valve via the control valve unit.
  • An opening of a connecting line between the intake pipe and the shut-off valve is preferably located after a throttle valve in the intake pipe.
  • the vacuum source is a catalyst of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine preferably comprises a plurality of gas injectors which are arranged in series on the rail at respective branch bores of the rail. This makes it possible to provide an inexpensively constructed internal combustion engine for using gaseous fuels, which, using the rail, ensures a reliable supply of the respective gas injectors with gaseous medium to be injected.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a gas injector arrangement according to a first embodiment of the invention in the closed state of the gas injector
  • Figure 2 is a schematic, enlarged view of a
  • Figure 3 is a schematic, enlarged view of a
  • Figure 4 is a schematic side view of a rail of a
  • Figure 5 is a schematic sectional view of a gas injector arrangement according to a second embodiment of the invention in the closed state
  • Figure 6 is a schematic representation of a gas injector arrangement according to a third embodiment of the invention in the closed state. Preferred embodiments of the invention
  • a gas injector arrangement 111 according to a first preferred embodiment of the invention is described in detail below with reference to Figures 1 to 4.
  • the gas injector arrangement 111 comprises a gas injector 1, a shut-off valve 300, a control valve unit 8 and a rail 400.
  • the gas injector 1 comprises a closing element 2 in the form of a valve needle and an actuator 5.
  • the gas injector is designed to inject a gaseous medium, in particular hydrogen, into a combustion chamber 30.
  • the actuator 5 is designed to actuate the closing element 2 in order to bring it into an open position.
  • Figure 1 shows the closed state of the gas injector.
  • the actuator 5 is a magnetic actuator with an armature 50 and an inner pole 51.
  • the actuator 5 is arranged in a closed actuator chamber 53, which is shown schematically.
  • the actuator chamber 53 is sealed from the gaseous medium in a gas chamber 10 by means of a flexible metal membrane 52.
  • the closing element 2 opens a through opening 3 at a first sealing seat 4 and closes it.
  • a return element 6, for example a cylinder spring, returns the closing element 2 to the closed starting position shown in Figure 1.
  • the gas injector 1 has a very compact and, in particular, short design in the axial direction X-X.
  • the gaseous medium to be blown in is introduced into the gas injector through an inlet nozzle 11 and flows around the closed actuator chamber 53, with corresponding openings being formed in the respective components.
  • the shut-off valve 300 is arranged on the gas injector 1 on the inlet connection 11.
  • the shut-off valve 300 provides a second sealing seat 7 of the gas injector arrangement.
  • the shut-off valve 300 is designed as pre-assembled assembly and arranged in gas flow direction A between the gas injector and the Rail 400.
  • the shut-off valve 300 is arranged almost entirely in the rail 400 in order to save installation space.
  • the shut-off valve 300 comprises a substantially hollow cylindrical main body 301 in which a piston 302 is arranged so as to be axially movable.
  • the piston 302 is pre-tensioned in the axial direction X-X by means of a closing spring 305.
  • the piston 302 is designed as a hollow cylinder closed on one side and has an elastomer sealing element 306 on one end face.
  • the elastomer sealing element 306 seals a connecting piece 304 of the shut-off valve 300, which is designed as a housing component and which establishes a connection with the gas injector 1.
  • the piston 302 has several lateral openings 303.
  • Figures 2 and 3 show the shut-off valve 300 in detail.
  • Figure 2 shows the closed state in which the elastomer sealing element 306 rests against the connecting piece 304 and closes the second sealing seat 7.
  • the gas flow path through the opened shut-off valve 300 is indicated in Figure 3 by the arrows A.
  • the shut-off valve 300 further comprises a first radial seal 311 and a second radial seal 312.
  • the two radial seals 311, 312 are arranged on the outer circumference of the main body 301 at an axial distance from one another.
  • the two radial seals 311 and 312 seal the shut-off valve 300 from the rail 400 in a transverse bore 402.
  • the vacuum connection 80 is connected to the gas-carrying area of the shut-off valve 300 via a gap 313, a control chamber 307, an axial bore 308 and a radial bore 309 (see Figure 2).
  • a further elastomer seal 310 is arranged on the piston 302, which closes the axial bore 308 at a third sealing seat 330 when the shut-off valve 300 is fully open. This interrupts a connection between the gas-carrying area of the shut-off valve 300 and the vacuum connection 80.
  • the two Elastomer seals 310 and 306 are not in the closed state at the same time.
  • the gas injector arrangement 111 further comprises a control valve unit 8, which comprises precisely one control valve 81, which is designed as a 2/2-way valve.
  • the control valve 81 is designed to connect the vacuum connection 80 to a vacuum source 82 and to interrupt the connection.
  • the vacuum source 82 is an intake pipe of an internal combustion engine.
  • the intake direction is set up in Figure 1 by the arrow B in the intake pipe.
  • An opening of a line 83 is located in the intake direction after a throttle valve 84.
  • the rail 400 is designed in a known manner as a distributor pipe and comprises a main bore 401 and the cross bore 402.
  • the shut-off valve 300 is arranged almost completely in the cross bore 402.
  • the vacuum connection 80 is also positioned in the rail 400. It should be noted that, as shown in Figure 4, several cross bores 402 lead off from the main bore 401.
  • a shut-off valve 300 with a connected gas injector is arranged in each cross bore 402.
  • the gas injector arrangement 111 thus comprises two closed sealing seats 4 and 7 in the closed state.
  • the second sealing seat 7 can be designed as an elastomer sealing seat and provides particularly good sealing performance.
  • the second sealing seat 7 can thus provide very good sealing in the closed state, so that even if the gas injector is not in use for a long time, no gas can penetrate into the gas chamber 10 via the second sealing seat 7.
  • the function of the gas injector arrangement 111 is as follows: When the internal combustion engine is started, a negative pressure is generated in the intake pipe, whereby the negative pressure source 82 is provided.
  • the control valve 81 When the internal combustion engine is started, the control valve 81 is simultaneously moved from the closed position shown in Figure 1 to the open position. As a result, the control chamber 307 is connected to the vacuum source 82 via the line 83. As a result, the pressure in the control chamber 307 drops, so that the piston 302 of the shut-off valve 300 moves in the direction of the arrow C, starting from the closed position shown in Figure 2. The movement of the piston 302 takes place against the force of the closing spring 305. As a result, the second sealing seat 7 is opened.
  • Figure 3 shows the fully opened state of the shut-off valve 300, wherein the elastomer seal 310 has closed the fluid path between the gas-carrying region of the shut-off valve 300 and the control valve 81 at the third sealing seat 330.
  • the fluid path between the gas-carrying region of the shut-off valve 300 and the control valve 81 is closed.
  • control valve 81 can always remain in the open state.
  • the actual injection is then controlled by controlling the actuator 5 via the opening and closing closing element 2.
  • the shut-off valve 300 therefore always remains in the open state during operation of the internal combustion engine.
  • the second sealing seat 7 is opened by means of negative pressure, it is possible to choose a very large seat diameter for the second sealing seat. This results in space advantages, since the gaseous medium has a much larger volume compared to liquid fuels, so that it has to be blown into the combustion chamber in a short time.
  • control valve 81 When the internal combustion engine is turned off, the control valve 81 is closed again by interrupting the power supply to the control valve. In this case, pressure builds up again in the control chamber 307 via the gap 313, which, together with the closing spring 305, resets the shut-off valve 300 to the closed state shown in Figure 2. Thus, when the internal combustion engine is turned off, the gas injector arrangement 111 is closed at the first and second sealing seats.
  • a vacuum bore 403 is also provided, which connects the vacuum connection 80 with the control valve 81.
  • the control valve 81 is preferably arranged directly at an opening of the vacuum bore 403. This eliminates the need for long, complex pressure lines between the shut-off valve 300 and the control valve 81.
  • the connection between the control valve 81 and the vacuum bore 403 is only shown schematically.
  • the control valve 81 is arranged directly on the rail 400.
  • the vacuum bore 403 connects all vacuum connections of the shut-off valves 300 of each gas injector simultaneously (see Figure 4). Thus, only exactly one control valve is necessary.
  • the gas injector 111 therefore has a very compact design that takes up little space. Furthermore, the gas injector 1 can be designed to be very short, particularly in the axial direction X-X, which results in space advantages on the internal combustion engine. The effort required for pressure-carrying lines, particularly the connection between the shut-off valves 300 and control valve 81, can also be reduced. This enables a large cost saving. There are also clear advantages during assembly, since both the gas injector 1 and the shut-off valve 300 and the rail 400 can be provided as pre-assembled assemblies.
  • Figure 5 shows a gas injector arrangement 111 according to a second embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are designated with the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the second embodiment essentially corresponds to the first embodiment, but the control valve unit 8 is constructed differently.
  • the control valve unit 8 comprises a first control valve 100 and a second control valve 200.
  • the two control valves 100, 200 are constructed identically.
  • the control valve unit 8 also comprises a control unit 13, which can control the first and second control valves 100, 200 individually in order to open or close them.
  • control valve unit 8 comprises a pressure sensor 14.
  • the pressure sensor 14 is also connected to the control unit 13.
  • the gas injector 1 and the shut-off valve 300 are constructed as in the first embodiment.
  • the vacuum connection 80 on the shut-off valve 300 is again connected to the vacuum bore 403 in the rail 400.
  • the vacuum bore 403 is provided with a Drain line 87, which branches into a first branch line 88 and a second branch line 89.
  • the first control valve 100 has a first sealing seat 101 to open and close a through opening.
  • the second control valve 200 has a second sealing seat 201 to open and close a through opening.
  • the first control valve 100 also includes an inlet connection 102 and is designed as a solenoid valve.
  • the second control valve 200 also includes an inlet connection 202 and is designed as a solenoid valve.
  • the first branch line 88 leads from the drain line 87 to the inlet connection 102 of the first control valve 100.
  • the first sealing seat 101 is connected to the vacuum source 82 via a line 83.
  • the inlet connection 202 of the second control valve 200 is connected to a supply line 120 in which the pressurized medium to be blown in is located.
  • the supply line 120 leads to the rail, more precisely to the main bore 401 of the rail 400.
  • the control valve unit 8 is thus connected to the vacuum connection 80 of the shut-off valve 300 and is configured to connect the vacuum connection 80 to the vacuum source 82 in order to open the second sealing seat 7 in the shut-off valve 30.
  • the function of the gas injector arrangement 100 of the second embodiment is as follows: When the internal combustion engine is started, a negative pressure is generated in the intake pipe, whereby the negative pressure source 82 is provided. When the internal combustion engine is started, the first control valve 100 is simultaneously energized so that it is moved from the closed position shown in Figure 5 to the open position. The second control valve 200 remains closed. The negative pressure connection 80 is thus connected to the negative pressure source 82 via the first control valve 100.
  • the first control valve 100 is continuously kept in the open state, so that the second sealing seat 7 of the shut-off valve 300 is always open for the injection of gaseous medium.
  • the first control valve 100 is closed and the second control valve 200 is opened.
  • pressurized gaseous medium flows from the supply line 120 through the opened second control valve 200 and the second branch line 89 into the drain line 87 in the direction of the vacuum connection 80.
  • a pressure in the control chamber 307 increases, so that the shut-off valve 300 is returned to the closed state with the help of the closing spring 305.
  • control valve unit 8 of the second embodiment has two separate control valves 100, 200, a very simple and cost-effective structure can still be realized since, on the one hand, both control valves 100, 200 are constructed in the same way and the two control valves 100, 200 can be controlled very easily.
  • FIG. 6 shows a gas injector arrangement 111 according to a third embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are again designated with the same reference numerals as in the previous embodiments.
  • the third embodiment essentially corresponds to the first embodiment, whereby, in contrast to the first embodiment, in the third embodiment the gas injector 1 and the shut-off valve 30 are spatially separated.
  • a connecting pipe 15 is provided which connects the gas injector 1 to the shut-off valve 300. This makes it possible to spatially separate the gas injector 1 and the shut-off valve 300.
  • the connecting pipe 15 can be rigid or flexible.
  • a secure, fluid-tight connection between the connecting pipe 15 and the gas injector 1 and the shut-off valve 300 is realized by a first screw connection 16 and a second screw connection 17. Additional sealing elements can also be used to improve the tightness of the connections. Otherwise, this embodiment corresponds to the first embodiment, so that reference can be made to the description given there.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektoranordnung zum Einblasen eines gasförmigen Mediums, umfassend einen Gasinjektor (1), ein Absperrventil (300), eine Regelventileinheit (8) und ein Rail (400), wobei der Gasinjektor umfasst: ein Schließelement (2), welches eine Durchgangsöffnung (3) an einem ersten Dichtsitz (4) freigibt und verschließt, einen Aktor (5) zur Betätigung des Schließelements (2), und ein Rückstellelement (6) zum Zurückstellen des Schließelements (2), wobei das Absperrventil (300) zwischen dem Gasinjektor (1) und dem Rail (400) angeordnet ist und umfasst: einen zweiten Dichtsitz (7), welcher in Durchströmungsrichtung des gasförmigen Mediums vor dem Gasinjektor (1) angeordnet ist, wobei der zweite Dichtsitz (7) einen Gasströmungspfad (A) durch das Absperrventil freigibt und verschließt, und einen Unterdruckanschluss (80), welcher in Durchströmungsrichtung des Absperrventils (300) vor dem zweiten Dichtsitz (7) angeordnet ist, und wobei die Regelventileinheit (8) ein Regelventil (81; 100, 200) umfasst, welches mit dem Unterdruckanschluss (80) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist, den Unterdruckanschluss (80) mit einer Unterdruckquelle (82) zu verbinden, um den zweiten Dichtsitz (7) zu öffnen.

Description

Beschreibung
Titel
Gasinjektoranordnung mit unterdruckgesteuertem zweitem Dichtsitz in kompakter Bauform
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasinjektoranordnung mit einem Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas mit einem zweiten, unter Druck gesteuertem Dichtsitz, in einer besonders kompakten Bauform und eine Brennkraftmaschine.
Gasinjektoranordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Im Vergleich mit Injektoren für flüssige Kraftstoffe sind technische Anforderungen an Gasinjektoren von Gasinjektoranordnungen deutlich unterschiedlich. Ein Problemkreis bei Gasinjektoren ist beispielsweise eine Abdichtung des Gasinjektors über längere Zeiträume. Hierbei muss insbesondere vermieden werden, dass gasförmiger Kraftstoff z.B. im abgestellten Zustand einer Brennkraftmaschine trotz geschlossenem Dichtsitz aus dem Gasinjektor in einen Brennraum austritt und gegebenenfalls in die Umgebung gelangt. Dies sollte unbedingt vermieden werden.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Gasinjektoranordnung zum Einblasen eines gasförmigen Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass bei einem auch über längere Zeiträume geschlossenen Gasinjektor eine signifikante Reduzierung eines möglichen Verlustes des gasförmigen Mediums aus dem Gasinjektor möglich ist. Weiterhin kann zum Öffnen eines zweiten Dichtsitzes des Gasinjektors, insbesondere eines Elastomerdichtsitzes, neben einer verbesserten Abdichtung auch ein sicheres Öffnen bei großen Dichtdurchmessern des zweiten Dichtsitzes erreicht werden. Dabei ist der erfindungsgemäße Gasinjektor sehr einfach und kostengünstig aufgebaut. Auch kann der Gasinjektor am zweiten Dichtsitz auf schnelle und einfache Weise schließen, so dass nach einem Abstellen einer Brennkraftmaschine ein unerwünschter Verlust von einzublasendem Medium verhindert werden kann.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Gasinjektoranordnung einen Gasinjektor, ein Rail, ein ansteuerbares zusätzliches Absperrventil und eine Regelventileinheit umfasst. Der Gasinjektor umfasst ein Schließelement, welches eingerichtet ist, eine Durchgangsöffnung an einem ersten Dichtsitz freizugeben und zu verschließen. Ferner umfasst der Gasinjektor einen Aktor, insbesondere einen Magnetaktor, zur Betätigung des Schließelements. Ein Rückstellelement ist vorgesehen, um das Schließelement in eine geschlossene Ausgangsposition zurückzustellen. Das Rail umfasst eine Zulaufbohrung, insbesondere in Haupterstreckungsrichtung des Rails, und wenigstens eine Abzweigbohrung. Hierbei sei angemerkt, dass der Begriff "Bohrung" sowohl Bauteile umfassen soll, welche mittels spanabhebenden Verfahren hergestellt sind als auch mittels Gießverfahren oder additiven Verfahren oder anderen Verfahren hergestellt sind. Das ansteuerbare Absperrventil ist dabei in der Abzweigbohrung des Rails angeordnet. Der Gasinjektor ist mit dem Absperrventil in Fluidverbindung, so dass ein einzublasendes, gasförmiges Medium aus dem Rail über das Absperrventil zum Gasinjektor zugeführt werden kann. Das Absperrventil weist einen zweiten Dichtsitz auf, welcher einen Gasströmungspfad und der Abzweigungsbohrung des Rails in Richtung zum Gasinjektor freigibt und verschließt. Das Absperrventil weist einen Unterdruckanschluss zur Regelventileinheit auf. Die Regelventileinheit ist eingerichtet, eine Unterdruckquelle mit dem Unterdruckanschluss am Absperrventil zu verbinden, um den zweiten Dichtsitz zu öffnen. Somit kann der zweite Dichtsitz durch Unterdrück geöffnet werden. Da ferner der Gasinjektor und das Absperrventil zwei separate einzelne Bauteile sind, kann der Gasinjektor selbst sehr kompakt und kleinbauend ausgebildet sein. Insbesondere weist der Gasinjektor in Axialrichtung eine sehr kurze Bauweise auf. Zum Schließen des zweiten Dichtsitzes am Absperrventil kann vorzugsweise der vorhandene Druck des gasförmigen Mediums verwendet werden. Die Unterdruckquelle weist einen geringeren Druck auf als das einzublasende, gasförmige Medium und vorzugsweise einen Druck unterhalb eines Umgebungsdrucks. Somit kann durch das Vorsehen von zwei Dichtsitzen sichergestellt werden, dass auch bei einem längeren Stillstand der Gasinjektoranordnung und einer Nichtbetätigung des Gasinjektors eine Gasdichtheit des Gasinjektors sichergestellt ist. Selbst wenn der erste Dichtsitz, welcher zum Brennraum gerichtet ist und insbesondere direkt in einen Brennraum einbläst, undicht ist, kann aufgrund des zweiten Dichtsitzes zumindest eine aus dem Gasinjektor möglicherweise ausströmende Menge des gasförmigen Mediums auf das Volumen zwischen dem ersten und zweiten Dichtsitz reduziert werden. Weiterhin ist durch die pneumatische Betätigung des Absperrventils mittels Unterdrück zum Öffnen des zweiten Dichtsitzes ein sehr einfacher und kostengünstiger Aufbau möglich. Hierdurch kann auch ein Wärmeproblem am Gasinjektor, welches z.B. bei Verwendung von elektrisch betätigbaren Absperrelementen auftreten könnte, vermieden werden.
Weiter bevorzugt weist das Rail eine Vielzahl von Abzweigungsbohrungen auf, welche von einer einzelnen, gemeinsamen Zulaufbohrung abgehen. Hierdurch können beispielsweise mehrere Zylinder einer Brennkraftmaschine mit gasförmigem Kraftstoff versorgt werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Weiter bevorzugt umfasst das Rail eine Hauptbohrung und eine Unterdruckbohrung, welche eingerichtet ist, den Unterdruckanschluss des Absperrventils mit der Unterdruckquelle zu verbinden. Dadurch ist es möglich, dass auf druckfeste Leitungen, welche die Verbindung zur Unterdruckquelle herstellen, verzichtet werden kann. Hierdurch ergibt sich eine große Kosteneinsparung sowohl hinsichtlich Materialkosten für derartige Druckleitungen als auch aufwendige und teurere Montage. Ferner kann durch die Integration der Unterdruckbohrung in das Rail ein Bauraum der Gasinjektoranordnung sehr klein gehalten werden.
Um eine sichere Abdichtung zwischen dem Absperrventil in der Abzweigungsbohrung und dem Rail zu erhalten, weist die Gasinjektoranordnung weiter bevorzugt eine erste und eine zweite Radialdichtung auf. Die erste und zweite Radialdichtung dichten zwischen dem Absperrventil und der Abzweigbohrung ab. Die erste und zweite Radialdichtung sind vorzugsweise O- Ringe. Vorzugsweise umfasst das Rail eine Querbohrung, in welcher das Absperrelement angeordnet ist.
Vorzugsweise umfasst das Absperrventil einen axial bewegbaren Kolben. Der zweite Dichtsitz ist dabei vorzugsweise zwischen dem Kolben und einem Gehäusebauteil ausgebildet. Der Kolben ermöglicht dabei eine einfache und sichere Öffnung des zweiten Dichtsitzes mittels Unterdrück.
Weiter bevorzugt umfasst der Gasinjektor einen dritten Dichtsitz, welcher am Kolben angeordnet ist. Der dritte Dichtsitz gibt eine Verbindung zwischen einem Gasströmungspfad, welcher auch durch das Absperrventil führt, und der Regelventileinheit frei und verschließt diese. Dabei ist der Kolben zwischen dem zweiten und dritten Dichtsitz hin und her bewegbar. Somit sind der zweite und der dritte Dichtsitz beide nicht zur gleichen Zeit geschlossen.
Vorzugsweise ist der dritte Dichtsitz zwischen einem radial nach außen gerichteten Flansch am Kolben und einer Anschlagscheibe am Gehäusebauteil des Absperrventils ausgebildet. Das Gehäusebauteil dient weiter bevorzugt auch als Führungsbauteil für den Kolben.
Der Kolben ist vorzugsweise ein Hohlkolben mit einer geschlossenen Kolbenstirnseite, wobei der zweite Dichtsitz durch die Kolbenstirnseite und dem Gehäuse des Absperrventils, insbesondere an einem radial nach innen gerichteten Vorsprung des Gehäuses, ausgebildet ist. Somit kann durch eine Axialbewegung des Kolbens des Absperrventils ein Öffnen und Schließen des zweiten Dichtsitzes ermöglicht werden. Der Hohlkolben weist hierbei vorzugsweise einen oder mehrere Durchbrüche an einem Kolbenmantel auf, so dass im geöffneten Zustand des Absperrventils das gasförmige Medium aus dem Inneren des Hohlkolbens über die Durchbrüche zur Außenseite und am geöffneten zweiten Dichtsitz vorbei in Richtung zum Gasinjektor strömen kann.
Am zweiten Dichtsitz ist besonders bevorzugt ein Elastomerdichtelement vorgesehen. Da der zweite Dichtsitz bei einem direkt einblasenden Gasinjektor etwas entfernt vom Brennraum angeordnet ist, kann ein Elastomer als Dichtelement verwendet werden, welches große Vorteile hinsichtlich einer Dauerdichtheit am zweiten Dichtsitz bereitstellt. Die Verwendung eines Elastomerdichtelements ermöglicht vorzugsweise auch die Verwendung einer größeren Dichtfläche zwischen den Dichtpartnern, was die Dichtheit des zweiten Dichtsitzes weiter verbessert.
Weiter bevorzugt ist die Regelventileinheit eingerichtet, den Unterdruckanschluss mit einem Druckbereich, in welchem ein Druck des einzublasenden gasförmigen Mediums herrscht, zu verbinden, um den zweiten Dichtsitz auch zu schließen. Somit ist es möglich, dass die Regelventileinheit eingerichtet ist, das Absperrventil sowohl zu öffnen als auch zu schließen.
Vorzugsweise weist die Regelventileinheit ein erstes und ein zweites Regelventil auf. Das erste Regelventil ist eingerichtet, eine Fluidverbindung zwischen dem Unterdruckanschluss und der Unterdruckquelle herzustellen und zu unterbrechen. Das zweite Regelventil ist eingerichtet, die Fluidverbindung zwischen dem Unterdruckanschluss und dem Druckbereich des gasförmigen Mediums herzustellen und zu unterbrechen. Somit umfasst die Regelventileinheit zwei separate Regelventile, welche auch separat ansteuerbar sind, wobei der Aufbau der Gasinjektoranordnung trotzdem besonders kostengünstig realisiert werden kann. Das erste Regelventil ist zwischen dem Unterdruckanschluss und der Unterdruckquelle angeordnet und das zweite Regelventil ist zwischen dem Unterdruckanschluss und dem Druckbereich des gasförmigen Mediums angeordnet. Dadurch bildet eine vom Unterdruckanschluss abgehende Leitung eine Abzweigleitung in einer Y-Form, wobei an jedem Ast der Y-Form ein Regelventil angeordnet ist. Besonders bevorzugt sind das erste und zweite Regelventil gleich aufgebaut.
Weiter bevorzugt umfasst die Gasinjektoranordnung eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, bei einem Beginn einer Einblasung mittels des Gasinjektors das erste Regelventil derart zu schließen, dass der Unterdruckanschluss mit der Unterdruckquelle verbunden ist, um den zweiten Dichtsitz des Gasinjektors am Absperrventil zu öffnen. Sobald der zweite Dichtsitz geöffnet ist, ist die Steuereinheit ferner eingerichtet, das erste Regelventil wieder zu schließen. Dadurch kann erreicht werden, dass der zweite Dichtsitz ohne konstante Verbindung zur Unterdruckquelle in der geöffneten Stellung verbleibt. Hierdurch können insbesondere Verluste des gasförmigen Mediums, welche bei einer kontinuierlichen Verbindung zwischen dem Unterdruckanschluss und der Unterdruckquelle durch abströmendes gasförmiges Medium auftreten können, vermieden werden. Das zweite Regelventil ist dabei geschlossen.
Weiter bevorzugt umfasst der Gasinjektor ferner einen Drucksensor, der an einer Leitung, die den Unterdruckanschluss mit der Regelventileinheit verbindet, angeordnet ist. Die Steuereinheit ist eingerichtet, bei einem durch den Drucksensor erfassten Druckanstieg in der Leitung über einen vorbestimmten Schwellenwert bei einem Einblasbetrieb des Gasinjektors das erste Regelventil kurzzeitig zu öffnen. Dadurch wird eine Verbindung des Unterdruckanschlusses mit der Unterdruckquelle erreicht, so dass es zu einer nochmaligen Druckabsenkung in der Leitung kommt. Sobald der Drucksensor erfasst, dass der Druck in der Leitung wieder unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, wird das erste Regelventil wieder geschlossen. Hierdurch kann ein sicherer Betrieb des Gasinjektors sichergestellt werden.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Regelventileinheit genau ein Regelventil, welches als 2/2- Wegeventil ausgebildet ist. Dies ermöglicht einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau. Das 2/2- Wegeventil umfasst vorzugsweise einen ersten und einen zweiten Kegelsitz sowie einen als Kugel ausgebildetes Stellelement, welches am ersten Kegelsitz oder am zweiten Kegelsitz abdichtet. Eine Druckfeder stellt sicher, dass das 2/2- Wegeventil in der zur Unterdruckquelle geschlossenen Position als Ausgangsstellung gehalten wird.
Weiter bevorzugt umfasst die Gasinjektoranordnung ein Leitungsstück, insbesondere ein Verbindungsrohr, welches eine Verbindung zwischen dem Gasinjektor und dem Absperrventil herstellt. Vorzugsweise ist dabei zwischen dem Leitungsstück und dem Gasinjektor sowie dem Leitungsstück und dem Absperrventil eine Schraubverbindung ausgebildet.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung. Die Brennkraftmaschine umfasst bevorzugt als Unterdruckquelle ein Ansaugrohr der Brennkraftmaschine, welches über die Regelventileinheit mit dem Absperrventil in Fluidverbindung steht. Eine Mündung einer Verbindungsleitung zwischen dem Ansaugrohr und dem Absperrventil liegt vorzugsweise nach einer Drosselklappe im Ansaugrohr. Weiter bevorzugt ist die Unterdruckquelle ein Katalysator der Brennkraftmaschine.
Vorzugsweise umfasst die Brennkraftmaschine eine Vielzahl von Gasinjektoren, welche in Reihe am Rail an jeweiligen Abzweigbohrungen des Rails angeordnet sind. Somit kann eine kostengünstig aufgebaute Brennkraftmaschine zur Verwendung von gasförmigen Kraftstoffen bereitgestellt werden, welche unter Verwendung des Rails eine sichere Versorgung der jeweiligen Gasinjektoren mit einzublasendem, gasförmigem Medium, sicherstellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Gasinjektoranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand des Gasinjektors,
Figur 2 eine schematische, vergrößerte Darstellung eines
Absperrventils der Gasinjektoranordnung von Figur 1 im geschlossenen Zustand,
Figur 3 eine schematische, vergrößerte Darstellung eines
Absperrventils der Gasinjektoranordnung von Figur 1 im offenen Zustand,
Figur 4 eine schematische Seitenansicht eines Rails einer
Gasinjektoranordnung von Figur 1,
Figur 5 eine schematische Schnittansicht einer Gasinjektoranordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand, und
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Gasinjektoranordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 eine Gasinjektoranordnung 111 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Gasinjektoranordnung 111 einen Gasinjektor 1, ein Absperrventil 300, eine Regelventileinheit 8 und ein Rail 400.
Der Gasinjektor 1 umfasst ein Schließelement 2 in Form einer Ventilnadel und einen Aktor 5. Der Gasinjektor ist eingerichtet, um ein gasförmiges Medium, insbesondere Wasserstoff, in einen Brennraum 30 einzublasen. Der Aktor 5 ist eingerichtet, das Schließelement 2 zu betätigen, um dieses in eine geöffnete Stellung zu bringen. Figur 1 zeigt den geschlossenen Zustand des Gasinjektors.
Der Aktor 5 ist ein Magnetaktor mit einem Anker 50 und einem Innenpol 51. Der Aktor 5 ist in einem abgeschlossenen Aktorraum 53 angeordnet, welcher schematisch dargestellt ist. Der Aktorraum 53 ist mittels einer flexiblen Metallmembran 52 gegenüber dem gasförmigen Medium in einem Gasraum 10 abgedichtet.
Das Schließelement 2 gibt eine Durchgangsöffnung 3 an einem ersten Dichtsitz 4 frei und verschließt diesen. Im geöffneten Zustand des Gasinjektors 1 wird das gasförmige Medium in den Brennraum 30 eingeblasen. Ein Rückstellelement 6, beispielsweise eine Zylinderfeder, stellt das Schließelement 2 wieder in die in Figur 1 gezeigte geschlossene Ausgangsposition zurück.
Der Gasinjektor 1 weist einen sehr kompakten und insbesondere in Axialrichtung X-X kurzbauenden Aufbau auf. Das einzublasende, gasförmige Medium wird durch einen Zulaufstutzen 11 in den Gasinjektor eingeführt und umströmt den abgeschlossenen Aktorraum 53, wobei in den jeweiligen Bauteilen entsprechende Durchbrüche ausgebildet sind.
Wie in Figur 1 gezeigt, ist das Absperrventil 300 am Gasinjektor 1 am Zulaufstutzen 11 angeordnet. Das Absperrventil 300 stellt einen zweiten Dichtsitz 7 der Gasinjektoranordnung bereit. Das Absperrventil 300 ist dabei als vormontierbare Baugruppe ausgebildet und in Gasströmungsrichtung A zwischen dem Gasinjektor und dem Rail 400 angeordnet.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist das Absperrventil 300 fast vollständig im Rail 400 angeordnet, um Bauraum einzusparen.
Das Absperrventil 300 umfasst einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Hauptkörper 301 , in welchem axial beweglich ein Kolben 302 angeordnet ist. Der Kolben 302 wird mittels einer Schließfeder 305 in Axialrichtung X-X vorgespannt. Der Kolben 302 ist als einseitig geschlossener Hohlzylinder ausgebildet und weist an einer Stirnseite ein Elastomerdichtelement 306 auf. Das Elastomerdichtelement 306 dichtet dabei an einem als Gehäusebauteil ausgebildeten Verbindungsstück 304 des Absperrventils 300, welches eine Verbindung mit dem Gasinjektor 1 herstellt, ab. Der Kolben 302 weist dabei mehrere seitliche Durchbrüche 303 auf.
Die Figuren 2 und 3 zeigen das Absperrventil 300 im Detail. Figur 2 zeigt den geschlossenen Zustand, in welchem das Elastomerdichtelement 306 am Verbindungsstück 304 anliegt und den zweiten Dichtsitz 7 schließt. Der Gasströmungspfad durch das geöffnete Absperrventil 300 ist in Figur 3 durch die Pfeile A angedeutet.
Das Absperrventil 300 umfasst ferner eine erste Radialdichtung 311 und eine zweite Radialdichtung 312. Die beiden Radialdichtungen 311 , 312 sind am Außenumfang des Hauptkörpers 301 mit einem axialen Abstand zueinander angeordnet. Die beiden Radialdichtungen 311 und 312 dichten das Absperrventil 300 gegenüber dem Rail 400 in einer Querbohrung 402 ab. Zwischen den beiden Radialdichtungen 311 , 312 befindet sich ein Unterdruckanschluss 80 am Absperrventil 30. Der Unterdruckanschluss 80 ist über einen Spalt 313, einen Steuerraum 307, eine Axialbohrung 308 und eine Radialbohrung 309 mit dem gasführenden Bereich des Absperrventils 300 verbunden (vgl. Figur 2).
Am Kolben 302 ist eine weitere Elastomerdichtung 310 angeordnet, welche im vollständig geöffneten Zustand des Absperrventils 300 die Axialbohrung 308 an einem dritten Dichtsitz 330 verschließt. Dadurch ist eine Verbindung zwischen dem gasführenden Bereich des Absperrventils 300 und dem Unterdruckanschluss 80 unterbrochen. Somit befinden sich die beiden Elastomerdichtungen 310 und 306 jeweils nicht gleichzeitig im geschlossenen Zustand.
Die Gasinjektoranordnung 111 umfasst ferner eine Regelventileinheit 8, welche genau ein Regelventil 81 , welches als 2/2- Wegeventil ausgebildet ist, umfasst. Das Regelventil 81 ist eingerichtet, den Unterdruckanschluss 80 mit einer Unterdruckquelle 82 zu verbinden und die Verbindung zu unterbrechen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Unterdruckquelle 82 ein Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine. Die Ansaugrichtung ist in Figur 1 durch den Pfeil B im Ansaugrohr eingerichtet. Eine Mündung einer Leitung 83 liegt dabei in Ansaugrichtung nach einer Drosselklappe 84.
Das Rail 400 ist in bekannter Weise als Verteilerrohr ausgebildet und umfasst eine Hauptbohrung 401 sowie die Querbohrung 402. Das Absperrventil 300 ist dabei fast vollständig in der Querbohrung 402 angeordnet. Der Unterdruckanschluss 80 ist ebenfalls im Rail 400 positioniert. Hierbei sei angemerkt, dass, wie in Figur 4 gezeigt, mehrere Querbohrungen 402 von der Hauptbohrung 401 abgehen. In jeder Querbohrung 402 ist dabei ein Absperrventil 300 mit anschließendem Gasinjektor angeordnet.
Wie aus dem in Figur 1 gezeigten geschlossenen Zustand der Gasinjektoranordnung 111 deutlich wird, umfasst die Gasinjektoranordnung 111 somit im geschlossenen Zustand zwei geschlossene Dichtsitze 4 und 7. Der zweite Dichtsitz 7 kann dabei als Elastomerdichtsitz ausgebildet sein und stellt eine besonders gute Abdichtungsleistung bereit. Der zweite Dichtsitz 7 kann somit 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 den Gasraum 10 eindringen kann. Somit ergibt sich im geschlossenen Zustand der Gasinjektoranordnung ein maximaler Gasverlust eines Gasvolumens, welches zwischen dem ersten und zweiten Dichtsitz im Gasinjektor 1 vorhanden war.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Gasinjektoranordnung 111 ist dabei wie folgt: Bei einem Start der Brennkraftmaschine wird im Ansaugrohr ein Unterdrück erzeugt, wodurch die Unterdruckquelle 82 bereitgestellt wird. Beim Start der Brennkraftmaschine wird gleichzeitig auch das Regelventil 81 aus der in Figur 1 dargestellten geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung überführt. Dadurch wird der Steuerraum 307 über die Leitung 83 mit der Unterdruckquelle 82 verbunden. Dadurch sinkt ein Druck im Steuerraum 307, so dass sich der Kolben 302 des Absperrventils 300 in Richtung des Pfeils C, ausgehend von der in Figur 2 gezeigten geschlossenen Stellung bewegt. Die Bewegung des Kolbens 302 erfolgt dabei gegen die Kraft der Schließfeder 305. Dadurch wird der zweite Dichtsitz 7 geöffnet.
Figur 3 zeigt den vollständig geöffneten Zustand des Absperrventils 300, wobei die Elastomerdichtung 310 den Fluidpfad zwischen den gasführenden Bereich des Absperrventils 300 und dem Regelventil 81 am dritten Dichtsitz 330 verschlossen hat. Somit ist der Fluidpfad zwischen dem gasführenden Bereich des Absperrventils 300 und dem Regelventil 81 verschlossen.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine kann das Regelventil 81 immer im geöffneten Zustand verbleiben. Die eigentliche Einblasung wird dann durch Ansteuerung des Aktors 5 über das sich öffnende und schließende Schließelement 2 gesteuert. Das Absperrventil 300 bleibt während des Betriebs der Brennkraftmaschine somit immer im geöffneten Zustand.
Da der zweite Dichtsitz 7 mittels Unterdrück geöffnet wird, ist es möglich, dass ein Sitzdurchmesser des zweiten Dichtsitzes sehr groß gewählt werden kann. Hierdurch ergeben sich Bauraumvorteile, da das gasförmige Medium im Vergleich mit flüssigen Kraftstoffen ein viel größeres Volumen aufweist, so dass es in kurzer Zeit in den Brennraum eingeblasen werden muss.
Wenn die Brennkraftmaschine abgestellt wird, wird das Regelventil 81 durch Unterbrechen einer Bestromung des Regelventils wieder geschlossen. Hierbei baut sich über den Spalt 313 wieder ein Druck im Steuerraum 307 auf, welcher gemeinsam mit der Schließfeder 305 die Rückstellung des Absperrventils 300 in den in Figur 2 gezeigten geschlossenen Zustand ausführt. Somit ist im ausgeschalteten Zustand der Brennkraftmaschine die Gasinjektoranordnung 111 am ersten und zweiten Dichtsitz geschlossen.
Im Rail 400 ist ferner eine Unterdruckbohrung 403 vorgesehen, welche den Unterdruckanschluss 80 mit dem Regelventil 81 verbindet. Das Regelventil 81 ist vorzugsweise unmittelbar an einer Mündung der Unterdruckbohrung 403 angeordnet. Dadurch müssen keine langen aufwendigen Druckleitungen zwischen dem Absperrventil 300 und dem Regelventil 81 vorgesehen werden. In Figur 1 ist die Verbindung zwischen dem Regelventil 81 und der Unterdruckbohrung 403 nur schematisch dargestellt. Wie in Figur 4 gezeigt, ist das Regelventil 81 direkt am Rail 400 angeordnet. Die Unterdruckbohrung 403 verbindet dabei alle Unterdruckanschlüsse der Absperrventile 300 jedes Gasinjektors gleichzeitig miteinander (vgl. Figur 4). Somit ist nur genau ein Regelventil notwendig.
Somit weist der Gasinjektor 111 einen sehr kompakten und geringen Bauraum einnehmenden Aufbau auf. Weiterhin kann der Gasinjektor 1 insbesondere in Axialrichtung X-X sehr kurzbauend ausgeführt werden, wodurch sich Bauraumvorteile an der Brennkraftmaschine ergeben. Auch kann ein Aufwand für druckführende Leitungen, insbesondere die Verbindung zwischen den Absperrventilen 300 und Regelventil 81 reduziert werden. Somit kann eine große Kosteneinsparung ermöglicht werden. Auch bei einer Montage ergeben sich deutliche Vorteile, da sowohl der Gasinjektor 1 als auch das Absperrventil 300 und das Rail 400 als vormontierbare Baugruppen vorgesehen werden können.
Figur 5 zeigt eine Gasinjektoranordnung 111 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied dazu die Regelventileinheit 8 unterschiedlich aufgebaut ist. Die Regelventileinheit 8 umfasst ein erstes Regelventil 100 und ein zweites Regelventil 200. Die beiden Regelventile 100, 200 sind identisch aufgebaut. Die Regelventileinheit 8 umfasst ferner eine Steuereinheit 13, welche das erste und zweite Regelventil 100, 200 jeweils individuell ansteuern kann, um diese zu öffnen oder zu schließen.
Ferner umfasst die Regelventileinheit 8 einen Drucksensor 14. Der Drucksensor 14 ist ebenfalls mit der Steuereinheit 13 verbunden.
Der Gasinjektor 1 und das Absperrventil 300 sind wie im ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, ist der Unterdruckanschluss 80 am Absperrventil 300 wieder mit der Unterdruckbohrung 403 im Rail 400 verbunden. Die Unterdruckbohrung 403 ist mit einer Ablaufleitung 87 verbunden, welche sich in eine erste Zweigleitung 88 und eine zweite Zweigleitung 89 verzweigt.
Das erste Regelventil 100 weist einen ersten Dichtsitz 101 auf, um eine Durchgangsöffnung freizugeben und zu verschließen. Das zweite Regelventil 200 weist einen zweiten Dichtsitz 201 auf, um eine Durchgangsöffnung freizugeben und zu verschließen. Das erste Regelventil 100 umfasst ferner einen Zulaufanschluss 102 und ist als Magnetventil ausgebildet. Das zweite Regelventil 200 umfasst ebenfalls einen Zulaufanschluss 202 und ist als Magnetventil ausgebildet.
Die erste Zweigleitung 88 führt von der Ablaufleitung 87 zum Zulaufanschluss 102 des ersten Regelventils 100. Der erste Dichtsitz 101 ist mit der Unterdruckquelle 82 über eine Leitung 83 verbunden. Der Zulaufanschluss 202 des zweiten Regelventils 200 ist mit einer Zuleitung 120 verbunden, in welcher das einzublasende, unter Druck stehende Medium steht. Die Zuleitung 120 führt zum Rail, genauer zur Hauptbohrung 401 des Rails 400.
Die Regelventileinheit 8 ist somit mit dem Unterdruckanschluss 80 des Absperrventils 300 verbunden und eingerichtet, den Unterdruckanschluss 80 mit der Unterdruckquelle 82 zu verbinden, um den zweiten Dichtsitz 7 im Absperrventil 30 zu öffnen.
Die Funktion der Gasinjektoranordnung 100 des zweiten Ausführungsbeispiels ist dabei wie folgt: Bei einem Start der Brennkraftmaschine wird im Ansaugrohr ein Unterdrück erzeugt, wodurch die Unterdruckquelle 82 bereitgestellt wird. Bei einem Start der Brennkraftmaschine wird gleichzeitig auch das erste Regelventil 100 bestromt, so dass dieses von der in Figur 5 gezeigten geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung überführt wird. Das zweite Regelventil 200 bleibt geschlossen. Somit ist der Unterdruckanschluss 80 über das erste Regelventil 100 mit der Unterdruckquelle 82 verbunden.
Während des Betriebes der Brennkraftmaschine wird das erste Regelventil 100 kontinuierlich im offenen Zustand gehalten, so dass der zweite Dichtsitz 7 des Absperrventils 300 für die Einblasung von gasförmigem Medium immer geöffnet ist. Wenn die Brennkraftmaschine abgestellt wird, wird das erste Regelventil 100 geschlossen und das zweite Regelventil 200 geöffnet. Dadurch strömt unter Druck stehendes gasförmiges Medium aus der Zuleitung 120 durch das geöffnete zweite Regelventil 200 und die zweite Zweigleitung 89 in die Ablaufleitung 87 in Richtung zum Unterdruckanschluss 80. Dadurch steigt ein Druck im Steuerraum 307, so dass das Absperrventil 300 wieder in den geschlossenen Zustand unter Mitwirkung der Schließfeder 305 zurückgestellt wird.
Somit weist die Regelventileinheit 8 des zweiten Ausführungsbeispiels zwar zwei separate Regelventile 100, 200 auf, allerdings kann trotzdem ein sehr einfacher und kostengünstiger Aufbau realisiert werden, da einerseits beide Regelventile 100, 200 gleich aufgebaut sind und eine Ansteuerung der beiden Regelventile 100, 200 sehr einfach möglich ist.
Figur 6 zeigt eine Gasinjektoranordnung 111 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim dritten Ausführungsbeispiel der Gasinjektor 1 und das Absperrventil 30 räumlich getrennt sind. Hierbei ist ein Verbindungsrohr 15 vorgesehen, welches den Gasinjektor 1 mit dem Absperrventil 300 verbindet. Dadurch kann eine räumliche Trennung von Gasinjektor 1 und Absperrventil 300 realisiert werden. Das Verbindungsrohr 15 kann dabei fest oder flexibel ausgebildet sein. Eine sichere, fluiddichte Verbindung zwischen dem Verbindungsrohr 15 und dem Gasinjektor 1 sowie dem Absperrventil 300 wird durch eine erste Schraubverbindung 16 und eine zweite Schraubverbindung 17 realisiert. Hierbei können auch zusätzliche Dichtelemente zur Verbesserung einer Dichtheit der Verbindungen verwendet werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Gasinjektoranordnung zum Einblasen eines gasförmigen Mediums, umfassend: einen Gasinjektor (1), ein Absperrventil (300), eine Regelventileinheit (8) und ein Rail (400), wobei der Gasinjektor umfasst: ein Schließelement (2), welches eine Durchgangsöffnung (3) an einem ersten Dichtsitz (4) freigibt und verschließt, einen Aktor (5) zur Betätigung des Schließelements (2), und ein Rückstellelement (6) zum Zurückstellen des Schließelements (2), wobei das Absperrventil (300) zwischen dem Gasinjektor (1) und dem Rail (400) angeordnet ist und umfasst: einen zweiten Dichtsitz (7), welcher in Durchströmungsrichtung des gasförmigen Mediums vor dem Gasinjektor (1) angeordnet ist, wobei der zweite Dichtsitz (7) einen Gasströmungspfad (A) durch das Absperrventil (300) freigibt und verschließt, und einen Unterdruckanschluss (80), welcher in Durchströmungsrichtung des Absperrventils (300) vor dem zweiten Dichtsitz (7) angeordnet ist, und wobei die Regelventileinheit (8) ein Regelventil (81 ; 100, 200) umfasst, welches mit dem Unterdruckanschluss (80) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist, den Unterdruckanschluss (80) mit einer Unterdruckquelle (82) zu verbinden, um den zweiten Dichtsitz (7) zu öffnen.
2. Gasinjektoranordnung nach Anspruch 1 , wobei das Rail (400) eine Hauptbohrung (401) zum Zuführen des gasförmigen Mediums und eine Unterdruckbohrung (403) aufweist, wobei die Unterdruckbohrung (403) eine Fluidverbindung zwischen dem Unterdruckanschluss (80) und der Regelventileinheit (8) bereitstellt.
3. Gasinjektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rail (400) eine Querbohrung (402) aufweist, wobei das Absperrventil (300) in der Querbohrung (402) angeordnet ist.
4. Gasinjektoranordnung nach Anspruch 3, wobei zwischen dem Absperrventil (300) und der Querbohrung (402) im Rail (400) eine erste Radialdichtung (311) und eine zweite Radialdichtung (312) angeordnet ist, wobei der Unterdruckanschluss (80) in Axialrichtung zwischen der ersten und zweiten Radialdichtung (311 , 312) angeordnet ist.
5. Gasinjektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Absperrventil (300) einen axial bewegbaren Kolben (302) umfasst, welcher eingerichtet ist, den zweiten Dichtsitz (7) freizugeben und zu verschließen.
6. Gasinjektoranordnung nach Anspruch 5, wobei das Absperrventil (300) einen dritten Dichtsitz (330) am Kolben (302) aufweist, um eine Fluidverbindung zum Unterdruckanschluss (80) freizugeben und zu verschließen.
7. Gasinjektoranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Kolben (302) des Absperrventils (300) ein Hohlkolben ist, welcher an einer Kolbenstirnfläche am zweiten Dichtsitz (7) abdichtet.
8. Gasinjektoranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, ferner umfassend einen Steuerraum (307), welcher an einem Außenumfang des Kolbenelements (302) ausgebildet ist und in einem Verbindungspfad zwischen einem gasführenden Innenbereich des Absperrventils (300) und der Regelventileinheit (8) liegt.
9. Gasinjektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Dichtsitz (7) eine Elastomerdichtung (306) umfasst.
10. Gasinjektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelventileinheit (8) ein erstes Regelventil (100) und ein zweites Regelventil (200) aufweist, wobei das erste Regelventil (100) eine Fluidverbindung zwischen dem Unterdruckanschluss (80) und der Unterdruckquelle (82) herstellt und unterbricht, und wobei das zweite Regelventil (200) eine Fluidverbindung zwischen dem Unterdruckanschluss (80) und einem Druckbereich des gasförmigen Mediums herstellt und unterbricht.
11. Gasinjektoranordnung nach Anspruch 10, ferner umfassend eine Steuereinheit (13), welche eingerichtet ist, bei einem Beginn einer Einblasung mittels des Gasinjektors (1) das erste Regelventil (100) derart zu schalten, dass der Unterdruckanschluss (80) des Absperrventils (300) mit der Unterdruckquelle (82) verbunden ist, um den zweiten Dichtsitz (7) zu öffnen.
12. Gasinjektoranordnung nach Anspruch 11, ferner umfassend einen Drucksensor (14), welcher an einer mit dem Unterdruckanschluss (80) verbundenen Leitung angeordnet ist, wobei die Steuereinheit (13) eingerichtet ist, bei einem durch den Drucksensor (14) erfassten Druckanstieg in der Leitung über einen vorbestimmten Schwellenwert im Betrieb des Gasinjektors das erste Regelventil (100) kurzzeitig zu öffnen, um durch eine Verbindung mit der Unterdruckquelle (82) eine Druckabsenkung in der Leitung zu erreichen.
13. Gasinjektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Regelventileinheit (8) genau ein Regelventil (81) aufweist, welches ein 2/2- Wegeventil ist.
14. Gasinjektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Gasinjektor (1) und dem Absperrventil (300) ein Verbindungsrohr (15) angeordnet ist.
15. Brennkraftmaschine umfassend eine Gasinjektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Unterdruckquelle (82) insbesondere ein Ansaugbereich der Brennkraftmaschine ist.
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