Title:
Ventilanordnung zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff und einem Mischroh
Kind Code:
A1


Abstract:

Ventilanordnung mit einem Ventil (1) zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff und mit einem Mischrohr (2), wobei in dem Ventil (1) ein hubbewegliches Ventilglied (5) angeordnet ist. Dieses Ventilglied (5) wirkt zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Eindüsöffnung (12) für den gasförmigen Kraftstoff über eine Dichtfläche (22) mit einem kegelförmigen Ventilsitzkörper (4) zusammen, wobei die wenigstens eine Eindüsöffnung (12) in dem kegelförmigen Ventilsitzkörper (4) ausgebildet ist. Der kegelförmige Ventilsitzkörper (4) ist in eine Öffnung in der Wandung des Mischrohrs (2) eingesetzt und ragt über die angrenzende Wandung des Mischrohrs (2) hinaus in das Innere des Mischrohrs (2) hinein.




Inventors:
Schmitzberger, Markus (Wilhering, AT)
Application Number:
DE102016214280A
Publication Date:
02/08/2018
Filing Date:
08/02/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102014202778A1N/A2015-08-20



Claims:
1. Ventilanordnung mit einem Ventil (1) zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff und mit einem Mischrohr (2), wobei in dem Ventil (1) ein hubbewegliches Ventilglied (5) angeordnet ist, welches Ventilglied (5) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Eindüsöffnung (12) für den gasförmigen Kraftstoff über eine Dichtfläche (22) mit einem kegelförmigen Ventilsitzkörper (4) zusammenwirkt, wobei die wenigstens eine Eindüsöffnung (12) in dem kegelförmigen Ventilsitzkörper (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmige Ventilsitzkörper (4) in eine Öffnung in der Wandung des Mischrohrs (2) eingesetzt ist und über die angrenzende Wandung des Mischrohrs (2) hinaus in das Innere des Mischrohrs (2) hineinragt.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hubbewegliche Ventilglied (5) einen kegelförmigen Abschnitt (24) aufweist, an dem die Dichtfläche (22) ausgebildet ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hubbewegliche Ventilglied (5) einen Magnetanker (8) umfasst.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem kegelförmigen Abschnitt (24) des hubbeweglichen Ventilglieds (5) wenigstens eine Durchlassöffnung (11) ausgebildet ist.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine in dem Ventilglied (5) ausgebildete Durchlassöffnung (11) versetzt zu der wenigstens einen in dem Ventilsitzkörper (4) ausgebildeten Eindüsöffnung (12) angeordnet ist, so dass beim Aufliegen des Ventilglieds (5) auf dem Ventilsitzkörper (4) die Durchlassöffnung (11) und die Eindüsöffnung (12) gegeneinander abgedichtet sind.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Eindüsöffnung (12) und/oder wenigstens eine Durchlassöffnung (11) im Querschnitt zumindest näherungsweise trapezförmig (15, 16) ausgebildet ist.

7. Ventilanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Eindüsöffnung (12) und/oder wenigstens eine Durchlassöffnung (11) im Querschnitt kreisförmig (17) ausgebildet ist.

8. Ventilanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Eindüsöffnung (12) und/oder wenigstens eine Durchlassöffnung (11) im Querschnitt nierenförmig (18) ausgebildet ist.

9. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) ein Gehäuse (3) umfasst, in dem ein Zulauf (25) ausgebildet ist, welcher in einen Innenraum (23) des Ventils (1) führt, wobei dieser über den Zulauf (25) mit gasförmigem Kraftstoff unter Druck befüllbar ist.

10. Ventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (23) eine Magnetspule (7) mit einem Spulengehäuse (9), welches über ein Halterungselement (10) mit dem Gehäuse (3) des Ventils (1) verbunden ist, angeordnet ist, wodurch das Ventilglied (5) bei aktiver Magnetspule (7) mit einer Kraft in Richtung des Spulengehäuses (9) beaufschlagt ist.

11. Ventilanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spulengehäuse (9) mindestens eine Schließfeder (6) angeordnet ist, die das Ventilglied (5) mit einer Kraft in Richtung des Ventilsitzkörpers (4) beaufschlagt, wobei die mindestens eine Schließfeder (6) durch das Spulengehäuse (9) geführt ist.

12. Ventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmige Ventilsitzkörper (4) einen Teil des Gehäuses (3) bildet.

13. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (2) einen Teil einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, bildet.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff und einem Mischrohr, wie sie vorzugsweise in einer Brennkraftmaschine Verwendung findet.

Stand der Technik

Typischerweise werden Gasventile für Large Engine Anwendungen als Plattenventile ausgebildet, die eine unbewegliche Platte als Ventilsitz und eine bewegliche Platte als Ventilteller aufweisen. Durch Anheben des Ventiltellers wird der Öffnungsquerschnitt, das heißt die Durchlassöffnungen im Ventilsitz, freigegeben, so dass gasförmiger Kraftstoff in einen Brennraum oder ein Mischrohr einer Brennkraftmaschine eingedüst werden kann. Dabei sind die Schaltzeiten solcher Gasventile abhängig von der Ventilgröße, dem Hub des Ventilsitzes und der Dichtkraft des verwendeten Ventils. Dabei hat die Motordrehzahl ebenfalls einen großen Einfluss auf die effektiven Öffnungszeiten. Für den Öffnungsvorgang wird das Ventil lange bestromt, so dass dies aufgrund der geforderten Dynamik, das heißt ein schnelles Öffnen und Schließen des Ventils, zu einer hohen Belastung des Steuergeräts und des Magnetkreises führt.

Bei diesen typischen Gasventilen für Large Engine Anwendungen spielt die Bauart eine große Rolle. Meist werden die Ventile direkt auf das Mischrohr, Saugrohr montiert, wodurch ein Totvolumen durch den Abstand zwischen dem Ventilsitz und der Wandung des Mischrohrs entsteht. Dies kann zu einer Anlagerung von Kraftstoffströmungen an den Wänden des Mischrohres führen, da die Eindringtiefe in die Querströmung des Mischrohres zu gering ist.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 202 778 A1 ist ein Ventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums offenbart, welches ein Ventilgehäuse umfasst, in dem ein zumindest zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung bewegliches Ventilglied zum Öffnen und Verschließen wenigstens einer Durchlassöffnung für das Medium angeordnet ist. Dabei ist die wenigstens eine Durchlassöffnung im Bereich der Ventilsitzfläche ausgebildet. Zwischen einer Längsachse des Ventilgehäuses im Bereich der Ventilsitzfläche und der Ventilsitzfläche ist ein Winkel von weniger als 90° ausgebildet und die Ventilsitzfläche ist dabei kegelförmig ausgebildet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ventilanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass aufgrund der Bauform des Ventils und der Anordnung des Ventils im Mischrohr der Brennkraftmaschine das Luft/Gas-Gemisch im Mischrohr verbessert wird. Das heißt, es wird ein homogeneres Luft/Gas-Gemisch erreicht und das Totvolumen zwischen dem Ventilsitz und der Wandung des Mischrohrs minimiert. Dazu weist die Ventilanordnung ein Ventil zum Zumessen von gasförmigem Kraftstoff und ein Mischrohr auf. In dem Ventil ist ein hubbewegliches Ventilglied angeordnet, welches zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Eindüsöffnung für den gasförmigen Kraftstoff über eine Dichtfläche mit einem kegelförmigen Ventilsitzkörper zusammenwirkt. Dabei ist die wenigstens eine Eindüsöffnung in dem kegelförmigen Ventilsitzkörper ausgebildet. Der kegelförmige Ventilsitzkörper ist in eine Öffnung in der Wandung des Mischrohrs eingesetzt und ragt über die angrenzende Wandung des Mischrohrs hinaus in das Innere des Mischrohrs hinein. Dadurch wird ein Totvolumen zwischen dem Ventilsitz und der Wandung des Mischrohrs vermieden. Außerdem lagert sich kein Gas an den Wänden des Mischrohrs ab, so dass dieses direkt in das Innere des Mischrohrs eintritt und von der Luftströmung im Mischrohr mitgenommen werden kann. Darüber hinaus wird der Durchmesser des Ventilsitzkörpers bedingt durch die Kegelform des Ventilsitzkörpers bei gleichem Öffnungsquerschnitt im Vergleich zu einem kreisrunden Ventilteller verkleinert.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens weist das hubbewegliche Ventilglied einen kegelförmigen Abschnitt auf, an dem die Dichtfläche ausgebildet ist. Dies sichert die Dichtung der wenigstens einen Eindüsöffnung, so dass bei Auflage des hubbeweglichen Ventilglieds auf dem Ventilsitzkörper kein gasförmiger Kraftstoff über die Eindüsöffnungen aus dem Ventil in das Mischrohr eintreten kann. Vorteilhafterweise umfasst das hubbewegliche Ventilglied außerdem einen Magnetanker. So kann das Ventilglied beispielsweise durch einen Magnetaktor in Hubrichtung bewegt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in dem kegelförmigen Abschnitt des hubbeweglichen Ventilglieds wenigstens eine Durchlassöffnung ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine in dem Ventilglied ausgebildete Durchlassöffnung versetzt zu der wenigstens einen in dem Ventilsitzkörper ausgebildeten Eindüsöffnung angeordnet, sodass beim Aufliegen des Ventilglieds auf dem Ventilsitzkörper die wenigstens eine Durchlassöffnung und die wenigstens eine Eindüsöffnung gegeneinander abgedichtet sind. Dadurch ist gewährleistet, dass bei Abdichtung des Ventils, das heißt beim Aufliegen des Ventilglieds auf dem Ventilsitzkörper, kein gasförmiger Kraftstoff aus dem Ventil in das Innere des Mischrohrs eintreten kann.

In einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass wenigstens eine Eindüsöffnung des Ventilsitzkörpers und/oder wenigstens eine Durchlassöffnung des Ventilglieds im Querschnitt zumindest näherungsweise trapezförmig ausgebildet ist. Vorteilhafterweise kann die mindestens eine Eindüsöffnung und/oder wenigstens eine Durchlassöffnung im Querschnitt auch kreisförmig oder nierenförmig ausgebildet sein. Je nach Geometrie und Anforderung optimieren diese Ausführungsformen die Strömung des gasförmigen Kraftstoffs aus dem Ventil in das Mischrohr der Brennkraftmaschine und führen so zu einem besseren Gas-Luft-Gemisch innerhalb des Mischrohrs.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ventil ein Gehäuse, in dem ein Zulauf ausgebildet ist, welcher in einen Innenraum des Ventils führt, wobei dieser über den Zulauf mit gasförmigem Kraftstoff unter Druck befüllbar ist. Vorteilhafterweise ist in dem Innenraum eine Magnetspule mit einem Spulengehäuse angeordnet, welches über ein Halterungselement mit dem Gehäuse des Ventils verbunden ist. Bei aktiver Magnetspule ist das Ventilglied so mit einer Kraft in Richtung des Spulengehäuses beaufschlagt. Vorteilhafterweise ist in dem Spulengehäuse eine Schließfeder angeordnet, die das Ventilglied mit einer Kraft in Richtung des Ventilsitzkörpers beaufschlagt, wobei die mindestens eine Schließfeder durch das Spulengehäuse geführt ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der kegelförmige Ventilsitzkörper einen Teil des Gehäuses bildet. Vorteilhafterweise bildet das Mischrohr einen Teil einer Brennkraftmaschine.

Zeichnungen

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Ventilanordnung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Es zeigt in

1 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Ventil und einem erfindungsgemäßen Mischrohr,

2 das erfindungsgemäße Ventil aus der 1 und einen vergrößerten Ausschnitt des Mischrohrs aus der 1,

3 einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Ventils aus der 2 im Bereich des Ventilglieds,

4 einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Ventils aus der 2 im Bereich des Ventilglieds,

5 erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele der Durchlassöffnungen des Ventilglieds und/oder der Eindüsöffnungen des Ventilsitzkörpers im Querschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der 1 ist ein Teilbereich einer Brennkraftmaschine 100 schematisch dargestellt, die einen Zylinderkopf mit mindestens einem auf- und abbeweglichen Kolben 101 aufweist. Der Brennraum 102 des Zylinders ist über ein symbolisch dargestelltes Einlassventil 103 mit einem erfindungsgemäßen Mischrohr 2 verbunden, über das ein Luft/Gas-Gemisch in den Brennraum 102 zuführbar ist. Des Weiteren ist in dem Mischrohr 2 ein erfindungsgemäßes Ventil 1 zum Zumessen eines gasförmigen Kraftstoffs eingesetzt. Dabei ist das Ventil 1 mit einem kegelförmigen Ventilsitzkörper 4, welcher einen Teil eines Gehäuses 3 des Ventils 1 bildet, in eine Öffnung der Wandung des Mischrohrs 2 eingesetzt und ragt über die angrenzende Wandung des Mischrohrs 2 in das Innere des Mischrohrs 2 hinein. Die 1 zeigt beispielhaft einen Teilbereich der Brennkraftmaschine 100 mit einem erfindungsgemäßen Ventil 1, wobei auch mehrere Ventile 1 vorgesehen sein können, die im Bereich des Mischrohrs 2 angeordnet sind.

Die 2 zeigt das erfindungsgemäße Ventil 1 aus der 1 und das erfindungsgemäße Mischrohr 2 aus der 1 in vergrößerter Darstellung, wobei identische Bauteile die gleichen Bezugsziffern tragen wie in 1. Das Ventil 1 umfasst das Gehäuse 3, wobei das Gehäuse 3 den kegelförmigen Ventilsitzkörper 4 und einen Ventilkörper 30 umfasst. Der kegelförmige Ventilsitzkörper 4 weist einen plateauförmigen Abschnitt 28 auf, mit welchem der Ventilsitzkörper 4 zwischen dem Ventilkörper 30 und einem Absatz 29 der Wandung des Mischrohrs 2 eingespannt ist. In dem Gehäuse 3 ist außerdem ein Zulauf 25 ausgebildet, welcher in einen Innenraum 23 des Ventils 1 mündet. Über diesen Zulauf 25 ist der Innenraum 23 des Ventils 1 mit gasförmigem Kraftstoff unter Druck befüllbar. In dem Innenraum 23 ist eine Magnetspule 7 mit einem Spulengehäuse 9 angeordnet, welches über ein Halterungselement 10 mit dem Gehäuse 3 des Ventils 1 verbunden ist. An dem Spulengehäuse 9 ist eine Schließfeder 6 druckvorgespannt angeordnet, welche in dem Spulengehäuse 9 geführt ist. In dem Innenraum 23 des Ventils 1 ist außerdem ein Ventilglied 5 angeordnet, wobei das Ventilglied 5 durch die Federkraft der Schließfeder 6 in Richtung des Ventilsitzkörpers 4 gedrückt wird. Dabei ist die Schließfeder 6 zwischen dem Spulengehäuse 9 und dem Ventilglied 5 druckvorgespannt und kann beispielsweise auch an dem Ventilglied 5 verschweißt sein, um die Hubbewegung des Ventilglieds 5 zu stabilisieren und das Ventilglied 5 zu führen. In diesem Ausführungsbeispiel in der 2 wird die Federkraft über eine Schließfeder 6 aufgebracht. Es ist auch möglich, mehr als eine Schließfeder 6 zu verwenden, die dann gleichmäßig und/oder mehrreihig über den Umfang des Magnetankers 8 verteilt angeordnet sind.

Das Ventilglied 5 weist einen kegelförmigen Abschnitt 24 auf, an dem eine Dichtfläche 22 ausgebildet ist. Mit dieser Dichtfläche 22 liegt das Ventilglied 5 bei ausgeschalteter Magnetspule 7 aufgrund der Kraft der Schließfeder 6 auf dem Ventilsitzkörper 4 auf und dichtet den Innenraum 23 des Ventils 1 gegen das Mischrohr 2 ab. Das Ventilglied 5 umfasst einen Magnetanker 8. An diesem Magnetanker 8 stützt sich die Schließfeder 6 ab. In dem Ventilglied 5 ist wenigstens eine Durchlassöffnung 11 und im Ventilsitzkörper 4 wenigstens eine Eindüsöffnung 12 ausgebildet. Wird das Ventilglied 5 durch die Schließfeder 6 auf den Ventilsitzkörper 4 gedrückt, liegt das Ventilglied 5 mit seiner Dichtfläche 22 auf dem Ventilsitzkörper 4 auf, wobei kein gasförmiger Kraftstoff aus dem Innenraum 23 des Ventils 1 über die Durchlassöffnungen 11 und die Eindüsöffnungen 12 in das Mischrohr 2 eintreten kann, da die Durchlassöffnungen 11 und die Eindüsöffnungen 12 versetzt zueinander angeordnet und somit gegeneinander abgedichtet sind.

Wird die Magnetspule 7 bestromt, werden magnetische Kräfte erzeugt, die die Kraft der Schließfeder 6 und die Druckkräfte überkompensieren und den Magnetanker 8 und somit das Ventilglied 5 aufgrund der resultierenden Kräfte in Richtung des Spulengehäuses 9 ziehen. Dadurch hebt das Ventilglied 5 von dem Ventilsitzkörper 4 ab und die Eindüsöffnungen 12 werden freigegeben. Gasförmiger Kraftstoff aus dem Innenraum 23 des Ventils 1 tritt nun durch die Durchlassöffnungen 11 des Ventilglieds 5 und die Eindüsöffnungen 12 des Ventilsitzkörpers 4 in das Mischrohr 2 ein. Aufgrund des kegelförmigen Ventilsitzkörpers 4 kann sich der gasförmige Kraftstoff direkt mit dem Luft/Gas-Gemisch in dem Mischrohr 2 vermischen. Der Eindüsvorgang wird beendet, indem die Stromversorgung der Magnetspule 7 unterbrochen wird, wodurch die Kraft der Schließfeder 6 wieder überwiegt und sich das Ventilglied 5 in Richtung des Ventilsitzkörpers 4 bewegt. Sitzt das Ventilglied 5 mit seiner Dichtfläche 22 wieder auf dem Ventilsitzkörper 4 auf, sind die Durchlassöffnungen 11 und die Eindüsöffnungen 12 erneut gegeneinander abgedichtet.

Um einen möglichst verzögerungsfreien Schließvorgang des Ventils 1 zu gewährleisten, ist das Ventilglied 5 über die Schließfeder 6 geführt, so dass das Ventilglied 5 zentriert gelagert ist und sich das Ventilglied 5 nicht gegenüber dem Ventilsitzkörper 4 verkippt, wodurch das Ventilglied 5 beim Schließvorgang unmittelbar mit dem Ventilsitzkörper 4 abdichtet. In dem Ausführungsbeispiel aus der 2 ist die Schließfeder 6 an dem Spulengehäuse 9 geführt.

Weitere Ausführungsbeispiele bezüglich der Führung der Schließfeder 6 sind in den 3 und 4 gezeigt.

Diese zeigen einen vergrößerten Ausschnitt des Ventils 1 aus der 2 im Bereich des Spulengehäuses 9, wobei identische Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern wie in der 2 bezeichnet sind.

In der 3 weist das Spulengehäuse 9 einen hülsenförmigen Abschnitt 27 auf, in dem die Schließfeder 6 aufgenommen und geführt ist. In der 4 ist das Spulengehäuse 9 im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel aus der 2 ebenfalls modifiziert dargestellt. Das Spulengehäuse 9 weist hier eine Ausnehmung 26 auf, in dem die Schließfeder 6 aufgenommen und geführt ist. Die Schließfeder 6 ist sowohl in der 3 als auch in der 4, wie in der 2, auch mit dem Magnetanker 8 des Ventilglieds 5 fest verbunden, was zu einer Zentrierung des Ventilglieds 5 führt und einen stabilen Schließvorgang des Ventils 1 gewährleistet.

In der 5 sind Ausführungsbeispiele für den Öffnungsquerschnitt 14 der Durchlassöffnungen 11 des Ventilglieds 5 und/oder der Eindüsöffnungen 12 des Ventilsitzkörpers 4 gezeigt. Diese können dabei im Querschnitt zumindest näherungsweise trapezförmig (15, 16), kreisförmig (17) oder nierenförmig (18) ausgebildet sein, damit der gasförmige Kraftstoff möglichst strömungsoptimiert durch die Durchlassöffnungen 11 und/oder die Eindüsöffnungen 12 aus dem Ventil 1 in das Mischrohr 2 austreten kann. Dabei hängt die Form unter anderem von den Einbauverhältnissen, der benötigten Menge und dem Druck des Gases ab.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102014202778 A1 [0004]