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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas oder dergleichen, mit einer kompakten Bauweise und sehr guten Dämpfungseigenschaften sowohl bei einem Öffnungsvorgang als auch bei einem Schließvorgang eines Schließelements des Gasinjektors. Der Gasinjektor ist insbesondere für eine Direkteinblasung in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgelegt.
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Gasinjektoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Ein Problemkreis bei Gasinjektoren liegt prinzipbedingt darin, dass aufgrund des gasförmigen, einzublasenden Mediums keine Schmierung durch das Medium möglich ist, wie dies beispielsweise bei Kraftstoffinjektoren, welche Benzin oder Diesel einspritzen, möglich ist. Um die Beweglichkeit des Schließelements, insbesondere einer Ventilnadel, zu ermöglichen, ist es bekannt, flexible Dichtelemente, wie beispielsweise Bälge, zu verwenden. Im Betrieb ist es hierdurch möglich, dass auch aufgrund des gasförmigen Brennstoffs Schwingungsanregungen auftreten, welche insbesondere die Betätigung des Schließelements im Öffnungs- bzw. im Schließvorgang negativ beeinflussen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist hingegen den Vorteil auf, dass eine Schwingungsanregung von Bauteilen des Gasinjektors sowohl beim Öffnungsvorgang als auch beim Schließvorgang unterdrückt werden kann.
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Dadurch ergibt sich beim Betrieb des Gasinjektors eine sehr exakte Einhaltung von vorgegebenen Einblasmengen, Öffnungszeitpunkten und Schließzeitpunkten. Insbesondere kann eine Anregung von Längsschwingungen eines Schließelements verhindert werden. Dadurch werden Beschädigungen von flexiblen Elementen, wie beispielsweise Metallbälgen, im Gasinjektor, welche die Beweglichkeit des Schließelements in Axialrichtung des Gasinjektors sicherstellen, vermieden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Gasinjektor einen Magnetaktor mit einem Anker, einen Innenpol und einer Spule umfasst. Weiterhin umfasst der Gasinjektor ein Schließelement mit einer Ventilnadel, welches einen Gaspfad für den gasförmigen Brennstoff an einem Dichtsitz freigibt und verschließt. Der Dichtsitz ist an einem ersten Ende des Gasinjektors angeordnet und der Gasinjektor vorzugsweise ein nach außen öffnender Injektor. Der Anker ist dabei mit dem Schließelement verbunden. Ferner ist ein abgeschlossener Schmiermittelraum vorgesehen, welcher mit Schmiermittel gefüllt ist und in welchem der bewegliche Anker angeordnet ist. Dabei stellt das Schmiermittel eine Schmierung des Ankers sicher, so dass am Anker kein Verschleiß im Betrieb auftritt. Der Schmiermittelraum umfasst hierbei wenigstens ein erstes flexibles Dichtelement, insbesondere einen Faltenbalg, welches den Schmiermittelraum gegenüber dem Gaspfad abdichtet und somit die axiale Bewegbarkeit des Schließelements sicherstellt, sowie ein zweites flexibles Dichtelement welches einen Ausgleichsraum des Schmiermittelraums bereitstellt. Ferner umfasst der Gasinjektor ein Rückstellelement, insbesondere eine Schließfeder in Form einer Zylinderfeder, wobei das Rückstellelement das Schließelement in eine geschlossene Ausgangsstellung zurückstellt. Der Gasinjektor umfasst ferner eine Öffnungsbremseinrichtung, welche eine Belastung des ersten flexiblen Dichtelements und des zweiten flexiblen Dichtelements beim Öffnungsvorgang reduziert und eine Schließbremseinrichtung, welche eine Belastung des ersten flexiblen Dichtelements und des zweiten flexiblen Dichtelements sowie des Dichtsitzes beim Schließvorgang reduziert.
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Die Öffnungsbremseinrichtung reduziert eine Belastung der Ventilbaugruppe und insbesondere des ersten flexiblen Elements, welches am Schließelement angeordnet ist. Auch kompensiert die Öffnungsbremseinrichtung die Tatsache, dass bei Gasinjektoren ein Hub des Schließelements im Vergleich mit Benzin- oder Diesel-Kraftstoffinjektoren sehr groß ist, was eine Schwingungsanfälligkeit von Bauteilen des Gasinjektors tendenziell vergrößert und zu einer hohen Belastung und Verschleiß an den Öffnungsanschlagflächen zwischen Anker und Innenpol führt. Dem kann die Erfindung deutlich entgegenwirken.
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Die Schließbremseinrichtung stellt ferner während des Schließvorgangs sicher, dass eine Belastung der flexiblen Dichtelemente gering bleibt und das Schließelement am Dichtsitz nicht mit zu großer Wucht aufschlägt, was einerseits zu Beschädigungen der Bauteile führen kann und andererseits möglicherweise sogenanntes „Prellen“ auftritt, bei dem das Schließelement nach erfolgtem Schließen aufgrund der Wucht des Schließvorgangs wieder vom Dichtsitz kurzzeitig abhebt, so dass kurzzeitig Gas zusätzlich in den Brennraum eingebracht wird, welches nicht genutzt werden kann.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Weiter bevorzugt umfasst der Gasinjektor einen Ankerbolzen, welcher im Schmiermittelraum angeordnet ist und/oder mit dem Schließelement verbunden ist. Die Öffnungsbremseinrichtung und/oder die Schließbremseinrichtung sind dabei am Ankerbolzen angeordnet. Hierdurch kann ein besonders kompakter Aufbau des Gasinjektors sichergestellt werden. Auch kann durch die Positionierung der Öffnungsbremseinrichtung und/oder der Schließbremseinrichtung im Inneren des Schmiermittelraums eine hydraulische Dämpfung sowohl im Öffnungsvorgang als auch im Schließvorgang realisiert werden.
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Vorzugsweise umfasst die Öffnungsbremseinrichtung einen ersten Kolben, eine erste Dämpfungsfeder einen ersten Dämpfungsraum. Weiter bevorzugt umfasst die Schließbremseinrichtung einen zweiten Kolben, eine zweite Dämpfungsfeder und einen zweiten Dämpfungsraum. Die Öffnungsbremseinrichtung umfasst weiter bevorzugt noch einen Anschlagring, welcher vorzugsweise am Ankerbolzen angeordnet ist und eine Dämpfung im Öffnungsvorgang erst verzögert ermöglicht. Dadurch wird sichergestellt, dass die Dämpfung beim Öffnungsvorgang erst gegen Ende des Öffnungshubs einsetzt.
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Um einen besonders kompakten Aufbau zu erreichen ist vorzugsweise der zweite Kolben zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, im ersten Kolben angeordnet.
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Um einen weiteren kompakten Aufbau der Anordnung zu ermöglichen, ist der Ankerbolzen vorzugsweise durch den ersten und zweiten Kolben hindurchgeführt. Somit sind der erste und zweite Kolben der beiden Bremseinrichtungen ringförmig ausgebildet.
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Weiter bevorzugt weist der erste Kolben an einem Innenumfang einen Absatz als Anschlag für den zweiten Kolben auf. Hierdurch wird die Integration des ersten und zweiten Kolbens ineinander weiter verstärkt, so dass ein Bauraum und Aufbau des Gasinjektors weiter reduziert werden kann.
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Weiter bevorzugt ist der zweite Kolben mit Spiel auf dem Ankerbolzen angeordnet. Hierdurch wird ein schnelles Einsetzen der Dämpfungswirkung, insbesondere beim Schließvorgang, erreicht.
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Vorzugsweise ist eine Federkraft der ersten Dämpfungsfeder der Öffnungsbremseinrichtung größer als eine Federkraft der zweiten Dämpfungsfeder der Schließbremseinrichtung. Die Federkraft der ersten Dämpfungsfeder ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die Federkraft der zweiten Dämpfungsfeder. Hierdurch kann zusätzlich sichergestellt werden, dass die Dämpfung beim Öffnungsvorgang erst gegen Ende des vollständigen Öffnungshubes einsetzt.
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Weiter bevorzugt weist der Ankerbolzen einen Absatz auf, an welchem der zweite Kolben der Schließbremseinrichtung angeordnet ist. Um möglichst einen kleinen Durchmesser für den Schmiermittelraum bereitzustellen, weist der Anker vorzugsweise Durchtrittsöffnungen für das Schmiermittel auf.
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Weiter bevorzugt ist der Ankerbolzen in einer Führungsscheibe geführt. Die Führungsscheibe dient vorzugsweise auch zur Abstützung der ersten Dämpfungsfeder der Öffnungsbremseinrichtung.
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Die Führungsscheibe weist weiter bevorzugt einen axial vorstehenden Ringabsatz auf, welcher bevorzugt zumindest teilweise in den Anker vorsteht, welcher eine entsprechende Ausnehmung aufweist.
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Die erste Dämpfungsfeder ist vorzugsweise zwischen der Führungsscheibe und dem ersten Kolben angeordnet. Die zweite Dämpfungsfeder ist vorzugsweise zwischen einem Speicherkörper, der im Schmiermittelraum angeordnet ist, und dem zweiten Kolben angeordnet.
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Das erste und zweite flexible Element ist vorzugsweise ein Faltenbalg, insbesondere ein Metallfaltenbalg. Dabei ist bevorzugt ein erster Durchmesser des ersten flexiblen Elements kleiner als ein zweiter Durchmesser des zweiten flexiblen Elements.
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Weiter bevorzugt umfasst der Gasinjektor eine erste, zweite und dritte Nadelführung, welche die Ventilnadel beim Öffnungsvorgang und beim Schließvorgang führen. Hierbei sind die erste und die zweite Nadelführung im Gaspfad angeordnet und die dritte Nadelführung ist im Schmiermittelraum angeordnet. Das Rückstellelement ist ebenfalls im Schmiermittelraum angeordnet. Somit erzeugen Bewegungen des Rückstellelements und der dritten Nadelführung, welche durch das Schmiermittel des Schmiermittelraums geschmiert sind, keinen oder höchstens einen minimalen, vernachlässigbaren Verschleiß. Die erste und die zweite Nadelführung, die im Gaspfad angeordnet sind, befinden sich somit außerhalb des Schmiermittelraums. Falls im Betrieb ein Kippmoment durch das Rückstellelement auf die Ventilnadel ausgeübt wird, kann dieses Kippmoment sicher durch die beiden im Gaspfad angeordnete erste und zweite Nadelführung aufgenommen werden. Hierdurch wird ein Durchbiegen der Ventilnadel, welches durch das möglicherweise auftretende Kippmoment erzeugt werden könnte, durch die beiden ersten und zweiten Nadelführungen unterbunden. Dadurch bleibt der Dichtsitz in allen Betriebssituationen geschlossen bzw. ein Verkippen der Ventilnadel am Dichtsitz und damit ein unzureichender Schließvorgang kann verhindert werden. Somit ist die Ventilnadel durch eine Doppelführung außerhalb des Schmiermittelraums und eine Führung im Schmiermittelraum sicher geführt.
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Vorzugsweise ist ein erster Abstand A1 zwischen der ersten und der zweiten Nadelführung in Axialrichtung X-X des Gasinjektors kleiner als ein zweiter Abstand A2 zwischen der zweiten und dritten Nadelführung in Axialrichtung X-X. Hierdurch ist eine besonders gute Aufnahme von möglicherweise auftretenden Kippmomenten durch die erste und zweite Nadelführung gegeben. Der zweite Abstand A2 ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß, weiter bevorzugt mindestens dreifach so groß, wie der erste Abstand A1.
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Weiter bevorzugt weisen die erste und/oder zweite und/oder dritte Nadelführung jeweils einen ringförmigen Führungsbereich auf, welcher über Stege mit der Ventilnadel des Schließelements verbunden ist, derart, dass Durchbrüche für einen Fluiddurchtritt zwischen den Stegen vorhanden ist. Dies ist insbesondere an der ersten und zweiten Nadelführung vorteilhaft, welche im Gasführungsbereich des Gasinjektors angeordnet sind, um möglichst große Gasmengen durch den ersten und zweiten Führungsbereich bei geöffnetem Gasinjektor hindurchströmen lassen zu können. Der ringförmige Führungsbereich ist dabei vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs geschlossen. Um eine Reibung während des Öffnungs- und Schließvorgangs des Schließelements möglichst klein zu halten, ist eine Breite des ringförmigen Führungsbereichs möglichst klein gewählt. Besonders bevorzugt sind hierbei drei Stege vorgesehen, welche die Ventilnadel mit dem ringförmigen Führungsbereich verbinden. Die Stege sind vorzugsweise in gleichem Abstand entlang des Umfangs angeordnet.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Stege zwischen der Ventilnadel und den ringförmigen Führungsbereichen in einem spitzen Winkel zum ringförmigen Führungsbereich angeordnet. Hierdurch ist es möglich, dass ein Durchströmungsquerschnitt im Bereich der Führungen vergrößert wird, was insbesondere bei der ersten und zweiten Nadelführung vorteilhaft ist, welche im Gasführungsbereich liegen. Vorzugsweise sind die Stege in Durchströmungsrichtung durch die Durchbrüche nach dem Führungsbereich angeordnet. Alternativ sind die Stege zwischen der Ventilnadel und dem ringförmigen Führungsbereich der Nadelführungen in einem rechten Winkel zur Ventilnadel angeordnet.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Ventilnadel ferner auch ein Teller angeordnet, an welchem das erste flexible Dichtelement fixiert ist. Hierdurch kann eine einfache Verbindung zwischen Schließelement und erstem flexiblem Dichtelement, welches den Schmiermittelraum abdichtet, erreicht werden.
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Vorzugsweise sind die erste und zweite Nadelführung am gleichen Bauteil geführt. Das Bauteil ist vorzugsweise ein zylindrischer Ventilkörper, an welchem auch der Dichtsitz angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Führungsflächen für die erste und zweite Nadelführung in einer Aufspannung hergestellt werden können, was fertigungstechnisch große Vorteile bietet und weiterhin die Herstellungskosten reduziert.
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Um eine Bauteileanzahl weiter zu reduzieren, ist vorzugsweise die dritte Nadelführung auch zur Abstützung des Rückstellelementes, welches im Schmiermittelraum angeordnet ist, eingerichtet. Die dritte Nadelführung kann hierbei vorzugsweise als Teller mit Durchbrüchen für das Schmiermittel während des Öffnungs- und Schließvorgangs des Schließelements ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist das Schließelement mit den drei Nadelführungen als einteiliges Bauteil ausgebildet. Hierdurch können Schweißnähte oder dgl. vermieden werden, welche häufig eine Quelle von Verschmutzungen im Betrieb des Gasinjektors sind, welche dann zu Dichtigkeitsproblemen am Dichtsitz oder dgl. führen können. Ein mehrteiliges, aus miteinander verschweißten Einzelelementen, aufgebautes Schließelement ist zur Reduzierung von Zerspanungsvolumen und zur Einsparung von Herstellkosten ebenfalls bevorzugt.
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Das erste und/oder zweite flexible Dichtelement ist vorzugsweise ein Metallbalg. Der Metallbalg stellt einerseits eine sehr gute Beweglichkeit bereit, um die Axialbewegungen des Schließelements zu ermöglichen und andererseits kann dadurch der Metallbalg möglichst nahe am heißen Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet werden. Dadurch kann eine axiale Länge des Gasinjektors weiter reduziert werden. Alternativ ist das erste flexible Dichtelement ein Kunststofffaltenbalg oder eine Membran oder ein Gummielement.
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Um eine axiale Baulänge des Gasinjektors weiter zu reduzieren, ist vorzugsweise ein elektrischer Anschluss des Gasinjektors und/oder ein Gaszulauf des Gasinjektors seitlich am Gasinjektor angeordnet.
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Weiter bevorzugt weist der Gasinjektor einen Kegeldichtsitz auf. Vorzugsweise umfasst hierbei das Schließelement an einem zum Brennraum gerichteten Ende eine Dichtscheibe, welche an einem Dichtsitz eine oder mehrere Durchgangsöffnungen freigibt. Der Gasinjektor ist dabei vorzugsweise als ein nach außen öffnender Injektor ausgebildet. Dadurch kann ein Dichtsitz bereitgestellt werden, welcher das Brenngas hohlkegelförmig in die Brennkammer bläst.
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Vorzugsweise wird als Schmiermittel ein Öl, insbesondere ein synthetisches Öl oder Mineralöl verwendet. Alternativ wird ein flüssiger Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin verwendet. Weiter alternativ wird als Schmiermittel ein Fett verwendet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Gasinjektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 2 eine schematische Teil-Schnittansicht des Gasinjektors von 1.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 ein Gasinjektor 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Gasinjektor 1 zum Einbringen eines gasförmigen Brennstoffs einen Magnetaktor 2, welcher ein nach außen öffnendes Schließelement 3 von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand bewegt. Die 1 zeigt dabei den geschlossenen Zustand des Gasinjektors.
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Der Magnetaktor 2 umfasst einen Anker 20, welcher mittels eines Ankerbolzens 24 mit dem Schließelement 3 verbunden ist. Ferner umfasst der Magnetaktor 2 einen Innenpol 21, eine Spule 22 und ein Magnetgehäuse 23, welches einen magnetischen Rückschluss des Magnetaktors sicherstellt.
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Weiterhin umfasst der Gasinjektor 1 einen Hauptkörper 7 mit einem Gaszulauf 70, durch welchen der gasförmige Brennstoff zugeführt wird. Der Gaszulauf 70 ist in Axialrichtung X-X am Hauptkörper 7 angeordnet. Der Hauptkörper 7 ist mit einem Ventilgehäuse 8 verbunden, in welchem der Magnetaktor 2 angeordnet ist.
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An das Ventilgehäuse 8 schließt sich eine Gehäusehülse 19 an, an dessen freiem Ende an einem Ventilsitzbauteil 93 ein Dichtsitz 11 vorgesehen ist, an welchem das Schließelement 3 einen Durchlass für den gasförmigen Brennstoff freigibt und verschließt.
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In 1 ist schematisch ein elektrischer Anschluss 13, welcher durch den Hauptkörper 7 bis zum Magnetaktor 2 geführt ist, dargestellt. Der elektrische Anschluss 13 ist seitlich am Hauptkörper 7 angeordnet.
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Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Rückstellelement für das Schließelement 3, um dieses nach einem Öffnungsvorgang wieder in den in 1 gezeigten geschlossenen Zustand zurückzustellen.
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In 1 ist ferner eine Gasströmung als Gaspfad 14 durch den Gasinjektor 1 dargestellt. Die Gasströmung beginnt dabei am Gaszulauf 70 und wird dann umgeleitet und führt durch den Hauptkörper 7. Die Gasströmung 14 geht dabei weiter an einem Außenbereich des Magnetaktors 2 vorbei durch einen Filter 15 bis vor zum Dichtsitz 11. Hierbei sind entsprechend Durchbrüche in den jeweiligen Bauteilen vorgesehen, welche in 1 nicht alle gezeigt sind.
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Beim Öffnen des Gasinjektors 1 strömt dann der gasförmige Brennstoff am Außenumfang des Magnetaktors 2 und am geöffneten Dichtsitz 11 vorbei in einen Brennraum 100 einer Brennkraftmaschine, was in 1 durch die Pfeile A angedeutet ist.
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Das Schließelement 3 umfasst eine Ventilnadel 30 mit einem Sitzteller 30a, welcher an dem zum Brennraum gerichteten Ende des Schließelements angeordnet ist. Der Dichtsitz 11 ist dabei zwischen dem Sitzteller 30a und dem Ventilsitzbauteil 93, welches im Wesentlichen ein zylindrisches Rohr ist, ausgebildet.
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Das Schließelement 3 umfasst ferner eine erste Nadelführung 31, eine zweite Nadelführung 32 und eine dritte Nadelführung 33. Die zwei Nadelführungen 31, 32 sind vorzugsweise einstückig mit der Ventilnadel 30 ausgebildet.
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Weiter umfasst der Gasinjektor 1 einen abgeschlossenen Schmiermittelraum 4. Der abgeschlossene Schmiermittelraum 4 ist vollständig oder teilweise mit einem flüssigen Schmierstoff gefüllt, z.B. Öl.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, wird der Schmiermittelraum 4 durch ein erstes flexibles Dichtelement 51, den Innenpol 21, eine Hülse 18, einen Speicherkörper 17 und ein zweites flexibles Dichtelement 52 definiert. Das erste und zweite flexible Dichtelement 51, 52 ist jeweils als Metall-Faltenbalg ausgebildet.
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Das Schließelement 3 umfasst ferner auch einen Teller 34, an welchem sich das erste flexible Dichtelement 51 abstützt.
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Im Speicherkörper 17 sind mehrere Verbindungsbohrungen 77 ausgebildet, welche den Innenbereich des zweiten flexiblen Dichtelements 52 mit den anderen Bereichen des Schmiermittelraums 4 verbinden. Wie aus 1 ersichtlich ist, weist das zweite flexible Dichtelement 52 einen relativ großen Durchmesser auf, der größer als der Durchmesser des ersten flexiblen Dichtelements 51 ist. Ferner ist eine Speicherdruckfeder 40 vorgesehen, welche sich am Hauptkörper 7 abstützt.
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Das zweite flexible Dichtelement 52 dient dabei als Ausgleichsraum für das im Schmiermittelraum 4 befindliche Schmiermittel. Dadurch können Druckschwankungen im Schmiermittelraum 4 ausgeglichen werden.
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Das erste flexible Dichtelement 51 ist ferner direkt am Schließelement 3 am Teller 34 fixiert und am anderen Ende mit einer Führungshülse 35 verbunden. Die dritte Nadelführung 33 ist innerhalb der Führungshülse 35 geführt.
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Somit weist der Schmiermittelraum 4 zwei flexible Dichtelemente 51, 52 sowie die Speicherdruckfeder 40 auf. Die Speicherdruckfeder 40 übt eine gewisse Vorspannung, beispielsweise 1 × 105 Pa, auf das sich im Schmiermittelraum 4 befindliche Schmiermittel auf. Wenn nun bei einem Öffnungsvorgang eine Verdrängung des Schmiermittels durch den Hub des Schließelements 3 oder auch durch Wärmeausdehnung oder Abkühlung des Schmiermittels auftritt, kann ein gegebenenfalls im Inneren des Schmiermittelraums 4 entstehender Überdruck/Unterdruck durch Auslenkung am zweiten flexiblen Dichtelement 52 in Verbindung mit einer Kontraktion der Speicherdruckfeder 40 ausgeglichen werden. Somit kann das erste flexible Dichtelement 51 keine ungewollte, über die Balgwirkfläche wirkende Kraft auf das Schließelement 3 ausüben.
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Im abgeschlossenen Schmiermittelraum 4 ist auch der Ankerbolzen 24 mit dem daran fixierten Anker 20 angeordnet. Da der Schmiermittelraum 4 mit einem Schmiermittel, beispielsweise einem flüssigen Kraftstoff wie Benzin oder Diesel oder einem Fett oder dergleichen gefüllt ist, ist eine kontinuierliche Schmierung des Ankers 20 gegeben. Dadurch kann das im Stand der Technik auftretende Problem bei gasförmigen Brennstoffen, dass eine fehlende Schmierung der bewegten Teile fehlt, kompensiert werden.
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Der Gasinjektor 1 umfasst ferner eine Öffnungsbremseinrichtung 5, welche eine Belastung des ersten und zweiten flexiblen Dichtelements 51, 52 und des Ankeranschlags beim Öffnungsvorgang reduziert sowie eine Schließbremseinrichtung 6, welche eine Belastung des ersten und zweiten flexiblen Dichtelements 51, 52 und des Dichtsitzes 11 beim Schließvorgang reduziert.
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Genauer umfasst die Öffnungsbremseinrichtung 5 einen ersten Kolben 53, eine Dämpfungsfeder 54, einen ersten Dämpfungsraum 55 und einen Anschlagring 56, welcher am Ankerbolzen 24 an dessen freiem Ende, das vom Dichtsitz 11 abgewandt ist, angeordnet ist.
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Die Schließbremseinrichtung 6 umfasst einen zweiten Kolben 63, eine zweite Dämpfungsfeder 64 und einen zweiten Dämpfungsraum 65.
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Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, sind die Öffnungsbremseinrichtung 5 und die Schließbremseinrichtung 6 innerhalb einer zentralen Ausnehmung im Speicherkörper 17 angeordnet. Somit sind die Öffnungsbremseinrichtung 5 und die Schließbremseinrichtung 6 an einer vom Dichtsitz 11 abgewandten Seite des Ankers 20 im Schmiermittelraum 4 angeordnet.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, ist die erste Dämpfungsfeder 54 zwischen einer ortsfesten Führungsscheibe 9, die in einer Hülse 18, welche den Innenpol 21 und den Speicherkörper 17 miteinander verbindet, und dem ersten Kolben 53 abgestützt. Die erste Dämpfungsfeder 54 ist dabei im ersten Dämpfungsraum 55 angeordnet. Im ersten Dämpfungsraum 55 ist ebenfalls Schmiermittel vorhanden, da, wie aus 2 ersichtlich ist, der Ankerbolzen 24 in der Führungsscheibe 9 geführt ist und über diesen Führungsspalt Schmiermittel in den Dämpfungsraum 55 gelangt.
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Die Führungsscheibe 9 weist einen Absatz 91 auf, welcher in Axialrichtung in Richtung des Dichtsitzes 11 vorsteht. Hierbei ist im Anker 20 eine entsprechend ausgebildete Aussparung 20a vorgesehen, so dass ein Volumen des Schmiermittels in diesem Bereich des Gasinjektors reduziert ist.
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Die Schließbremseinrichtung 6 ist an dem vom Dichtsitz 11 abgewandten Ende des Ankerbolzens 24 angeordnet. Hierbei ist die zweite Dämpfungsfeder 64 im zweiten Dämpfungsraum 65 angeordnet. Die zweite Dämpfungsfeder 64 ist dabei zwischen dem Speicherkörper 17 und dem zweiten Kolben 63 angeordnet.
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Wie weiter aus 2 ersichtlich ist, ist der zweite Kolben 63 teilweise innerhalb des ersten Kolbens 64 angeordnet. Hierbei ist am Ankerbolzen 24 ein Absatz 25 vorgesehen, welcher als Anschlag für den zweiten Kolben 63 dient. In 2 ist mit dem Bezugszeichen H1 der Maximalhub des Ankers 20, welcher gleich dem maximalen Öffnungsweg des Schließelements 3 ist, als erster Spalt H 1 eingezeichnet. Ein zweiter Spalt H2 ist zwischen dem Anschlagring 56 und dem zweiten Kolben 63 vorgesehen. Ein dritter Spalt H3 ist zwischen dem zweiten Kolben 63 und dem ersten Kolben 53 in der Schließstellung vorgesehen.
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Die Funktion des Gasinjektors 1 ist dabei wie folgt. Ausgehend von der in den 1 und 2 gezeigten geschlossenen Stellung wird die Spule 22 bestromt, wodurch der Anker 20 in Richtung des Pfeils B (vgl. 2) zum Innenpol 21 gezogen wird. Da der Anker 20 fest mit dem Ankerbolzen verbunden ist, wird auch der Ankerbolzen 24 in Richtung des Pfeils B bewegt, wodurch das Schließelement 3 vom Dichtsitz 11 abhebt und eine Einblasung beginnt.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, wird nach Zurücklegen des zweiten Spalts H2 ein Kontakt zwischen dem Anschlagring 56 und dem zweiten Kolben 63 hergestellt, so dass der zweite Kolben 63 bei weiterer Bestromung ebenfalls in Richtung des Pfeils B bewegt wird. Diese Bewegung des zweiten Kolbens 63 wird auch durch die zweite Dämpfungsfeder 64 unterstützt. Bei weiterer Bestromung bewegt sich der zweite Kolben 63 in Richtung des Pfeils B, so dass der dritte Spalt H3, welcher zwischen dem zweiten Kolben 63 und dem ersten Kolben 53 vorhanden war, überwunden wird. Dann wird die Öffnungsbremseinrichtung 5 aktiviert. Hierbei wird der erste Kolben 53 weiter in Richtung des Pfeils B bewegt, gegen die Federkraft der ersten Dämpfungsfeder 54. Hierbei muss auch Schmiermittel aus dem ersten Dämpfungsraum 55 verdrängt werden, wodurch eine Abbremsung und Dämpfung des Öffnungsvorgangs erreicht wird.
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Das Schmiermittel aus dem ersten Dämpfungsraum 55 strömt dabei über Spalte zwischen dem ersten Kolben 53 und dem Ankerbolzen 24 sowie dem zweiten Kolben 63 und dem Ankerbolzen 24 in den zweiten Dämpfungsraum 65 und über Spalte zwischen erstem Dämpfungskolben 53 und Speicherkörper 17 und erstem Dämpfungskolben 53 und zweitem Dämpfungskolben 63 in den zweiten Dämpfungsraum 65. Weiter gibt es auch noch eine Strömung über Spalte zwischen dem Ankerbolzen 24 und der Führungsscheibe 9. Es sei angemerkt, dass der erste Kolben 53 und der zweite Kolben 63 hierbei jeweils mit Spiel auf dem Ankerbolzen 24 angeordnet sind.
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Sobald die Einblasung beendet werden soll, wird die Bestromung des Magnetaktors beendet, so dass durch das Rückstellelement 10 das Schließelement 2 und damit auch der Ankerbolzen 24 wieder in Richtung der in den 1 und 2 gezeigten Ausgangsstellung zurückgestellt wird. Da der zweite Kolben 63 am Absatz 25 am Ankerbolzen 24 anliegt, wird bei der Rückstellung auch der zweite Kolben 63 in Richtung des Pfeils C bewegt. Hierbei muss der zweite Kolben 63 gegen die Federkraft der zweiten Dämpfungsfeder 64 bewegt werden und es muss Schmiermittel aus dem zweiten Dämpfungsraum über die Spalte zwischen dem ersten und zweiten Kolben und dem Ankerbolzen 24 zum ersten Dämpfungsraum 53 zurückströmen. Dadurch erfolgt eine Dämpfung beim Schließvorgang.
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Es sei angemerkt, dass beim Schließvorgang eine Dämpfungswirkung erst dann eintritt, wenn der erste Kolben 53 an einem Absatz 17a des Speicherkörpers 17 anliegt. Der zweite Kolben 63 der Schließbremseinrichtung 6 hebt dann erst vom Absatz 25 am Ankerbolzen 24 ab und erhöht den Druck im zweiten Dämpfungsraum 65, um die Dämpfung beim Schließvorgang zu bewirken.
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Durch das Spiel zwischen den beiden Kolben und dem Ankerbolzen 24 erhöht sich eine Rückstellgeschwindigkeit der beiden Kolben. Es sei angemerkt, dass statt des Spiels zwischen den Kolben und dem Ankerbolzen 24 auch entsprechende Bohrungen in dem ersten und zweiten Kolben ausgebildet sein können, was fertigungstechnisch jedoch aufwändiger ist als das Vorsehen von Spiel zum Ankerbolzen 24.
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Die Federkraft zur Rückstellung des ersten Kolbens 53 ist dabei vorzugsweise doppelt so hoch wie die Federkraft zur Rückstellung des zweiten Kolbens 63. Somit kann der erfindungsgemäße Gasinjektor ein sowohl beim Öffnungsvorgang als auch beim Schließvorgang insbesondere eine Anregung von Längsschwingungen des ersten flexiblen Dichtelements 51 (erster Faltenbalg) und des zweiten flexiblen Dichtelements 52 (zweiter Faltenbalg) verhindern. Da eine derartige Längsschwingung eine Anzahl von Balgauslenkungen erhöhen würde, kann durch die Erfindung eine Lebensdauer der flexiblen Dichtelemente deutlich erhöht werden. Die Schließbremseinrichtung 6 verhindert ferner ein zu starkes Anschlagen des Schließelements 3 am Dichtsitz 11 während des Schließvorgangs. Somit wird ein Verschleiß des Schließelements und/oder des Dichtsitzes beim Schließen des Gasinjektors reduziert.
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Der in 1 gezeigte Gasinjektor 1 ist dabei druckkraftausgeglichen. Das heißt, das Schließelement 3 ist über das erste flexible Dichtelement 51 mit der Führungshülse 35 verbunden, wobei das als Metallbalg ausgeführte erste flexible Dichtelement 51 einen mittleren Durchmesser aufweist, welcher gleich einem Durchmesser am Dichtsitz 11 ist, an welchem das Schließelement 3 abdichtet. Dadurch ergibt sich keine Druckkraft auf das Schließelement 3, sodass eine magnetische Kraft, welche zum Öffnen des Schließelements 3 notwendig ist, sehr klein gehalten werden kann und insbesondere unabhängig von einem Druck des gasförmigen Brennstoffs ist.
