DE102018200359A1 - Valve arrangement for gas pressure regulation, fuel system with valve arrangement for gas pressure regulation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung (1) zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail (2) eines Kraftstoffsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, umfassend ein erstes Ventil (3) zur Verbindung des Gas-Rails (2) mit einem Gas-Hochdruckspeicher (4), ein zweites Ventil (5) zur Verbindung des Gas-Rails (2) mit einem Gas-Rücklauf (6) und einen koaxial zum ersten und zum zweiten Ventil (3, 5) angeordneten Steuerkolben (7), der in axialer Richtung einen mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbaren Steuerraum (8) begrenzt. Erfindungsgemäß ist im Steuerkolben (7) ein mit einem Ventilsitz (9) zusammenwirkender Ventilkolben (10) aufgenommen, der von einer Hülse (14) oder einem hülsenförmigen Abschnitt des Steuerkolbens (7) zur Betätigung des ersten Ventils (3) umgeben ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftstoffsystem mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung (1) zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail (2).The invention relates to a valve arrangement (1) for gas pressure regulation in a gas rail (2) of a fuel system for supplying an internal combustion engine with a gaseous fuel, in particular natural gas, comprising a first valve (3) for connecting the gas rail (2) a gas high pressure accumulator (4), a second valve (5) for connecting the gas rail (2) with a gas return (6) and a coaxially to the first and the second valve (3, 5) arranged control piston (7) , which limits in the axial direction a pressurizable with a hydraulic pressure medium control chamber (8). According to the invention, a valve piston (10) cooperating with a valve seat (9) is received in the control piston (7) and surrounded by a sleeve (14) or a sleeve-shaped section of the control piston (7) for actuating the first valve (3). The invention further relates to a fuel system with a valve arrangement (1) according to the invention for gas pressure regulation in a gas rail (2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail eines Kraftstoffsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffsystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, umfassend eine solche Ventilanordnung.The invention relates to a valve arrangement for gas pressure regulation in a gas rail of a fuel system for supplying an internal combustion engine with a gaseous fuel, in particular natural gas, with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a fuel system for supplying an internal combustion engine with a gaseous fuel , in particular with natural gas, comprising such a valve arrangement.
Stand der TechnikState of the art
Aus der Offenlegungsschrift
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail eines Kraftstoffsystems anzugeben, die weniger leckagebehaftet ist. Insbesondere soll eine Gasleckage aus dem Gasbereich in den Bereich des hydraulischen Druckmittels unterbunden werden, um die Gas-Rücklaufmengen zu reduzieren. Auf diese Weise kann die Effizienz des Kraftstoffsystems gesteigert werden.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide a valve arrangement for gas pressure regulation in a gas rail of a fuel system, which is less leaking. In particular, gas leakage from the gas area into the area of the hydraulic pressure medium should be prevented in order to reduce the gas return quantities. In this way, the efficiency of the fuel system can be increased.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Kraftstoffsystem mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung angegeben.To solve the problem, the valve assembly is proposed with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims. Furthermore, a fuel system is specified with a valve arrangement according to the invention.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorgeschlagene Ventilanordnung dient der Gasdruckregelung in einem Gas-Rail eines Kraftstoffsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff, wobei es sich insbesondere um Erdgas handeln kann. Die Ventilanordnung umfasst ein erstes Ventil zur Verbindung des Gas-Rails mit einem Gas-Hochdruckspeicher, ein zweites Ventil zur Verbindung des Gas-Rails mit einem Gas-Rücklauf und einen koaxial zum ersten und zum zweiten Ventil angeordneten Steuerkolben, der in axialer Richtung einen mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbaren Steuerraum begrenzt. Erfindungsgemäß ist im Steuerkolben ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkender Ventilkolben aufgenommen, der von einer Hülse oder einem hülsenförmigen Abschnitt des Steuerkolbens zur Betätigung des ersten Ventils umgeben ist.The proposed valve arrangement is used for gas pressure regulation in a gas rail of a fuel system for supplying an internal combustion engine with a gaseous fuel, which may be in particular natural gas. The valve arrangement comprises a first valve for connecting the gas rail with a high-pressure gas storage, a second valve for connecting the gas rail with a gas return and a coaxially arranged to the first and the second valve control piston, which in the axial direction with a Limits a hydraulic pressure medium acted upon control room. According to the invention, a valve piston cooperating with a valve piston is received in the control piston, which is surrounded by a sleeve or a sleeve-shaped portion of the control piston for actuating the first valve.
Die Betätigung des ersten Ventils über die Hülse bzw. den hülsenförmigen Abschnitt des Steuerkolbens ermöglicht einen größeren Gestaltungsspielraum im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung des zweiten Ventils. Insbesondere kann der Ventilkoben des zweiten Ventils - vom ersten Ventil weg - in den Steuerkolben integriert werden. Der Steuerkolben und der Ventilkolben können dabei ineinander geführt sein, wobei es keine engen Führungsspiele zu berücksichtigen gilt, da sich die Hülse bzw. der hülsenförmige Abschnitt des Steuerkolbens und der Ventilkolben jeweils im Hochdruckbereich befinden. Eine Leckage zwischen dem Steuerkolben und dem Ventilkolben ist damit unbeachtlich, was die Fertigung der Ventilanordnung deutlich vereinfacht. Ferner fallen keine Leckagemengen an, die es über eine Gas-Leckageleitung in einen Tank zurückzuführen gilt, in dem der gasförmige Kraftstoff bevorratet wird. Damit reduziert sich auch der Wärmeeintrag in den Tank, wodurch die Effizienz des gesamten Systems steigt.The actuation of the first valve via the sleeve or the sleeve-shaped portion of the control piston allows for greater freedom in terms of the design of the second valve. In particular, the Ventilkoben the second valve - away from the first valve - are integrated into the control piston. The control piston and the valve piston can be guided into each other, wherein there is no narrow guide games to consider, since the sleeve or the sleeve-shaped portion of the control piston and the valve piston are each in the high pressure region. A leakage between the control piston and the valve piston is thus irrelevant, which significantly simplifies the production of the valve assembly. Furthermore, there are no leakage amounts that it is due to a gas leakage line in a tank in which the gaseous fuel is stored. This also reduces the heat input into the tank, which increases the efficiency of the entire system.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Steuerkolben einen in den Ventilkolben eingreifenden Führungsbolzen zur Führung des Ventilkolbens auf. Die Führung kann dabei als einfache Führungspassung ausgelegt sein. Um den Führungsbolzen des Steuerkolbens aufnehmen zu können, ist der Ventilkolben zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmig ausgeführt. Vorzugsweise besitzt der Führungsbolzen des Steuerkolbens einen Bund, der mit einem Absatz des Ventilkolbens anschlagbildend zusammenwirkt. Auf diese Weise wird eine Mitnehmerfunktion realisiert, die eine Betätigung des zweiten Ventils mittels des Steuerkolbens ermöglicht.According to a preferred embodiment of the invention, the control piston has a guide pin engaging in the valve piston for guiding the valve piston. The guide can be designed as a simple guide fit. In order to accommodate the guide pin of the control piston, the valve piston is at least partially hollow cylinder-shaped. Preferably, the guide pin of the control piston has a collar which cooperates with a shoulder of the valve piston stop forming. In this way, a driver function is realized, which allows actuation of the second valve by means of the control piston.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Hülse oder der hülsenförmige Abschnitt des Steuerkolbens einen Absatz besitzt, der mit einem Bund des Ventilkolbens anschlagbildend zusammenwirkt. Auch auf diese Weise wird eine Mitnehmerfunktion realisiert, die der Betätigung des zweiten Ventils dient. Zugleich kann über die Hülse oder den hülsenförmigen Abschnitt des Steuerkolbens eine Führung des Ventilkolbens des zweiten Ventils bewirkt werden.Alternatively, it is proposed that the sleeve or the sleeve-shaped portion of the control piston has a shoulder which coincides with a collar of the Valve piston stops forming cooperates. In this way, a driver function is realized, which serves to actuate the second valve. At the same time a guide of the valve piston of the second valve can be effected via the sleeve or the sleeve-shaped portion of the control piston.
Bevorzugt ist der Ventilkolben des zweiten Ventils mittels einer Feder gegen den Ventilsitz axial vorgespannt. Die Feder stellt sicher, dass das zweite Ventil geschlossen bleibt, wenn das erste Ventil öffnet. Auf diese Weise wird ein hydraulischer Kurzschluss verhindert (beide Ventile gleichzeitig geöffnet). Die Feder kann hierzu einerseits am Ventilkolben, andererseits am Bund des Führungsbolzens oder am Absatz der Hülse bzw. des hülsenförmigen Abschnitts des Steuerkolbens abgestützt sein.Preferably, the valve piston of the second valve is axially biased by a spring against the valve seat. The spring ensures that the second valve remains closed when the first valve opens. In this way, a hydraulic short circuit is prevented (both valves open at the same time). For this purpose, the spring can be supported, on the one hand, on the valve piston, on the other hand, on the collar of the guide pin or on the shoulder of the sleeve or of the sleeve-shaped section of the control piston.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Ventilkolben einen in eine Gehäusebohrung eingreifenden Führungszapfen aufweist. Der Führungszapfen ermöglicht eine bessere Zentrierung des Ventilkolbens in Bezug auf den Ventilsitz, so dass das zweite Ventil sicher schließt. Vorzugsweise ist die den Führungszapfen aufnehmende Gehäusebohrung konzentrisch zum Ventilsitz und im selben Gehäuseteil wie der Ventilsitz ausgebildet. Um ein Abströmen des gasförmigen Kraftstoffs über den Ventilsitz zu ermöglichen, während der Ventilkolben über den Führungszapfen in der Gehäusebohrung geführt ist, kann im Führungszapfen mindestens ein Abströmkanal ausgebildet sein, über den bei geöffnetem Ventilsitz eine Verbindung des Hochdruckbereichs mit einem Gas-Rücklauf herstellbar ist.In a further development of the invention, it is proposed that the valve piston has a guide pin engaging in a housing bore. The guide pin allows a better centering of the valve piston with respect to the valve seat, so that the second valve closes safely. Preferably, the guide pin receiving housing bore is concentric with the valve seat and formed in the same housing part as the valve seat. In order to allow the gaseous fuel to flow out via the valve seat, while the valve piston is guided over the guide pin in the housing bore, at least one outflow channel can be formed in the guide pin, via which a connection of the high-pressure region with a gas return can be established when the valve seat is open.
Alternativ oder ergänzend kann der Steuerkolben einen in eine Gehäusebohrung eingreifenden Führungsabschnitt aufweisen, über den eine Führung des Steuerkolbens erzielbar ist. Der Führungsabschnitt ist vorzugsweise an einem dem Steuerraum zugewandten Ende des Steuerkolbens ausgeführt, das heißt entfernt vom Ventilsitz des zweiten Ventils, um die Zentrierung des Ventilkolbens auf den Ventilsitz nicht zu beeinflussen. In diesem Fall kann der Führungsabschnitt des Steuerkolbens zur Ausbildung des Steuerraums zumindest abschnittsweise hülsenförmig ausgebildet sein.Alternatively or additionally, the control piston may have a guide section engaging in a housing bore, via which a guide of the control piston can be achieved. The guide section is preferably designed at an end of the control piston facing the control chamber, that is to say remote from the valve seat of the second valve in order not to influence the centering of the valve piston on the valve seat. In this case, the guide portion of the control piston to form the control chamber at least partially sleeve-shaped.
Vorteilhafterweise ist der im Führungsabschnitt des Steuerkolbens ausgebildete Steuerraum über mindestens einen im Führungsabschnitt ausgebildeten Verbindungskanal und/oder über eine Zulaufdrossel mit einem Druckmittel-Zulauf verbunden. Der Verbindungskanal selbst kann dabei als Zulaufdrossel ausgebildet sein, so dass eine separate Zulaufdrossel im Druckmittel-Zulaufbereich entfallen kann. Sofern der Steuerraum nicht in einem Führungsabschnitt des Steuerkolbens ausgebildet ist, ist dieser bevorzugt ebenfalls über eine Zulaufdrossel mit einem Druckmittel-Zulauf verbunden. Der Zulauf des Druckmittels in den Steuerraum über eine Zulaufdrossel stellt sicher, dass bei einer Druckabsenkung im Steuerraum weniger Druckmittel über den Zulauf nachströmt, als aus dem Steuerraum abströmt. Das heißt, dass sicher eine Entlastung des Steuerraums bewirkt wird.Advantageously, the control space formed in the guide section of the control piston is connected via at least one connecting channel formed in the guide section and / or via an inlet throttle to a pressure medium inlet. The connecting channel itself can be designed as an inlet throttle, so that a separate inlet throttle can be omitted in the pressure medium inlet area. If the control chamber is not formed in a guide portion of the control piston, this is preferably also connected via an inlet throttle with a pressure medium inlet. The inlet of the pressure medium in the control chamber via an inlet throttle ensures that at a pressure drop in the control chamber less pressure medium flows through the inlet, as flows out of the control chamber. This means that certainly a relief of the control room is effected.
Des Weiteren bevorzugt ist der Steuerraum über ein Druckmittel-Absteuerventil mit einem Druckmittel-Rücklauf verbindbar. Bei geöffnetem Druckmittel-Absteuerventil strömt Druckmittel aus dem Steuerraum in den Druckmittel-Rücklauf ab, so dass die gewünschte Druckabsenkung im Steuerraum erreicht wird. Das Druckmittel-Absteuerventil ist vorzugsweise elektrisch, insbesondere elektromagnetisch, betätigbar, so dass der Druck im Steuerraum gezielt steuerbar ist.Furthermore, the control chamber is preferably connectable via a pressure medium shut-off valve with a pressure medium return. When the pressure medium shut-off valve is open, pressure medium flows from the control chamber into the pressure medium return line, so that the desired pressure reduction in the control chamber is achieved. The pressure medium shut-off valve is preferably electrically, in particular electromagnetically actuated, so that the pressure in the control chamber can be selectively controlled.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Steuerkolben von einem Dichtelement umgeben ist. Das Dichtelement dient der Medientrennung, das heißt der Trennung der Medien gasförmiger Kraftstoff und hydraulisches Druckmittel. Das Dichtelement ist als metallischer Well- oder Faltenbalg ausgebildet, der einerseits am Steuerkolben und andererseits gehäuseseitig befestigt ist. Der Well- oder Faltenbalg ermöglicht eine Trennung des Steuerraums von einem mit dem Gas-Rail verbundenen Hochdruckbereich, und zwar ohne die Beweglichkeit des Steuerkolbens einzuschränken.It is also proposed that the control piston is surrounded by a sealing element. The sealing element is used for media separation, that is, the separation of the media gaseous fuel and hydraulic pressure medium. The sealing element is designed as a metallic corrugated or bellows, which is fastened on the one hand on the control piston and on the other side of the housing. The corrugated or bellows allows a separation of the control chamber from a connected to the gas rail high-pressure region, without restricting the mobility of the control piston.
Bevorzugt ist der Steuerkolben mehrteilig ausgeführt, wobei die mehreren Teile fest verbunden sind. Insbesondere kann bzw. können der Führungsbolzen und/oder die Hülse ein Teil bzw. Teile des Steuerkolbens ausbilden. Die mehrteilige Ausführung des Steuerkolbens erleichtert dessen Fertigung sowie die Montage der Ventilanordnung. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die verschachtelte Anordnung von Steuerkolben und Ventilkolben, die einander um- bzw. hintergreifen, um die gewünschte Mitnehmerfunktion zu realisieren.Preferably, the control piston is designed in several parts, wherein the plurality of parts are firmly connected. In particular, the guide pin and / or the sleeve can form a part or parts of the control piston. The multi-part design of the control piston facilitates its manufacture and the assembly of the valve assembly. This applies in particular with regard to the nested arrangement of control pistons and valve pistons, which engage around each other or behind, in order to realize the desired driver function.
Das darüber hinaus vorgeschlagene Kraftstoffsystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, zeichnet sich dadurch aus, dass es eine erfindungsgemäße Ventilanordnung zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail umfasst. Aufgrund des Einsatzes der erfindungsgemäßen Ventilanordnung können die Gas-Rücklaufmengen deutlich reduziert werden, wodurch die Effizienz des System steigt. Denn durch die Reduzierung der Gas-Rücklaufmengen wird ein unerwünschter Wärmeeintrag in einen Tank verringert, in dem der gasförmige Kraftstoff bevorratet wird.The additionally proposed fuel system for supplying an internal combustion engine with a gaseous fuel, in particular with natural gas, is characterized in that it comprises a valve arrangement according to the invention for gas pressure regulation in a gas rail. Due to the use of the valve assembly according to the invention, the gas return amounts can be significantly reduced, whereby the efficiency of the system increases. Because by reducing the gas-return amounts, an undesirable heat input is reduced in a tank in which the gaseous fuel is stored.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Ventilanordnung, -
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Ventilanordnung und -
3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte erfindungsgemäße Ventilanordnung.
-
1 a schematic longitudinal section through a first valve arrangement according to the invention, -
2 a schematic longitudinal section through a second valve arrangement according to the invention and -
3 a schematic longitudinal section through a third valve assembly according to the invention.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
Die in der
Die Betätigung beider Ventile
Bei geschlossenem Druckmittel-Absteuerventil
Die Bewegung des Steuerkolbens
Um das erste Ventil
Zur Trennung der Medien gasförmiger Kraftstoff und hydraulisches Druckmittel ist der Steuerkolben
Der
Eine weitere erfindungsgemäße Ventilanordnung
Die vorstehend in Verbindung mit den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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