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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Zuführen von
gasförmigen
Medien an eine Brennkraftmaschine.
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In
jüngster
Zeit werden für
Brennkraftmaschinen neben flüssigen
Kraftstoffen auch gasförmige
Kraftstoffe verwendet. Hierbei werden üblicherweise die bekannten
Einspritzventile für
flüssige
Medien einfach unverändert
für den
Einsatz von gasförmigen
Medien verwendet. Derartige Einspritzventile für flüssige Medien genügen jedoch
vielfach nicht den spezifischen Anforderungen für gasförmige Medien. Dies kann zu
Problemen beim Betrieb führen und
ferner auch den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine negativ beeinflussen.
Auch ist beispielsweise bei der Verwendung von Magnetventilen für flüssige Medien
als Einspritzventil bei gasförmigen Medien
ein Magnetfluss nicht optimiert. Auch können insbesondere bei Brennkraftmaschinen
mit Turbolader o.ä.,
welche saugrohrseitig einen relativ hohen Druck aufweisen, Dichtigkeitsprobleme
auftreten.
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Aus
der
DE 10 2004
048 603 A1 ist ein Ventil zum Zuführen von insbesondere gasförmigen Medien
bekannt, welches eine Führungshülse für einen Magnetanker
aufweist, bei der an einem Boden der Führungshülse ein Ventilsitz ausgebildet
ist. Dadurch werden insbesondere Probleme gelöst, welche aufgrund der fehlenden
Schmiereigenschaften der gasförmigen
Medien im Vergleich zu flüssigen
Medien auftreten.
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Vorteile der Erfindung
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Ein
erfindungsgemäßes Ventil
zum Zuführen von
gasförmigen
Medien an eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass es bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger
Herstellbarkeit einen Fluss der magnetischen Feldlinien für eine Gasanwendung
optimiert. Dadurch können die
Kräfte
am Magnetanker optimiert werden und insbesondere ein Schrägstellen
des Magnetankers vermieden werden. Das erfindungsgemäße Ventil
umfasst dabei einen besonders kostengünstig herstellbaren Magnettopf.
Querkräfte
auf dem Magnetanker werden erfindungsgemäß minimiert, was sich ferner positiv
auf die dynamischen Eigenschaften des Ventils auswirkt. Die Magnetfeldlinien
treten ringförmig aus
dem Magnettopf genau zwischen einer ersten und einer zweiten Magnetankerführung an
einer Ausnehmung in den Magnetanker ein. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass das Ventil einen Magnettopf mit einem Zylinderbereich
und einem Radialbereich, welcher radial zu einer Längsrichtung des
Ventils angeordnet ist, umfasst. Der Magnetanker ist in der Führungshülse an einer
ersten und einer zweiten Magnetankerführung geführt, wobei der Magnetanker
zwischen den beiden Magnetankerführungen
eine ringförmige
Ausnehmung aufweist. Der Radialbereich des Magnettopfs ist dabei
derart an der Außenseite
der Führungshülse angeordnet,
dass er in Axialrichtung des Ventils auf gleicher Höhe wie die ringförmige Ausnehmung
des Magnetankers angeordnet ist. Dadurch treten die Magnetfeldlinien
genau zwischen erste und zweite Magnetankerführung in den Magnetanker ein.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
weist die ringförmige
Ausnehmung des Magnetankers in Axialrichtung des Ventils eine Breite
auf, welche größer ist
als eine Dicke einer Wandstärke
des Magnettopfes. Dadurch wird sichergestellt, dass der Radialbereich
des Magnettopfes sicher im Bereich der ringförmigen Ausnehmung des Magnetankers
liegt.
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Vorzugsweise
ist die Breite der ringförmigen Ausnehmung
des Magnetankers derart, dass sie größer ist als eine Breite der
ersten Magnetankerführung und
auch größer als
eine Breite der zweiten Magnetankerführung. Hierdurch wird sichergestellt,
dass unabhängig
von der Stellung des Magnetankers der Radialbereich des Magnettopfes
immer im Bereich der ringförmigen
Ausnehmung des Magnetankers mündet.
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Weiter
bevorzugt ist eine Dichtung des Ventils an der Führungshülse benachbart zum Radialbereich
des Magnettopfes an der Außenseite
des Magnettopfes angeordnet. Dadurch kann sicher verhindert werden,
dass das gasförmige
Medium sich zwischen der Führungshülse und
dem Radialbereich des Magnetankers eindringt. Dies ist insbesondere bei
aufgeladenen Brennkraftmaschinen wichtig, da hierbei höhere Drücke im Saugrohr
vorhanden sind. Bei den bekannten Einspritzventilen weist der Magnettopf
zwei zylindrische Bereiche auf und die Dichtung dichtet an einer
Außenseite
des Magnettopfes ab. Dadurch kann gasförmiges Medium zwischen der Führungshülse und
dem Magnettopf bei hohen Drücken
in das Ventil eindringen. Bei der vorliegenden Erfindung kann der
Dichtring direkt an der Führungshülse abdichten,
so dass kein zusätzlicher
Dichtring bzw. keine zusätzliche
Dichtschweißung
gegen ein Eindringen von gasförmigem
Medium bei einem relativ hohen Gegendruck an der Saugrohrseite notwendig
ist.
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Die
Dichtung ist vorzugsweise zwischen dem Radialbereich des Magnettopfes
und einem Ringelement angeordnet. Dadurch kann eine sichere Positionierung
der Dichtung erfolgen. Das Ringelement kann aus Metall oder Kunststoff
hergestellt sein.
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Weiter
bevorzugt dichtet das Dichtelement an einer radialen Außenseite
an einem Saugrohr der Brennkraftmaschine ab. Somit ist das Dichtelement zwischen
der Führungshülse und
dem Saugrohr angeordnet.
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Das
Dichtelement ist vorzugsweise ein O-Ring. Dadurch kann das Dichtelement
besonders kostengünstig
bereitgestellt werden.
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Weiter
bevorzugt umfasst das Ventil ein Spritzlochelement, in welchem eine
Vielzahl von Spritzlöchern
gebildet ist. Die Verwendung eines Spritzlochelements ermöglicht es
insbesondere, dass die Führungshülse sehr
einfach, nämlich
lediglich zylindrisch, hergestellt werden kann. Vorzugsweise ist
das Spritzlochelement topfförmig
ausgebildet, wobei die Spritzlochöffnungen im Bodenbereich des
Spritzlochelements angeordnet sind.
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Besonders
bevorzugt ist das topfförmige Spritzlochelement
dabei derart im Ventil angeordnet, dass ein offenes Ende des topfförmigen Spritzlochelements
vom Magnetanker abgewandt ist. Mit anderen Worten ist das offene
Ende des Spritzlochelements in Richtung des Saugrohrs gerichtet.
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Um
eine schnelle und einfache Befestigung des Spritzlochelements zu
ermöglichen,
ist das Spritzlochelement mittels einer Schweißverbindung an der Hülse fixiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im
Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 ein
schematische Schnittansicht eines Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, in welchem ein Magnetfluss vom Magnettopf zum Magnetanker
dargestellt ist, und
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2 eine
schematische Schnittansicht des in 1 gezeigten
Ventils im montierten Zustand.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahmen auf die 1 und 2 ein
Ventil 1 gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung im Detail beschrieben.
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Die 1 und 2 zeigen
schematisiert ein elektromagnetisches Einblasventil, zum Einblasen
eines gasförmigen
Kraftstoffs in einen Saugrohrbereich einer Brennkraftmaschine. Aus
Vereinfachungsgründen
ist in den Figuren lediglich der vordere Teil des Einblasventils
gezeigt. Das Einblasventil 1 kann beispielsweise bei einer
Brennstoffzelle oder einem Gasmotor eines Kraftfahrzeugs verwendet
werden.
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Das
Ventil 1 umfasst einen Magnettopf 2, welcher in
seinem Inneren eine Magnetspule 15 aufnimmt. Der Magnettopf 2 weist
einen Radialbereich 2a und einen Zylinderbereich 2b auf.
Der Zylinderbereich 2b geht an seinem zum Saugrohr gerichteten Ende
in den Radialbereich 2a über, welcher dabei nach Innen
gerichtet ist. Der Magnettopf 2 kann beispielsweise mittels
Tiefziehen hergestellt werden. Der Radialbereich 2a ist
senkrecht zu einer Längsrichtung
X-X des Ventils angeordnet.
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Das
Ventil 1 umfasst ferner eine zylindrische Führungshülse 4,
in welcher ein Magnetanker 3 und als Innenpol des Magnetkreises
ein rohrförmiger Stopfen 10 angeordnet
sind. Der rohrförmige
Stopfen 10 dient insbesondere zur Aufnahme einer Druckfeder 9,
welche sich mit einem Ende an einem inneren Absatz 3e im
Magnetanker 3 abstützt.
Im Magnetanker 3 ist eine Durchgangsbohrung 11 in
gestufter Weise gebildet, welche einen inneren Druckbereich 14 bereitstellt.
Im Magnetanker 3 sind ferner mehrere radiale Öffnungen 12 gebildet,
welche den inneren Druckbereich 14 mit einem äußeren Druckbereich 13 verbinden.
Der Magnetanker 3 weist ferner ein integral an seinem Ende
gebildetes Magnetschließglied 3a auf,
welches im gezeigten Ausführungsbeispiel ringförmig ist.
Das Magnetschließglied 3a verschließt bzw.
gibt eine Vielzahl von Spritzlöchern 5a in
bekannter Weise frei. Die Spritzlöcher 5a sind dabei
in einem separaten Spritzlochelement 5 gebildet, welches
eine im Wesentlichen topfförmige Gestalt
aufweist. Die Spritzlöcher 5a sind
dabei am Bodenbereich 5b des Spritzlochelements 5 gebildet.
An dem zu den Spritzlöchern
gerichteten Ende des Magnetankers 3 ist ferner zum Verschließen der
Spritzlöcher 5a ein
ringförmiges
Dichtelement 17 vorgesehen. Wie aus den Figuren ersichtlich
ist, ist der äußere Druckbereich 13 dabei
im Wesentlichen ringförmig gebildet.
Unter Druck stehendes Gas wird, wie durch den Pfeil A angedeutet,
durch den rohrförmigen
Stopfen 10 und den Magnetanker 3 zugeführt.
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Das
Ventil 1 umfasst ferner eine Dichtung 7, welche
beispielsweise als O-Ring ausgebildet ist. Die Dichtung 7 ist
dabei zwischen einem ringförmigen, aus
Kunststoff oder Metall hergestellten Ringelement 8 und
dem Radialbereich 2a des Magnettopfes 2 angeordnet.
Wie aus 2 ersichtlich ist, weist das Dichtelement 7 dabei
einen inneren Dichtbereich 7a zur Führungshülse 4 und einen äußeren Dichtbereich 7b zu
einem Saugrohr 16 auf.
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Das
Spritzlochelement 5 und die Führungshülse 4 sind mittels
einer Schweißverbindung 6 miteinander
verbunden. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist dabei das Spritzlochelement 5 noch
vollständig in
der Führungshülse 4 angeordnet.
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Wie
ferner aus 2 ersichtlich ist, weist der Radialbereich 2a des
Magnettopfes 2 eine Wandstärke D auf. Ferner weist die
ringförmige
Ausnehmung 3d an der Außenseite des Magnetankers 3 eine
Breite B1 auf. Die erste Magnetführung 3b am
Magnetanker 3 weist eine Breite B2 auf und die zweite Magnetführung 3c am
Magnetanker 3 weist eine Breite B3 auf. Dabei sind die
Breiten B2 und B3 der ersten und zweiten Magnetführung 3b, 3c gleich.
Ferner ist die Breite B1 der ringförmigen Ausnehmung 3d ungefähr doppelt
so groß wie
die Breiten B2 und B3 der beiden Magnetführungen 3b, 3c.
Auch ist die Wandstärke
D des Magnettopfes 2 deutlich kleiner als die Breite B1 der
Ausnehmung 3d.
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Wie
in 2 gezeigt, ist der Radialbereich 2a in
Längsrichtung
X-X des Ventils 1 derart angeordnet, dass er im Bereich
der ringförmigen
Ausnehmung 3d des Magnetankers 3 mündet. Dadurch
wird sichergestellt, dass die Magnetfeldlinie M, welche in 1 eingezeichnet
sind, genau zwischen der ersten Magnetführung 3b und der zweiten
Magnetführung 3c in
den Magnetanker 3 eintreten. Hierdurch kann das dynamische
Verhalten des Einblasventils verbessert werden. Da die Breite B1
der Ausnehmung 3d sehr viel breiter ist als die Wandstärke D des
Magnettopfes 2, wird unabhängig von einer geöffneten
oder geschlossenen oder sonstigen Stellung des Ventils 1 der
Magnetfluss immer über
die Ausnehmung 3d zum Magnetanker 3 verlaufen.
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Die
Funktion des erfindungsgemäßen Ventils für gasförmige Medien
ist dabei wie folgt: Unter Druck stehendes Gas wird, wie durch den
Pfeil A angedeutet, durch den rohrförmigen Stopfen 10 und
den Magnetanker 3 in den inneren Druckbereich 14 zugeführt. Über die
radialen Öffnungen 12 gelangt
das gasförmige
Medium auch in den äußeren ringförmigen Druckbereich 13.
Wenn ein Einblasen von gasförmigem
Kraftstoff durchgeführt
werden soll, wird die Magnetspule 15 bestromt, so dass
sich der Magnetanker 3 entgegen der Federkraft der Druckfeder 9 in
Richtung der Magnetspule 15 bewegt, um die Spritzlöcher 5a im
Spritzlochelement 5 freizugeben. Der Magnetanker 3 wird
dabei durch die erste und zweite Magnetführung 3b, 3c in
der Führungshülse 4 geführt. Wenn
die Spritzlöcher 5 freigegeben
sind, kann somit Gas aus dem äußeren Druckbereich 13 und über die
mittlere Durchgangsbohrung aus dem inneren Druckbereich 14 durch
die Spritzlöcher 5a in das
Saugrohr 16 strömen.
Wenn das Einblasen von gasförmigem
Kraftstoff beendet werden soll, wird die Bestromung aufgegeben,
so dass der Magnetanker 3 durch die vorgespannte Druckfeder 9 wieder
in die in 2 gezeigte Ausgangsstellung
zurückgestellt
wird und die Spritzlöcher 5a durch
das ringförmige
Dichtelement 17 am Magnetschließglied 3 wieder verschlossen
werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung
und Anordnung des Magnettopfes 2 werden die magnetischen
Feldlinien M für
das Gasventil optimiert. Dadurch können die auf dem Magnetanker 3 wirkenden
magnetischen Kräfte
optimiert werden.
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Ferner
weist das erfindungsgemäße Gasventil 1 den
Vorteil auf, dass die Dichtung 7 an der Außenseite
der Führungshülse 4 und
dem Saugrohr 16 abdichtet. Dadurch kann eine sichere Abdichtung des
Ventils 1 ermöglicht
werden, insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine aufgeladen ist
und ein höherer
Druck im Saugrohr 16 herrscht. Dadurch wird insbesondere
verhindert, dass unter Druck stehendes aus dem Saugrohr zwischen
den Magnettopf 2 und die Führungshülse 4 kommt.