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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasventilmodul zum Einblasen von gasförmigen Kraftstoffen wie z.B. Erdgas oder Wasserstoff.
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Insbesondere aufgrund von Kostenvorteilen und großen Reserven werden gasförmige Kraftstoffe, wie z.B. Erdgas, im Fahrzeugbereich immer häufiger verwendet. Derartige Kraftstoffe werden mittels eines Gasventils in ein Saugrohr oder direkt in einen Brennraum eingeblasen. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen für große Fahrzeuge, z.B. Lastkraftwagen oder Baumaschinen, müssen in kurzer Zeit große Mengen des gasförmigen Kraftstoffs eingeblasen werden. Weiterhin ergibt sich die Möglichkeit, dass ein zweiter Kraftstoff zugemischt werden muss. Dadurch kann es notwendig sein, z.B. zwei Gasinjektoren vorzusehen. Hierdurch ergibt sich jedoch die Notwendigkeit, mehrere Gasinjektoren am Saugrohr und/oder am Brennraum anzuordnen, was zu großen konstruktiven Änderungen bei den Brennkraftmaschinen führt. Hierdurch entstehen hohe Kosten.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Gasventilmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine große Gasmenge problemlos eingeblasen werden kann, ohne dass konstruktive Änderungen an einer Brennkraftmaschine notwendig sind. Erfindungsgemäß kann die große Gasmenge über einen Anschluss am Saugrohr oder am Brennraum eingeblasen werden. Hierbei umfasst das Gasventilmodul erfindungsgemäß wenigstens einen ersten und einen zweiten Gasinjektor. Erfindungsgemäß kann somit durch Vorsehen von mehreren Gasinjektoren eine einblasbare Gasmenge vergrößert werden. Das erfindungsgemäße Gasventilmodul umfasst ferner ein Gaszufuhrelement mit einem einzelnen Gaszufuhranschluss und einem Gasverteilungsbereich. Der Gasverteilungsbereich verteilt das zugeführte Gas an die vorhandenen Gasinjektoren. Weiterhin ist ein Gasabfuhrelement vorgesehen, welches einen einzelnen Gasabfuhranschluss und einen Gassammelbereich umfasst. Der Gassammelbereich führt das durch die Mehrzahl von Gasinjektoren eingeblasene Gas zusammen und leitet dieses zum Gasabfuhranschluss. Somit kann der Gasabfuhranschluss als einziger Anschluss des Gasventilmoduls am Saugrohr oder am Brennraum angeordnet werden, so dass keine großen konstruktiven Änderungen bei Brennkraftmaschinen, welche eine größere Gasmenge benötigen, notwendig sind.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein besonders einfacher und kompakter Aufbau ergibt sich, wenn das Gasventilmodul ferner bevorzugt ein gemeinsames elektrisches Anschlusselement für die Mehrzahl von Gasinjektoren umfasst.
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Besonders bevorzugt sind alle Gasinjektoren des Gasventilmoduls gleich aufgebaut. Dadurch kann bei der Herstellung der Gasinjektoren eine Serienfertigung mit hohen Stückzahlen realisiert werden. Zur Erhöhung der Gasmenge wird dann jeweils gegebenenfalls ein weiterer Gasinjektor zum Gasventilmodul hinzugefügt.
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Besonders bevorzugt ist das Gasventilmodul derart aufgebaut, dass das Gasventilmodul genau einen ersten, einen zweiten und einen dritten Gasinjektor umfasst. Durch das Vorsehen von drei Gasinjektoren können große Gasmengen eingeblasen werden. Sollte eine Anwendung oder ein Betriebsmodus einmal weniger Gas benötigen, kann auf einfache Weise beispielsweise einer oder zwei der Gasinjektoren abgeschaltet werden, so dass das Gas immer noch über einen oder zwei Gasinjektoren eingeblasen wird.
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Besonders bevorzugt sind die drei Gasinjektoren in Reihe angeordnet.
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Alternativ sind die drei Gasinjektoren in einem Winkel von jeweils 120° angeordnet. Dadurch kann ein besonders kompakter Aufbau erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der Anordnung der drei Gasinjektoren im Winkel von 120° liegt darin, dass eine elektrische Kontaktierung der drei Gasinjektoren am äußeren Umfang der Gasinjektoren möglich ist oder alternativ auch von der Mitte der Anordnung her. Die letzte Alternative ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau.
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Weiter bevorzugt umfasst das Gasventilmodul einen gemeinsamen Gehäusemantel, welcher in Axialrichtung des Gasventilmoduls zwischen dem Gaszufuhrelement und dem Gasabfuhrelement angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt ist der Gehäusemantel eine Kunststoffumspritzung. Zur Fixierung des Gaszufuhrelements und des Gasabfuhrelements und das Gasabfuhrelements ist besonders bevorzugt die Kunststoffumspritzung an das Gaszufuhrelement und/oder das Gasabfuhrelement angespritzt. Dadurch kann eine besonders kostengünstige Herstellung des Gasventilmoduls ermöglicht werden.
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Weiter bevorzugt ist das elektrische Anschlusselement des Gasventilmoduls mittig zwischen den drei Gasinjektoren angeordnet.
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Um neben der elektrischen Kontaktierung auch eine Positionierung durchführen zu können, weist das elektrische Anschlusselement eine Vielzahl von Anlageflächen auf. Die Anlageflächen dienen dabei einerseits für die elektrische Kontaktierung und andererseits für eine exakte Positionierung des elektrischen Anschlusselements in der Mitte der drei Gasinjektoren. Dadurch sind auch die drei Gasinjektoren richtig positioniert, so dass anschließend beispielsweise die Umspritzung mit dem Kunststoffgehäusemantel ermöglicht wird.
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Eine besonders kostengünstige Herstellbarkeit ist möglich, wenn das Gaszufuhrelement und/oder das Gasabfuhrelement als Blechbauteil ausgebildet sind. Dabei sind besonders bevorzugt das Gaszufuhrelement und das Gasabfuhrelement jeweils zweiteilig ausgebildet. Alternativ können das Gaszufuhrelement und das Gasabfuhrelement jedoch auch einteilig vorgesehen werden.
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Weiter bevorzugt ist am Gaszufuhranschluss eine erste Nut vorgesehen, in welcher ein erstes Dichtelement angeordnet ist. Vorzugsweise ist eine zweite Nut ferner am Gasabfuhranschluss vorgesehen, in welchem ein zweites Dichtelement angeordnet ist. Dadurch kann auf einfache Weise gleich ein Dichtelement am Gaszufuhranschluss und am Gasabfuhranschluss vorgesehen werden. Hierdurch kann eine schnelle und einfache Montage des Gasventilmoduls erreicht werden.
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Für eine sichere Fixierung der Gasinjektoren am Gaszufuhrelement und/oder am Gasabfuhrelement sind vorzugsweise Schweißverbindungen zwischen den Gasinjektoren und dem Gaszufuhrelement und/oder dem Gasabfuhrelement vorgesehen. Weiter bevorzugt sind ein oder mehrere Dichtelemente zwischen den Gasinjektoren und dem Gasabfuhrelement vorgesehen, um eine Dichtheit zwischen den Gasinjektoren und dem Gasabfuhrelement zu gewährleisten.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Gasventilmodul. Das Gasventilmodul ist bevorzugt am Saugrohr oder unmittelbar an einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine eines Lastkraftwagens oder eine stationäre Brennkraftmaschine.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Gasventilmoduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine Explosionsdarstellung des Gasventilmoduls von 1,
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3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Gasventilmoduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 eine schematische Schnittansicht eines Gasventilmoduls gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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5 eine schematische Schnittansicht eines Gasventilmoduls gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein Gasventilmodul 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Gasventilmodul 1 genau drei Gasinjektoren, nämlich einen ersten Gasinjektor 2, einen zweiten Gasinjektor 3 und einen dritten Gasinjektor 4.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die drei Gasinjektoren in einem Winkel von jeweils 120° zueinander angeordnet.
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Das Gasventilmodul 1 umfasst ferner ein Gaszufuhrelement 5 und ein Gasabfuhrelement 6. Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Gaszufuhrelement 5 einen einzelnen Gaszufuhranschluss 50 und einen Gasverteilungsbereich 51. Der Gaszufuhranschluss 50 dient zum Zuführen des Gases in das Gasventilmodul. Im Gasverteilungsbereich 51 wird das zugeführte Gas (Pfeil A in 1) verteilt (Pfeile B in 1). Die Verteilung erfolgt dabei zu den drei Gasinjektoren 2, 3, 4. Das Gasabfuhrelement 6 umfasst einen gemeinsamen Gasabfuhranschluss 60 sowie einen Gassammelbereich 61. Wie aus 1 ersichtlich ist, wird das durch die Injektoren 2, 3, 4 eingeblasene Gas im Gassammelbereich 61 gesammelt (Pfeile C) und zum Gasabfuhranschluss 60 zugeführt.
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Vom Gasabfuhranschluss 60 wird das Gas in diesem Ausführungsbeispiel in ein Saugrohr 8 eingeblasen (Pfeil D).
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Ferner ist am Gaszufuhrelement 5 eine Nut 52 vorgesehen, in welcher ein erstes Dichtelement 11, in diesem Ausführungsbeispiel ein O-Ring, angeordnet ist. Am Gasabfuhrelement 6 ist eine zweite Nut 62 vorgesehen, in welcher ein zweites Dichtelement 12 angeordnet ist. Die beiden Dichtelemente 11, 12 dienen dabei zu einer einfachen Montage, so dass ein Hersteller von Brennkraftmaschinen auf schnelle und einfache Weise das Gasventilmodul 1 mit schon allen vorhandenen Dichtungen einbauen kann.
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Weiterhin ist ein gemeinsames elektrisches Anschlusselement 7 vorgesehen, welches die drei Gasinjektoren 2, 3, 4 mit elektrischer Energie versorgt. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, ist das elektrische Anschlusselement 7 halbkreisförmig ausgebildet und weist drei elektrische Kontakte 71, 72, 73 für jeden der Gasinjektoren 2, 3, 4 auf. Das elektrische Anschlusselement 7 kann ein einfaches metallisches Blechbauteil sein.
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Durch die halbkreisförmige Form des elektrischen Anschlusselements 7 erfolgt zusätzlich eine Positionierung der drei Gasinjektoren relativ zueinander. Dadurch wird eine Montage der Gasinjektoren an das Gasabfuhrelement und das Gaszufuhrelement 5 vereinfacht.
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Wie weiterhin aus 2 ersichtlich ist, sind drei zusätzliche Dichtelemente 13 an den Gasinjektoren vorgesehen, um eine Abdichtung zwischen den Gasinjektoren und dem Gassammelbereich 61 vorzusehen.
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Weiterhin umfasst das Gasventilmodul 1 einen Gehäusemantel 9. Der Gehäusemantel 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Kunststoffumspritzung. Der Gehäusemantel 9 ist dabei derart vorgesehen, dass er in Axialrichtung X-X des Gasventilmoduls an einem Ende am Gaszufuhrelement 5 und am anderen Ende am Gasabfuhrelement 6 angespritzt ist. Dadurch kann eine sichere Abdichtung des Gasventilmoduls erreicht werden.
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Erfindungsgemäß kann somit ein sehr kompaktes Gasventilmodul 1 vorgesehen werden, wobei die drei Gasinjektoren 2, 3, 4 gleich aufgebaut sind. Dadurch kann eine Massenfertigung von gleichen Gasinjektoren ermöglicht werden und durch die geschickte Anordnung in mehrere Gasinjektoren im Gasventilmodul 1 eine Einblasmenge in eine Brennkraftmaschine erhöht werden, wobei lediglich eine einzige Einblasstelle, nämlich am Gasabfuhranschluss 60, vorhanden ist. Dadurch kann eine Auslegung und Konstruktion von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Großmotoren, vereinfacht werden. Dabei kann erfindungsgemäß eine Vielzahl von kleineren Gasinjektoren verwendet werden. Durch das Vorsehen eines gemeinsamen elektrischen Anschlusselements 7 ist auch nur ein Stecker und somit eine günstige Ausgestaltung eines Kabelbaums möglich.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist besonders bevorzugt als aufgeladene Brennkraftmaschine vorgesehen.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind das Gaszufuhrelement 5 und das Gasabfuhrelement 6 als Blechbauteile vorgesehen. Dabei sind das Gaszufuhrelement 5 und das Gasabfuhrelement 6 jeweils zweiteilig ausgebildet. Es sei jedoch angemerkt, dass das Gaszufuhrelement 5 und das Gasabfuhrelement 6 auch einteilig vorgesehen sein können. Weiterhin kann für eine sichere Fixierung der drei Gasinjektoren eine Schweißverbindung zwischen den Gasinjektoren und dem Gaszufuhrelement 5 einerseits und/oder zwischen den Gasinjektoren und dem Gasabfuhrelement 6 andererseits vorgesehen werden.
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3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Gasventilmoduls 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 zeigt schematisch nur die Gasinjektoren 2, 3, 4 und das elektrische Anschlusselement 7. Wie aus 3 ersichtlich ist, ist das elektrische Anschlusselement 7 im zweiten Ausführungsbeispiel mittig zwischen den drei Gasinjektoren 2, 3, 4 angeordnet. Dadurch wird ein noch weiterer kompakterer Aufbau ermöglicht, da ein Gehäusemantel 9 des Gasventilmoduls 1 unmittelbar am Außenumfang der Gasinjektoren vorgesehen sein kann. Wie aus 3 ersichtlich ist, weist das gemeinsame elektrische Anschlusselement 7 eine Vielzahl von Anschlussflächen 70 auf, welche gleichzeitig auch zur Positionierung der drei Gasinjektoren 2, 3, 4 und des elektrischen Anschlusselements 7 zueinander dienen. Dadurch kann eine einfache Montage ermöglicht werden.
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Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel des ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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4 zeigt ein Gasventilmodul 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist das Gasventilmodul 1 des dritten Ausführungsbeispiels derart aufgebaut, dass das Gaszufuhrelement 5 und das Gasabfuhrelement 6 einteilig vorgesehen sind. Das Gaszufuhrelement 5 und das Gasabfuhrelement 6 können dabei als Fräsbauteile vorgesehen werden oder alternativ auch als MIM-Bauteile (metal injection molding) (Metallpulverspritzguss) hergestellt werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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5 zeigt ein Gasventilmodul 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Gasventilmodul 1 des vierten Ausführungsbeispiels umfasst ebenfalls genau drei Gasinjektoren 2, 3, 4. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind die drei Gasinjektoren 2, 3, 4 beim vierten Ausführungsbeispiel jedoch in Reihe angeordnet. Das Gaszufuhrelement 5 und das Gasabfuhrelement 6 des vierten Ausführungsbeispiels sind wieder als Blechbauteile 5 vorgesehen. Das elektrische Anschlusselement 7 ist entsprechend der Reihenanordnung der Gasinjektoren 2, 3, 4 ebenfalls linear vorgesehen. Eine Ausrichtung der Gasinjektoren 2, 3, 4 kann dabei vor der Montage des Gaszufuhrelements 5 und das Gasabfuhrelements 6 am elektrischen Anschlusselement 7 erfolgen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
