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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere für einen Gastank eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ventilsitz, in dem eine von einem Fluid durchströmbare Ventilöffnung ausgebildet ist, einem die Ventilöffnung wahlweise öffnenden und zu einem Dichtsitz verschließenden Ventilschließkörper und einem im geöffneten Zustand des Ventils zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilschließkörper gebildeten Strömungskanal. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoffversorgungsanlage eines erdgasbetriebenen Kraftfahrzeugs.
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Kraftfahrzeuge, die mittels komprimierten Erdgases als Kraftstoff betrieben werden – so genannte Erdgasfahrzeuge –, verfügen über einen Erdgasverbrennungsmotor, dem ein aufbereitetes und verdichtetes Erdgas-Luft-Gemisch über eine Einspritzvorrichtung zur Verbrennung zugeführt wird. Da Erdgas bei atmosphärischen Normaldruck im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen, wie Benzin oder Dieselkraftstoff, eine geringere Energiedichte aufweist, wird während des Betankens des Kraftfahrzeugs das Erdgas auf ca. 200 bar bis 260 bar in einem Erdgastank des Kraftfahrzeugs verdichtet (CNG – Compressed Natural Gas) und dort gespeichert. Hierdurch wird gewährleistet, dass eine hinreichend große Erdgasmenge im Kraftfahrzeug mitgeführt werden kann.
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Derartige Erdgastanks verfügen über Erdgastankventile, in denen verschiedene funktions- und sicherheitsrelevante Komponenten in einem Bauteil integriert sind. Dabei stellt in der Regel ein Magnetventil eine Absperrfunktion zwischen dem Erdgastank und der Umgebung sicher. Dem Magnetventil kommt die Aufgabe zu, zum einen einen sicheren Betankungsvorgang des Erdgastanks sicherzustellen und zum anderen ein sicheres Trennen des Tankhochdrucks nach außen und eine hohe Dichtigkeit des Tanks zu gewährleisten. Ferner soll es eine zuverlässige Versorgung des Kraftfahrzeugs mit Kraftstoffwahrend aller Fahrbetriebszustände ermöglichen. Hierbei ist der Speicherdruck des Erdgases auf einen gewünschten Systemdruck, der in der Regel bei ca. 6 bar bis 9 bar liegt, zu regulieren.
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Aus Sicherheitsgründen müssen die Erdgastankventile insbesondere eine Dichtigkeit von ca. 2 × 10–4 mbarl/s gewährleisten, weshalb gewöhnlich Elastomere als Dichtelemente Einsatz finden.
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DE 10 2008 040 413 A1 offenbart ein Ventil zur Steuerung eines Durchflusses für ein gasförmiges oder flüssiges Medium mit einem Ventilsitz und einem stellkraftbetätigten Ventilschließkörper, der mit dem Ventilsitz zum Freigeben und Schließen des Durchflusses zusammenwirkt. Zur Erzielung eines zuverlässigen Dichtsitzes des Ventilkörpers ist der Ventilsitz von einem elastisch verformbaren Lagerelement aufgenommen. Aufgrund des elastisch verformbaren Lagerelements stehen dem Ventilsitz mehrere Freiheitsgrade zur Ausrichtung bezüglich des Ventilschließkörpers zur Verfügung. Beim Aufsetzen des Ventilschließkörpers auf den Ventilsitz soll stets ein fester Dichtsitz mit hoher Dichtigkeit gewährleistet sein, und zwar auch dann, wenn durch die Einwirkung der Stellkraft eine koaxiale Ausrichtung des Ventilschließkörpers mit der Achse des Ventilsitzes nicht mehr gegeben ist.
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Des Weiteren offenbart
DE 10 2005 034 601 A1 eine Kraftstoffversorgungsanlage für eine gasbetriebene Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffversorgungsanlage eine Vorrichtung zur Drucksteuerung und/oder -regelung aufweist, um den Druck eines gasförmigen Kraftstoffs von einem Speicherdruck auf einen niedrigeren Systemdruck zu senken. Die Vorrichtung weist zur Drucksteuerung und/oder -regelung ein elektromagnetisches Ventil auf, das vorzugsweise ein Schiebeventil ist. Mittels des elektromagnetisch betätigten Ventils soll der Systemdruck der Kraftstoffversorgungsanlage in allen Betriebszuständen genau eingestellt werden.
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DE 10 2008 043 088 A1 veranschaulicht ein Ventil für ein gasförmiges Medium, insbesondere ein Gasventil für einen Gastank, das einen eine Ventilöffnung umgebenden Ventilsitz, ein hubbetätigtes Ventilglied und einen von Ventilglied und Ventilsitz unter Einbeziehung eines elastischen Dichtungskörpers herstellbaren Dichtsitz aufweist. Zur Erzielung eines zuverlässigen Dichtsitzes bei hohen Drücken über alle Temperaturbereiche ist im Dichtsitz eine in den Dichtungskörper unter dessen elastischem Verformen sich einpressende Dichtkante vorhanden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein Ventil, insbesondere für einen Gastank eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ventilsitz, in dem eine von einem Fluid durchströmbare Ventilöffnung ausgebildet ist, einem die Ventilöffnung wahlweise öffnenden und zu einem Dichtsitz verschließenden Ventilschließkörper und einem im geöffneten Zustand des Ventils zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilschließkörper gebildeten Strömungskanal, geschaffen, wobei in dem Strömungskanal zumindest eine die Fluidströmung drosselnde Kanalverengung ausgebildet ist, die dem Dichtsitz vor- und/oder nachgeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Ventil ist vorzugsweise zwischen einer Druckquelle, wie etwa ein Tank mit einem unter Druck stehenden Fluid, und einem Verbraucher, wie beispielsweise ein Erdgasverbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, geschaltet.
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Das unter Druck stehende Fluid kann ein gasförmiges oder flüssiges Medium sein, wie unter Druck stehendes Erdgas – so genanntes CNG (Compressed Natural Gas). Das Fluid ist vorzugsweise in einem Gasdrucktank mit einem Speicherdruck von ca. 200 bar bis 260 bar gespeichert. Um das Fluid beispielsweise einer Einspritzvorrichtung des Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen, wird der Speicherdruck auf einen definierten Systemdruck von ca. 6 bar bis 9 bar reduziert und über das Ventil der Einspritzvorrichtung zugeführt.
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Das Ventil umfasst einen Ventilsitz, der von einer Ventilöffnung durchbrochen ist, sowie einen Ventilschließkörper, der die Ventilöffnung in Abhängigkeit seiner Position wahlweise öffnet bzw. im Wesentlichen fluiddicht verschließt.
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Im geschlossenen Zustand des Ventils, das heißt, wenn der Ventilschließkörper mit einer Stirnfläche auf einer Stirnfläche des Ventilsitzes aufliegt, ist über einen die Ventilöffnung abdichtenden Bereich ein Dichtsitz hergestellt. Die Fluidströmung ist unterbrochen.
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Um eine fluidleitende Verbindung zwischen der Druckquelle und dem Verbraucher herzustellen, wird das Ventil geöffnet und zwischen der Stirnfläche des Ventilsitzes und der Stirnfläche des Ventilschließkörpers wird ein fluidleitender Strömungskanal freigegeben. Das Ventil ist insbesondere während eines Betankens des Erdgastanks sowie während des Betriebs des Verbrennungsmotors geöffnet.
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Während des Betankungsvorgangs strömt das Fluid über die Ventilöffnung in das Ventil hinein und entlang des Strömungskanals vorbei am Dichtsitz und verlässt das Ventil über eine Fluidleitung, die mit dem Tank verbunden ist.
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Beim Betrieb des Verbrennungsmotors, das heißt, wenn das Fluid zur Einspritzvorrichtung geleitet wird, findet eine Strömungsrichtungsumkehr im Ventil statt. Das Fluid strömt in diesem Fall über die oben genannte Fluidleitung in das Ventil, entlang des Strömungskanals, vorbei am Dichtsitz und entweicht aus dem Ventil über die Ventilöffnung.
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Erfindungsgemäß ist in dem Strömungskanal zumindest eine Kanalverengung ausgebildet, die im Strömungskanal dem Dichtsitz vor- und/oder nachgeordnet ist. Unter einer Verengung des Strömungskanals ist eine Reduzierung des Kanalquerschnitts über einen bestimmten Längenabschnitt zu verstehen, wodurch in diesem Längenabschnitt eine Drosselung der Fluidströmung bewirkt wird. Im geöffneten Zustand des Ventils weist die Kanalverengung einen geringeren Kanalquerschnitt auf als im Bereich des Dichtsitzes. Die Kanalverengung stellt somit eine Drosselstelle im Strömungskanal zur Verfügung.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße Kanalverengung eine optimierte Strömungsgeometrie des durch das Ventil strömenden Fluids bewerkstelligt. Insbesondere wird im Bereich des Dichtsitzes die Strömungsführung optimiert. Bei Ventilen gemäß dem Stand der Technik stellt der Dichtsitz während des Öffnens des Ventils eine Drosselstelle dar. Diese Drosselstelle wird mittels der erfindungsgemäßen Kanalverengung vom Bereich des Dichtsitzes in Richtung einer Einstrom- bzw. Ausströmöffnung des Ventils verlagert, wodurch – insbesondere infolge der damit erzielten Reduzierung der Strömungsstärke des Fluids am Dichtsitz – der Dichtsitz selbst entlastet wird. Eine direkte Anströmung des Dichtsitzes wird so im Wesentlichen vermieden. Hierdurch wird eine deutliche Lebensdauererhöhung des Dichtsitzes, vor alter in Bezug auf den kritischen Betankungsfall mit den dabei auftretenden hohen Belastungen durch Fluidströmungen und Druckschwankungen sowie Druckspitzen erreicht.
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In Abhängigkeit davon, ob die Kanalverengung dem Dichtsitz vor- und/oder nachgeordnet ist, findet eine Drosselung der Strömung des Fluids jeweils bereits in Strömungsrichtung vor dem Dichtsitz während eines Betankungsvorgangs bzw. während eines Einspritzvorgangs des Fluids in den Verbrennungsmotor statt.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils ist die Kanalverengung zwischen der Ventilöffnung und dem Dichtsitz ausgebildet.
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Hierdurch wird die ursprünglich durch den Dichtsitz generierte Drosselstelle vom Bereich des Dichtsitzes in Richtung der Ventilöffnung verlagert. Somit kann insbesondere im Betankungsfall des Druckspeichers bzw. des Gastanks die Belastung, die aufgrund einer hohen Strömungsgeschwindigkeit auf den Dichtsitz wirkt, infolge der Drosselung verringert werden. Der Drosseleffekt wird also in Strömungsrichtung weiter nach vorne, an eine unkritische Stelle verlagert.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils ist die Kanalverengung mittels mindestens einer in dem Ventilsitz ausgebildeten absatzförmigen Stufe gestaltet.
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Der Ventilsitz weist gemäß dieser Weiterbildung einen Absatz in Form einer Stufe in der Stirnfläche des Ventilsitzes auf, die in einer Stufe mündet, an der der Dichtsitz vorgesehen ist. Die Querschnittsfläche des Strömungskanals ist demgemäß im Bereich der absatzförmigen Stufe, die die Kanalverengung bildet, kleiner als im Bereich des Dichtsitzes, wodurch eine Drosselung der Strömung des Fluids erfolgt.
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Denkbar ist auch, dass der Bereich der Kanalverengung mittels zwei oder mehr absatzförmigen Stufen gestaltet ist. In diesem Fall findet im Bereich des ersten Absatzes eine anfängliche Drosselung der Strömung und im Bereich des zweiten Absatzes eine weitergehende Drosselung statt.
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Die mindestens eine Stufe ist bevorzugt zwischen der Ventilöffnung und dem Dichtsitz ausgebildet und weist vorzugsweise auf der der Ventilöffnung zugewandten Seite eine trapezförmig abgeschrägte Kante bzw. Abschrägung auf. Hierdurch kann die Strömungsgeometrie weiter optimiert werden.
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Der Ventilschließkörper weist auf seiner Stirnfläche, die der Stirnfläche des Ventilsitzes zugewandt ist, vorzugsweise eine Kontur auf, die der Kontur des Ventilsitzes, das heißt der mindestens einen Stufe, angepasst ist. Beim Schließen des Ventils greift somit der Ventilschließkörper formschlüssig in die Kontur des Ventilsitzes.
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Gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils ist die absatzförmige Stufe als eine Anschlagfläche auf dem Ventilsitz gebildet, auf der der Ventilschließkörper im geschlossenen Zustand des Ventils zu liegen kommt.
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Bei einer derartigen Weiterbildung ist der Dichtsitz zumindest teilweise von einer Anschlagfläche umgeben, auf der der Ventilschließkörper beim Schließen des Ventils „aufschlägt”. Die Anschlagfläche ist bevorzugt als eine robuste metallische Anschlagfläche gestaltet. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei durch etwaige Toleranzen bedingtem schiefem Auftreffen des Ventilschließkörpers auf den Ventilsitz die Position des Ventilschließkörpers korrigiert wird.
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Über die Ausführung der Anschlagfläche in Form einer absatzförmigen Stufe im Ventilsitz ist gewährleistet, dass die Fluidströmung nicht direkt auf den Dichtsitz bzw. auf ein etwaiges Elastomer als Dichtsitz trifft, sondern mit verminderter Strömungsstärke dort entlangströmt.
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Gemäß einer vierten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils ist in dem Strömungskanal auf der der Ventilöffnung gegenüberliegenden Seite des Dichtsitzes eine Kanalerweiterung ausgebildet.
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Mittels der Kanalerweiterung wird insbesondere während des Betankungsvorgangs der in dem Strömungskanal vorliegende Druck im Bereich der Kanalerweiterung reduziert, wodurch der Dichtsitz, insbesondere ein etwaiges Elastomer, entlastet und geschont wird. Dies führt zu einer längeren Standzeit des erfindungsgemäßen Ventils.
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Gemäß einer fünften vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils ist die Kanalerweiterung mittels einer in dem Ventilsitz ausgebildeten Stufe gestaltet.
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Diese Art der Kanalerweiterung wird vorzugsweise mittels einer abfallenden Kante direkt nach dem Dichtsitz gebildet. Somit wird im Strömungskanal eine schnelle Querschnittserweiterung mit einer einhergehenden Druckentlastung erzielt, die eine Entlastung des Dichtsitzes bewirkt.
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Gemäß einer sechsten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils ist der Dichtsitz mittels eines elastisch gestalteten Dichtkörpers gebildet.
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Der Dichtkörper ist bevorzugt als ein Elastomer gestaltet, das auf einer Stirnfläche des Ventilsitzes und/oder des Ventilschießkörpers angeordnet, insbesondere auf dieser Stirnfläche anvulkanisiert ist. Insbesondere kann der Dichtkörper in einer Aussparung im Ventilsitz und/oder im Ventilschließkörper, wie beispielsweise in einer Ringnut, aufgenommen sein.
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Gemäß einer siebten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils ist der Dichtsitz mittels einer sich in den Dichtkörper einpressenden Dichtkante gebildet.
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Eine derartige Weiterbildung gewährleistet eine besonders gute und zuverlässige Dichtigkeit, auch bei hohen Drücken sowie in sämtlichen Temperaturbereichen, insbesondere bei tiefen Temperaturen.
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Die Dichtkante ist auf der dem Dichtkörper gegenüberliegenden Stirnfläche des Ventilsitzes bzw. des Ventilschließkörpers angeordnet und steht von dort aus axial hervor. Die Dichtkante greift während des Schließens des Ventils in den Dichtkörper ein. Vorzugsweise ist in diesem Fall der Dichtkörper derart in der Aussparung aufgenommen, dass seine zu der Dichtkante weisende Außenkante mit der Stirnfläche fluchtet.
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Die umlaufende Dichtkante gewährleistet insbesondere eine notwendige Verpressung des Elastomers, um einen im Wesentlichen fluiddichten Verschluss zu erhalten. Vorzugsweise definiert eine Anschlagfläche zwischen Ventilsitz und Ventilschließkörper eine Tiefe des Eindringens der umlaufenden Dichtkante in das Elastomer.
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Die Dichtkante ist vorzugsweise abgerundet gestaltet, wodurch eine Beschädigung des Dichtkörpers während des Schließens des Ventils verhindert wird, das heißt, über eine so genannte verrundete Form wird eine Schädigung des Dichtkörpers, der insbesondere in Form eines Elastomers vorliegen kann, vermieden.
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Aufgrund der Tatsache, dass das Elastomer für eine ausreichende Dichtwirkung des Dichtsitzes in die Dichtkante eintauchen muss, ergibt sich während eines Öffnungsvorgangs des Ventils die Situation, dass der Dichtsitz zu Beginn des Abhebens des Ventilschießkörpers als Drosselstelle wirkt, da das Elastomer aufgrund seiner Verpressung im geschlossenen Zustand des Ventils erst dann einen Strömungsquerschnitt freigibt, wenn alle anderen relevanten Querschnitte bereits geöffnet sind. Da eine Drosselstelle infolge der hohen Strömungsstärke und hohen Druckabfälle eine kritische Größe für eine Haltbarkeit des Elastomers darstellt, ist die erfindungsgemäße Verlagerung der Drosselstelle weg von dem Dichtsitz in einen unkritischen Bereich besonders vorteilhaft.
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Die erfindungsgemäße, die Fluidströmung drosselnde Kanalverengung gewährleistet vorteilhafterweise, dass die Drosselstelle an der Dichtkante lediglich zu Beginn des Abhebens des Elastomers von der Dichtkante zu tragen kommt.
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Gemäß einer achten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils weist der Ventilschließkörper und/oder der Ventilsitz eine Führungsfläche zum Zentrieren des Ventilschließkörpers auf dem Ventilsitz auf.
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Mittels der Führungsfläche des Ventilschließkörpers bzw. des Ventilsitzes ist eine Zentrierung des Ventilschließkörpers auf dem Dichtsitz im geschlossenen Zustand des Ventils gewährleistet.
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Gemäß einer neunten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils ist das Ventil als ein elektromagnetisch ansteuerbares Ventil gestaltet.
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Ein solches Magnetventil gewährleistet vorteilhafterweise ein schnelles Ansteuern des Ventilschließkörpers und damit ein schnelles Schließ- und Öffnungsverhalten des Ventils.
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Ferner ist eine Kraftstoffversorgungsanlage eines erdgasbetriebenen Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Ventil geschaffen.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage eines erdgasbetriebenen Kraftfahrzeugs umfasst einen Kraftstoffspeicher, wie einen Erdgastank, in dem Erdgas unter hohem Druck – bei bis zu 260 bar oder mehr – gespeichert wird sowie ein Ventil gemäß den oben genannten Merkmalen und Vorteilen. Dieser Erdgastank ist fluidleitend über das Ventil mit einer Einspritzvorrichtung eines Verbrennungsmotors gekoppelt. Über einen Druckregler wird das unter hohem Speicherdruck stehende Erdgas auf einen Systemdruck von etwa 6 bar bis 9 bar reduziert.
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Das erfindungsgemäße Ventil gewährleistet zum einen eine hohe Dichtigkeit des Erdgastanks und eine zuverlässige Versorgung des Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff während aller Fahrbetriebszustände. Zum anderen wird ein sicherer Betankungsvorgang ermöglicht. Vorteilhafterweise weist das erfindungsgemäße Ventil im Bereich des Dichtsitzes eine optimierte Strömungsgeometrie auf, die gewährleistet, dass insbesondere Dichtelemente, die den Dichtsitz bilden, von Strömungskräften entlastet werden. Dadurch werden eine längere Lebensdauer des Dichtsitzes und eine längere Standzeit des gesamten Ventils zur Verfügung gestellt. Insbesondere wird während eines Betankungsvorgangs des Ergastanks die Erdgasströmung bereits vor dem Auftreffen auf den Dichtsitz an einer dem Dichtsitz vorgelagerten Stelle mittels der erfindungsgemäßen Kanalverengung gedrosselt. Hierdurch strömt das Erdgas mit einer geringeren Strömungsstärke entlang des Dichtsitzes, wodurch dieser entlastet ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert: Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil,
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2 einen schematisch dargestellten Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Ventil gemäß 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kanalverengung,
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3 einen schematisch dargestellten Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Ventil gemäß 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kanalverengung, und
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4 einen schematisch dargestellten Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Ventil gemäß 1 mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kanalverengung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt ein elektromagnetisch ansteuerbares Ventil 10, das auch als ein Magnetventil oder Erdgastankventil 10 bezeichnet ist. Das Ventil 10 ist in einer Kraftstoffversorgungsanlage eines erdgasbetriebenen Kraftfahrzeugs integriert und zwischen einem Gastank und einer Einspritzvorrichtung eines Verbrennungsmotors geschaltet.
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Das Magnetventil 10 stellt eine Absperrfunktion zwischen dem Erdgastank und der Umgebung mit einer hohen Dichtigkeit sicher. Ihm kommt die Aufgabe zu, einen sicheren Betankungsvorgang des Erdgastanks sowie eine zuverlässige Versorgung der Einspritzvorrichtung des Motors während aller Fahrbetriebszustände des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten.
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Das Ventil 10 ist in einen Hohlraum 14 eines Ventilkörpers 12 eingeschraubt. Der Hohlraum 14 umfasst einen Hohlraumgrund 16, in dem eine Gasleitung 18 mündet. Diese Gasleitung 18 koppelt den Erdgastank fluidleitend über einen Durchflussbegrenzer 20 mit dem Ventil 10.
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Im Hohlraumgrund 16 ist ein Ventilsitz 22 angeordnet, der von einer von Erdgas durchströmbaren Ventilöffnung 24 durchbrochen ist. Diese Ventilöffnung 24 mündet in einer zu der Einspritzvorrichtung des Motors führenden Gasleitung 26. Das Ventil 10 dichtet alle gasführenden Leitungen 18, 26 über einen O-Ring 27 gegen die Umgebung ab. Der O-Ring 27 sitzt auf einem Absatz einer Magnetventilhülse 29, in der alle beweglichen Teile des Ventils 10 untergebracht sind.
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Ein hubbetätigter Ventilschließkörper 28 in Form eines Kolbens öffnet und verschließt die Ventilöffnung 24 wahlweise. Wenn das Ventil 10 geschlossen ist, liegt der Ventilschließkörper 28 auf dem Ventilsitz 22 auf und bildet über einen Dichtsitz 30 einen im Wesentlichen fluiddichten Verschluss. Der Dichtsitz 30 wird vorliegend mittels eines elastisch gestalteten Dichtkörpers 32, einem so genannten Elastomer, der die Ventilöffnung 24 umläuft, und einer sich in den Dichtkörper 32 einpressenden Dichtkante 34 hergestellt (vgl. 2 bis 4).
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Der Ventilschließkörper 28, der in der Magnetventilhülse 29 verschieblich gelagert ist, wird mittels einer Feder 44 und einer Druckfeder 45 gegen den Ventilsitz 22 gedrängt. In dem Ventilschließkörper 28 ist ein Druckabbaukanal 38 vorgesehen, der einerseits an einer dem Ventilsitz 22 zugewandten Stirnfläche 40 mündet und andererseits auf der davon abgekehrten Seite mit Hilfe einer Vorsteuerdichtung 42 verschließbar ist. Ein Elektromagnet 48 weist einen Magnetkern 50 und eine einen Magnetanker 46 und einen Magnetkern 50 umschließende Magnetspule 52 auf, die über einen Anschlussstecker 54 bestrombar ist.
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Im Schließzustand des Ventils 10 steht der im Gastank herrschende Druck im Innenraum der Magnetventilhülse 29 an. Die Vorsteuerdichtung 42 ist durch die Feder 44 auf den Druckabbaukanal 38 aufgesetzt und blockiert eine druckabhängige Verschiebebewegung des Ventilschließkörpers 28.
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Das Öffnen des Ventils 10 erfolgt durch ein Bestromen des Elektromagneten 48. Durch ein Anziehen des Magnetankers 46 wird die Vorsteuerdichtung 42 von dem Druckabbaukanal 38 abgehoben. Hierdurch wird die Blockierung des Ventilschließkörpers 28 durch die Feder 44 aufgehoben und der Innenraum der Magnetventilhülse 29 druckentlastet. Der Ventilschließkörper 28 wird mittels des von dem Erdgas zur Verfügung gestellten Drucks von dem Ventilsitz 22 abgehoben. Über eine definierte Druckangriffsfläche steht eine ausreichende Öffnungskraft, die auf den Kolben wirkt, zur Verfügung, so dass ein sicheres Öffnen des Ventils 10 und eine maximale Entleerung des Gastanks sichergestellt sind.
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Im geöffneten Zustand des Ventils 10 ist zwischen der Stirnfläche 40 des Ventilschließkörpers 28 und einer der dem Ventilschließkörper 28 zugewandten Stirnfläche 56 des Ventilsitzes 22 ein Strömungskanal 58 gebildet (vgl. 2 bis 4).
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Während des Betriebs des Verbrennungsmotors kann somit Erdgas vom Tank über die Gasleitung 18 entlang des Strömungskanals 58 zur Ventilöffnung 24 strömen und von dort aus der Einspritzvorrichtung des Motors zur Verfügung gestellt werden.
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Im Falle eines Betankungsvorgangs strömt das Erdgas durch das Ventil 10 in umgekehrter Strömungsrichtung. Das zuzuführende Erdgas wird über einen Einfüllstutzen und einer entsprechenden Leitung der Gasleitung 26 zugeführt. Das Gas strömt sodann im geöffneten Zustand des Ventils 10 durch die Ventilöffnung 24 entlang des Strömungskanals 58 in die zum Erdgastank führende Leitung 18.
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2 bis 4 zeigen jeweils Ausführungsbeispiele von unterschiedlich gestalteten Strömungskanälen 58 des Ventils 10 gemäß 1. Die Ventile 10 in 2 bis 4 sind in geöffnetem Zustand dargestellt, das heißt, der Ventilschließkörper 28 ist vom Ventilsitz 22 abgehoben und der Dichtsitz 30 ist geöffnet. Der Strömungskanal 58 ist freigegeben.
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Der Dichtsitz 30 wird über die Dichtkante 34, die während des Schließens des Ventils 10 in den Dichtkörper 32 eingreift, gebildet. Der Dichtkörper 32 in Form eines trapezförmigen Elastomers, das sich zur Dichtkante 34 hin erweitert, ist in einer Ringnut des Ventilschließkörpers 28 aufgenommen und dort anvulkanisiert. Eine Außenkante 60 des Dichtkörpers 32 schließt fluchtend mit der Stirnfläche 40 des Ventilschließkörpers 28 ab.
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Die Dichtkante 34 ist auf der dem Dichtkörper 32 gegenüberliegenden Stirnfläche 56 des Ventilsitzes 22 angeordnet und steht axial hervor. Die axial hervorstehende Dichtkante 34 ist auf ihrer in den Dichtkörper 32 eindrückenden Oberkante abgerundet, um eine Beschädigung des Dichtkörpers 32 während des Schließvorgangs zu verhindern.
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Gemäß dem Stand der Technik entsteht während des Öffnens des Ventils 10 am Dichtsitz 30 infolge einer Überlagerung des Dichtkörpers 32 mit der Dichtkante 34 eine Drosselstelle. Das heißt, dass das durch das Ventil 10 strömende Gas mit einer hohen Strömungsstärke auf die Dichtkante 34 trifft, was die Standzeit bzw. Lebensdauer der Dichtkante 34 deutlich vermindert. Um dem entgegenzuwirken, ist in dem Strömungskanal 58 erfindungsgemäß zumindest eine dem Dichtsitz 30 vor- und/oder nachgeordnete, die Erdgasströmung drosselnde Kanalverengung 62 ausgebildet. Im geöffneten Zustand des Ventils 10 weist die Kanalverengung 62 einen geringeren Kanalquerschnitt auf als im Bereich des Dichtsitzes 30. Somit wird eine Drosselstelle geschaffen, die von dem Dichtsitz 30 wegverlagert, das heißt, in Strömungsrichtung weiter nach vorne, an eine unkritische Stelle verlagert ist, wodurch die Belastung für den Dichtsitz 30 deutlich verringert ist.
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Gemäß den 2 bis 4 ist in dem Strömungskanal 58 die Kanalverengung 62 zwischen der Ventilöffnung 24 und dem Dichtsitz 30 ausgebildet. Hierdurch wird die Belastung für den Dichtsitz 30 vor allem im Betankungsfall verringert.
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Die Kanalverengung 62 ist in dem Strömungskanal 58 gemäß 2 mittels einer in dem Ventilsitz 22 ausgebildeten absatzförmigen Stufe 64 gestaltet. Diese absatzförmige Stufe 64 geht in einen weiteren Absatz 66 über, in dem der Dichtsitz 30 gebildet ist. Der Strömungskanal 58 weist demnach im Bereich der Kanalverengung 62 einen geringeren Strömungsquerschnitt auf als im Bereich des Dichtsitzes 30. Hierdurch erfolgt während des Betankungsvorgangs eine Drosselung der Strömungsstärke im Strömungskanal 58 bereits vor dem Dichtsitz 30.
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Die absatzförmige Stufe 64 stellt ferner eine robuste metallische Anschlagfläche 68 für den Ventilschließkörper 28 zur Verfügung, so dass der Ventilschließkörper 28 im geschlossenen Zustand des Ventils 10 dort zu liegen kommt. Die Anschlagfläche 68 gewährleistet somit ein definiertes Eindringen der umlaufenden Dichtkante 34 in den Dichtkörper 32 sowie die notwendige Verpressung des Elastomers zum fluiddichten Dichtsitz 30.
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Aufgrund der vorliegenden Geometrie des Strömungskanals 58 ist gewährleistet, dass die Drosselstelle an dem Dichtsitz 30 nur zu Beginn des Abhebens des Elastomers von der Dichtkante 34 zum Tragen kommt. Durch die optimierte Auslegung der Anschlagfläche 68 des Kolbens auf dem Ventilsitz 22 und die optimierte Strömungsführung, die eine direkte Anströmung der Dichtkante 34 im Wesentlichen vermeidet, wird eine deutliche Lebensdauererhöhung des Dichtsitzes 30, vor allem in Bezug auf den kritischen Betankungsfall mit den dabei auftretenden hohen Belastungen durch Strömungen und Druckbelastungen erreicht.
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Das Ausführungsbeispiel in 3 ist gemäß 2 gestaltet, weist jedoch im Bereich des Ventilschließkörpers 28, der an den Druckabbaukanal 38 grenzt, eine Führungsfläche 70 auf. Diese Führungsfläche 70 gewährleistet eine Zentrierung des Kolbens 28 auf dem Dichtsitz 30 im geschlossenen Zustand des Ventils 10.
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Der Strömungskanal 58 gemäß 4 weist auf der der Ventilöffnung 24 gegenüberliegenden Seite des Dichtsitzes 30 eine Kanalerweiterung 72 auf. Die Kanalerweiterung 72 ist mittels einer in dem Ventilsitz 22 ausgebildeten Stufe in Form einer abfallenden Kante 74 gestaltet, die eine schnelle Querschnittserweiterung und eine entsprechende Druckentlastung bewerkstelligt. Die abfallende Kante 74 setzt vorliegend direkt an der Dichtkante 34 an.
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Hierdurch wird die Dichtkante 34 im Betankungsfall weitergehend entlastet und geschont.
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Ferner ist vorliegend die absatzförmige Stufe 64, die die Kanalverengung 62 bildet mit einer in Richtung der Ventilöffnung 24 weisenden schrägen Kante 76 gestaltet. Hierdurch wird die Strömungsgeometrie weiter optimiert.
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Abschließend sei angemerkt, dass sämtlichen Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den abhängigen Ansprüchen genannt sind, trotz des vorgenommenen formalen Rückbezugs auf einen oder mehrere bestimmte Ansprüche auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz zukommen soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008040413 A1 [0005]
- DE 102005034601 A1 [0006]
- DE 102008043088 A1 [0007]
