CN107304742A - 用于控制介质、尤其是燃料的控制阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制介质、尤其是燃料的控制阀，所述控制阀包括：密封座(2)；阀元件(3)，所述阀元件在所述密封座(2)上释放和关闭通道(14)；用于操纵所述阀元件(3)的致动器(4)；和波纹管(5)，所述波纹管固定在所述阀元件(3)上，其中，所述阀元件(3)布置在所述波纹管(5)内部，其中，所述密封座(2)的最外侧直径(D1)与所述波纹管(5)的平均直径(D2)一样大。

Description

用于控制介质、尤其是燃料的控制阀
技术领域
本发明涉及一种用于控制介质、尤其是燃料的控制阀，一种用于配量气体、尤其是气态燃料的装置，以及一种尤其在车辆中的内燃机的气体供给设备。
背景技术
由现有技术已知呈不同构型的用于控制介质的控制阀。例如DE 10 2007 022 214A1示出用于燃气驱动的内燃机的压力调节系统，该压力调节系统具有压力调节阀，该压力调节阀能够借助于参考压力室改变在阀座下游的可调节的压力。该压力调节系统原则上证明是有效的，但是由于使用两个控制阀具有相对复杂并且昂贵的结构。此外，参考压力室也是必需的，以至于产生用于压力调节系统的相对较大的结构空间。由于突出的努力，内燃机总是更小并且更有效率地构型，因此，所期望的是，有控制介质、尤其是用于控制气态燃料的改进的控制阀。
发明内容
与此相对地，根据本发明的用于控制介质的控制阀具有以下优点：能够实现更简单并且成本更有利的结构，该结构尤其仅需要非常小的位置需求。由此也能够实现在小型构造的内燃机中的使用。此外，有利的是，通过根据本发明的控制阀不会产生由于压力所造成的振动激励。根据本发明，这由此实现：控制阀包括密封座和阀元件，该阀元件在密封座上释放和关闭通道。此外，设置用于操纵阀元件的致动器以及波纹管。波纹管固定在阀元件上，其中，阀元件布置在波纹管内部。此外，密封座的最外侧直径与波纹管的平均直径一样大。在此，密封座的最外侧直径是这样的：在控制阀闭合的情况下在密封座和阀元件之间在该直径处由最大直径限界密封面。在此，波纹管的平均直径是波纹管的内直径和波纹管的外直径之间的平均直径。因此，根据本发明可能的是，控制阀是压力平衡的，使得要控制的介质的高压(该高压沿流动方向存在于控制阀前面)对控制阀的阀元件不产生力作用。由此可以显著减小用于调节阀元件的调节力。因此，用于操纵阀元件的致动器尤其也可以是非常小型构造的。此外，根据本发明的控制阀也不需要参考压力室。由此降低泄露到环境中的危险。由于波纹管在阀元件上的灵活布置，要控制的介质的沿流动方向在密封座前面的压力仅径向作用到波纹管上。
特别优选地，波纹管布置在阀元件的最外侧边缘区域上。由此可以确保，介质的压力不能沿轴向方向作用到阀元件上，因为波纹管完全屏蔽了阀元件。
特别优选地，阀元件具有扩宽区域、尤其是圆锥状扩宽区域，其中，波纹管固定在扩宽区域的最大直径处。
优选地，波纹管是金属波纹管。金属波纹管的固定优选借助于焊接连接设置。
此外优选地，控制阀的密封座是扁平密封座。由此可以提供环形的扁平密封面。
在密封座上特别优选设置弹性体。由此尤其可以特别好地密封气态介质。
此外优选地，致动器优选可电操纵。致动器特别优选是电磁致动器。此外优选地，致动器借助于脉冲宽度调制来操控。
此外，控制阀优选包括控制单元，该控制单元设立成用于基于介质的沿流动方向在密封座前面的压力和/或基于介质的沿流动方向在密封座后面的压力来操控致动器。
致动器特别优选是磁致动器。
根据本发明的另一优选构型，控制阀还包括复位元件、尤其是复位弹簧，其中，复位元件将阀元件预压紧到闭合位置中。由此将控制阀也设置为截止阀，使得例如在内燃机中使用时根据本发明的控制阀对要密封的介质进行配量和截止。
本发明还优选涉及一种用于配量气体、尤其是气态燃料的装置，该装置包括根据本发明的控制阀。气态燃料特别优选是天然气或氢气或丙烷或丁烷。替代地，也可以使用液态燃料作为燃料，其中，控制阀对于液态介质具有与气态介质相同的优点。替代地，液态介质例如液态燃料、例如汽油或柴油也可以作为要控制的介质使用。
此外优选地，用于配量的装置还包括用于感测沿流动方向在控制阀前面的压力的第一压力传感器和/或用于感测沿流动方向在控制阀后面的压力的第二压力传感器。第一和/或第二压力传感器分别特别优选地与用于控制致动器的控制单元连接。
此外，本发明涉及一种内燃机的气体供给设备，其包括气体燃料箱和吹入喷射器以及根据本发明的控制阀。该气体供给设备特别优选地设计用于气态燃料。
附图说明
下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中示出：
图1根据本发明优选实施例的用于控制介质的控制阀以及内燃机的气体供给设备的示意性视图。
具体实施方式
下面参照图1详细说明用于控制介质的控制阀1。
控制阀1包括密封座2和阀元件3，该阀元件在该实施例中是阀活塞。阀元件3在指向密封座2的端部上具有扩宽区域8。扩宽区域8圆锥状地扩展。阀活塞空心地设置并且具有两个平衡开口30、31。
此外，控制阀1包括致动器4，该致动器在该实施例中是电磁致动器。致动器4包括线圈40和衔铁41，该衔铁与阀元件3连接。
此外，阀元件3布置在波纹管5中。波纹管5通过焊接连接部在阀元件3的扩宽区域8上固定。更精确地说，阀元件3在密封座2上具有最外侧的最大直径D1，并且波纹管5具有平均直径D2。在此，波纹管的平均直径D2是位于由波纹管的内尖端形成的内直径和由波纹管的外尖端形成的外直径中间的直径。
如由图1还可看出，密封座2构造为扁平密封座，该扁平密封座通过弹性体9设置。弹性体9在壳体7中布置在相应构成的凹口70中。因此，阀元件3在弹性体9处密封。
因此，控制阀1使高压区域15与低压区域16分开。在此，阀元件3关闭通道14或者说释放该通道。在此，图1示出控制阀的关闭状态。
根据本发明的控制阀1在该实施例中使用在内燃机20中。在此，内燃机20以气态燃料、例如天然气或类似物驱动。在内燃机20上示意性示出四个喷射器21。
控制阀1的操控借助于控制单元10来实现。在此，控制单元10基于低压区域16的压力以及高压区域15的压力来控制所述控制阀1。在这里，在高压区域15上设置第一压力传感器12，以便将高压区域的压力传输给控制单元10。第二压力传感器13设置在低压区域16上，以便将低压区域的压力传输给控制单元10。在此，喷射器21优选通过共用轨相互连接。
此外，参考标记17标明一燃料箱，气态燃料储存在该燃料箱中。
在此，控制单元10根据在高压区域15中和在低压区域16中的压力水平控制阀元件3的打开路径。因此，能够实现从高压区域15通向低压区域16的预定质量流，由此能够实现在低压区域中的相应压力提高。如由图1可看出，高压区域15的高压仅在径向方向上作用到波纹管5上。在轴向方向上，压力由于波纹管5的锯齿形结构而相互抵消。
在此，为了供给喷射器，根据本发明仅需要唯一的控制阀1。因为高压仅径向地作用在波纹管5上并由此也仅径向地作用在阀元件3上，因此高压对阀元件3的力平衡不产生影响。在此，波纹管5也承担相对于致动器4的密封功能。在此，致动器4优选构造为电磁致动器并且可以非常小型构造地设计，因为用于打开阀元件3所必需的调节力由于高压力在波纹管5上仅有径向的可作用性而只是非常小。在此，根据本发明的控制阀1整体具有非常简单并且成本有利的结构。
此外，使用波纹管5也能够避免在密封元件上的摩擦力，否则在现有技术中必须在阀元件3上设置所述密封元件，以便保护致动器4免受高压区域15的高压的影响。在高压区域15中通常存在着在25和1.5Mpa之间的压力，该压力之后借助于根据本发明的控制阀1调节到为了喷射所必需的、在低压区域16中的处于0.5到1.5MPa之间的低压。
根据本发明，因此能够实现高压区域15至低压区域16的单级压力调节。在此，阀元件3的复位借助于复位元件11实现，该复位元件在该实施例中是弹簧元件。由此，控制阀1在致动器4不通电的状态下保持在闭合状态中。因此，通过控制阀1还附加地在关断致动器4时自动实现截止作用。因此，根据本发明的控制阀1除了配量功能外也附加地具有截止功能。
要指出，根据本发明的控制阀1也可以在液态介质、例如液化气的情况下使用。
此外，由于作为密封元件的弹性体9而实现高的密封性。气态介质的卸压在通过通道14之后才进行，使得弹性体9不会由于焦耳汤姆孙效应而发生冷却。
还要指出，也可能的是，在低压区域16上附加地设置过压阀，该过压阀在可能出现过压的情况下优选可以通过通向发动机的吸气管的连接管道将过压排出到吸气管中。
还要指出，除了在高压区域15中和在低压区域16中的压力之外，控制阀1借助于控制单元10的控制也能与介质的质量流和/或温度相关。
根据本发明的控制阀的另一优点在于，在使用具有气态燃料的控制阀时，即使在高压区域15和低压区域16之间的小压力差(当燃料箱17在运行过程中越来越空时该小压力差可能出现)的情况下也能够实现高质量流。

Claims (11)

1.用于控制介质、尤其是燃料的控制阀，所述控制阀包括：
-密封座(2)，
-阀元件(3)，该阀元件在所述密封座(2)上释放和关闭通道(14)，
-用于操纵所述阀元件(3)的致动器(4)，和
-波纹管(5)，该波纹管固定在所述阀元件(3)上，
-其中，所述阀元件(3)布置在所述波纹管(5)内部，并且，
-其中，所述密封座(2)的最外侧直径(D1)与所述波纹管(5)的平均直径(D2)一样大。
2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述波纹管(5)布置在所述阀元件(3)的最外侧边缘区域上。
3.根据权利要求1或2所述的控制阀，其特征在于，所述阀元件(3)具有扩宽区域，所述波纹管(5)固定在该扩宽区域上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制阀，其特征在于，所述波纹管(5)是金属波纹管和/或所述密封座(2)是扁平密封座。
5.根据前述权利要求中任一项所述的控制阀，所述控制阀还包括弹性体元件(9)，该弹性体元件布置在所述密封座(2)上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的控制阀，其特征在于，所述致动器(4)是能电操纵的电磁致动器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的控制阀，所述控制阀还包括控制单元(10)，该控制单元设置成用于基于所述介质的沿流动方向在所述密封座(2)前面的压力和/或基于所述介质的沿流动方向在所述密封座(2)后面的压力来操控所述致动器(4)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的控制阀，所述控制阀还包括复位元件(11)，该复位元件将所述阀元件(3)预压紧到闭合位置中。
9.用于配量气体、尤其是气态燃料的装置，所述装置包括根据前述权利要求中任一项所述的控制阀(1)。
10.根据权利要求9所述的装置，所述装置还包括用于感测沿流动方向在所述控制阀(1)前面的压力的第一压力传感器(12)和/或用于感测沿流动方向在所述控制阀(1)后面的压力的第二压力传感器(13)。
11.内燃机，所述内燃机包括根据权利要求1到8中任一项所述的控制阀或者根据权利要求9或10所述的用于配量气体的装置。
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