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Die Erfindung betrifft ein Gasventil zur Zuführung eines Gases, wobei das Gasventil einen Düsenkörper mit zumindest zwei Gasstrahlen führenden Auslasskanälen aufweist, deren Strömungsachsen verschiedene Ausrichtungen aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung, umfassend ein Gasventil und einen Brennraum, wobei das Gasventil ein Gas insbesondere durch einen Einlasskanal in den Brennraum zuführt, wobei das Gasventil einen Düsenkörper mit zumindest zwei in Richtung des Brennraums ausgerichteten und Gasstrahlen führenden Auslasskanälen aufweist, deren Strömungsachsen verschiedene Ausrichtungen aufweisen, und wobei durch den Einlasskanal Brennluft in den Brennraum einleitbar ist
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Stand der Technik
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Ein derartiges Gasventil ist aus der
WO 1996/028649 A1 bekannt. Dieses Gasventil ist an einer Brennkraftmaschine verbaut, die mit einem gasförmigen Kraftstoff betrieben wird, und wobei die Brennkraftmaschine Zylinder mit Kolben sowie Einlasskanäle für die Einleitung von Brennluft in einen in dem Zylinder gebildeten Brennraum der Brennkraftmaschine aufweist. Jeder Einlasskanal verfügt über ein Einlassventil und im Endbereich des Einlasskanals ist außerhalb des Brennraums ein Gasventil angeordnet. In dem Gasventil wird ein Gasstrahl ausgebildet, welcher mit hoher Geschwindigkeit direkt in den Brennraum eingeblasen wird. Der Gasstrahl wird intermittierend eingeblasen und ist mit der Öffnungsbewegung des Einlassventils koordiniert. Das Gasventil weist einen oder mehrere Auslasskanäle für das Gas auf, wobei zumindest ein Auslasskanal auf eine Umfangswand in dem Brennraum ausgerichtet ist. Durch das Auftreffen des Gasstrahls auf die Umfangswand wird der Gasstrahl aufgefächert und aufgelöst, und die im Gasstrahl enthaltene hohe kinetische Energie erzeugt eine sehr gute Vermischung des Gasstrahls mit der ebenfalls in den Brennraum eingelassenen Brennluft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasventil bereitzustellen, mit dem die Vermischung des durch das Gasventil geführten Gases mit Brennluft verbessert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Ausrichtungen der Austrittkanäle so angeordnet sind, dass die Gasstrahlen aufeinandertreffen. Dieses Aufeinandertreffen der Gasstrahlen fächert diese auf und löst diese auf, so dass eine intensive Durchmischung des Gases mit Brennluft erfolgt. Dabei wird die Auffächerung beziehungsweise Auflösung ohne den Einbezug von weiteren Komponenten oder Bauteilen erreicht. Dies hat den Vorteil, dass eine wandferne Erzeugung eines brennfähigen Gas-Luft-Gemisches erfolgt, und dieses Gas-Luft-Gemisch bei einer anschließenden Entzündung zumindest zunächst einmal wandfern verbrennt und somit nur eine geringe Aufheizung von die Brennstelle umgebenden Komponenten bewirkt.
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In Weiterbildung sind die Auslasskanäle so ausgerichtet, das die austretenden Gasstrahlen zumindest einen Kreuzungspunkt aufweisen. Bei Vorhandensein von einer Vielzahl von Austrittskanälen können aber auch mehrere voneinander beabstandete Kreuzungspunkte gebildet werden.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Ausrichtungen so angeordnet, dass die Gasstrahlen brennluftunterstützt aufeinander treffen. Hierbei wird berücksichtigt, dass die durch die Auslasskanäle austretenden Gasstrahlen unterschiedlich von der Brennluft der ursprünglichen Strahlrichtung abgelenkt werden können und bei einer rein geometrischen Ausrichtung der Auslasskanäle auf einen gemeinsamen Treffpunkt gegebenenfalls nicht aufeinander treffen könnten. Dies wird durch die brennluftunterstützte Ausrichtung vermieden. Hierbei kann auch berücksichtigt sein, dass das brennluftunterstützte Aufeinandertreffen der Gasstrahlen in bestimmten Betriebsbereichen, beispielsweise bei einem Volllastbetrieb, erfolgt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest ein Auslasskanal eine beispielsweise zu einem Brennraum ausgerichtete Abrisskante auf. Hierbei ist es ebenfalls so, dass erst durch das Auftreffen des Gasstrahls auf die Abrisskante dieser so umgelenkt wird, dass dieser sich mit einem weiteren Gasstrahl trifft.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest ein Auslasskanal einen Störpunkt auf oder aber wiederum in weiterer Ausgestaltung weist zumindest ein Auslasskanal eine düsenförmige Geometrie auf. Auch diese beiden Varianten führen zu einer definierten Ausrichtung des Gasstrahls und dem Kreuzen mit zumindest einem weiteren Gasstrahl. Dabei können auch mehrere die Strahlrichtung eines Gasstrahls beeinflussende Komponenten, wie Abrisskante und Störpunkt beispielsweise so kombiniert sein, dass sich bei unterschiedlichen Betriebsbereichen unterschiedliche Ablenkungen und Kreuzungspunkte ergeben.
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Die Anordnung, umfassend ein Gasventil und einen Brennraum sieht vor, dass das Aufeinandertreffen der Gasstrahlen bei einem in einem Einlasskanal angeordneten Gasventil schon innerhalb des Einlasskanals oder erst in dem Brennraum erfolgt. Das Gasventil kann aber auch so angeordnet sein, dass es mit den Auslasskanälen direkt in den Brennraum einmündet. Eine Auswahl erfolgt nach den jeweiligen Gegebenheiten.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein dritter Auslasskanal vorhanden, dessen Ausrichtung so ausgerichtet ist, dass dessen Gasstrahl auf eine Umfangswand auftrifft. Diese Ausführungsform ist insbesondere als Ergänzung zu den einander kreuzenden Gasstrahlen vorgesehen. Dabei wird auch durch das Auftreffen des Gasstrahls auf die Umfangswand dieser aufgefächert und aufgelöst, so dass sich eine gute Vermischung mit der Brennluft einstellt. Dabei ist eine Aufheizung der Umfangswand geringer als bei einem alleinigen Auftreffen auf eine solche Umfangswand.
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In Weiterbildung der Erfindung kreuzen zumindest zwei Gasstrahlen in einem Zentralbereich des Brennraums. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine Auffächerung und Auflösung des Gasstrahls und eine gleichzeitige Vermischung mit der Brennluft in den Zentralbereich des Brennraums erfolgt, so dass bei einer anschließenden Entzündung des brennfähigen Gemisches eine homogene und zentrale Verbrennung erfolgt.
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In Weiterbildung weist die Brennluft eine Drallbewegung im Bereich des Zusammentreffens mit den Gasstrahlen auf. Dadurch wird eine besonders intensive Durchmischung des aufgefächerten und aufgelösten Gasstrahls mit der Brennluft erreicht. In Weiterbildung der Erfindung ist der Einlasskanal ein Drallkanal. Durch diese Ausbildung wird der Brennluft beim Durchströmen des Drallkanals eine Drallströmung aufgezwungen. Dabei kann ergänzend vorgesehen sein, in dem Einlasskanal eine Drallklappe anzuordnen, mit der der Drall in Abhängigkeit von Betriebszuständen eingestellt werden kann. Dadurch ergeben sich weitere Steuerungsmöglichkeiten für eine intensive Durchmischung der Brennluft mit dem Gas.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Gasventil an einer Brennkraftmaschine verbaut. Wenn auch der Gegenstand der Erfindung bei einem beliebigen Gasventil zur Einblasung von Gas in Brennluft angewendet werden kann, ist die bevorzugte Anwendung bei einer Brennkraftmaschine gegeben, wobei durch das Gasventil das Gas in den Brennraum der Brennkraftmaschine über deren Einlasskanal oder direkt eingeblasen wird. Dabei wird das eingeblasene Gas mit der ebenfalls in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingelassenen Brennluft vermischt und zur Erzeugung von über Kolben auf eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung verbrannt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gasventils und die dadurch bewirkte intensive Durchmischung mit Brennluft können bei einer Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches schädlich Komponenten in dem Abgas verringert werden und somit die gegebenenfalls nachzubehandelnden Emissionen reduziert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der näher beschrieben ist.
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Es zeigen:
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1 einen Ausschnitt aus einem Einlassbereich eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit einem schematischen Darstellung eines erfindungsgemäßen Gasventils,
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2 eine Detailansicht des Gasaustrittsbereichs eines Gasventil gemäß 1 und
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3 eine Variante eines Austrittsbereichs eines Gasventils gegenüber 2.
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Der in 1 dargestellte Ausschnitt einer Brennkraftmaschine zeigt einen Teilschnitt durch einen Einlassbereich 1 eines Zylinders 2. In dem Zylinder 2 ist ein zumindest einen Kolbenring 4 aufweisender Kolben 3 angeordnet, der über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist und beim Betrieb der Brennkraftmaschine entlang einer Längsachse 6 auf und ab bewegt wird. Im oberen Bereich des Zylinders 2 befindet sich ein Brennraum 5, der von einen Einlassventil 7 gesteuert mit einem Einlasskanal 8 verbindbar ist. Der Einlasskanal 8 und das Einlassventil 7 sind in einem Zylinderkopf 9 angeordnet, der auf dem Zylinder 2 angeordnet und befestigt ist. Das Einlassventil 7 wird von einer Nockenwelle betätigt, die synchron mit der Kurbelwelle dreht. In der der dargestellten offenen Stellung des Einlassventils 7 ist der Einlasskanal 8 mit dem Brennraum 5 strömungsverbunden und durch den Einlasskanal 8 zugeführte Brennluft 10 strömt in den Brennraum 5. In den Brennraum wird über eine Gasventil 11 direkt oder indirekt ein Gas, beispielsweise Erdgas oder ein sonstiges brennbares Gas, gesteuert eingebracht. Das Gas bildet mit der Brennluft 10 ein brennbares Gemisch, das bei einer durch beispielsweise eine in den Brennraum 5 hineinragenden Zündkerze ausgelösten Entzündung verbrennt und den Kolben bei dann geschlossenen Einlassventil 7 zur Erzeugung einer Drehbewegung der Kurbelwelle entlang der Längsachse 6 nach unten bewegt. Nach der Verbrennung wird der Kolben wieder nach oben bewegt und über ein ebenfalls in dem Zylinderkopf angeordnetes Auslassventil wird das verbrannte Gemisch aus dem Brennraum ausgeschoben.
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Das Gasventil 11 weist einen Düsenkörper 12 auf, in den zumindest zwei Auslasskanäle 13a, 13b eingelassen sind. Durch die Auslasskanäle 13a, 13b treten bei einer Zudosierung durch das Gasventil 11 Gasstrahlen 14a, 14b aus, die hervorgerufen durch eine entsprechende Ausrichtung der Auslasskanäle 13a, 13b – gegebenenfalls unterstützt durch einen von der strömenden Brennluft 10 hervorgerufenen Dralleffekt – einen Kreuzungspunkt 15 aufweisen. In dem Kreuzungspunkt 15 treffen die Gasstrahlen 14a, 14b aufeinander und werden dadurch aufgefächert und aufgelöst. Dadurch wird eine gute Durchmischung mit der zugeführten Brennluft 10 gewährleistet. Der Kreuzungspunkt 15 kann – wie dargestellt zusammenwirkend mit den gezeigten Auslasskanälen 13a, 13b und den Gasstrahlen 14a, 14b – in dem Einlasskanal 8 oder aber auch in dem Brennraum 5 angeordnet sein. Die Lage des Kreuzungspunktes 15 ist im Wesentlichen von der Ausbildung des Gasventils 11 und der Anordnung des Gasventils 11 in dem Einlasskanal 8 abhängig. Das Gasventil 11 kann aber so in dem Zylinderkopf 9 angeordnet sein, dass die Auslasskanäle 13a, 13b direkt in den Brennraum 5 einmünden. In diesem Fall ist das Gasventil 11 beispielsweise in einem Bereich zwischen oder neben dem Einlassventil 7 und dem Auslassventil angeordnet. Das Gasventil 11 weist weiterhin zur Zuführung des Gases eine Zuleitung 16 und zur Zumessung des Gases eine Zumesseinrichtung 17 beispielsweise in Form eines Magnetventils auf. Die Zumesseinrichtung 17 kann aber auch durch einen beispielsweise elektromagnetisch bewegten Ventilkörper 18 (2) gebildet sein, der die Auslasskanäle 13a, 13b von der Zuleitung 16 absperrt oder mit der Zuleitung 16 verbindet.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch insbesondere den Düsenkörper 12 des Gasventils 11. Ersichtlich ist die zueinander ausgerichtete Anordnung der Auslasskanäle 13a, 13b, so dass sich unterhalb des Gasventils 11 ein Kreuzungspunkt 15 der aus den Auslasskanälen 13a, 13b austretenden Gasstrahlen 14a, 14b ergibt. Dieses Gasventil 11 weist einen Ventilkörper 18 auf, in den die Zuleitung 16 einmündet. Dieser Ventilkörper 18 ist in einer Führung 19 des Gasventils 11 beispielsweise elektromagnetisch bewegt verstellbar und kann so die Zuleitung 16 mit den Auslasskanälen 13a, 13b verbinden oder voneinander absperren. Das solchermaßen ausgestaltete Gasventil 11 baut besonders kompakt.
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Wie durch Pfeile dargestellt ist, treffen die aus den Auslasskanälen 13a, 13b austretenden Gasstrahlen 14a, 14b einander kreuzend in dem Kreuzungspunkt 15, der auch ein Kreuzungsbereich sein kann, aufeinander und werden aufgefächert und aufgelöst. Die so aufgefächerten und aufgelösten Gasstrahlen vermischen sich intensiv mit der Brennluft 10 und es entsteht ein Gas-Luft-Gemisch, das bei einer Entzündung optimal verbrennt und folglich nur geringe (schädliche und gegebenenfalls nachzubehandelnde) Abgasemissionen erzeugt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 sind jeweils zwei Auslasskanäle 13a, 13b dargestellt. Im Rahmen der Erfindung kann das Gasventil 11 aber auch mehr als zwei Auslasskanäle 13a, 13b aufweisen, die zudem auch mehrere zueinander beabstandete Kreuzungspunkte 15 aufweisen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind Auslasskanäle 13c auf eine Umfangswand 20 ausgerichtet. Die Umfangswand 20 kann die Kanalwand des Einlasskanals 8 oder aber die Zylinderwand des Zylinders 2 sein. Dadurch ergeben sich Kreuzungspunkte 15a der austretenden Gasstrahlen 14c mit der entsprechenden Kanalwand oder Zylinderwand. Auch diese auf die Kanalwand oder die Zylinderwand auftreffenden Gastahlen 14c werden aufgefächert und aufgelöst. Diese Ausgestaltung ist insbesondere additiv zu einer Ausgestaltung gemäß den 1 und 2 im Rahmen der Erfindung umsetzbar und aus Übersichtlichkeitsgründen separat dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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