DE102020215169A1

DE102020215169A1 - Gas metering valve for gaseous fuel

Info

Publication number: DE102020215169A1
Application number: DE102020215169.5A
Authority: DE
Inventors: Oezguer Tuerker; Michael Krause; Marco Beier; Lorenz Zerle; Fabian Fischer; Torsten Burock; Daniel Bosse; Helmut Clauss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2022-06-02
Also published as: EP4271915A1; CN116829824A; WO2022117251A1

Abstract

Gasdosierventil mit einem Gehäuse (1), in dem ein Gasraum (5) ausgebildet ist, der über eine Einlassöffnung (7) mit gasförmigem Brennstoff befüllbar ist und in dem ein Ventilelement (25) beweglich angeordnet ist, das eine Auslassöffnung (8) zur dosierten Abgabe des gasförmigen Brennstoffs steuert. Ein Magnetanker (10) übt über eine Kopplerhülse (20) eine Öffnungskraft auf das Ventilelement (25) aus, wobei die Kopplerhülse (20) mit einer Stirnfläche (35) an einer Anlagefläche (36) am Magnetanker (10) anliegt. Die Stirnfläche (35) der Kopplerhülse (20) und/oder die Anlagefläche (36) am Magnetanker (10) ist dabei kugelschalenförmig ausgebildet.Gas metering valve with a housing (1) in which a gas chamber (5) is formed, which can be filled with gaseous fuel via an inlet opening (7) and in which a valve element (25) is movably arranged, which has an outlet opening (8) for metering Delivery of the gaseous fuel controls. A magnet armature (10) exerts an opening force on the valve element (25) via a coupler sleeve (20), the coupler sleeve (20) resting with an end face (35) on a contact surface (36) on the magnet armature (10). The end face (35) of the coupler sleeve (20) and/or the bearing surface (36) on the magnet armature (10) is designed in the shape of a spherical shell.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasdosierventil für gasförmigen Brennstoff, wie es vorzugsweise Verwendung findet, um gasförmigen Brennstoff für eine Brennkraftmaschine oder einen sonstigen Verbraucher für gasförmigen Brennstoff zu dosieren.The invention relates to a gas metering valve for gaseous fuel, as is preferably used to meter gaseous fuel for an internal combustion engine or another consumer of gaseous fuel.

Stand der TechnikState of the art

Gasdosierventile zur Dosierung von gasförmigem Brennstoff sind aus dem Stand der Technik beispielsweise aus der DE 10 2020 201 973 A1 bekannt. Die Gasdosierventile weisen eine Einlass- und eine Auslassöffnung auf, wobei die Einlassöffnung durch ein erstes Ventilelement und die Auslassöffnung durch ein zweites Ventilelement verschließbar ist. Da gasförmiger Kraftstoff deutlich schwerer abzudichten ist als flüssiger Kraftstoff, ist eine vollständige Abdichtung häufig nur über Elastomerdichtungen möglich, die jedoch relativ temperaturempfindlich sind und die insbesondere keinen hohen Temperaturen ausgesetzt werden dürfen, wie sie beispielsweise in oder in der Nähe eines Brennraums auftreten. Aus diesem Grund wird die Abdichtung des gasförmigen Brennstoffs vom ersten Ventilelement, das eine Elastomerdichtung aufweist, übernommen, während das zweite Ventilelement einen metallischen Dichtsitz aufweist, der zur eigentlichen Dosierung des gasförmigen Brennstoffs ausreichend dicht ist. Beide Ventilelemente werden mit Hilfe eines einzigen Elektromagneten bewegt, wobei das erste Ventilelement als Magnetanker ausgebildet ist und das zweite Element die Form einer Düsennadel aufweist. Der Magnetanker wird durch den Elektromagneten gegen die Kraft einer Schließfeder bewegt und ist mit dem Ventilelement gekoppelt, so dass sich auch das Ventilelement, also die Ventilnadel, mitbewegt, die am auslassseitigen Ende des Gasdosierventils einen Dichtsitz formt.Gas metering valves for metering gaseous fuel are known from the prior art, for example from DE 10 2020 201 973 A1 known. The gas metering valves have an inlet and an outlet opening, the inlet opening being closable by a first valve element and the outlet opening being closable by a second valve element. Since gaseous fuel is much more difficult to seal than liquid fuel, complete sealing is often only possible using elastomer seals, which are relatively temperature-sensitive and in particular must not be exposed to high temperatures such as those that occur in or near a combustion chamber. For this reason, the sealing of the gaseous fuel is taken over by the first valve element, which has an elastomer seal, while the second valve element has a metal sealing seat, which is sufficiently tight for the actual metering of the gaseous fuel. Both valve elements are moved with the aid of a single electromagnet, with the first valve element being designed as an armature and the second element being in the form of a nozzle needle. The magnet armature is moved by the electromagnet against the force of a closing spring and is coupled to the valve element, so that the valve element, i.e. the valve needle, which forms a sealing seat at the outlet end of the gas metering valve, also moves.

Die Kopplung des Magnetankers mit der Düsennadel geschieht durch ein Übertragungselement, das aus dem Stand der Technik bekannt ist und beispielsweise die Form einer Hülse aufweist. Die Hülse liegt dabei sowohl am Magnetanker als auch an der Düsennadel an und überträgt so die Öffnungskraft zwischen diesen Bauteilen. Die Düsennadel ist ebenfalls durch eine Düsenfeder vorgespannt, so dass durch den Magnetanker sowohl die Kraft der Schließfeder als auch die Kraft der Düsenfeder überwunden werden muss.The magnet armature is coupled to the nozzle needle by a transmission element which is known from the prior art and is in the form of a sleeve, for example. The sleeve is in contact with both the magnet armature and the nozzle needle and thus transmits the opening force between these components. The nozzle needle is also pretensioned by a nozzle spring, so that both the force of the closing spring and the force of the nozzle spring must be overcome by the magnet armature.

Die beweglichen Teile des Gasdosierventils sind nicht geschmiert, da der gasförmige Brennstoff keinerlei Schmiereigenschaften aufweist und eine separate Schmierung technisch nur schwer umsetzbar ist. Die Fertigungstoleranzen müssen deshalb relativ groß bemessen sein, um ein Verkanten von Ventilelementen innerhalb des Gehäuses zu verhindern. Da der Magnetanker die Kraft über eine Kopplerhülse an die Düsennadel weitergibt, werden sowohl die Auflageflächen zwischen dem Magnetanker und der Kopplerhülse als auch zwischen der Kopplerhülse und der Düsennadel flach geschliffen, um ein Verkippen der Bauteile zu verhindern. Durch Fertigungstoleranzen oder aufgrund von thermischen Ausdehnungen kann es jedoch zu einem Schiefstand des Magnetankers innerhalb des Gehäuses kommen, so dass diese Schieflage an die Kopplerhülse weitergegeben wird. Da sowohl der Magnetanker als auch die Kopplerhülse ungeschmiert innerhalb des Gehäuses geführt sind, kann es zu einer exzentrischen Kraftübertragung mit entsprechenden Kippmomenten auf den Magnetanker kommen. Dies führt zu einer radialen Lagerbelastung an den Kontaktstellen zwischen dem Magnetanker und dem Gehäuse bzw. der Kopplerhülse und dem Gehäuse, was den Verschleiß in diesen Bereichen stark erhöht und die Lebensdauer des Gasdosierventils entsprechend verringern kann.The moving parts of the gas metering valve are not lubricated because the gaseous fuel has no lubricating properties and separate lubrication is technically difficult to implement. The manufacturing tolerances must therefore be relatively large in order to prevent the valve elements from tilting within the housing. Since the magnet armature transmits the force to the nozzle needle via a coupler sleeve, the contact surfaces between the magnet armature and the coupler sleeve and between the coupler sleeve and the nozzle needle are ground flat to prevent the components from tilting. However, due to manufacturing tolerances or due to thermal expansion, the magnet armature can be skewed within the housing, so that this skewed position is passed on to the coupler sleeve. Since both the magnet armature and the coupler sleeve are guided inside the housing without lubrication, eccentric force transmission with corresponding tilting moments on the magnet armature can occur. This leads to a radial bearing load at the contact points between the magnet armature and the housing or between the coupler sleeve and the housing, which greatly increases wear in these areas and can correspondingly reduce the service life of the gas metering valve.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Das erfindungsgemäße Gasdosierventil weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine zentrische und sich selbst zentrierende Kraftübertragung vom Magnetanker über die Kopplerhülse auf die Düsennadel bzw. das Ventilelement ermöglicht wird, so dass die Lebensdauer des Gasdosierventils nicht verschleißbedingt verkürzt wird. Dazu weist das Gasdosierventil ein Gehäuse auf, in dem ein Gasraum ausgebildet ist, der über eine Einlassöffnung mit gasförmigem Brennstoff befüllbar ist. Im Gasraum ist ein Ventilelement beweglich angeordnet, das eine Auslassöffnung zur dosierten Abgabe des gasförmigen Brennstoffs steuert. Darüber hinaus ist ein Magnetanker vorhanden, der über eine Kopplerhülse eine Öffnungskraft auf das Ventilelement ausübt, wobei die Kopplerhülse mit einer Stirnfläche an einer Anlagefläche am Magnetanker anliegt. Die Stirnfläche der Kopplerhülse und/oder die Anlagefläche am Magnetanker sind dabei kugelschalenförmig ausgebildet.In contrast, the gas metering valve according to the invention has the advantage that a centric and self-centering force transmission from the magnet armature via the coupler sleeve to the nozzle needle or the valve element is made possible, so that the service life of the gas metering valve is not shortened due to wear. For this purpose, the gas metering valve has a housing in which a gas chamber is formed, which can be filled with gaseous fuel via an inlet opening. A valve element is movably arranged in the gas chamber and controls an outlet opening for metered delivery of the gaseous fuel. In addition, there is a magnet armature which exerts an opening force on the valve element via a coupler sleeve, the coupler sleeve bearing with an end face against a contact surface on the magnet armature. The end face of the coupler sleeve and/or the contact face on the magnet armature are designed in the shape of a spherical shell.

Ist die Auflagefläche der Kopplerhülse am Magnetanker flach geschliffen, so wird jeder Schiefstand des Magnetankers direkt auf die Kopplerhülse und von dort eventuell auf die Düsennadel bzw. das Ventilelement übertragen, was zu den oben bereits geschilderten Problemen führt. Durch die kugelschalenförmige Ausbildung der Anlagefläche und/oder der Stirnfläche der Kopplerhülse wird eine selbstzentrierende Wirkung auf die Kopplerhülse bzw. den Magnetanker erreicht, das heißt, ein eventueller Schiefstand wird durch die entsprechenden Kräfte, die in der kugelschalenförmigen Anlagenfläche bzw. der kugelschalenförmigen Stirnfläche entstehen, wieder zentriert, so dass der Schiefstand ausgeglichen und ein übermäßiger Verschleiß zwischen dem Magnetanker bzw. der Kopplerhülse und der Wand des Gasraums, also des Gehäuses, verhindert wird.If the contact surface of the coupler sleeve on the magnet armature is ground flat, any misalignment of the magnet armature is transferred directly to the coupler sleeve and from there to the nozzle needle or the valve element, which leads to the problems described above. The spherical shell-shaped design of the contact surface and/or the end face of the coupler sleeve results in a self-centering effect on the coupler sleeve or the magnet armature, i.e. any misalignment is compensated by the corresponding forces that arise in the spherical shell-shaped contact surface or the spherical shell-shaped end face. centered again, so that the misalignment is compensated and excessive wear between the magnet armature or the coupler sleeve and the wall of the gas space, i.e. the housing, is prevented.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Stirnfläche der Kopplerhülse kugelschalenförmig ausgebildet und die Anlagefläche am Magnetanker konisch. Durch diese Paarung der Anlageflächen bzw. der Stirnfläche der Kopplerhülse wird die selbstzentrierende Wirkung erreicht, da bei einem Schiefstand der Kopplerhülse bzw. des Magnetankers entsprechende Kräfte wirken, die die kollineare Lage wieder herstellen. Dabei ist der Öffnungswinkel der konischen Anlagefläche vorzugsweise zwischen 110° und 130°.In a first advantageous embodiment, the end face of the coupler sleeve is designed in the shape of a spherical shell and the contact surface on the magnet armature is conical. This pairing of the contact surfaces or the end face of the coupler sleeve achieves the self-centering effect, since if the coupler sleeve or the magnet armature is in an inclined position, corresponding forces act that restore the collinear position. The opening angle of the conical contact surface is preferably between 110° and 130°.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist sowohl die Stirnfläche der Kopplerhülse als auch die Anlagefläche am Magnetanker kugelschalenförmig ausgebildet. Auch dadurch kann eine selbstzentrierende Wirkung der beiden Bauteile zueinander erreicht werden. Dabei ist der Radius der Kugel, die die Kugelschalenform der Anlagefläche am Magnetanker bildet, stets größer als der Radius der Kugel, die die Kugelschalenform der Stirnfläche der Kopplerhülse bildet.In a further advantageous embodiment of the invention, both the end face of the coupler sleeve and the contact face on the magnet armature are designed in the shape of a spherical shell. This also makes it possible to achieve a self-centering effect of the two components with respect to one another. The radius of the sphere that forms the spherical shell shape of the contact surface on the magnet armature is always larger than the radius of the sphere that forms the spherical shell shape of the end face of the coupler sleeve.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Magnetanker eine zentrale Öffnung auf, die zur Kopplerhülse hin offen ist, wobei die Anlagefläche an Magnetanker den Rand der zentralen Öffnung umgibt. Der gasförmige Brennstoff strömt innerhalb des Gasdosierventils von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung und dabei auch in die zentrale Öffnung des Magnetankers. Durch die Öffnung hin zur Kopplerhülse kann der gasförmige Brennstoff weiter in die Kopplerhülse strömen und von dort in Richtung der Auslassöffnung. Da der gasförmige Brennstoff beide Bauteile auch am Rand umgibt, ist eine gasdichte Abdichtung zwischen den beiden Bauteilen nicht notwendig.In a further advantageous embodiment of the invention, the magnet armature has a central opening which is open towards the coupler sleeve, with the contact surface on the magnet armature surrounding the edge of the central opening. The gaseous fuel flows inside the gas metering valve from the inlet opening to the outlet opening and also into the central opening of the magnet armature. The gaseous fuel can flow further into the coupler sleeve through the opening towards the coupler sleeve and from there in the direction of the outlet opening. Since the gaseous fuel also surrounds both components at the edge, a gas-tight seal between the two components is not necessary.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kopplerhülse durch eine Schließfeder gegen den Magnetanker vorgespannt, so dass die Stirnfläche der Kopplerhülse gegen die Anlagefläche gedrückt wird. Da die Schließfeder über die Kopplerhülse auf den Magnetanker wirkt, entfernen sich beide Bauteile während des Betriebs des Gasdosierventils nicht voneinander, so dass stets beide Bauteile aneinander anliegen und die entsprechende Wirkung der kugelschalenförmigen Anlageflächen gewährleistet ist.In a further advantageous embodiment, the coupler sleeve is prestressed against the magnet armature by a closing spring, so that the end face of the coupler sleeve is pressed against the contact surface. Since the closing spring acts on the magnet armature via the coupler sleeve, the two components do not move away from one another during operation of the gas metering valve, so that both components are always in contact and the corresponding effect of the spherical shell-shaped contact surfaces is ensured.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ventilelement in geschlossenem Zustand des Gasdosierventils axial beabstandet zur Kopplerhülse. Dadurch ergibt sich ein Freilauf, d.h. bei der Bewegung des Magnetankers in Öffnungsrichtung - angetrieben durch den Elektromagneten - muss erst ein Leerhub durchfahren werden, bis die Kopplerhülse am Ventilelement bzw. der Düsennadel anliegt. Der Freilauf gewährleistet ein ausreichendes Spiel, um thermische Ausdehnungen beim Betrieb des Gasdosierventils auszugleichen. Bei einer starren Verbindung zwischen dem Magnetanker und der Düsennadel wäre die Dichtheit im geschlossenen Zustand hingegen nicht mehr gewährleistet. Dabei erfolgt die Öffnungshubbewegung des Ventilelements vorzugsweise nach außen, so dass die Dichtung am Magnetanker, die die Einlassöffnung abdichtet, in der gleichen Bewegungsrichtung öffnet wie auch das Ventilelement bzw. die Düsennadel.In a further advantageous embodiment, the valve element is spaced axially from the coupler sleeve when the gas metering valve is in the closed state. This results in freewheeling, i.e. when the magnet armature moves in the opening direction - driven by the electromagnet - an idle stroke must first be completed before the coupler sleeve is in contact with the valve element or the nozzle needle. The freewheel ensures sufficient play to compensate for thermal expansion during operation of the gas metering valve. With a rigid connection between the magnet armature and the nozzle needle, however, the tightness in the closed state would no longer be guaranteed. The opening stroke movement of the valve element preferably takes place outwards, so that the seal on the magnet armature, which seals the inlet opening, opens in the same direction of movement as the valve element or the nozzle needle.

Figurenlistecharacter list

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasdosierventils dargestellt. Es zeigt

1 Längsschnitt durch das gesamte Gasdosierventil,
2 eine vergrößerte Darstellung im Bereich der Kopplerhülse mit einem angedeuteten Schiefstand des Magnetankers und
3 und 4 weitere vergrößerte Darstellungen des Anlagebereichs zwischen dem Magnetanker und der Kopplerhülse.

In the drawing, an embodiment of the gas metering valve according to the invention is shown. It shows

1 Longitudinal section through the entire gas metering valve,
2 an enlarged view in the area of the coupler sleeve with an indicated inconsistency of the magnet armature and
3 and 4 further enlarged representations of the contact area between the magnet armature and the coupler sleeve.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Gasdosierventil im Längsschnitt dargestellt. Das Gasdosierventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Magnetkörper 2, ein Zwischenstück 3 und einen Düsenkörper 4 umfasst, die gasdicht gegeneinander verspannt sind durch eine nicht näher gezeigte Spannvorrichtung. Im Gehäuse 1 ist ein Gasraum 5 ausgebildet, der über eine Einlassöffnung 7 mit gasförmigem Brennstoff befüllbar ist. Am auslassseitigen Ende des Gasdosierventils - am unteren Ende der 1 - ist entsprechend eine Auslassöffnung 8 ausgebildet. Im Gasraum 5 ist innerhalb des Magnetkörpers 2 ein Magnetanker 10 angeordnet, der als Tauchanker ausgebildet ist und der durch die Kraft eines Elektromagneten, gebildet durch eine Magnetspule 14 und einen äußeren Magnetkern 15, innerhalb des Magnetkörpers 2 in Längsrichtung bewegbar ist. Der Magnetanker 10 weist an seiner der Einlassöffnung 7 zugewandten Stirnseite eine flache Dichtfläche 11 auf, mit der der Magnetanker 10 mit einer Sitzfläche 12, die im Magnetkörper 2 ausgebildet ist, zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung 7 zusammenwirkt. Zur gasdichten Abdichtung der Einlassöffnung 7 ist eine Dichtung 13 in die Sitzfläche 12 eingelassen, die als Elastormerdichtung ausgebildet ist, so dass bei Anlage des Magnetankers 10 an der Sitzfläche 12 eine gasdichte Abdichtung der Gasöffnung 7 erreicht wird. Im Magnetanker 10 ist eine zentrale Öffnung 17 ausgebildet, in die über zwei oder mehrere Schrägbohrungen 16 gasförmiger Brennstoff einströmt, sobald die Einlassöffnung 7 durch den Magnetanker 10 freigegeben ist.In 1 a gas metering valve according to the invention is shown in longitudinal section. The gas metering valve has a housing 1, which includes a magnetic body 2, an intermediate piece 3 and a nozzle body 4, which are clamped against one another in a gas-tight manner by a clamping device that is not shown in detail. A gas chamber 5 is formed in the housing 1 and can be filled with gaseous fuel via an inlet opening 7 . At the outlet end of the gas metering valve - at the lower end of the 1 - An outlet opening 8 is formed accordingly. A magnet armature 10 is arranged in the gas chamber 5 within the magnet body 2, which is designed as a plunger and which can be moved in the longitudinal direction within the magnet body 2 by the force of an electromagnet, formed by a magnet coil 14 and an outer magnet core 15. The magnet armature 10 has on its end face facing the inlet opening 7 a flat sealing surface 11 with which the magnet armature 10 interacts with a seating surface 12 formed in the magnet body 2 to open and close the inlet opening 7 . For gas-tight sealing of the inlet opening 7, a seal 13 is embedded in the seat 12, which is designed as an Elastomer seal, so that when the magnet armature 10 rests on the seat 12, a gas-tight seal of the Gas opening 7 is reached. A central opening 17 is formed in the magnet armature 10 , into which gaseous fuel flows via two or more oblique bores 16 as soon as the inlet opening 7 is released by the magnet armature 10 .

Der Magnetanker 10 liegt mit seiner der Einlassöffnung 7 abgewandten Stirnfläche an einer Kopplerhülse 20 an, die in einer Bohrung 18 im Magnetkörper 2 ebenso wie der Magnetanker 10 längsbeweglich angeordnet ist. Die Kopplerhülse 20 weist eine Stirnfläche 35 auf, die dem Magnetanker 10 zugewandt ist und mit der die Kopplerhülse 20 an einer Anlagefläche 36 des Magnetankers anliegt. Gasförmiger Brennstoff, der in die zentrale Öffnung 17 des Magnetankers 10 strömt, gelangt von dort weiter in die Kopplerhülse 20 und strömt dann am auslassseitigen Ende über mehrere Querbohrungen 30 aus der Kopplerhülse 20 und weiter in Richtung der Auslassöffnung 8. Die Kopplerhülse 20 ist durch eine vorgespannte Schließfeder 22, die hier als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, mit einer Schließkraft in Richtung des Magnetankers 10 beaufschlagt, so dass die Schließfeder 22 die Kopplerhülse 20 gegen die Anlagefläche 36 drückt und dadurch auch den Magnetanker 10 in Richtung der Sitzfläche 12.The magnet armature 10 rests with its end face facing away from the inlet opening 7 on a coupler sleeve 20 which, like the magnet armature 10, is arranged in a bore 18 in the magnet body 2 so that it can move longitudinally. The coupler sleeve 20 has an end face 35 which faces the magnet armature 10 and with which the coupler sleeve 20 bears against a contact surface 36 of the magnet armature. Gaseous fuel, which flows into the central opening 17 of the magnet armature 10, passes from there into the coupler sleeve 20 and then flows at the outlet end via several transverse bores 30 out of the coupler sleeve 20 and further in the direction of the outlet opening 8. The coupler sleeve 20 is connected by a preloaded closing spring 22, which is designed here as a helical compression spring, is subjected to a closing force in the direction of the magnet armature 10, so that the closing spring 22 presses the coupler sleeve 20 against the contact surface 36 and thereby also the magnet armature 10 in the direction of the seat surface 12.

Im Düsenkörper 4 des Gehäuses 1 ist ein Ventilelement 25 längsverschiebbar angeordnet, das als Düsennadel ausgebildet ist. Das Ventilelement 25 ragt über das auslassseitige Ende des Düsenkörpers 4 hinaus, wobei es an seinem Ende einen konischen Nadelsitz 28 aufweist, mit dem das Ventilelement 25 mit einem ebenso konischen Düsensitz 29 am auslassseitigen Ende des Düsenkörpers 4 zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung 8 zusammenwirkt. Zur Führung innerhalb des Düsenkörpers 4 sind am Ventilelement 25 ein erster Führungsabschnitt 26 und ein zweiter Führungsabschnitt 27 ausgebildet, wobei die Strömung des gasförmigen Brennstoffs durch Anschliffe an den Führungsabschnitten 26, 27 sichergestellt ist, die in der 1 nicht dargestellt sind.In the nozzle body 4 of the housing 1, a valve element 25 is arranged in a longitudinally displaceable manner, which is designed as a nozzle needle. The valve element 25 protrudes beyond the outlet-side end of the nozzle body 4, having a conical needle seat 28 at its end, with which the valve element 25 interacts with an equally conical nozzle seat 29 at the outlet-side end of the nozzle body 4 to open and close the outlet opening 8. For guidance within the nozzle body 4, a first guide section 26 and a second guide section 27 are formed on the valve element 25, with the flow of the gaseous fuel being ensured by ground sections on the guide sections 26, 27, which in FIG 1 are not shown.

Am Ventilelement 25 ist der Auslassöffnung 8 abgewandt ein Federteller 32 befestigt, zwischen dem und einem Absatz im Zwischenstück 3 eine Düsenfeder 33 unter Druckvorspannung angeordnet ist, die ebenso wie die Schließfeder 22 als Schraubendruckfeder ausgebildet ist. Durch die Kraft der Düsenfeder 33 wird das Ventilelement 25 gegen den Düsensitz 29 gedrückt, so dass bei ausgeschaltetem Gasdosierventil, d.h. nicht bestromtem Elektromagneten 14, 15, die Auslassöffnung 8 verschlossen wird. Befindet sich der Magnetanker 10 in Anlage an der Sitzfläche 12, so ist die Kopplerhülse 20 vom Ventilelement 25 beabstandet, wodurch ein Freilauf h gebildet wird, der typischerweise zwischen 50 und 110 µm beträgt. Dieser Freilauf stellt sicher, dass das Ventilelement 25 durch die Düsenfeder 33 auch bei thermischen Ausdehnungen der Bauteile stets die Auslassöffnung 8 sicher verschließt, wenn der Elektromagnet 14, 15 nicht bestromt ist.A spring plate 32 is attached to the valve element 25 facing away from the outlet opening 8, between which and a shoulder in the intermediate piece 3 a nozzle spring 33 is arranged under compressive prestress, which, like the closing spring 22, is designed as a helical compression spring. The valve element 25 is pressed against the nozzle seat 29 by the force of the nozzle spring 33, so that when the gas metering valve is switched off, i.e. the electromagnet 14, 15 is not energized, the outlet opening 8 is closed. When the magnet armature 10 is in contact with the seat surface 12, the coupler sleeve 20 is at a distance from the valve element 25, as a result of which a freewheel h is formed which is typically between 50 and 110 μm. This freewheeling ensures that the valve element 25 always reliably closes the outlet opening 8 through the nozzle spring 33, even in the event of thermal expansion of the components, when the electromagnet 14, 15 is not energized.

Zur Dosierung des gasförmigen Brennstoffs wird der Elektromagnet bestromt, d.h. die Magnetspule 14 zieht durch ihr Magnetfeld den Magnetanker 10 von der Sitzfläche 12 weg, so dass die Einlassöffnung 7 für den gasförmigen Brennstoff freigegeben wird. Der gasförmige Brennstoff strömt von der Einlassöffnung 7 über die Schrägbohrungen 16 in die zentrale Öffnung 17, von dort durch die Kopplerhülse 20 und die Querbohrungen 30 in den Düsenkörper 4 und schließlich - vorbei an den Führungsabschnitten 26, 27 - zur Auslassöffnung 8. Bei Bestromung des Elektromagneten 14 bewegt sich der Magnetanker 10 gegen die Kraft der Schließfeder 22, wobei sich die Kopplerhülse 20 und das Ventilelement 25 nach Durchfahren des Freihubs h berühren und die Düsennadel bzw. das Ventilelement 25 aufgedrückt wird. Der Elektromagnet 14, 15 muss dabei sowohl die Vorspannkraft der Schließfeder 22 als auch die Kraft der Düsenfeder 33 überwinden. Soll die Dosierung des gasförmigen Brennstoffs beendet werden, so wird die Bestromung der Magnetspule 14 beendet, wodurch die Schließfeder 22 und die Düsenfeder 33 das Ventilelement 25 bzw. den Magnetanker 10 zurück in ihre Ausgangsstellung drücken, so dass sowohl die Einlassöffnung 7 als auch die Auslassöffnung 8 wieder verschlossen werden.To meter the gaseous fuel, the electromagnet is energized, i.e. the magnetic coil 14 pulls the magnet armature 10 away from the seat surface 12 with its magnetic field, so that the inlet opening 7 for the gaseous fuel is released. The gaseous fuel flows from the inlet opening 7 via the inclined bores 16 into the central opening 17, from there through the coupler sleeve 20 and the transverse bores 30 into the nozzle body 4 and finally - past the guide sections 26, 27 - to the outlet opening 8. When the Electromagnet 14 moves the magnet armature 10 against the force of the closing spring 22, the coupler sleeve 20 and the valve element 25 touching after the free stroke h has been traversed and the nozzle needle or the valve element 25 is pressed open. The electromagnet 14, 15 has to overcome both the prestressing force of the closing spring 22 and the force of the nozzle spring 33. If metering of the gaseous fuel is to be ended, the energization of the magnetic coil 14 is terminated, as a result of which the closing spring 22 and the nozzle spring 33 press the valve element 25 and the magnet armature 10 back into their initial position, so that both the inlet opening 7 and the outlet opening 8 to be closed again.

In 2 ist der Magnetanker 10 und die Kopplerhülse 20 vergrößert nochmals separat dargestellt, wobei hier ein Schiefstand des Magnetankers 10 angedeutet ist. Der Magnetanker 10 ist um einen Winkel α verkippt, was durch Fertigungstoleranzen oder auch durch Verformungen beim Betrieb des Gasdosierventils verursacht sein kann. Ist die Stirnfläche 35 der Kopplerhülse 20 und die Anlagefläche 36 am Magnetanker plan ausgebildet, so überträgt sich der Schiefstand des Magnetankers 10 unmittelbar auf die Kopplerhülse 20, die dann ebenfalls schief innerhalb des Gehäuses 1 ist und damit schräg zur Längsachse 6 des Gehäuses 1. An den mit X bezeichneten Punkten kommt es durch die Schiefstellung zu einer Berührung zwischen dem Magnetanker und dem Gehäuse 1, was an diesen Stellen zu erhöhtem Verschleiß führt und damit möglicherweise zu einem vorzeitigen Ausfall des Gasdosierventils. Erfindungsgemäß ist jedoch die Stirnfläche der Kopplerhülse 20 und/oder die Anlagefläche 36 am Magnetanker 10 kugelschalenförmig ausgebildet, so dass die Bauteile in einem gewissen Winkelbereich gegeneinander abgleiten können. Da in der hier gezeigten Schrägstellung am linken Berührpunkt zwischen dem Magnetanker 10 und der Kopplerhülse 20 eine größere Kraft auf die Kopplerhülse 20 wirkt, ergibt sich ein entsprechendes Kippmoment auf die Kopplerhülse 20 und diese verkippt aufgrund der kugelschalenförmigen Ausgestaltung der Stirnfläche an der Anlagefläche 36, bis die Schiefstellung ausgeglichen ist. In 3 ist dies nochmals vergrößert dargestellt, wobei hier die Stirnfläche 35 der Kopplerhülse 20 kugelschalenförmig ausgebildet ist, während die Anlagefläche 36 am Magnetanker 10 konisch ausgebildet ist. Durch diese Paarung der Flächen lässt sich ein Abkippen der Kopplerhülse 20 am Magnetanker 10 leicht erreichen, um Schiefstellungen auszugleichen. Dabei ist der Öffnungswinkel β der konischen Fläche 36, also der Anlagefläche am Magnetanker, vorzugsweise etwa 110° bis 130°.In 2 the magnet armature 10 and the coupler sleeve 20 are again shown separately, enlarged, with a crooked position of the magnet armature 10 being indicated here. The magnet armature 10 is tilted at an angle α, which can be caused by manufacturing tolerances or by deformations during operation of the gas metering valve. If the end face 35 of the coupler sleeve 20 and the contact face 36 on the magnet armature are flat, the crooked position of the magnet armature 10 is transferred directly to the coupler sleeve 20, which is then also crooked within the housing 1 and thus at an angle to the longitudinal axis 6 of the housing 1 Due to the misalignment at the points marked X, there is contact between the magnet armature and the housing 1, which leads to increased wear at these points and thus possibly to premature failure of the gas metering valve. According to the invention, however, the end face of the coupler sleeve 20 and/or the contact surface 36 on the magnet armature 10 is designed in the shape of a spherical shell, so that the components can slide against one another within a certain angular range. Since, in the inclined position shown here, a greater force acts on the coupler sleeve 20 at the left contact point between the magnet armature 10 and the coupler sleeve 20, there is a corresponding tilting moment on the coupler sleeve 20 and this tilts as a result the spherical shell-shaped configuration of the end face on the contact surface 36 until the misalignment is compensated. In 3 this is shown enlarged again, with the end face 35 of the coupler sleeve 20 being designed in the shape of a spherical shell, while the contact surface 36 on the magnet armature 10 is designed conically. This pairing of the surfaces makes it easy to tilt the coupler sleeve 20 on the magnet armature 10 in order to compensate for misalignments. The opening angle β of the conical surface 36, ie the contact surface on the magnet armature, is preferably approximately 110° to 130°.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der entsprechenden Flächenpaarung dargestellt. Hierbei ist sowohl die Stirnfläche 35 der Kopplerhülse 20 als auch die Anlagefläche 36 am Magnetanker 10 kugelschalenförmig ausgebildet. Dabei ist der Radius R₂ der gedachten Kugel, die die kugelschalenförmige Anlagefläche 36 am Magnetanker 10 bildet, größer als der Radius R₁ der gedachten Kugel, die die kugelschalenförmige Stirnfläche 35 der Kopplerhülse 20 bildet.In 4 a further exemplary embodiment of the corresponding surface pairing is shown. Both the end face 35 of the coupler sleeve 20 and the contact face 36 on the magnet armature 10 are designed in the shape of a spherical shell. The radius R ₂ of the imaginary sphere that forms the contact surface 36 in the shape of a spherical shell on the magnet armature 10 is larger than the radius R ₁ of the imaginary sphere that forms the end face 35 of the coupler sleeve 20 in the shape of a spherical shell.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102020201973 A1 [0002]

Claims

Gas metering valve with a housing (1) in which a gas chamber (5) is formed, which can be filled with gaseous fuel via an inlet opening (7) and in which a valve element (25) is movably arranged, which has an outlet opening (8) for metering controls the delivery of the gaseous fuel, and with a magnet armature (10) which exerts an opening force on the valve element (25) via a coupler sleeve (20), the coupler sleeve (20) having an end face (35) on a bearing surface (36) on the magnet armature (10), characterized in that the end face (35) of the coupler sleeve (20) and/or the bearing surface (36) on the magnet armature (10) is designed in the shape of a spherical shell.

gas metering valve claim 1 , characterized in that the end face (35) of the coupler sleeve (20) is designed in the shape of a spherical shell and the contact surface (36) on the magnet armature (10) is designed conically.

gas metering valve claim 2 , characterized in that the opening angle (β) of the conical bearing surface (36) is 110° to 130°.

gas metering valve claim 1 , characterized in that the end face (35) of the coupler sleeve (20) is designed in the shape of a spherical shell and the contact surface (36) on the magnet armature (10) is also designed in the shape of a spherical shell.

gas metering valve claim 4 , characterized in that the radius (R ₂ ) of the imaginary sphere of the contact surface (36) forming the spherical shell shape is greater than the radius (R ₁ ) of the imaginary sphere of the end face (35) forming the spherical shell shape.

Gas metering valve according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that in the magnet armature (10) a central opening (17) is formed, which is open to the coupler sleeve (20), and the contact surface (36) surrounds the edge of the central opening (17).

Gas metering valve according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the coupler sleeve (20) is designed to conduct the gaseous fuel flowing in from the central opening (17).

Gas metering valve according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the coupler sleeve (20) is prestressed against the magnet armature (10) by a closing spring (22), so that the end face (35) of the coupler sleeve (20) is pressed against the contact surface (36) by the closing spring (22). becomes.

Gas metering valve according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the valve element (25) in the closed state of the gas metering valve an axial distance (h) to the coupler sleeve (20).

gas metering valve claim 9 , characterized in that the opening stroke movement of the valve element (25) takes place outwards.