CN110469430B - 用于调节气体压力的阀组件和具有阀组件的燃料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀组件，其用于调节为内燃机供给气态燃料尤其天然气的燃料系统的气体轨中的气体压力，并包括将气体轨与气体入流部连接的第一阀，将气体轨与气体回流部连接的第二阀以及操纵两个阀的控制活塞，控制活塞限界能通过压力介质入流部被加载以液压压力介质并能通过压力介质排流部被卸载的控制室，该阀组件还包括实施为波形波纹管或伸缩式波纹管的密封元件，其为了介质分离布置在气体室与压力介质室之间。该阀组件的特征是具有带有能来回运动的活塞的压力差限制阀，该活塞既被存在于气体室中的压力加载又被存在于压力介质室中的压力加载并且在超过作用在活塞上的预给定压力差时打开附加气体回流部。本发明还涉及一种相应的燃料系统。

Description

用于调节气体压力的阀组件和具有阀组件的燃料系统
技术领域
本发明涉及一种用于调节燃料系统的气体轨中的气体压力的阀组件，该燃料系统用于为内燃机供给气态燃料，尤其天然气。此外，本发明还涉及一种用于为燃机供给气态燃料、尤其天然气的燃料系统，该燃料系统包括这种阀组件。
背景技术
由公开文本DE 10 2016 207 743 A1已知一种用于为内燃机供给气态燃料的燃料系统，该燃料系统具有用于为喷射器配量气态燃料的装置。该装置包括压力调节单元，该压力调节单元具有截止阀、压力控制阀和溢流阀，它们构成结构单元。在截止阀已打开的情况下，气态燃料被配量，其中，气态燃料首先进入连接有至少一个喷射器的高压存储器或者说气体轨中。通过打开溢流阀，可以将气态燃料从气体轨排走，使得气体轨中的气体压力下降。以该方式保证气体轨中的气体压力上升超过预给定的边界值。通过控制室中的控制压力液压地进行对截止阀和溢流阀的控制，该控制室能够被加载以液压的压力介质、更确切地说被加载以柴油燃料。为了改变控制室中的控制压力，还设置有连接到单独的柴油回路上的柴油压力控制阀。
这种压力调节单元的液压控制要求使用至少一个密封元件用于介质分离。尤其波形波纹管密封装置或伸缩式波纹管密封装置适合作为密封元件，因为当它们固定在控制活塞上时，它们还允许控制活塞进行往复运动。然而，它们受限的承受机械负荷能力尤其在作用有高的压力差时证明是不利的。如果例如在柴油压力控制阀出现功能故障时控制室中的压力突然下降，那么在密封元件上可能短时出现极高的压力差。该压力差可能导致密封元件不可修复地受损(塑性变形，形成裂纹)，使得气体压力调节器的功能持续受干扰。在最差的情况下，气体可能泄露到柴油回流部的区域中，使得在柴油箱中可能形成易爆炸的气体-柴油混合物。
发明内容
因此，本发明所基于的任务在于，这样扩展用于调节燃料系统的气体轨中的气体压力的阀组件，使得在该阀组件的使用寿命期间实现可靠的介质分离。
为了解决该任务，提出一种用于调节燃料系统的气体轨中的气体压力的阀组件。从优选实施方式中获得本发明的有利扩展方案。此外，还说明一种具有本发明阀组件的燃料系统。
所提出的阀组件用于调节燃料系统的气体轨中的气体压力，该燃料系统用于为内燃机供给气态燃料，其中，所述气态燃料尤其可以是天然气。所述阀组件包括用于将气体轨与气体入流部连接的第一阀、用于将气体轨与气体回流部连接的第二阀以及用于操纵两个阀的控制活塞。在此，控制活塞限界控制室，该控制室可通过压力介质入流部被加载以液压压力介质并且可通过压力介质排流部被卸载。此外，所述阀组件还包括实施为波形波纹管或伸缩式波纹管的密封元件，该密封元件为了介质分离布置在气体室与压力介质室之间。根据本发明，所述阀组件的特征在于，所述阀组件具有压力差限制阀，该压力差限制阀具有可来回运动的活塞，该活塞一方面被存在于气体室中的压力p1加载，另一方面被存在于压力介质室中的压力p2加载，并且在超过作用在活塞上的预给定的压力差时该压力差限制阀打开附加的气体回流部。
因此，所述压力差限制阀防止在为了介质分离所设置的密封元件上出现可能损坏密封元件的高的压力差。以该方式，在阀组件的使用寿命期间实现可靠的介质分离。
例如，在控制室中的压力突然下降时可以通过压力差限制阀建立气体室与附加的气体回流部的连接。这造成，气体室中的压力p1下降直至该压力达到了存在于压力介质室中的压力水平或者说相当于该压力p2。以该方式平衡压力差，并且用于介质分离的密封元件的负载减小。此外，通过打开附加的气体回流部还可以加速气体室中的压力减小。这尤其在气体室与气体入流部连接使得气体室中通常存在高压时是有利的。替代地可以设置，气体室与气体回流部连接，使得在气体室中通常存在低压。
所述压力差限制阀通过作用在活塞上的压力p1和p2来控制。因此，不需要附加的促动装置。压力差限制阀的操纵仅受压力控制来进行。
优选，所述压力差限制阀根据压力天平(Druckwaage)的方式来构建。通过活塞的运动实现所希望的压力平衡，其中，该活塞同时打开附加的气体回流部。通过压力差限制阀的打开压力，可以预给定压力p1与p2之间的最大压力差。优选，将压力差限制在最大30巴，进一步优选最大25巴。因此，可以可靠地防止实施为波形波纹管或伸缩式波纹管并用于介质分离的密封元件损坏。
此外优选，用于释放和封闭附加气体回流部的活塞具有与阀座共同作用的密封面。阀座可以实施为平座或锥形座。构造在活塞上的密封面尤其可以成型为平的、锥形的或球面形的。优选，密封面构造在活塞的端面上，使得通过作用在活塞上的压力关系可以产生闭合力，该闭合力使活塞保持与阀座贴靠。
在本发明的一个扩展方案中提出，活塞实施为阶梯式活塞。也就是说，所述活塞具有带有不同直径的区段。通过被压力加载的活塞区段的直径关系又可以影响压力差限制阀的打开压力。例如，可以选择这样一种直径关系，该直径关系防止该阀在气体室中的压力波动小的情况下已经打开。
替代或补充地提出，活塞多件式地构造，其中，优选多个部件彼此一件式连接。这尤其当活塞实施为阶梯式活塞时有利地起作用。通过多件式实施，可以简化制造和/或装配。
有利地，所述另外的阀的活塞由至少一个弹簧的弹簧力加载。所述弹簧的弹簧力可以沿闭合方向或打开方向起作用。此外，还可以设置至少两个弹簧，其中一个沿闭合方向起作用而另一个沿打开方向起作用。通过沿闭合方向起作用的弹簧，活塞优选抵着阀座被预紧。以该方式可以提高必需的打开力，以便防止阀在压力波动极小的情况下打开。通过沿打开方向起作用的弹簧可以影响活塞运动的动态性。
作为扩展措施提出，在活塞中构造连接通道。通过所述连接通道可以在两个压力室之间实现压力平衡，这两个压力室布置在活塞的两侧并且用作活塞的运动室。优选，这两个压力室都被加载以气态燃料，使得当压力差限制阀打开时可以通过至少一个压力室建立气体室与附加的气体回流部的连接。优选，在连接通道中构造有节流部，使得就此而言能够实现对活塞运动的阻尼。
压力差限制阀优选包括密封元件。所述密封元件用于介质分离并且尤其防止这些介质、即气态燃料和液压压力介质经由活塞的导向部混合。优选，密封元件实施为薄膜、波形波纹管或伸缩式波纹管，因为这些密封元件进一步允许活塞的来回运动。
根据本发明的一个优选实施方式，气体室与气体入流部连接，压力介质室与控制室连接。因此，在压力差限制阀的活塞上一方面作用有调节压力(p1)，另一方面作用有控制压力(p2)。为了在故障情况下、也就是说当控制室中的压力突然下降时限制调节压力与控制压力之间的压力差，阀打开并且气体入流部与附加的气体回流部建立连接。结果，气体从气体入流部流走，使得调节压力(p1)与控制压力(p2)相等。以该方式实现压力平衡，该压力平衡使阀组件的实施为波形波纹管或伸缩式波纹管的(主)密封装置的负载降低，使得持续地引起可靠的介质分离。
根据本发明的一个替代的优选实施方式，气体室与气体回流部连接，压力介质室与压力介质入流部和/或压力介质排流部连接。在该情况下，压力差限制阀不是布置在阀组件的高压区域中，而是布置在低压区域中。压力差限制阀的其余工作方式保持相同。优选间接通过至少一个节流部使压力介质室与压力介质入流部和/或压力介质排流部连接，使得以节流的方式为压力介质室输送液压压力介质和/或以节流的方式将液压压力介质从压力介质室排走。
在用于卸载控制室的压力介质排流部中优选布置有压力介质溢流阀。借助压力介质溢流阀可以精确地调整存在于控制室中的控制压力。
此外，提出一种用于为内燃机供给气态燃料、尤其天然气的燃料系统，该燃料系统包括用于调节气体轨中的气体压力的本发明阀组件，因为在这方面可实现本发明阀组件的优选应用方案。
附图说明
下面，根据附图进一步阐述本发明的优选实施方式。附图示出：
图1根据第一优选实施方式的本发明阀组件的示意性纵截面，
图2根据第二优选实施方式的本发明阀组件的示意性纵截面，
图3用于本发明阀组件的压力差限制阀的第一优选实施方式的示意性纵截面，
图4用于本发明阀组件的压力差限制阀的第二优选实施方式的示意性纵截面，
图5用于本发明阀组件的压力差限制阀的第三优选实施方式的示意性纵截面。
具体实施方式
从图1中获知一种用于调节燃料系统的气体轨2中的气体压力的阀组件1，该燃料系统用于为内燃机供给气态燃料。所述气态燃料尤其可以是天然气。为此，所示阀组件1具有第一阀3以及第二阀5，气体轨2可通过该第一阀与气体入流部4连接，该第二阀用于将气体轨2与气体回流部6连接。通过选择式地打开和闭合阀3,5，可以提高或降低气体轨2中的气体压力。两个阀3,5同轴地布置并且由同样同轴布置的控制活塞7来操纵。控制活塞7限界控制室8，该控制室可以经由具有集成的入流节流部17的压力介质入流部9被加载以液压压力介质，例如柴油燃料。控制室8可通过压力介质溢流阀27与压力介质排流部10连接。
如果控制室8充注有液压压力介质，那么控制室8中的压力上升。由此，控制活塞7在端侧被液压压力加载，该液压压力引起控制活塞7逆着弹簧28的弹簧力向阀活塞29的方向移动。这导致第二阀5闭合。控制活塞7自此带动阀活塞29，直至阀活塞与阀挺杆30贴靠并且将该阀挺杆逆着弹簧31的弹簧力从阀座32抬起。在此，第一阀3打开。为了闭合第一阀3，控制室8中的控制压力下降，使得控制活塞7通过弹簧28的弹簧力复位到其初始位置中。阀活塞29跟随控制活塞7的运动，因为该阀活塞被弹簧33的弹簧力加载。在此，阀活塞29从阀挺杆30松开，使得弹簧31能够将阀挺杆30拉到阀座32中。在此，第一阀3闭合。阀活塞29的运动被构成止挡的凸缘34限界，使得紧接着第二阀5又打开。
为了将这些介质、即气态燃料和液压压力介质彼此分开，设置密封元件11，该密封元件当前实施为伸缩式金属波纹管。密封元件11一方面固定在控制活塞7上并且另一方面固定在壳体侧，使得密封元件11将气体室12与压力介质室13分开。因此，在密封元件上一方面作用有存在于气体室12中的压力p1，另一方面作用有存在于压力介质室13中的压力p2。因为高的压力差可能会损坏密封元件11，所以应采取用于防止如此高的压力差的措施。为此，在图1中示出的阀组件1具有压力差限制阀14，该压力差限制阀布置在阀组件1的低压区域中。
在图2中示出用于调节气体轨2中的气体压力的本发明阀组件1，该阀组件具有压力差限制阀14，与图1不同，该压力差限制阀布置在阀组件1的高压区域中。此外，第二阀5具有套筒形的阀活塞29，该阀活塞可在控制活塞7上来回运动地被引导。借助套筒35操纵第一阀3，该套筒在其面向第一阀3的端部上具有用于与第一阀3的阀挺杆30接触的操纵元件36。第一阀3的其余部分构造为与在图1中所示阀组件1的第一阀3相同。
在图2中示出的阀组件1的密封元件11在内侧被相应于调节压力的压力加载。存在于控制室中的控制压力作用在外侧。压力平衡可以通过压力差限制阀14来建立，使得密封元件11不受损。
图1的阀组件1的压力差限制阀14和/或图2的阀组件1的压力差限制阀14可以相应于在图3至5中示出的实施例来实施。
从图3中可获知一种压力差限制阀14，其根据压力天平的方式构造。该压力差限制阀包括可来回运动的活塞15，该活塞实施为阶梯式活塞并且一方面被加载以存在于气体室12中的压力p1，另一方面被加载以存在于压力介质室13中的压力p2。在此，作用到活塞15上的压力通过直径D1和D2被确定。活塞15在其作用有压力p1的端部上具有密封面19，该密封面与阀座18共同作用。此外，活塞15通过弹簧20的弹簧力抵着阀座18被预紧。另外的弹簧21向着相反方向加载活塞15，使得活塞15很大程度上受到力平衡。然而因为直径D1小于直径D2，所以作用到活塞15上的液压压力将活塞15压抵到阀座18上。如果在故障情况下压力介质室13中的压力p2突然下降，那么作用在活塞15上的压力导致活塞15从阀座18抬起并且压力差限制阀14打开。在压力差限制阀14已打开的情况下，气体室12与附加的气体回流部16建立连接，使得气体室12中的压力p1也下降，直至出现压力平衡。在此，活塞15的运动被节流部23阻尼，该节流部构造在活塞15的连接通道22中。
为了防止这些介质、即气态燃料和液压压力介质由于经由活塞15的导向部发生的泄漏而混合，压力差限制阀14也具有密封元件24，该密封元件当前实施为薄膜。
从图4中可获知用于本发明阀组件1的压力差限制阀14的另一优选实施方式。该压力差限制阀与图1中的压力差限制阀的区别主要在于，代替薄膜而设置伸缩式波纹管作为密封元件24。
此外，在图5中示出一种压力差限制阀14，其具有活塞15，该活塞仅具有一个阶梯并且又具有薄膜作为密封元件24。活塞15借助弹簧21的弹簧力抵着薄膜预紧。通过直径D1和D2的面积关系引起液压压力，该液压压力使活塞15与阀座18保持贴靠。在此，压力差限制阀14的连接到气体室12上的接头布置在侧面，而连接到附加的气体回流部16上的接头与活塞15同轴地布置。

Claims (16)

1.一种阀组件（1），用于调节燃料系统的气体轨（2）中的气体压力，该燃料系统用于为内燃机供给气态燃料，所述阀组件包括用于将所述气体轨（2）与气体入流部（4）连接的第一阀（3）、用于将所述气体轨（2）与气体回流部（6）连接的第二阀（5）以及用于操纵第一阀（3）和第二阀（5）的控制活塞（7），其中，所述控制活塞（7）限界控制室（8），该控制室能通过压力介质入流部（9）被加载以液压压力介质并且能通过压力介质排流部（10）被卸载，此外，所述阀组件还包括实施为波形波纹管或伸缩式波纹管的密封元件（11），该密封元件为了介质分离而布置在气体室（12）与压力介质室（13）之间，其特征在于，所述阀组件具有压力差限制阀（14），该压力差限制阀具有能来回运动的活塞（15），该活塞一方面被存在于所述气体室（12）中的压力（p1）加载，另一方面被存在于所述压力介质室（13）中的压力（p2）加载，并且在超过作用在所述活塞（15）上的预给定的压力差时打开附加的气体回流部（16）。
2.根据权利要求1所述的阀组件（1），其特征在于，用于释放和封闭所述附加的气体回流部（16）的所述活塞（15）具有与阀座（18）共同作用的密封面（19）。
3.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其特征在于，所述活塞（15）实施为阶梯式活塞和/或多件式地实施。
4.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其特征在于，所述活塞（15）由至少一个弹簧（20,21）的弹簧力加载。
5.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其特征在于，在所述活塞（15）中构造有连接通道（22）。
6.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其特征在于，所述压力差限制阀（14）包括另外的密封元件（24）。
7.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其特征在于，所述气体室（12）与所述气体入流部（4）连接，所述压力介质室（13）与所述控制室（8）连接。
8.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其特征在于，所述气体室（12）与所述气体回流部（6）连接，所述压力介质室（13）与所述压力介质入流部（9）和/或所述压力介质排流部（10）连接。
9.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其特征在于，为了卸载所述控制室（8），在压力介质排流部（10）中布置有压力介质溢流阀（27）。
10.根据权利要求1或2所述的阀组件（1），其特征在于，所述气态燃料是天然气。
11.根据权利要求2所述的阀组件（1），其特征在于，所述密封面（19）构造在所述活塞（15）的端面上。
12.根据权利要求5所述的阀组件（1），其特征在于，在所述连接通道（22）中构造有节流部（23）。
13.根据权利要求6所述的阀组件（1），其特征在于，所述另外的密封元件（24）实施为薄膜、波形波纹管或伸缩式波纹管。
14.根据权利要求8所述的阀组件（1），其特征在于，所述压力介质室（13）通过至少一个另外的节流部（25,26）间接地与所述压力介质入流部（9）和/或所述压力介质排流部（10）连接。
15.一种用于为内燃机供给气态燃料的燃料系统，包括用于调节气体轨（2）中的气体压力的根据权利要求1至9和11至14中任一项所述的阀组件（1）。
16.根据权利要求15所述的燃料系统，其特征在于，所述气态燃料是天然气。
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