DE102005046434B4

DE102005046434B4 - Ventilmodul zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien an eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005046434B4
Application number: DE102005046434.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Krauss; Hubert Stier; Frank Miller; Elmar Okrent
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: ITMI20061815A1; BRPI0603967A; DE102005046434A1

Abstract

Ventilmodul zum Zuführen gasförmiger Medien an eine Brennkraftmaschine, mit einer Ventilhülse (2), in der ein Ventilanker (13) mit einem Ventilschließglied (18) zur Einstellung eines Fluidstroms zwischen einer Zuströmseite (3) und einer Abströmseite (4) gegenüber einem fest in der Ventilhülse (2) angeordneten Ventilsitzkörper (5) axial beweglich geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilanker (13) mittels einer ersten Führung (40) an der Ventilhülse (2) und mittels einer zweiten Führung (10) an dem Ventilsitzkörper (5) geführt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Ventilmodul zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien an eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der DE 103 04 143 A1 ist ein solches Ventil zum Steuern eines Fluids bekannt, umfassend ein Ventilgehäuse, eine insbesondere elektromagnetische Betätigungseinheit für einen mit radialen Abströmbohrungen versehenen Ventilanker, der axial verschiebbar in einer Führungshülse geführt ist und mittels dessen ein Fluidstrom zwischen einer Zuströmseite und einer Abströmseite steuerbar ist. Der Ventilanker umfasst hierzu ein zumindest bereichsweise rohrförmiges, mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilschließglied und ist zum Überführen des Ventils zwischen einem geschlossenen und einem geöffneten Zustand in der Führungshülse axial entgegen einem Anschlagelement gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegbar. Weitere Ventile zum Steuern eines Fluids sind aus der DE 103 51 207 A1 und der DE 102 61 610 A1 bekannt.
Solche Einspritzventile bzw. Einblasventile, welche bei gasförmigen Medien zum Einsatz kommen, sind bezüglich ihres Aufbaus und der Funktion im Wesentlichen von den für flüssige Medien gebräuchlichen Einspritzventilen abgeleitet, wobei es schwierig ist, den speziellen Anforderungen zu genügen, die gasförmige Medien an Ventile stellen.
An einen Gasverbrennungsmotor bzw. an eine Brennstoffzelle sind beispielsweise in der Regel weitaus größere Fluidmengen zu fördern als an einen mit Flüssigbrennstoff betriebenen Verbrennungsmotor. Zudem sind die Ventilsitzgeometrien von Gasventilen aufgrund der Trockenheit des Mediums im Dichtbereich einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt, so dass im geschlossenen Zustand des Ventils unzulässig hohe Leckraten und eine unerwünschte Veränderung der Funktionswerte auftreten können.
In der Praxis wird bei Gaseinblasventilen mit einem Flachsitz der Ventilsitzverschleiß durch Verwendung eines Elastomer-Dichtelements, mit dem der Ventilanker an dem Flachsitz zum Aufliegen kommt, reduziert.
Da der Ventilanker eine beachtliche Länge aufweist, können aufgrund der üblichen Toleranzen bei der Führung des Ventilankers in einer diesen umgebenden Ventilhülse Undichtigkeiten an dem Ventilsitz auftreten, wenn das Führungsspiel durch das Dichtelement nicht ausgeglichen werden kann. Auch können bei einem schrägen Aufsetzen unerwünschte Setzeffekte aufgrund hoher Flächenpressungen mit einem entsprechenden Verschleiß des Dichtelements und einer sich hieraus ergebenden Verschlechterung der Ventilfunktionswerte eintreten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilmodul eines Ventils zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien an eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem eine exakte Führung eines Ventilankers in einer Ventilhülse und somit eine weitgehend verschleißfreie Funktionsweise des Ventils gewährleistet ist.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß ist ein Ventilmodul zum Zuführen insbesondere gasförmiger Medien an eine Brennkraftmaschine mit einer Ventilhülse, in der ein Ventilanker mit einem Ventilschließglied zur Einstellung eines Fluidstroms zwischen einer Zuströmseite und einer Abströmseite gegenüber einem fest in der Ventilhülse angeordneten Ventilsitzkörper axial beweglich geführt ist, vorgesehen.
Gemäß Anspruch 1 ist der Ventilanker dabei mittels einer ersten Führung an der Ventilhülse und mittels einer zweiten Führung an dem Ventilsitzkörper geführt.
Alternativ ist gemäß Anspruch 12 vorgesehen, dass der Ventilanker an der Ventilhülse mittels einer ersten Führung, die durch wenigstens eine am Umfang des Ventilankers stromauf wenigstens einer einen Fluiddurchtritt von einer Innenbohrung an den Ventilsitz gestattenden radialen Durchtrittsöffnung angeordnete Führungsfläche und eine hiermit in Gleitkontakt stehende Innenkontur der Ventilhülse gebildet ist, und mittels einer zweiten Führung, welche durch eine Führungsfläche im Bereich der wenigstens einen radialen Durchtrittsöffnung des Ventilankers und eine hiermit in Gleitkontakt stehende Innenkontur der Ventilhülse gebildet ist, geführt ist.
Bei jeder dieser Lösungen sind somit zwei Führungen des Ventilankers in der Ventilhülse vorgesehen, wobei eine erste Führung in einem dem Ventilsitz abgewandten Bereich des Ventilankers vorgesehen ist und die zweite Führung im Bereich des Ventilsitzes angeordnet ist. Diese Führung, insbesondere die Führung des Ventilankers in seinem dem Ventilsitz zugewandten Bereich, ermöglichen vorteilhafterweise eine einwandfreie Führung des Ventilankers gegenüber dem Ventilsitz, wobei das Bewegungsspiel des Ventilankers minimiert ist und Kippstellungen beim Zusammenwirken des Ventilankers gegebenenfalls mittels eines Dichtelements mit dem Ventilsitz zuverlässig vermieden werden.
Hieraus resultiert wiederum ein geringerer Verschleiß sowie eine hohe Wirkgenauigkeit und eine erhöhte Lebensdauer der Komponenten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die erste Führung als wenigstens eine am Umfang des Ventilankers ausgebildete Führungsfläche, welche mit einer Führungsfläche an einer Innenkontur der Ventilhülse in Gleitkontaktakt steht, ausgebildet sein. Eine solche Führungsfläche kann einen Bereich erweiterten Durchmessers des Ventilankers darstellen, welcher zur Erzielung einer möglicht genauen Führung des Ventilankers vorzugsweise an einem dem Ventilsitz abgewandten Bereich des Ventilankers ausgebildet ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Ventilmoduls gemäß Anspruch 1 kann die zweite Führung durch einen axialen Fortsatz des Ventilankers oder des Ventilsitzkörpers und eine hieran gleitende Führungsfläche an dem jeweils entgegen gerichteten Ventilsitzkörper bzw. dem Ventilanker gebildet sein.
Beim Bewegungsspiel des Ventilankers gleitet somit der Ventilanker mit seinem dem Ventilsitz zugewandten Bereich in dem axialen hülsenartigen Fortsatz des Ventilsitzkörpers oder der axiale hülsenartige Fortsatz ist alternativ an dem Ventilanker ausgebildet, so dass dieser mit dem hülsenartigen Fortsatz den Ventilsitz und einen den Ventilsitz bildenden Bereich des Ventilsitzkörpers umgibt und an dem Ventilsitzkörper geführt ist. Es liegt auf der Hand, dass die Führung des Ventilankers während einer Öffnungs- und Schließbewegung umso besser ist, je mehr der axiale Fortsatz in Überdeckung mit dem jeweils anderen Ventilelement, d. h. dem Ventilanker oder dem Ventilsitzkörper, steht.
In beiden Fällen ist eine exakte Führung des Ventilankers im Bereich des Ventilsitzes gewährleistet. Welcher Ausführungsform der Vorzug gegeben wird, richtet sich nach den Umständen des Einzelfalles.
Der Fortsatz kann jeweils als selbständige Hülse ausgebildet und, z. B. durch eine Schweißverbindung mit dem Ventilanker oder aber, im anderen Fall, mit dem Ventilsitzkörper verbunden sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, den Fortsatz unmittelbar an den Ventilanker oder den Ventilsitzkörper anzuformen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen eines Ventilmoduls gemäß der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Figurenliste
Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgestalteten Ventilmoduls sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Hierbei zeigen

1 einen vereinfachten Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ventilmoduls eines Gaseinblasventils, wobei ein Ventilanker mit einem hülsenartigen, bereichsweise einen Ventilsitzkörper umgreifenden axialen Fortsatz ausgebildet ist;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ventilmoduls eines Gaseinblasventils im Längsschnitt, wobei ein Ventilsitzkörper mit einem hülsenartigen axialen Fortsatz ausgebildet ist, welcher einen Ventilanker umgreift;
3 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Bereichs des Ventilankers der 2;
4 ein gegenüber der Ausführung der 2 und 3 modifiziertes drittes Ausführungsbeispiel eines Ventilmoduls im Längsschnitt;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventilmoduls mit einem hülsenartigen axialen Fortsatz an dem Ventilsitzkörper;
6 im Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventilmoduls mit einem hülsenartigen Fortsatz an dem Ventilsitzkörper zur Führung des Ventilankers;
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventilmoduls, bei dem der Ventilanker an dem Ventilsitzkörper geführt ist, wobei der Ventilanker einen axialen Fortsatz des Ventilsitzkörpers umgreift;
8 ein gegenüber der Ausführung nach 7 modifiziertes Ausführungsbeispiel eines Ventilmoduls, bei dem der Ventilanker an dem Ventilsitzkörper geführt ist;
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventilmoduls, welches eine Abwandlung der Ausführung nach 8 darstellt;
10 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ventilmodul, welches gegenüber der Ausführung nach 9 leicht modifiziert ist; und
11 einen vereinfachten Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventilmoduls.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bezug nehmend auf die Figuren der Zeichnung ist schematisiert jeweils ein Ventilmodul 1 eines Gaseinblasventils gezeigt, das zum Einsatz bei einer Brennstoffzelle oder bei einem Gasverbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges ausgelegt ist und zur Regelung eines Fluidstroms von einer Zuströmseite 3 zu einer Abströmseite 4 dient.
Das Gaseinblasventil kann in an sich bekannter Bauweise mit einem mehrteiligen Gehäuse ausgebildet sein, in welchem eine elektromagnetische Betätigungseinheit mit einer Magnetspule angeordnet ist, welche das dargestellte Ventilmodul 1 umgibt.
Das Ventilmodul 1 umfasst eine Ventilhülse 2, welche durch Tiefziehen oder eine andere Umformtechnik hergestellt sein kann und aus nichtmagnetischem Werkstoff gebildet ist. In der Ventilhülse 2 ist axial verschieblich ein weichmagnetischer Ventilanker 13 gelagert, der ein Ventilschließglied 18 aufweist, welches zum Zusammenwirken mit einem vorliegend einen Flachsitz darstellenden Ventilsitz 6 ausgebildet ist.
Der Ventilsitz 6 ist bei den gezeigten Ausführungen an einem in die Ventilhülse 2 eingesetzten und daran beispielsweise durch Verschweißung befestigten Ventilsitzkörper 5 ausgebildet, welcher selbst hülsenartig mit einem den Ventilsitz 6 bildenden Boden ausgebildet ist, wobei im Bereich des Ventilsitzes 6 mehrere Durchtrittsöffnungen 7 auf an sich bekannte Weise kranzartig angeordnet sind und dabei eine Art Spritzlochscheibe bilden.
Zuströmseitig schließt sich an den Ventilanker 13 ein koaxial in der Ventilhülse 2 angeordnetes beispielsweise rohrförmiges Anschlagelement an, welches einen Innenpol der elektromagnetischen Betätigungseinheit bildet. Dieser Innenpol ist mittels einer Federeinrichtung in üblicher Art und Weise gegenüber einen zuströmseitig angeordneten, einen axialfesten Anschlag bildenden Anschlagring gefedert gelagert.
Der Ventilanker 13 weist eine zentrale axiale Innenbohrung 15 auf, die der Zuführung des in den Verbrennungsraum einzuspritzenden gasförmigen Medium dient und in der eine nicht näher dargestellte, zuströmseitig auf den Ventilanker 13 wirkende, zu diesem konzentrisch angeordnete Rückstellfeder angeordnet ist.
Im nichtaktivierten geschlossenen Zustand des Gaseinblasventils, wie er in den Figuren gezeigt ist, liegt das Ventilsschließglied 18 mit einem ringförmigen Dichtelement 19 dichtend an dem Ventilsitz 6 an, wobei das an dem Ventilanker 13 ausgebildete Ventilschließglied 18 durch die Kraft der Rückstellfeder in Schließstellung gehalten wird.
Zum Öffnen des Gaseinblasventils wird in Folge einer Erregung der elektromagnetischen Betätigungseinheit der magnetische Ventilanker 13 mit dem Ventilschließglied 18 von dem Ventilsitz 6 abgehoben, so dass die Durchtrittsöffnungen 7 zum Durchtritt des gasförmigen Mediums an den Verbrennungsraum freigegeben sind.
Der Ventilanker 13 ist zur Vermeidung einer Ankerverkippung und somit möglicher Undichtigkeiten an dem Ventilsitz 6 mit einer ersten Führung 40 und einer zweiten Führung 10 bei seiner Axialbewegung geführt.
Die erste Führung 40 ist bei den gezeigten Ausführungen jeweils mit einer am Umfang des Ventilankers 13 ausgebildeten Führungsfläche 41, welche im Bereich des zuströmseitigen Endes des Ventilankers 13 angeordnet ist, ausgebildet. Die Führungsfläche 41 der ersten Führung 40 stellt dabei eine Umfangsfläche des Ventilankers 13 in einem ringartigen Bereich erweiterten Querschnitts dar, welche mit einer korrespondierenden Führungsfläche an einer Innenkontur 50 der Ventilhülse 2 in Gleitkontakt steht.
Bei der Ausführung gemäß 1 ist die zweite Führung 10 durch einen axialen, hülsenartigen Fortsatz 11 des Ventilankers 13 und eine Führungsfläche 20 am Außenumfang des Ventilsitzkörpers 5 gebildet, wobei die Führungsfläche 20 des Ventilsitzkörpers 5 an einem dem zuströmseitigen Ende des Ventilsitzkörpers 5 bzw. dem Ventilsitz 6 zugewandten Bereich des Ventilsitzkörpers 5 ausgebildet ist und einen Bereich verkleinerten Durchmessers darstellt, welcher innerhalb der Ventilhülse 2, welche vorliegend mit einem durchgängigen Durchmesser ausgebildet ist, ein Umgreifen des Ventilkörpers 5 durch den axialen Fortsatz 11 des Ventilankers 13 erlaubt.
Gemäß der in 1 gezeigten Ausführung ist der axiale, hülsenartige Fortsatz 11 des Ventilankers 13 ein separater zylindrischer Hülsenkörper, welcher mit einem dem Ventilsitzkörper 5 zugewandten Bereich des Ventilankers 13 mittels einer Schweißnaht 14 verbunden ist, wobei dieser Verbindungsbereich des Ventilankers 13 einen derart zurückgenommenen Durchmesser aufweist, dass der Außenumfang des hülsenartigen Fortsatzes 11 im befestigten Zustand bündig mit der angrenzenden Umfangsfläche des Ventilankers 13 ist.
Der hülsenartige Fortsatz 11 umgibt somit den Bereich des Ventilschließglieds 18 und des Ventilsitzes 6, wobei das Ventilschließglied 18 neben einer einen Fluiddurchtritt von der Innenbohrung 15 an den Ventilsitz 6 gestattenden Axialöffnung 12 radiale Durchtrittsöffnungen 16 aufweist, von denen aus das gasförmige Medium über einen Hohlraum, der durch den Ventilanker 13, den einen Hülsenkörper darstellenden axialen Fortsatz 11 und den Ventilsitzkörper 5 gebildet wird, an den Ventilsitz 6 strömt.
Die die Gleitfläche für den hülsenartigen Fortsatz 11 des Ventilankers 13 bildenden Umfangskontur 20 des Ventilsitzkörpers 5 erstreckt sich in abströmseitiger Richtung soweit, dass das Ventilankerspiel bei einer Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilankers 13 nicht behindert wird. Andererseits ist der hülsenartige Fortsatz 11 auch so lang ausgebildet, dass dieser auch in geöffneter Stellung des Ventils noch den Ventilsitzkörper 5 sicher umgreift. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der hülsenartige Fortsatz 11 und der Ventilsitzkörper 5 eine lange axiale Überdeckung aufweisen.
In 2 ist ein weiteres Ventilmodul 1 gezeigt, welches hinsichtlich der Führung des Ventilankers 13 modifiziert ist, jedoch funktional dem in der 1 gezeigten Ventilmodul entspricht. Bei der 2 werden daher wie auch bei den nachfolgenden Figuren für funktionsgleiche Bauelemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Wie der Ausführung der 2 zu entnehmen ist, ist die erste Führung 40 des Ventilankers 13 mit einer Führungsfläche 41, welche an der Innenkontur 50 der Ventilhülse 2 gleitet, wie in 1 ausgeführt.
Die zweite Führung 10 unterscheidet sich jedoch dahingehend, dass hier der Ventilsitzkörper 5 an seinem Umfang einen axialen, hülsenartigen Fortsatz 22 aufweist, wobei der mit der Innenbohrung 15 und wenigstens einer einen Fluiddurchtritt von der Innenbohrung 15 an den Ventilsitz 6 gestattenden axialen Durchtrittsöffnung 12 und radialen Durchtrittsöffnungen 16 ausgebildete Ventilanker 13 derart mit wenigstens einer am Außenumfang ausgebildeten Führungsfläche 23 in dem hülsenartigen Fortsatz 22 geführt ist, dass der Bereich der Durchtrittsöffnungen 12, 16 und des Ventilsitzes 6 von dem hülsenartigen Fortsatz 22 umgriffen ist. Der hülsenartige Fortsatz 22 ist dabei mit einem rechten Winkel zwischen seiner Innenwandung und der Sitzfläche des Ventilsitzes 6 ausgebildet.
Zur möglichst genauen Führung des Ventilankers 13 sind die Führungen 10, 40 wiederum möglichst weit über die axiale Erstreckung des Ventilankers 13 voneinander beabstandet ausgebildet, so dass die erste Führung 40 im Bereich des zuströmseitigen Endes des Ventilankers 13 und die zweite Führung 10 im Bereich der radialen Durchtrittsöffnungen 16 und der axialen Durchtrittsöffnung 12 und somit an dem dem Ventilsitz 6 zugewandten Ende des Ventilankers 13 ausgebildet ist.
Im Bereich der Führungsfläche 23 ist der Ventilanker 13 in seinem Querschnitt verjüngt, wobei der Bereich der Führungsfläche 23 auch bei der Ausführung gemäß 2 axial so lange bemessen ist, dass die Gleitbewegung des Ventilankers 13 während der Öffnungs- und Schließbewegungen nicht durch den axialen hülsenartigen Fortsatz 22 und einen axial an die Führungsfläche 23 des Ventilankers 13 angrenzenden, querschnittserweiternden Absatz behindert wird.
Wie insbesondere der 3 zu entnehmen ist, in der der Ventilanker 13 allein gezeigt ist, ist die Führungsfläche 23 des Ventilankers 13 im Bereich der radialen Durchtrittsöffnungen 16 eine stegartige Rest-Zylinderumfangsfläche, welche an ihren Umfangsseiten jeweils durch eine Abflachung 21 im Bereich einer radialen Durchtrittsöffnung 16 begrenzt ist.
Die Ausführungsform nach 4 unterscheidet sich in der Weise von derjenigen nach 2, dass der Bereich der zweiten Führung 10 an dem Ventilanker 13 mit der seitens des Ventilankers 13 vorgesehenen Führungsfläche 23 verkürzt ausgeführt ist und der querschnittsverringerte Bereich des Ventilankers 13 sich im Wesentlichen nur über den Bereich der radialen Durchtrittsöffnungen 16 erstreckt. Diese Ausführung ist somit bezüglich des magnetischen Flusses vorteilhafter.
In 5 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß ausgestalteten Ventilmoduls 1 gezeigt, wobei sich die Ausführung der 5 von den Ausführungsformen nach 2 und 4 darin unterscheidet, dass die zweite Führung 10 mit zwei ringartigen Querschnittserweiterungen mit jeweils einer Führungsfläche 24 bzw. 25 an dem Ventilanker 13 ausgebildet ist, mit denen der Ventilanker 13 an der Innenkontur des hülsenartigen axialen Fortsatzes 22 des Ventilsitzkörpers 5 geführt ist. Dabei ist eine erste, untere Führungsfläche 24 an dem Ventilanker 13 als Querschnittserweiterung im Bereich der radialen Durchtrittsöffnungen 16 ausgebildet und die zweite, obere Führungsfläche 25 stromauf hiervon in einem an die erste Führung 40 des Ventilankers 13 grenzenden Bereich.
Eine im Wesentlichen analoge Ausgestaltung des Ventilmoduls zeigt die Ausführungsvariante gemäß 6, wobei hier abweichend von der Ausführung nach 5 eine erste, untere Führungsfläche 26 des Ventilankers 13 an der Innenkontur des hülsenartigen Fortsatzes 22 des Ventilsitzkörpers 5 in einem Bereich stromauf der radialen Durchtrittsöffnungen 16 des Ventilankers 13 angeordnet ist. Durch die Verlagerung der unteren Führungsfläche des Ventilankers 13 aus dem Bereich der radialen Durchtrittsöffnungen 16 kann eine den Ventilanker 13 im Bereich der radialen Durchtrittsöffnungen 16 umgebende Hohlkammer großzügiger dimensioniert sein als dies bei einer in 3 näher gezeigten Ausgestaltung des Ventilankers mit stegartigen Rest-Zylinderoberflächen, welche der Führung des Ventilankers 13 in dem hülsenartigen Fortsatz 22 dienen, möglich ist. Somit ist bei der Ausführung nach 6 ein höherer Massenstrom realisierbar.
Die 7 bis 10 zeigen weitere Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Ventilmoduls 1, wobei bei diesen Ausführungen der Ventilsitzkörper 5 jeweils mit einem axialen Fortsatz 30 ausgebildet ist, welcher radial innerhalb der Durchtrittsöffnungen 7 des Ventilsitzes 6 angeordnet ist und hierbei ebenfalls einen hülsenartigen Körper bildet, welcher einstückig mit dem Ventilsitzkörper 5 ausgebildet ist.
Der eine Art Führungsdorn bildende axiale Fortsatz 30 des Ventilsitzkörpers 5 ragt in die zentrale Bohrung 15 des Ventilankers 13 hinein, welche in einem dem Ventilschließglied 18 zugewandten Bereich zur Bildung der zweiten Führung 10 einen Bereich mit einem Innendurchmesser aufweist, welcher im Wesentlichen dem Außendurchmesser des axialen Fortsatzes 30 entspricht, so dass der Bereich diesen Durchmessers des Ventilankers 13 eine Führungsfläche 31 bildet, mit der der Ventilanker 13 bei einer Öffnungs- oder Schließbewegung axial entlang dem axialen Fortsatz 30 des Ventilsitzkörpers 5 gleitet.
Der axiale Fortsatz 30, welcher wie der Ventilanker 13 eine axiale Innenbohrung 34 aufweist, welche einen gemeinsamen Raum mit der Innenbohrung 15 des Ventilankers 13 bildet, ist im Bereich der radialen Durchtrittsöffnungen 16 des Ventilankers 13 ebenfalls mit radialen Ausströmöffnungen 32 ausgebildet, welche einen Fluidstrom von der Innenbohrung 15 des Ventilankers 13 an die radialen Durchtrittsöffnungen 16 des Ventilankers 13 und hiermit an den Ventilsitz 6 gestatten.
Die erste Führung 40 ist bei den Ausführungen gemäß den 7 bis 10 mit einer ersten Führungsfläche 41 des Ventilankers 13, welche an der Innenkontur 50 der Ventilhülse 2 gleitet, analog den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeführt.
Bei dem Ausgestaltungsbeispiel gemäß 7 weist die erste Führung 40 zusätzlich eine zweite Führungsfläche 42 auf, welche am Außenumfang des Ventilankers 13 ringartig an einem an die axialen Durchtrittsöffnungen 16 des Ventilankers 13 grenzenden Bereich desselben in Höhe der zweiten Führung 10 ausgebildet ist. Die Führungsflächen 41 und 42 der ersten Führung 40 sind somit zur Vermeidung einer Kippung des Ventilankers 13 zueinander möglichst weit beabstandet an der Längserstreckung des Ventilankers 13 ausgebildet.
In den 8 bis 10 sind jeweils Ausführungsvarianten des Ventilmoduls 1 gezeigt, bei denen der hülsenartige Fortsatz 30 des Ventilsitzkörpers 5 kranzartig angeordnete, obere radiale Ausströmöffnungen 35 in Höhe der radialen Durchtrittsöffnungen 16 des Ventilankers 13 und stromab hiervon mehrere kranzartig angeordnete, untere radiale Ausströmöffnungen 36 im Bereich einer dem Ventilsitz 6 zugewandten Stirnfläche des Ventilankers 13 aufweist.
Neben der ersten Führungsfläche 31 des Ventilankers 13 zur Führung an dem Außenumfang des hülsenartigen Fortsatzes 30 analog der Ausführung nach 7 ist bei den Varianten der 8 bis 10 stromab der oberen Ausströmöffnungen 35 eine zweite Führungsfläche 33 zwischen den oberen Ausströmöffnungen 35 und den unteren Ausströmöffnung 36 des hülsenartigen Fortsatzes 30 angeordnet.
Das gasförmige Medium kann bei einer solchen Ausgestaltung des Ventilmoduls 1 von der Innenbohrung 15 des Ventilankers 13 durch die Innenbohrung 34 des hülsenartigen Fortsatzes 30 des Ventilsitzkörpers 5 und dessen obere radiale Ausströmöffnung 35 zu den durch eine radiale Ringkammer 37 hiervon beabstandeten radialen Durchtrittsöffnungen 16 des Ventilankers 13 gelangen und hiervon über eine zwischen dem Ventilanker 13 und der Ventilhülse 2 ausgebildete weitere Ringkammer 38 von radial außen zu dem Ventilsitz 6 und dessen Durchtrittsöffnungen 7 strömen. Zudem kann durch die unterhalb der zweiten Führungsfläche 33 des Ventilankers 13 an dem Fortsatz 30 angeordneten unteren Ausströmöffnungen 36 des Fortsatzes 30 gasförmiges Medium von radial innen an die Durchtrittsöffnungen 7 des Ventilsitzes 6 strömen.
Die Ausführung der 9 unterscheidet sich von der Ausführung der 8 darin, dass die beiden Führungsflächen 31 und 33 der zweiten Führung 10 zwischen dem Ventilanker 13 und dem hülsenartigen Fortsatz 30 des Ventilsitzkörpers 5 weiter auseinander liegend angeordnet sind, wobei die obere Führungsfläche 31 an einem der Zuströmseite 3 näher liegenden Bereich der Innenbohrung 15 des Ventilankers 13 ausgebildet ist. Durch den größeren Abstand zwischen den Führungsflächen 31 und 33 ergibt sich eine weiter erhöhte Stabilität der Ventilankerführung.
Die 10 zeigt ein im Wesentlichen dem Ventilmodul der 9 entsprechendes Ventilmodul 1, wobei die obere Führungsfläche 31 der zweiten Führung 10 des Ventilankers 13 an dem hülsenartigen Fortsatz 30 des Ventilsitzkörpers 5 statt an einem querschnittsverengenden Absatz wie bei der Ausführung der 9 an einem querschnittserweiterten Bereich des hülsenartigen Fortsatzes 30 ausgebildet ist. Des Weiteren ist eine Federauflage 39 für eine Rückstellfeder bei der Ausführung der 10 gegenüber der Ausführung der 9 als ein separater Absatz am Umfang der Innenbohrung 15 ausgeführt. Die Rückstellfeder kann damit in einem radialen Überdeckungsbereich mit dem hülsenartigen Fortsatz 30 angeordnet werden, so dass die Wandstärke des Ventilankers 13 in diesem Bereich größer ausgelegt werden kann.
In der 11 ist eine weitere Variante eines Ventilmoduls 1 zum Zuführen von gasförmigen Medien an eine Brennkraftmaschine gezeigt, welche sich von den zuvor gezeigten Ausführungen grundsätzlich darin unterscheidet, dass der Ventilanker 13 nicht an dem Ventilsitzkörper 5 geführt ist. Während die erste Führung 40 des Ventilankers 13 analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungen mit einer Führungsfläche 41 ausgebildet ist, welche stromauf der einen Fluiddurchtritt von der Innenbohrung 15 an den Ventilsitz 6 gestattenden radialen Durchtrittsöffnungen 16 angeordnet ist und an einer Innenkontur 50 der Ventilhülse 2 gleitet, unterscheidet sich die Ausgestaltung der zweiten Führung 10 des Ventilankers 13.
Die zweite Führung 10 ist bei der Ausführung gemäß 11 als ein ringartiger, querschnittserweiterter Bereich mit einer am Außenumfang ausgebildeten Führungsfläche 17 ausgestaltet, wobei diese Führungsfläche 17 im Bereich der radialen Durchtrittsöffnungen 16 des Ventilankers 13 angeordnet ist und mit der Innenkontur 50 der Ventilhülse 2 in Gleitkontakt steht.
Die zweite Führung 10 ist somit auch bei dieser Ausgestaltung des Ventilmoduls 1 sehr nahe am Ventilsitz 6 angeordnet und deutlich beabstandet zu der ersten Führung 40 ausgebildet, wobei die Führungsfläche 17 der zweiten Führung 10 auch hier durch stegartige Rest-Zylinderumfangsflächen gebildet wird, welche wie bei dem Ventilanker 13 der 3 durch eine Abflachung 21 im Bereich der jeweiligen radialen Durchtrittsöffnung 16 des Ventilankers 13 begrenzt ist.
Sämtliche gezeigte Ausführungen gewährleisten eine hochpräzise Führung des Ventilankers 13 und somit eine Ventildichtheit und stabile Ventilfunktion, d. h. die Einhaltung gewünschter Öffnungs- und Schließzeiten sowie eine geringe Streuung zwischen einzelnen Einblasventilen, über die gesamte Ventillebensdauer eines Gaseinblasventils. Darüber hinaus zeichnen sich sämtliche gezeigten Ausführungen darin aus, dass sie einfach und kostengünstig herstellbar sind.

Claims

Ventilmodul zum Zuführen gasförmiger Medien an eine Brennkraftmaschine, mit einer Ventilhülse (2), in der ein Ventilanker (13) mit einem Ventilschließglied (18) zur Einstellung eines Fluidstroms zwischen einer Zuströmseite (3) und einer Abströmseite (4) gegenüber einem fest in der Ventilhülse (2) angeordneten Ventilsitzkörper (5) axial beweglich geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilanker (13) mittels einer ersten Führung (40) an der Ventilhülse (2) und mittels einer zweiten Führung (10) an dem Ventilsitzkörper (5) geführt ist.
Ventilmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Führung (40) mit wenigstens einer am Umfang des Ventilankers (13) ausgebildeten Führungsfläche (41, 42), welche mit einer Führungsfläche an einer Innenkontur (50) der Ventilhülse (2) in Gleitkontaktakt steht, ausgebildet ist.
Ventilmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Führung (10) durch einen axialen Fortsatz (11, 22) des Ventilankers (13) oder des Ventilsitzkörpers (5) und eine hieran gleitende Führungsfläche (20, 23, 24, 25, 26) an dem Ventilsitzkörper (5) bzw. dem Ventilanker (13) gebildet ist.
Ventilmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Fortsatz (11) als ein mit dem Ventilanker (13) oder mit dem Ventilsitzkörper an dessen Umfang fest verbundener Hülsenkörper ausgebildet ist, welcher an einer Umfangskontur (20) des Ventilsitzkörpers (5) bzw. des Ventilankers gleitend geführt ist.
Ventilmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Fortsatz (22) mit dem Ventilsitzkörper (5) einstückig und hieran hülsenartig ausgebildet ist, wobei der mit einer Innenbohrung (15) und wenigstens einer einen Fluiddurchtritt von der Innenbohrung (15) an den Ventilsitz (6) gestattenden Durchtrittsöffnung (12, 16) ausgebildete Ventilanker (13) derart mit wenigstens einer am Außenumfang ausgebildeten Führungsfläche (23, 24, 25, 26) in dem hülsenartigen Fortsatz (22) geführt ist, dass der Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (12, 16) von dem hülsenartigen Fortsatz (22) umgriffen ist.
Ventilmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mit einer Innenbohrung (15) und wenigstens einer einen Fluiddurchtritt von der Innenbohrung (15) an den Ventilsitz (6) gestattenden radialen Durchtrittsöffnung (16) ausgebildeten Ventilanker (13) die wenigstens eine Führungsfläche (23, 24) im Bereich der wenigstens einen radialen Durchtrittsöffnung (16) angeordnet ist.
Ventilmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mit einer Innenbohrung (15) und wenigstens einer einen Fluiddurchtritt von der Innenbohrung (15) an den Ventilsitz (6) gestattenden radialen Durchtrittsöffnung (16) ausgebildeten Ventilanker (13) die wenigstens eine Führungsfläche (25, 26) stromauf der wenigstens einen radialen Durchtrittsöffnung (16) angeordnet ist.
Ventilmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mit einer Innenbohrung (15) und wenigstens einer einen Fluiddurchtritt von der Innenbohrung (15) an den Ventilsitz (6) gestattenden radialen Durchtrittsöffnung (16) ausgebildeten Ventilanker (13) eine erste, untere Führungsfläche (24) im Bereich der wenigstens einen radialen Durchtrittsöffnung (16) angeordnet ist und wenigstens eine zweite, obere Führungsfläche (25) stromauf der wenigstens einen radialen Durchtrittsöffnung (16) angeordnet ist.
Ventilmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Fortsatz (30) mit dem Ventilsitzkörper (5) einstückig und hieran hülsenartig ausgebildet ist, wobei der mit einer Innenbohrung (15) und wenigstens einer einen Fluiddurchtritt von der Innenbohrung (15) an den Ventilsitz (6) gestattenden Durchtrittsöffnung (12, 16) ausgebildete Ventilanker (13) den hülsenartigen Fortsatz (30) stromauf des Bereichs der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (12, 16) mit wenigstens einer am Innenumfang ausgebildeten Führungsfläche (31, 33) umgreift.
Ventilmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenartigen Fortsatz (30) des Ventilsitzkörpers (5) radial innerhalb des Ventilsitzes (6) angeordnet ist und wenigstens eine radiale Ausströmöffnung (32, 35, 36) aufweist, welche einen Fluidstrom von der Innenbohrung (15) des Ventilankers (13) an den Ventilsitz (6) gestattet.
Ventilmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilanker (13) wenigstens eine radiale Durchtrittsöffnung (16) aufweist und der hülsenartige Fortsatz (30) wenigstens eine obere radiale Ausströmöffnung (35) im Bereich der wenigstens einen radialen Durchtrittsöffnung (16) des Ventilankers (13) und stromab wenigstens eine untere radiale Ausströmöffnung (36) im Bereich einer dem Ventilsitz (6) zugewandten Stirnfläche des Ventilankers (13) aufweist, wobei eine erste Führungsfläche (31) des Ventilankers (13) zur Führung an dem hülsenartigen Fortsatz (30) stromauf der wenigstens einen oberen Ausströmöffnung (35) und eine zweite Führungsfläche (33) zwischen der wenigstens einen oberen Ausströmöffnung (35) und der wenigstens einen unteren Ausströmöffnung (36) angeordnet ist.