WO2024132257A1 - Gas injector having optimized valve housing - Google Patents

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WO2024132257A1
WO2024132257A1 PCT/EP2023/078820 EP2023078820W WO2024132257A1 WO 2024132257 A1 WO2024132257 A1 WO 2024132257A1 EP 2023078820 W EP2023078820 W EP 2023078820W WO 2024132257 A1 WO2024132257 A1 WO 2024132257A1
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WO
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gas injector
support body
annular space
injector according
closing element
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PCT/EP2023/078820
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German (de)
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Inventor
Martin Haug
Dietmar Schmieder
Daniel BOSSE
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F02M21/029—Arrangement on engines or vehicle bodies; Conversion to gaseous fuel supply systems
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    • F02M21/0281—Adapters, sockets or the like to mount injection valves onto engines; Fuel guiding passages between injectors and the air intake system or the combustion chamber

Definitions

  • the present invention relates to a gas injector for injecting a gaseous fuel, in particular hydrogen or natural gas or the like, with very robust and durable guide properties for guiding a long valve needle of a closing element of the gas injector and a valve housing optimized with regard to power transmission.
  • the gas injector is designed in particular for direct injection into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Gas injectors are known in various designs from the state of the art.
  • One problem with gas injectors is that, due to the gaseous medium being injected, lubrication by the medium is not possible, as is the case with fuel injectors that inject petrol or diesel, for example. This results in excessive wear during operation compared to fuel injectors for liquid fuels, particularly in an area that guides a valve needle.
  • a compact design is often necessary due to the increasing miniaturization of internal combustion engines.
  • an internal "force path" initiated by hold-down forces of a hold-down device leads over various components of the valve housing, which are radially offset from one another, so that weld seams in the connecting areas of these valve housing components are exposed to high shear stresses, so that with hold-down forces of e.g. 15 kN, no longer permissible stresses with regard to the strength of the joints can be expected. Disclosure of the invention
  • the gas injector has a valve housing that is optimized with regard to power transmission.
  • the gas injector has a thin-walled and tubular valve housing that forms the radially outer end and delimits an annular space for supplying the gaseous fuel in the direction of the sealing seat radially outwards, and a housing component that delimits the annular space radially inwards.
  • the housing component that delimits the annular space radially inwards is formed according to the invention by an inlet-side main body, a magnet pot and a support body, wherein the support body is sleeve-shaped and has a jacket region and a base region, and the base region forms a radial collar with which the support body and thus the gas injector can be supported at least indirectly on a cylinder head.
  • the support body serves for the optimized transmission of axial forces within the gas injector, which in the installed state is introduced by hold-down forces of a hold-down device acting on the inlet side and counter to the effective direction of the support force of the gas injector on the cylinder head.
  • the main body, the magnet pot and the support body are provided with a largely identical outer diameter over the length of the annular space.
  • the main body, the magnet pot and the support body are provided with largely the same wall thickness over the length of the annular space.
  • the support body is supported with its radial collar on a sealing disk resting on the cylinder head.
  • the radial collar of the support body should have an axial wall thickness of at least 2.5 mm.
  • the gas injector preferably has a conical seat or a ball-conical seat.
  • the closing element preferably comprises a sealing disk at an end directed towards the combustion chamber, which opens one or more through openings at a sealing seat.
  • the gas injector is preferably designed as an injector that opens outwards. This makes it possible to provide a sealing seat that lies in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the gas injector.
  • an oil in particular a synthetic oil
  • a liquid fuel in particular diesel or petrol
  • a grease is used as the lubricant.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a gas injector according to a known embodiment
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a gas injector according to an embodiment of the invention. Preferred embodiment of the invention
  • a gas injector 1 according to a preferred embodiment of the invention is described in detail below with reference to Figures 1 and 2, wherein Figure 1 shows a gas injector 1 known in terms of basic structure, on which the basic structure of the gas injector 1 is explained for a better understanding of the invention, so that the essential aspects of the inventive design of the gas injector 1 according to Figure 2 become particularly clear in comparison to a known solution.
  • the gas injector 1 for introducing a gaseous fuel comprises a magnetic actuator 2, which moves an outwardly opening closing element 3 from a closed state to an open state.
  • Figure 1 shows the closed state of the gas injector.
  • the magnetic actuator 2 comprises an armature 20, which is connected to the closing element 3 by means of an armature bolt 24.
  • the magnetic actuator 2 further comprises an inner pole 21, a coil 22 and a magnet housing 23, which ensures a magnetic return of the magnetic actuator 2.
  • the gas injector 1 also comprises a main body 7 with a gas inlet 70 through which the gaseous fuel is supplied.
  • a valve housing 8 in which the magnetic actuator 2 is arranged is fixed to the main body 7.
  • a housing sleeve 19 is connected to the valve housing 8, at the free end of which a sealing seat 11 is provided on a valve seat component 93, at which the closing element 3 opens and closes a passage for the gaseous fuel.
  • Figure 1 schematically shows an electrical connection 13 which is guided through the main body 7 and the valve housing 8 to the magnetic actuator 2.
  • the reference numeral 10 designates a return element in the form of a helical spring for the closing element 3 in order to return it to the closed state shown in Figure 1 after an opening process.
  • Figure 1 also shows a gas flow as a gas path 14 through the gas injector 1.
  • the gas flow begins at the gas inlet 70 and is then diverted into an annular space 80 between the valve housing 8 and the main body 7.
  • the gas flow 14 continues past an outer region of the magnetic actuator 2 through a filter 15 downstream to the sealing seat 11.
  • Corresponding openings are provided in the respective components, which are not all shown in Figure 1.
  • the closing element 3 comprises a valve needle 30 with a seat plate 30a, which is arranged at the end of the closing element directed towards the combustion chamber.
  • the sealing seat 11 is formed between the seat plate 30a and the valve seat component 93, which is a cylindrical tube.
  • the closing element 3 further comprises a first needle guide 31, a second needle guide 32 and a third needle guide 33.
  • the three needle guides 31, 32, 33 are formed in one piece or in multiple pieces with the valve needle 30.
  • the closing element 3 further comprises a plate 34 which is arranged in the axial direction X-X between the second needle guide 32 and the third needle guide 33.
  • the gas injector 1 comprises a closed lubricant chamber 4.
  • the closed lubricant chamber 4 is completely or partially filled with a liquid lubricant, e.g. oil.
  • the lubricant chamber 4 is defined by a first flexible sealing element 51, the inner pole 21, the magnet housing 23, a guide body 18 and a second flexible sealing element 52.
  • the first and second flexible sealing elements 51, 52 are each designed as a bellows or corrugated bellows. It should be noted that the flexible sealing elements 51, 52 may also be, for example, a membrane or a hose or the like instead of a bellows.
  • the second flexible sealing element 52 is fixed to a storage spring plate 41, for example by means of a welded connection.
  • the gas injector 1 also comprises a storage pressure spring 40, which is supported on the main body 7 and pre-tensions the second flexible sealing element 52 via the storage spring plate 41.
  • Connecting holes 18a are provided in the guide body 18, so that the lubricant located in the lubricant chamber 4 is also located in the area inside the second flexible sealing element 52.
  • the first flexible sealing element 51 is fixed directly to the closing element 3 on the plate 34 and is connected at the other end to a guide sleeve 9.
  • the third needle guide 33 is guided within the guide sleeve 9.
  • the lubricant chamber 4 thus has two flexible sealing elements 51, 52 and the accumulator pressure spring 40.
  • the accumulator pressure spring 40 exerts a certain preload, for example 1 x 10 5 Pa, on the lubricant in the lubricant chamber 4. If, during an opening process, the lubricant is displaced by the stroke of the closing element 3 or by thermal expansion or cooling of the lubricant, any overpressure/underpressure that may arise inside the lubricant chamber 4 can be compensated by deflection of the second flexible sealing element 52 in conjunction with a contraction of the accumulator pressure spring 40.
  • the flexible sealing element 51 can therefore not exert any unwanted force on the closing element 3 via the bellows effective surface.
  • the anchor bolt 24 with the anchor 20 fixed to it is also arranged in the closed lubricant chamber 4. Since the lubricant chamber 4 is filled with a lubricant, for example an oil with a viscosity of petrol or diesel or a grease or the like, the anchor 20 is continuously lubricated. This can compensate for the problem that occurs in the prior art with gaseous fuels, namely a lack of lubrication of the moving parts.
  • the third needle guide 33 is also arranged in the lubricant chamber 4.
  • the third needle guide 33 is guided, for example, inside the guide sleeve 9.
  • the return element 10 is also arranged inside the guide sleeve 9 and is supported on a shoulder 9a of the guide sleeve 9 and the third needle guide 33.
  • the third needle guide 33 therefore has two functions, namely guiding the valve needle 30 and supporting the return element 10. Corresponding openings 33a are provided in the third needle guide 33 so that the lubricant in the lubricant chamber 4 can pass through these
  • the guide sleeve 9 is connected to the first flexible sealing element 51, for example by means of a welded connection.
  • the third needle guide 33 is arranged in the lubricant chamber 4, there is sufficient lubrication in all operating situations of the gas injector, so that no wear occurs on the third needle guide during operation.
  • the first needle guide 31 and the second needle guide 32 are arranged in the gas path 14.
  • the gas injector 1 is designed to be very slim overall, without undesirable transverse forces being exerted on the valve needle 30 during operation due to tilting moments of the return element 10 or the first flexible sealing element 51, so that the gas injector can always seal in all operating situations and can also be safely returned to the closed, sealing state after an opening process.
  • the wear on the valve needle guides is therefore also negligible.
  • a braking device 6 is also arranged in the closed lubricant chamber 4.
  • the braking device 6 comprises a brake bolt 60, a brake spring 61 and a damping chamber 62.
  • the damping chamber 62 is in fluid communication with the lubricant chamber 4.
  • the brake bolt 60 and the elastic brake element 61 are in operative connection with the closing element 3 during a return process of the gas injector to the closed starting position.
  • lubricant is displaced from the damping chamber 62 into the lubricant chamber 4 in order to provide additional damping during the return of the Brake bolt 60 in the closed state of the gas injector.
  • the brake bolt 60 is guided in the guide body 18.
  • the damping chamber 62 is formed directly on the brake bolt 60 on a side of the brake bolt 60 facing away from the sealing seat 11.
  • the damping chamber 62 is connected to the connecting bores 18a and thus to the main area of the lubricant chamber 4 via a throttle 63, which is a small bore.
  • the brake spring 61 is arranged in a spring chamber 67.
  • the brake bolt 60 has a contact surface which is in contact with the anchor bolt 24. In the closed state, there is a first gap 101 between the brake bolt 60 and a stationary anchor bolt guide 25.
  • the anchor bolt guide 25 guides the anchor bolt 24 during an opening and closing process.
  • the brake spring 61 is arranged between the brake bolt 60 and the guide body 18.
  • the brake bolt 60 has a flange which is provided with play in relation to the guide body 18.
  • the first gap 101 is also formed between the contact surface of the brake bolt 60 and the armature bolt guide 25.
  • the gap 101 has a first width which is smaller than a second width between the armature 20 and the inner pole 21 at a second gap 102. This ensures that a stroke of the brake bolt 60, which is prestressed in the axial direction by the compression spring 61, is smaller than a stroke of the armature 20. This allows sufficient fluid to flow from the lubricant chamber 4 via the throttle 63 into the damping chamber 62 during the blowing process.
  • the anchor bolt 24 hits the contact surface of the brake bolt 60. This presses the brake bolt 60 against the fluid in the damping chamber 62. Due to the throttle 63, the fluid cannot be pressed out of the damping chamber 62 immediately, but slowly, so that a damping effect is possible during the closing process. This causes an excessive pressure on the sealing seat 11 and the anchor 20. Wear is prevented because the closing process is dampened by the return of the brake bolt 60
  • the damping process is further supported by the brake spring 61 and hydraulic bonding of the brake bolt 60 to the anchor bolt guide 25.
  • the damping chamber 62 can prevent cavitation during the closing process in this area between the anchor bolt guide 25 and the contact surface of the brake bolt 60. Friction of the brake bolt 60 in the guide body 18 also delays the reset process and also the masses of the moving components to be accelerated in the entire lubricant chamber 4, which leads to a displacement of the lubricant in the closed lubricant chamber 4 and thus to additional braking during the closing process.
  • the damping behavior can be adjusted individually for the respective gas injector 1.
  • the gas injector 1 shown in Figure 1 is pressure-force balanced.
  • This means that the closing element 3 is connected to the guide sleeve 9 via the first flexible sealing element 51, wherein the first flexible sealing element 51, designed as a metal bellows, has an average diameter which is equal to a diameter at the sealing seat 11 at which the closing element 3 seals.
  • the gas injector 1 When installed, the gas injector 1 is accommodated in a receiving bore of a cylinder head 45, which is only shown schematically and broken away. High holding-down forces are required to seal the gas injector 1 against the cylinder head 45 of the gas combustion engine.
  • the hold-down force FN is applied, for example, via a hold-down device (not shown), in particular a hold-down claw.
  • the application of the hold-down force FN is symbolically indicated with a corresponding arrow.
  • the hold-down force FN is introduced at the inlet end of the gas injector 1, specifically at the main body 7 fastened in the thin-walled valve housing 8.
  • the inner “force path” 50 runs via the main body 7, a magnet pot 54, the inner pole 21, the guide sleeve 9, the housing sleeve 19 and the valve housing 8 up to a sealing disk 56, which rests on an end face of the cylinder head 45 and on which the gas injector 1 sits with a radial collar of the valve housing 8.
  • the aforementioned metallic components of the gas injector 1 are usually tightly and firmly connected to one another by means of welds.
  • Examples include the welds 57, 58 and 59, which firmly connect the magnet pot 54 and the inner pole 21 as well as the guide sleeve 9 and the housing sleeve 19 as well as the housing sleeve 19 and the valve housing 8.
  • High shear stresses can occur particularly at these weld seams 57, 58, 59, so that if hold-down forces FN of e.g. 15 kN are required, this could lead to stresses that are no longer permissible with regard to the strength of the joints.
  • the support force FA acting against the hold-down force FN is also symbolically indicated by an arrow in the cylinder head 45.
  • the object of the invention is therefore to relocate the inner “force path” 50 and to avoid shear-loaded weld seams, as known from the solution shown in Figure 1.
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of a gas injector 1 according to an embodiment of the invention, in which an optimized valve housing is present according to the invention.
  • a sleeve-shaped support body 75 is advantageously provided which transmits the axial forces and which is located on the one hand on the magnet pot 54 is axially supported and on the other hand is firmly connected to the housing sleeve 19.
  • the sleeve-shaped magnet pot 54 and the support body 75 have largely the same outside diameter.
  • the wall thickness of both components is the same or very similar; in any case, the magnet pot 54 and the support body 75 have a greater wall thickness than the wall thickness of the thin-walled valve housing 8.
  • the design according to the invention with the support body 75 advantageously makes it possible to eliminate the three previously mentioned weld seams 57, 58 and 59 ( Figure 1), which are particularly subject to shear stress in a known solution of the valve housing.
  • required hold-down forces FN in the range of e.g. 15 kN can be transmitted more reliably via the inner "force path” 50.
  • the inner "force path” 50 now runs over the main body 7, the magnet pot 54, the support body 75 and the housing sleeve 19 up to the sealing disk 56, which rests on an end face of the cylinder head 45 and on which the gas injector 1 now sits with a radial collar 76 of the support body 75.
  • the support body 75 as an overall sleeve-shaped component has not only a jacket region, but also a base region running at right angles thereto, which forms the radial collar 76 and through which the housing sleeve 19 penetrates in its inner opening.
  • the thin-walled and tubular valve housing 8 continues to form the radially outer end of the gas injector 1.
  • the valve housing 8 can be shortened and ends on the blow-off side at the axial height of the inner pole 21.
  • the valve housing 8 still has a small overlap length with the support body 75 in order to allow the gas to flow from the annular space 80 between the valve housing 8 and the main body 7 or the magnet pot 54 or the support body 75 via transverse bores 90 in the support body 75 into the interior of the gas injector 1.
  • the firm connection between the valve housing 8 and the support body 75 can be achieved with a weld seam 86, which can be attached directly below the transverse bores 90 of the support body 75 and which is not subject to any significant stresses in the inner “force path” 50.
  • the two weld seams 87, 88 between the main body 7 and the magnet pot 54 as well as between the magnet pot 54 and the support body 75 are, due to the geometric design, largely of the same outer diameter and largely the same wall thickness in the respective butt joint is only subjected to pressure, which is why shear stress is excluded and the stability of the welded joints is significantly increased. Hold-down forces FN in the order of 15 kN, for example, can be considered uncritical.
  • the housing component that limits the annular space 80 radially inwards is therefore held by the inlet-side
  • the support body 75 is designed as a turned part, wherein a martensitic steel is preferably used as the material, for example 1.4418 and 1 .4305.
  • the support body 75 should have a radial wall thickness S1 in its casing area which, for reasons of strength, is not less than 1 mm at any point.
  • Cylinder head 45 supports, 2.5 mm.

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Abstract

The present invention relates to a gas injector for injecting a gaseous fuel. The gas injector (1) comprises a magnetic actuator (2) having an armature (20), having an internal pole (21), having a magnet pot (54) and having a coil (22), and comprises a closing element (3) having a valve needle (30), wherein the closing element (3) opens up and closes a gas path (14) at a sealing seat (11), and wherein the armature (20) is operatively connected to the closing element (3). The gas injector (1) furthermore has a tubular valve housing (8), which forms the radially outer closure and which radially outwardly delimits an annular space (80) for supplying the gaseous fuel in the direction of the sealing seat (11), and also has a housing component that radially inwardly delimits the annular space (80). According to the invention, the housing component that radially inwardly delimits the annular space (80) is formed by an inlet-side main body (7), the magnet pot (54) and a support body (75), wherein the support body (75) is sleeve-shaped and has a lateral region and a base region, and the base region forms a radial collar (76) by means of which the support body (75) and thus the gas injector (1) can be supported at least indirectly on a cylinder head (45).

Description

Beschreibung Description
Titel
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title
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Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas oder dergleichen mit sehr robusten und langlebigen Führungseigenschaften zur Führung einer langen Ventilnadel eines Schließelements des Gasinjektors und einem bezüglich Kraftübertragung optimiertem Ventilgehäuse. Der Gasinjektor ist insbesondere für eine Direkteinblasung in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgelegt. The present invention relates to a gas injector for injecting a gaseous fuel, in particular hydrogen or natural gas or the like, with very robust and durable guide properties for guiding a long valve needle of a closing element of the gas injector and a valve housing optimized with regard to power transmission. The gas injector is designed in particular for direct injection into a combustion chamber of an internal combustion engine.
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. Daraus resultiert im Betrieb ein übermäßiger Verschleiß im Vergleich mit Kraftstoffinjektoren für flüssige Kraftstoffe insbesondere an einem Bereich zur Führung einer Ventilnadel. Weiterhin ist aufgrund zunehmender Verkleinerung von Brennkraftmaschinen häufig ein kompaktes Design notwendig. Gas injectors are known in various designs from the state of the art. One problem with gas injectors is that, due to the gaseous medium being injected, lubrication by the medium is not possible, as is the case with fuel injectors that inject petrol or diesel, for example. This results in excessive wear during operation compared to fuel injectors for liquid fuels, particularly in an area that guides a valve needle. Furthermore, a compact design is often necessary due to the increasing miniaturization of internal combustion engines.
Bei bekannten Gasinjektoren führt ein innerer „Kraftpfad“, eingeleitet durch Niederhaltekräfte eines Niederhalters, wie z.B. einer Niederhaltepratze, über verschiedene Bauteile des Ventilgehäuses, die radial versetzt zueinander liegen, so dass Schweißnähte in den Verbindungsbereichen dieser Ventilgehäusebauteile hohen Scherbelastungen ausgesetzt sind, so dass bei Niederhaltekräften von z.B. 15 kN nicht mehr zulässige Beanspruchungen bezüglich Festigkeit der Fügeverbindungen erwartbar sind. Offenbarung der Erfindung In known gas injectors, an internal "force path" initiated by hold-down forces of a hold-down device, such as a hold-down claw, leads over various components of the valve housing, which are radially offset from one another, so that weld seams in the connecting areas of these valve housing components are exposed to high shear stresses, so that with hold-down forces of e.g. 15 kN, no longer permissible stresses with regard to the strength of the joints can be expected. Disclosure of the invention
Der erfindungsgemäße Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere Wasserstoff, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist hingegen den Vorteil auf, dass aufgrund der Verlegung des inneren „Kraftpfads“ im Gasinjektor Schweißverbindungen deutlich geringeren Scherbeanspruchungen ausgesetzt sind und damit die Stabilität der Schweißverbindungen deutlich erhöht ist. Niederhaltekräfte in der Größenordnung von z.B. 15 kN können deshalb als unkritisch angesehen werden. The gas injector according to the invention for injecting a gaseous fuel, in particular hydrogen, with the features of claim 1, however, has the advantage that due to the relocation of the inner "force path" in the gas injector, welded joints are exposed to significantly lower shear stresses and thus the stability of the welded joints is significantly increased. Holding-down forces in the order of e.g. 15 kN can therefore be considered uncritical.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Gasinjektor ein bezüglich Kraftübertragung optimiertes Ventilgehäuse aufweist. Der Gasinjektor besitzt ein den radial äußeren Abschluss bildendes dünnwandiges und rohrförmiges Ventilgehäuse, das einen Ringraum zur Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs in Richtung des Dichtsitzes nach radial außen begrenzt, und ein den Ringraum nach radial innen begrenzendes Gehäusebauteil. Das den Ringraum nach radial innen begrenzende Gehäusebauteil ist erfindungsgemäß von einem zulaufseitigen Hauptkörper, einem Magnettopf und einem Stützkörper gebildet, wobei der Stützkörper hülsenförmig ausgebildet ist und dabei einen Mantelbereich und einen Bodenbereich aufweist und der Bodenbereich einen Radialkragen bildet, mit dem der Stützkörper und damit der Gasinjektor zumindest mittelbar an einem Zylinderkopf abstützbar ist. This is achieved according to the invention in that the gas injector has a valve housing that is optimized with regard to power transmission. The gas injector has a thin-walled and tubular valve housing that forms the radially outer end and delimits an annular space for supplying the gaseous fuel in the direction of the sealing seat radially outwards, and a housing component that delimits the annular space radially inwards. The housing component that delimits the annular space radially inwards is formed according to the invention by an inlet-side main body, a magnet pot and a support body, wherein the support body is sleeve-shaped and has a jacket region and a base region, and the base region forms a radial collar with which the support body and thus the gas injector can be supported at least indirectly on a cylinder head.
Der Stützkörper dient entsprechend der erfindungsgemäßen geometrischen Auslegung der optimierten Übertragung von Axialkräften innerhalb des Gasinjektors, im eingebauten Zustand eingeleitet durch Niederhaltekräfte eines zulaufseitig angreifenden Niederhalters und entgegen der Wirkrichtung der Abstützkraft des Gasinjektors am Zylinderkopf. According to the geometric design according to the invention, the support body serves for the optimized transmission of axial forces within the gas injector, which in the installed state is introduced by hold-down forces of a hold-down device acting on the inlet side and counter to the effective direction of the support force of the gas injector on the cylinder head.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The subclaims show preferred developments of the invention.
Besonders vorteilhaft ist es, den Hauptkörper, den Magnettopf sowie den Stützkörper über die Länge des Ringraums mit einem weitgehend gleichen Außendurchmesser zu versehen. Auch sind in vorteilhafter Weise der Hauptkörper, der Magnettopf sowie der Stützkörper über die Länge des Ringraums mit der weitgehend gleichen Wandstärke versehen. Bei dieser geometrischen Auslegung werden Schweißnähte in der jeweiligen Stoßverbindung nur auf Druck belastet, weshalb eine Scherbeanspruchung ausgeschlossen ist und die Stabilität der Schweißverbindungen deutlich erhöht ist. It is particularly advantageous to provide the main body, the magnet pot and the support body with a largely identical outer diameter over the length of the annular space. The The main body, the magnet pot and the support body are provided with largely the same wall thickness over the length of the annular space. With this geometric design, weld seams in the respective butt joints are only subjected to pressure, which means that shear stress is excluded and the stability of the welded joints is significantly increased.
Vorzugsweise stützt sich der Stützkörper mit seinem Radialkragen an einer am Zylinderkopf aufliegenden Dichtscheibe ab. Zur bestmöglichen Übertragung und Ableitung der Niederhaltekräfte und zur Vermeidung von Verformungen oder Verwindungen des Ventilgehäuses sollte der Radialkragen des Stützkörpers eine axiale Wandstärke von mindestens 2,5 mm besitzen. Preferably, the support body is supported with its radial collar on a sealing disk resting on the cylinder head. To ensure the best possible transmission and dissipation of the holding-down forces and to avoid deformation or twisting of the valve housing, the radial collar of the support body should have an axial wall thickness of at least 2.5 mm.
Weiter bevorzugt weist der Gasinjektor einen Kegelsitz oder Kugel- Kegelsitz 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 senkrecht zur Längsrichtung des Gasinjektors in einer Ebene liegt. The gas injector preferably has a conical seat or a ball-conical seat. The closing element preferably comprises a sealing disk at an end directed towards the combustion chamber, which opens one or more through openings at a sealing seat. The gas injector is preferably designed as an injector that opens outwards. This makes it possible to provide a sealing seat that lies in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the gas injector.
Vorzugsweise wird als Schmiermittel ein Öl, insbesondere ein synthetisches Öl verwendet. Alternativ wird ein flüssiger Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin verwendet. Weiter alternativ wird als Schmiermittel ein Fett verwendet. Preferably, an oil, in particular a synthetic oil, is used as the lubricant. Alternatively, a liquid fuel, in particular diesel or petrol, is used. Further alternatively, a grease is used as the lubricant.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: An embodiment of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Gasinjektors gemäß einer bekannten Ausführung und Figure 1 is a schematic sectional view of a gas injector according to a known embodiment and
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Gasinjektors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Figure 2 is a schematic sectional view of a gas injector according to an embodiment of the invention. Preferred embodiment of the invention
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein Gasinjektor 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben, wobei Figur 1 einen vom Grundaufbau her bekannten Gasinjektor 1 zeigt, an dem zum besseren Verständnis der Erfindung der grundsätzliche Aufbau des Gasinjektors 1 erläutert wird, so dass die erfindungswesentlichen Aspekte der erfindungsgemäßen Ausführung des Gasinjektors 1 gemäß Figur 2 im Vergleich zu einer bekannten Lösung besonders deutlich werden. A gas injector 1 according to a preferred embodiment of the invention is described in detail below with reference to Figures 1 and 2, wherein Figure 1 shows a gas injector 1 known in terms of basic structure, on which the basic structure of the gas injector 1 is explained for a better understanding of the invention, so that the essential aspects of the inventive design of the gas injector 1 according to Figure 2 become particularly clear in comparison to a known solution.
Wie aus Figur 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 Figur 1 zeigt dabei den geschlossenen Zustand des Gasinjektors. As can be seen from Figure 1, the gas injector 1 for introducing a gaseous fuel comprises a magnetic actuator 2, which moves an outwardly opening closing element 3 from a closed state to an open state. Figure 1 shows the closed state of the gas injector.
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 2 sicherstellt. The magnetic actuator 2 comprises an armature 20, which is connected to the closing element 3 by means of an armature bolt 24. The magnetic actuator 2 further comprises an inner pole 21, a coil 22 and a magnet housing 23, which ensures a magnetic return of the magnetic actuator 2.
Weiterhin umfasst der Gasinjektor 1 einen Hauptkörper 7 mit einem Gaszulauf 70, durch welchen der gasförmige Brennstoff zugeführt wird. Am Hauptkörper 7 ist dabei ein Ventilgehäuse 8 fixiert, in welchem der Magnetaktor 2 angeordnet ist. 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. The gas injector 1 also comprises a main body 7 with a gas inlet 70 through which the gaseous fuel is supplied. A valve housing 8 in which the magnetic actuator 2 is arranged is fixed to the main body 7. A housing sleeve 19 is connected to the valve housing 8, at the free end of which a sealing seat 11 is provided on a valve seat component 93, at which the closing element 3 opens and closes a passage for the gaseous fuel.
In Figur 1 ist schematisch ein elektrischer Anschluss 13, welcher durch den Hauptkörper 7 und das Ventilgehäuse 8 bis zum Magnetaktor 2 geführt ist, dargestellt. Figure 1 schematically shows an electrical connection 13 which is guided through the main body 7 and the valve housing 8 to the magnetic actuator 2.
Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein in der Form einer Schraubenfeder gestaltetes Rückstellelement für das Schließelement 3, um dieses nach einem Öffnungsvorgang wieder in den in Figur 1 gezeigten geschlossenen Zustand zurückzustellen. In Figur 1 ist ferner eine Gasströmung als Gaspfad 14 durch den Gasinjektor 1 dargestellt. Die Gasströmung beginnt dabei am Gaszulauf 70 und wird dann umgeleitet in einen Ringraum 80 zwischen dem Ventilgehäuse 8 und dem Hauptkörper 7. Die Gasströmung 14 geht dabei weiter an einem Außenbereich des Magnetaktors 2 vorbei durch einen Filter 15 stromabwärts bis zum Dichtsitz 11. Hierbei sind entsprechend Durchbrüche in den jeweiligen Bauteilen vorgesehen, welche in Figur 1 nicht alle gezeigt sind. The reference numeral 10 designates a return element in the form of a helical spring for the closing element 3 in order to return it to the closed state shown in Figure 1 after an opening process. Figure 1 also shows a gas flow as a gas path 14 through the gas injector 1. The gas flow begins at the gas inlet 70 and is then diverted into an annular space 80 between the valve housing 8 and the main body 7. The gas flow 14 continues past an outer region of the magnetic actuator 2 through a filter 15 downstream to the sealing seat 11. Corresponding openings are provided in the respective components, which are not all shown in Figure 1.
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 Figur 1 durch die Pfeile A angedeutet ist. When the gas injector 1 is opened, the gaseous fuel flows past the outer circumference of the magnetic actuator 2 and the opened sealing seat 11 into a combustion chamber 100 of an internal combustion engine, which is indicated in Figure 1 by the arrows A.
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 ein zylindrisches Rohr ist, ausgebildet. The closing element 3 comprises a valve needle 30 with a seat plate 30a, which is arranged at the end of the closing element directed towards the combustion chamber. The sealing seat 11 is formed between the seat plate 30a and the valve seat component 93, which is a cylindrical tube.
Das Schließelement 3 umfasst ferner eine erste Nadelführung 31 , eine zweite Nadelführung 32 und eine dritte Nadelführung 33. Die drei Nadelführungen 31 , 32, 33 sind einstückig oder mehrstückig mit der Ventilnadel 30 ausgebildet. The closing element 3 further comprises a first needle guide 31, a second needle guide 32 and a third needle guide 33. The three needle guides 31, 32, 33 are formed in one piece or in multiple pieces with the valve needle 30.
Das Schließelement 3 umfasst ferner auch einen Teller 34, welcher in Axialrichtung X-X zwischen der zweiten Nadelführung 32 und der dritten Nadelführung 33 angeordnet ist. The closing element 3 further comprises a plate 34 which is arranged in the axial direction X-X between the second needle guide 32 and the third needle guide 33.
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. Furthermore, the gas injector 1 comprises a closed lubricant chamber 4. The closed lubricant chamber 4 is completely or partially filled with a liquid lubricant, e.g. oil.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, wird der Schmiermittelraum 4 durch ein erstes flexibles Dichtelement 51 , den Innenpol 21 , das Magnetgehäuse 23, einen Führungskörper 18 und ein zweites flexibles Dichtelement 52 definiert. Das erste und zweite flexible Dichtelement 51 , 52 ist jeweils als Faltenbalg bzw. Wellbalg ausgebildet. Es sei angemerkt, dass als flexible Dichtelemente 51 , 52 anstatt eines Faltenbalges auch beispielsweise eine Membran oder ein Schlauch oder dergleichen sein kann. As can be seen from Figure 1, the lubricant chamber 4 is defined by a first flexible sealing element 51, the inner pole 21, the magnet housing 23, a guide body 18 and a second flexible sealing element 52. The first and second flexible sealing elements 51, 52 are each designed as a bellows or corrugated bellows. It should be noted that the flexible sealing elements 51, 52 may also be, for example, a membrane or a hose or the like instead of a bellows.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist das zweite flexible Dichtelement 52 an einem Speicherfederteller 41 beispielsweise mittels einer Schweißverbindung, fixiert Ferner umfasst der Gasinjektor 1 eine Speicherdruckfeder 40, welche sich am Hauptkörper 7 abstützt und das zweite flexible Dichtelement 52 über den Speicherfederteller 41 vorspannt. Im Führungskörper 18 sind Verbindungsbohrungen 18a vorgesehen, so dass das sich im Schmiermittelraum 4 befindliche Schmiermittel auch in dem Bereich innerhalb des zweiten flexiblen Dichtelements 52 befindet. As can also be seen from Figure 1, the second flexible sealing element 52 is fixed to a storage spring plate 41, for example by means of a welded connection. The gas injector 1 also comprises a storage pressure spring 40, which is supported on the main body 7 and pre-tensions the second flexible sealing element 52 via the storage spring plate 41. Connecting holes 18a are provided in the guide body 18, so that the lubricant located in the lubricant chamber 4 is also located in the area inside the second flexible sealing element 52.
Das erste flexible Dichtelement 51 ist direkt am Schließelement 3 am Teller 34 fixiert und am anderen Ende mit einer Führungshülse 9 verbunden. Die dritte Nadelführung 33 ist innerhalb der Führungshülse 9 geführt. The first flexible sealing element 51 is fixed directly to the closing element 3 on the plate 34 and is connected at the other end to a guide sleeve 9. The third needle guide 33 is guided within the guide sleeve 9.
Somit weist der Schmiermittelraum 4 zwei flexible Dichtelemente 51 , 52 sowie die Speicherdruckfeder 40 auf. Die Speicherdruckfeder 40 übt eine gewisse Vorspannung, beispielsweise 1 x 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 flexible Dichtelement 51 keine ungewollte, über die Balgwirkfläche wirkende Kraft auf das Schließelement 3 ausüben. The lubricant chamber 4 thus has two flexible sealing elements 51, 52 and the accumulator pressure spring 40. The accumulator pressure spring 40 exerts a certain preload, for example 1 x 10 5 Pa, on the lubricant in the lubricant chamber 4. If, during an opening process, the lubricant is displaced by the stroke of the closing element 3 or by thermal expansion or cooling of the lubricant, any overpressure/underpressure that may arise inside the lubricant chamber 4 can be compensated by deflection of the second flexible sealing element 52 in conjunction with a contraction of the accumulator pressure spring 40. The flexible sealing element 51 can therefore not exert any unwanted force on the closing element 3 via the bellows effective surface.
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 Öl mit einer Viskosität von 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. Dabei ist auch die dritte Nadelführung 33 im Schmiermittelraum 4 angeordnet. Die dritte Nadelführung 33 ist beispielsweise im Inneren der Führungshülse 9 geführt. Im Inneren der Führungshülse 9 ist ferner auch das Rückstellelement 10 angeordnet, welches sich an einem Absatz 9a der Führungshülse 9 und der dritten Nadelführung 33 abstützt. Die dritte Nadelführung 33 weist somit zwei Funktionen, nämlich einmal die Führung der Ventilnadel 30 und die Abstützung des Rückstellelements 10 auf. In der dritten Nadelführung 33 sind hierbei entsprechend Durchbrüche 33a vorgesehen, damit das im Schmiermittelraum 4 befindliche Schmiermittel durch diese Durchbrüche hindurchgehen kann. The anchor bolt 24 with the anchor 20 fixed to it is also arranged in the closed lubricant chamber 4. Since the lubricant chamber 4 is filled with a lubricant, for example an oil with a viscosity of petrol or diesel or a grease or the like, the anchor 20 is continuously lubricated. This can compensate for the problem that occurs in the prior art with gaseous fuels, namely a lack of lubrication of the moving parts. The third needle guide 33 is also arranged in the lubricant chamber 4. The third needle guide 33 is guided, for example, inside the guide sleeve 9. The return element 10 is also arranged inside the guide sleeve 9 and is supported on a shoulder 9a of the guide sleeve 9 and the third needle guide 33. The third needle guide 33 therefore has two functions, namely guiding the valve needle 30 and supporting the return element 10. Corresponding openings 33a are provided in the third needle guide 33 so that the lubricant in the lubricant chamber 4 can pass through these openings.
Die Führungshülse 9 ist mit dem ersten flexiblen Dichtelement 51 verbunden, beispielsweise mittels einer Schweißverbindung. The guide sleeve 9 is connected to the first flexible sealing element 51, for example by means of a welded connection.
Da die dritte Nadelführung 33 im Schmiermittelraum 4 angeordnet ist, ist hier in allen Betriebssituationen des Gasinjektors eine ausreichende Schmierung vorhanden, so dass im Betrieb keinerlei Verschleiß an der dritten Nadelführung auftritt. Die erste Nadelführung 31 und die zweite Nadelführung 32 sind hingegen im Gaspfad 14 angeordnet. Since the third needle guide 33 is arranged in the lubricant chamber 4, there is sufficient lubrication in all operating situations of the gas injector, so that no wear occurs on the third needle guide during operation. The first needle guide 31 and the second needle guide 32, on the other hand, are arranged in the gas path 14.
Der Gasinjektor 1 ist insgesamt sehr schlank ausgeführt, ohne dass im Betrieb aufgrund von Kippmomenten des Rückstellelements 10 oder des ersten flexiblen Dichtelements 51 unerwünschte Querkräfte auf die Ventilnadel 30 ausgeübt werden können, so dass der Gasinjektor in allen Betriebssituationen immer abdichten kann und auch nach einem Öffnungsvorgang wieder sicher in den geschlossenen abdichtenden Zustand zurückgestellt werden kann. Der Verschleiß an den Ventilnadelführungen ist somit auch vernachlässigbar klein. The gas injector 1 is designed to be very slim overall, without undesirable transverse forces being exerted on the valve needle 30 during operation due to tilting moments of the return element 10 or the first flexible sealing element 51, so that the gas injector can always seal in all operating situations and can also be safely returned to the closed, sealing state after an opening process. The wear on the valve needle guides is therefore also negligible.
Im abgeschlossenen Schmiermittelraum 4 ist ferner eine Bremseinrichtung 6 angeordnet. Die Bremseinrichtung 6 umfasst einen Bremsbolzen 60, eine Bremsfeder 61 und einen Dämpfungsraum 62. Der Dämpfungsraum 62 steht mit dem Schmiermittelraum 4 in Fluidverbindung. A braking device 6 is also arranged in the closed lubricant chamber 4. The braking device 6 comprises a brake bolt 60, a brake spring 61 and a damping chamber 62. The damping chamber 62 is in fluid communication with the lubricant chamber 4.
Der Bremsbolzen 60 und das elastische Bremselement 61 stehen bei einem Rückstellvorgang des Gasinjektors in die geschlossene Ausgangsposition in Wirkverbindung mit dem Schließelement 3. Beim Rückstellvorgang wird dabei Schmiermittel aus dem Dämpfungsraum 62 in den Schmiermittelraum 4 verdrängt, um eine zusätzliche Dämpfung bei der Rückstellung des Bremsbolzens 60 in den geschlossenen Zustand des Gasinjektors zu erreichen. Der Bremsbolzen 60 ist dabei im Führungskörper 18 geführt. The brake bolt 60 and the elastic brake element 61 are in operative connection with the closing element 3 during a return process of the gas injector to the closed starting position. During the return process, lubricant is displaced from the damping chamber 62 into the lubricant chamber 4 in order to provide additional damping during the return of the Brake bolt 60 in the closed state of the gas injector. The brake bolt 60 is guided in the guide body 18.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der Dämpfungsraum 62 direkt am Bremsbolzen 60 an einer vom Dichtsitz 11 abgewandten Seite des Bremsbolzens 60 ausgebildet. Der Dämpfungsraum 62 ist über eine Drossel 63, welche eine kleine Bohrung ist, mit den Verbindungsbohrungen 18a und somit mit dem Hauptbereich des Schmiermittelraums 4 verbunden. Die Bremsfeder 61 ist in einem Federraum 67 angeordnet. As can also be seen from Figure 1, the damping chamber 62 is formed directly on the brake bolt 60 on a side of the brake bolt 60 facing away from the sealing seat 11. The damping chamber 62 is connected to the connecting bores 18a and thus to the main area of the lubricant chamber 4 via a throttle 63, which is a small bore. The brake spring 61 is arranged in a spring chamber 67.
Der Bremsbolzen 60 weist eine Anlagefläche auf, welche sich mit dem Ankerbolzen 24 in Kontakt befindet. Im geschlossenen Zustand befindet sich dabei ein erster Spalt 101 zwischen dem Bremsbolzen 60 und einer stationären Ankerbolzenführung 25. Die Ankerbolzenführung 25 führt den Ankerbolzen 24 bei einem Öffnungs- und Schließvorgang. The brake bolt 60 has a contact surface which is in contact with the anchor bolt 24. In the closed state, there is a first gap 101 between the brake bolt 60 and a stationary anchor bolt guide 25. The anchor bolt guide 25 guides the anchor bolt 24 during an opening and closing process.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Bremsfeder 61 zwischen dem Bremsbolzen 60 und dem Führungskörper 18 angeordnet. Der Bremsbolzen 60 weist dabei einen Flansch auf, welcher mit Spiel zum Führungskörper 18 vorgesehen ist. As can also be seen from Figure 1, the brake spring 61 is arranged between the brake bolt 60 and the guide body 18. The brake bolt 60 has a flange which is provided with play in relation to the guide body 18.
Im geschlossenen Zustand ist weiterhin zwischen der Anlagefläche des Bremsbolzens 60 und der Ankerbolzenführung 25 der erste Spalt 101 ausgebildet. Der Spalt 101 weist dabei eine erste Breite auf, welche kleiner ist als eine zweite Breite zwischen dem Anker 20 und dem Innenpol 21 an einem zweiten Spalt 102. Dadurch ist sichergestellt, dass ein Hub des Bremsbolzens 60, welcher durch die Druckfeder 61 in Axialrichtung vorgespannt ist, kleiner ist als ein Hub des Ankers 20. Damit kann während des Einblasvorgangs ausreichend Fluid aus dem Schmiermittelraum 4 über die Drossel 63 in den Dämpfungsraum 62 strömen. In the closed state, the first gap 101 is also formed between the contact surface of the brake bolt 60 and the armature bolt guide 25. The gap 101 has a first width which is smaller than a second width between the armature 20 and the inner pole 21 at a second gap 102. This ensures that a stroke of the brake bolt 60, which is prestressed in the axial direction by the compression spring 61, is smaller than a stroke of the armature 20. This allows sufficient fluid to flow from the lubricant chamber 4 via the throttle 63 into the damping chamber 62 during the blowing process.
Beim Schließvorgang trifft der Ankerbolzen 24 auf die Anlagefläche des Bremsbolzens 60. Dadurch wird der Bremsbolzen 60 gegen das sich im Dämpfungsraum 62 befindliche Fluid gedrückt. Aufgrund der Drossel 63 kann das Fluid aus dem Dämpfungsraum 62 nicht unmittelbar, sondern langsam herausgedrückt werden, so dass beim Schließvorgang eine Dämpfungswirkung ermöglicht wird. Dadurch wird am Dichtsitz 11 und am Anker 20 ein zu großer Verschleiß verhindert, da der Schließvorgang durch die Rückstellung des Bremsbolzens 60 gedämpft ist During the closing process, the anchor bolt 24 hits the contact surface of the brake bolt 60. This presses the brake bolt 60 against the fluid in the damping chamber 62. Due to the throttle 63, the fluid cannot be pressed out of the damping chamber 62 immediately, but slowly, so that a damping effect is possible during the closing process. This causes an excessive pressure on the sealing seat 11 and the anchor 20. Wear is prevented because the closing process is dampened by the return of the brake bolt 60
Der Dämpfungsvorgang wird weiterhin durch die Bremsfeder 61 und ein hydraulisches Kleben des Bremsbolzens 60 an der Ankerbolzenführung 25 unterstützt. Durch den Dämpfungsraum 62 kann dabei eine Kavitation beim Schließvorgang in diesem Bereich zwischen der Ankerbolzenführung 25 und der Anlagefläche des Bremsbolzens 60 verhindert werden. Auch verzögert eine Reibung des Bremsbolzens 60 im Führungskörper 18 den Rückstellvorgang sowie auch im gesamten Schmiermittelraum 4 die zu beschleunigenden Massen der bewegten Bauteile, welche zu einer Verdrängung des Schmierstoffs im abgeschlossenen Schmiermittelraum 4 und somit einer zusätzlichen Abbremsung beim Schließvorgang führen. The damping process is further supported by the brake spring 61 and hydraulic bonding of the brake bolt 60 to the anchor bolt guide 25. The damping chamber 62 can prevent cavitation during the closing process in this area between the anchor bolt guide 25 and the contact surface of the brake bolt 60. Friction of the brake bolt 60 in the guide body 18 also delays the reset process and also the masses of the moving components to be accelerated in the entire lubricant chamber 4, which leads to a displacement of the lubricant in the closed lubricant chamber 4 and thus to additional braking during the closing process.
Durch Wahl eines Durchmessers und/oder einer Länge der Drossel 63 kann das Dämpfungsverhalten individuell für den jeweiligen Gasinjektor 1 eingestellt werden. By selecting a diameter and/or a length of the throttle 63, the damping behavior can be adjusted individually for the respective gas injector 1.
Insgesamt kann so ein Verschleiß am Dichtsitzl 1 und dem Schließelement 3 wirksam reduziert werden. Auch kann ein sogenanntes Schließprellen am Dichtsitz 11 wirksam verhindert werden. Overall, wear on the sealing seat 1 and the closing element 3 can be effectively reduced. Also, so-called closing bounce on the sealing seat 11 can be effectively prevented.
Der in Figur 1 gezeigte Gasinjektor 1 ist dabei druckkraftausgeglichen. Das heißt, das Schließelement 3 ist über das erste flexible Dichtelement 51 mit der Führungshülse 9 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, so dass 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. The gas injector 1 shown in Figure 1 is pressure-force balanced. This means that the closing element 3 is connected to the guide sleeve 9 via the first flexible sealing element 51, wherein the first flexible sealing element 51, designed as a metal bellows, has an average diameter which is equal to a diameter at the sealing seat 11 at which the closing element 3 seals. This results in no pressure force on the closing element 3, so that a magnetic force which is necessary to open the closing element 3 can be kept very small and is in particular independent of a pressure of the gaseous fuel.
Im eingebauten Zustand wird der Gasinjektor 1 in einer Aufnahmebohrung eines nur schematisch angedeuteten und aufgebrochen gezeigten Zylinderkopfes 45 aufgenommen. Zur Abdichtung vom Gasinjektor 1 gegen den Zylinderkopf 45 der Gasbrennkraftmaschine werden hohe Niederhaltekräfte benötigt. Die Niederhaltekraft FN wird dabei beispielsweise über einen nicht dargestellten Niederhalter, insbesondere eine Niederhaltepratze aufgebracht Symbolhaft ist die Kraftaufbringung der Niederhaltekraft FN mit einem entsprechenden Pfeil angedeutet. Die Niederhaltekraft FN wird dabei am zulaufseitigen Ende das Gasinjektors 1 , speziell am im dünnwandigen Ventilgehäuse 8 befestigten Hauptkörper 7 eingeleitet. When installed, the gas injector 1 is accommodated in a receiving bore of a cylinder head 45, which is only shown schematically and broken away. High holding-down forces are required to seal the gas injector 1 against the cylinder head 45 of the gas combustion engine. The hold-down force FN is applied, for example, via a hold-down device (not shown), in particular a hold-down claw. The application of the hold-down force FN is symbolically indicated with a corresponding arrow. The hold-down force FN is introduced at the inlet end of the gas injector 1, specifically at the main body 7 fastened in the thin-walled valve housing 8.
Diese Niederhaltekräfte FN werden größtenteils über einen inneren „Kraftpfad“, dessen Verlauf mit der Linie 50 angedeutet ist, auf den Zylinderkopf 45 übertragen. Der innere „Kraftpfad“ 50 verläuft dabei über den Hauptkörper 7, einen Magnettopf 54, den Innenpol 21 , die Führungshülse 9, die Gehäusehülse 19 und das Ventilgehäuse 8 bis hin zu einer Dichtscheibe 56, die auf einer Stirnfläche des Zylinderkopfes 45 aufliegt und auf der der Gasinjektor 1 mit einem Radialkragen des Ventilgehäuses 8 aufsitzt. Die vorgenannten metallischen Bauteile des Gasinjektors 1 sind dabei üblicherweise mittels Schweißnähten dicht und fest miteinander verbunden. Beispielhaft seien die Schweißnähte 57, 58 und 59 erwähnt, die den Magnettopf 54 und den Innenpol 21 sowie die Führungshülse 9 und die Gehäusehülse 19 sowie die Gehäusehülse 19 und das Ventilgehäuse 8 fest miteinander verbinden. Gerade an diesen Schweißnähten 57, 58, 59 können hohe Scherbelastungen auftreten, so dass es bei erforderlichen Niederhaltekräften FN von z.B. 15 kN zu nicht mehr zulässigen Beanspruchungen bezüglich Festigkeit der Fügeverbindungen kommen könnte. These hold-down forces FN are largely transmitted to the cylinder head 45 via an inner “force path”, the course of which is indicated by the line 50. The inner “force path” 50 runs via the main body 7, a magnet pot 54, the inner pole 21, the guide sleeve 9, the housing sleeve 19 and the valve housing 8 up to a sealing disk 56, which rests on an end face of the cylinder head 45 and on which the gas injector 1 sits with a radial collar of the valve housing 8. The aforementioned metallic components of the gas injector 1 are usually tightly and firmly connected to one another by means of welds. Examples include the welds 57, 58 and 59, which firmly connect the magnet pot 54 and the inner pole 21 as well as the guide sleeve 9 and the housing sleeve 19 as well as the housing sleeve 19 and the valve housing 8. High shear stresses can occur particularly at these weld seams 57, 58, 59, so that if hold-down forces FN of e.g. 15 kN are required, this could lead to stresses that are no longer permissible with regard to the strength of the joints.
Die gegen die Niederhaltekraft FN wirkende Abstützkraft FA ist ebenfalls mit einem Pfeil im Zylinderkopf 45 symbolhaft angedeutet. The support force FA acting against the hold-down force FN is also symbolically indicated by an arrow in the cylinder head 45.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, den inneren „Kraftpfad“ 50 zu verlegen und scherbelastete Schweißnähte, wie sie aus der in Figur 1 gezeigten Lösung bekannt sind, zu vermeiden. The object of the invention is therefore to relocate the inner “force path” 50 and to avoid shear-loaded weld seams, as known from the solution shown in Figure 1.
In Figur 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Gasinjektors 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem erfindungsgemäß ein optimiertes Ventilgehäuse vorliegt. In vorteilhafter Weise ist ein hülsenförmiger, die Axialkräfte übertragender Stützköper 75 vorgesehen, der sich einerseits an dem Magnettopf 54 axial abstützt und andererseits fest mit der Gehäusehülse 19 verbunden ist Der hülsenförmige Magnettopf 54 und der Stützkörper 75 weisen dabei den weitgehend gleichen Außendurchmesser auf. Zudem ist auch die Wandstärke beider Bauteile gleich oder sehr ähnlich gewählt; auf jeden Fall besitzen der Magnettopf 54 und der Stützkörper 75 eine größere Wandstärke als die Wandstärke des dünnwandigen Ventilgehäuses 8. Figure 2 shows a schematic sectional view of a gas injector 1 according to an embodiment of the invention, in which an optimized valve housing is present according to the invention. A sleeve-shaped support body 75 is advantageously provided which transmits the axial forces and which is located on the one hand on the magnet pot 54 is axially supported and on the other hand is firmly connected to the housing sleeve 19. The sleeve-shaped magnet pot 54 and the support body 75 have largely the same outside diameter. In addition, the wall thickness of both components is the same or very similar; in any case, the magnet pot 54 and the support body 75 have a greater wall thickness than the wall thickness of the thin-walled valve housing 8.
In vorteilhafter Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Konstruktion mit dem Stützkörper 75 den Wegfall der drei zuvor erwähnten Schweißnähte 57, 58 und 59 (Figur 1), die bei einer bekannten Lösung des Ventilgehäuses besonders scherbeansprucht sind. Insofern können erforderliche Niederhaltekräfte FN im Bereich von z.B. 15 kN über den inneren „Kraftpfad“ 50 sicherer übertragen werden. Der innere „Kraftpfad“ 50 verläuft dabei nun über den Hauptkörper 7, den Magnettopf 54, den Stützkörper 75 und die Gehäusehülse 19 bis hin zu der Dichtscheibe 56, die auf einer Stirnfläche des Zylinderkopfes 45 aufliegt und auf der der Gasinjektor 1 nun mit einem Radialkragen 76 des Stützkörpers 75 aufsitzt. Der Stützkörper 75 als insgesamt hülsenförmiges Bauteil besitzt nicht nur einen Mantelbereich, sondern auch einen rechtwinklig dazu verlaufenden Bodenbereich, der den Radialkragen 76 bildet und der in seiner inneren Öffnung von der Gehäusehülse 19 durchgriffen ist. The design according to the invention with the support body 75 advantageously makes it possible to eliminate the three previously mentioned weld seams 57, 58 and 59 (Figure 1), which are particularly subject to shear stress in a known solution of the valve housing. In this respect, required hold-down forces FN in the range of e.g. 15 kN can be transmitted more reliably via the inner "force path" 50. The inner "force path" 50 now runs over the main body 7, the magnet pot 54, the support body 75 and the housing sleeve 19 up to the sealing disk 56, which rests on an end face of the cylinder head 45 and on which the gas injector 1 now sits with a radial collar 76 of the support body 75. The support body 75 as an overall sleeve-shaped component has not only a jacket region, but also a base region running at right angles thereto, which forms the radial collar 76 and through which the housing sleeve 19 penetrates in its inner opening.
Das dünnwandige und rohrförmige Ventilgehäuse 8 bildet weiterhin den radial äußeren Abschluss des Gasinjektors 1. Durch den Einsatz des Stützkörpers 75 kann jedoch das Ventilgehäuse 8 verkürzt ausgeführt sein und endet abblasseitig auf axialer Höhe des Innenpols 21. Dabei weist das Ventilgehäuse 8 noch eine geringe Überlappungslänge mit dem Stützkörper 75 auf, um das Gas aus dem Ringraum 80 zwischen dem Ventilgehäuse 8 und dem Hauptkörper 7 bzw. dem Magnettopf 54 bzw. dem Stützkörper 75 über Querbohrungen 90 im Stützkörper 75 ins Innere des Gasinjektors 1 strömen lassen zu können. Die feste Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse 8 und dem Stützkörper 75 kann mit einer Schweißnaht 86 erzielt sein, die unmittelbar unterhalb der Querbohrungen 90 des Stützkörpers 75 angebracht sein kann und die keine beachtenswerten Beanspruchungen im inneren „Kraftpfad“ 50 erfährt. The thin-walled and tubular valve housing 8 continues to form the radially outer end of the gas injector 1. By using the support body 75, however, the valve housing 8 can be shortened and ends on the blow-off side at the axial height of the inner pole 21. The valve housing 8 still has a small overlap length with the support body 75 in order to allow the gas to flow from the annular space 80 between the valve housing 8 and the main body 7 or the magnet pot 54 or the support body 75 via transverse bores 90 in the support body 75 into the interior of the gas injector 1. The firm connection between the valve housing 8 and the support body 75 can be achieved with a weld seam 86, which can be attached directly below the transverse bores 90 of the support body 75 and which is not subject to any significant stresses in the inner “force path” 50.
Die beiden Schweißnähte 87, 88 zwischen dem Hauptkörper 7 und dem Magnettopf 54 sowie zwischen dem Magnettopf 54 und dem Stützkörper 75 werden aufgrund der geometrischen Auslegung mit weitgehend gleichem Außendurchmesser und weitgehend gleicher Wandstärke in der jeweiligen Stoßverbindung nur auf Druck belastet, weshalb eine Scherbeanspruchung ausgeschlossen ist und die Stabilität der Schweißverbindungen deutlich erhöht ist Niederhaltekräfte FN in der Größenordnung von z.B. 15 kN können als unkritisch angesehen werden. Das den Ringraum 80 nach radial innen begrenzende Gehäusebauteil wird also von dem zulaufseitigenThe two weld seams 87, 88 between the main body 7 and the magnet pot 54 as well as between the magnet pot 54 and the support body 75 are, due to the geometric design, largely of the same outer diameter and largely the same wall thickness in the respective butt joint is only subjected to pressure, which is why shear stress is excluded and the stability of the welded joints is significantly increased. Hold-down forces FN in the order of 15 kN, for example, can be considered uncritical. The housing component that limits the annular space 80 radially inwards is therefore held by the inlet-side
Hauptkörper 7, dem Magnettopf 54 und dem Stützkörper 75 gebildet. Main body 7, the magnet pot 54 and the support body 75.
In vorteilhafter Weise ist der Stützkörper 75 als Drehteil ausgeführt, wobei als Werkstoff vorzugsweise ein martensitischer Stahl zum Einsatz kommt, beispielhaft seien 1.4418 und 1 .4305 genannt. Advantageously, the support body 75 is designed as a turned part, wherein a martensitic steel is preferably used as the material, for example 1.4418 and 1 .4305.
Der Stützkörper 75 sollte in seinem Mantelbereich eine radiale Wandstärke S1 aufweisen, die aus Festigkeitsgründen an keiner Stelle 1 mm unterschreitet. Dagegen soll die minimale axiale Wandstärke S2 des Radialkragens 76 des Stützkörpers 75, mit dem der Stützkörper 75 sich auf der Dichtscheibe 56 und damit mittelbar auf demThe support body 75 should have a radial wall thickness S1 in its casing area which, for reasons of strength, is not less than 1 mm at any point. In contrast, the minimum axial wall thickness S2 of the radial collar 76 of the support body 75, with which the support body 75 is mounted on the sealing disk 56 and thus indirectly on the
Zylinderkopf 45 abstützt, 2,5 mm betragen. Cylinder head 45 supports, 2.5 mm.

Claims

Ansprüche Expectations
1 . Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere Wasserstoff, umfassend: 1 . Gas injector for injecting a gaseous fuel, in particular hydrogen, comprising:
- einen Magnetaktor (2) mit einem Anker (20), einem Innenpol (21), einem Magnettopf (54) und einer Spule (22), - a magnetic actuator (2) with an armature (20), an inner pole (21), a magnet pot (54) and a coil (22),
- ein Schließelement (3) mit einer Ventilnadel (30), wobei das Schließelement (3) einen Gaspfad (14) an einem Dichtsitz (11) freigibt und verschließt, wobei der Anker (20) mit dem Schließelement (3) wirkverbunden ist, - a closing element (3) with a valve needle (30), wherein the closing element (3) opens and closes a gas path (14) at a sealing seat (11), wherein the armature (20) is operatively connected to the closing element (3),
- ein den radial äußeren Abschluss des Gasinjektors (1) bildendes rohrförmiges Ventilgehäuse (8), das einen Ringraum (80) zur Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs in Richtung des Dichtsitzes (11) nach radial außen begrenzt, - a tubular valve housing (8) forming the radially outer end of the gas injector (1) and defining an annular space (80) for supplying the gaseous fuel radially outward in the direction of the sealing seat (11),
- ein den Ringraum (80) nach radial innen begrenzendes Gehäusebauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das den Ringraum (80) nach radial innen begrenzende Gehäusebauteil von einem zulaufseitigen Hauptkörper (7), dem Magnettopf (54) und einem Stützkörper (75) gebildet ist, wobei der Stützkörper (75) hülsenförmig ausgebildet ist und dabei einen Mantelbereich und einen Bodenbereich aufweist und der Bodenbereich einen Radialkragen (76) bildet, mit dem der Stützkörper (75) und damit der Gasinjektor (1) zumindest mittelbar an einem Zylinderkopf (45) abstützbar ist. - a housing component which delimits the annular space (80) radially inward, characterized in that the housing component which delimits the annular space (80) radially inward is formed by an inlet-side main body (7), the magnet pot (54) and a support body (75), wherein the support body (75) is sleeve-shaped and has a jacket region and a base region and the base region forms a radial collar (76) with which the support body (75) and thus the gas injector (1) can be supported at least indirectly on a cylinder head (45).
2. Gasinjektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das den Ringraum (80) nach radial innen begrenzende Gehäusebauteil ausschließlich von dem Hauptkörper (7), dem Magnettopf (54) und dem Stützkörper (75) gebildet ist 2. Gas injector according to claim 1, characterized in that the housing component which delimits the annular space (80) radially inward is formed exclusively by the main body (7), the magnet pot (54) and the support body (75).
3. Gasinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Querbohrung (90) im Stützkörper (75) vorgesehen ist, durch die ein gasförmiger Kraftstoff aus dem Ringraum (80) kommend ins Innere des Gasinjektors (1) strömen kann. 3. Gas injector according to claim 1 or 2, characterized in that at least one transverse bore (90) is provided in the support body (75), through which a gaseous fuel coming from the annular space (80) can flow into the interior of the gas injector (1).
4. Gasinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (8) und der Stützkörper (75) unterhalb der wenigstens einen Querbohrung (90), insbesondere mittels einer Schweißnaht (86), fest verbunden sind. 4. Gas injector according to claim 3, characterized in that the valve housing (8) and the support body (75) are firmly connected below the at least one transverse bore (90), in particular by means of a weld seam (86).
5. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (7), der Magnettopf (54) sowie der Stützkörper (75) über die Länge des Ringraums (80) den weitgehend gleichen Außendurchmesser besitzen. 5. Gas injector according to one of the preceding claims, characterized in that the main body (7), the magnet pot (54) and the support body (75) have substantially the same outer diameter over the length of the annular space (80).
6. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (7), der Magnettopf (54) sowie der Stützkörper (75) über die Länge des Ringraums (80) die weitgehend gleiche Wandstärke besitzen. 6. Gas injector according to one of the preceding claims, characterized in that the main body (7), the magnet pot (54) and the support body (75) have substantially the same wall thickness over the length of the annular space (80).
7. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (7) und der Magnettopf (54) sowie der Magnettopf (54) und der Stützkörper (75) jeweils mit einer Schweißnaht (87, 88) in der jeweiligen Stoßverbindung fest verbunden sind. 7. Gas injector according to one of the preceding claims, characterized in that the main body (7) and the magnet pot (54) as well as the magnet pot (54) and the support body (75) are each firmly connected with a weld seam (87, 88) in the respective butt joint.
8. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (75) aus einem martensitischen Stahl, insbesondere 1.4418 oder 1 .4305, gefertigt ist. 8. Gas injector according to one of the preceding claims, characterized in that the support body (75) is made of a martensitic steel, in particular 1.4418 or 1 .4305.
9. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale radiale Wandstärke (S1) im Mantelbereich des Stützkörpers (75) 1 mm beträgt. 9. Gas injector according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum radial wall thickness (S1) in the shell area of the support body (75) is 1 mm.
10. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale axiale Wandstärke (S2) des Radialkragens (76) des Stützkörpers (75) 2,5 mm beträgt. 10. Gas injector according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum axial wall thickness (S2) of the radial collar (76) of the support body (75) is 2.5 mm.
11 . Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stützkörper (75) mit seinem Radialkragen (76) an einer am Zylinderkopf (45) aufliegenden Dichtscheibe (56) abstützt. 11. Gas injector according to one of the preceding claims, characterized in that the support body (75) is supported with its radial collar (76) on a sealing disk (56) resting on the cylinder head (45).
12. Gasinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch kennzeichnet, dass das Schließelement (3) ein nach außen öffnendes Schließelement (3) ist. 12. Gas injector according to one of the preceding claims, characterized in that the closing element (3) is an outward-opening closing element (3).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102012212433A1 (en) * 2012-07-16 2014-01-30 Robert Bosch Gmbh Valve for measuring fluid, has measuring orifice and axially sliding valve needle which carries closure head plunging into measuring orifice from outside for selective closing and opening of measuring orifice
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