DE60016916T2

DE60016916T2 - Druckregulator

Info

Publication number: DE60016916T2
Application number: DE60016916T
Authority: DE
Inventors: J. Garth SCHULTZ; F. Alan EVANS
Original assignee: Dynetek Industries Ltd
Current assignee: Dynetek Industries Ltd
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: EP1181630A4; DE60016916D1; WO2000070419A1; EP1181630A1; AU4997300A; CA2372967A1; JP2002544617A; ATE285596T1; EP1181630B1; US6186168B1; CA2372967C

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft Druckregler, insbesondere einen Druckregler zum Regeln des Ausgangsdrucks eines gasförmigen Kraftstoffs aus einem Tank eines mit alternativem Kraftstoff betriebenen Kraftfahrzeuges.
Die Anzahl der mit alternativem Kraftstoff betriebenen Kraftfahrzeuge, d. h. derjenigen, die ausschließlich oder teilweise mit einem anderen Kraftstoff als Benzin oder Dieselkraftstoff betrieben werden, nimmt zu. Viele derartige mit alternativem Kraftstoff betriebene Kraftfahrzeuge verwenden Kraftstoffeinspritzanlagen, die den Kraftstoff aus einem Behälter abziehen, in dem der alternative Kraftstoff unter Hochdruck in einem normalerweise gasförmigen Zustand bevorratet wird. Es ist bekannt, einen Druckregler zur Steuerung des den Kraftstoffeinspritzanlagen zugeführten Kraftstoffdruckes zu verwenden, wobei der Druckregler versucht, bei Änderungen des Behälterdruckes und/oder der Kraftstoffströmungsgeschwindigkeit einen konstanten Ausgangsdruck aufrecht zu erhalten. Bekannte Druckregler sind jedoch typischerweise getrennt von den entsprechenden Behältern angeordnet. Infolge dessen sind zwischen einem bestimmten Behälter und dem Druckregler relativ hochbelastbare, dickwandige Kraftstoffleitungen erforderlich. Weiterhin werden bekannte Druckregler entweder dadurch negativ beeinflusst, dass im Bereich der Behälterdrücke und/oder im Bereich der Strömungsgeschwindigkeiten ein Anstieg oder Abfall des Ausgangsdruckes (genannt Regelabweichung) auftritt, oder dadurch, dass sie mehrere Druckreduzierungsstufen verwenden müssen. Die letzteren sind relativ kompliziert, teuer und unzuverlässig.
Die EP 0 303 583 offenbart einen Regler mit einer ersten und einer zweiten Kammer, die durch einen Überwachungskolben getrennt sind, der die Größe der Kammern ändert.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein Regler zur Regelung des Ausgangsdrucks eines in einem Behälter enthaltenen Fluids. Der Regler weist einen ersten und einen zweiten Kolben auf. Der erste Kolben ist in einer ersten Richtung vorgespannt und entgegen der Vorspannung bewegbar, wenn er dem Druck im Behälter ausgesetzt ist. Der zweite Kolben ist in einer zweiten Richtung weg von einem Ende des ersten Kolbens vorgespannt und entgegen der Vorspannung bewegbar, wenn er dem Ausgangsdruck ausgesetzt ist. Die Enden der Kolben sind in einem ersten Abstand beabstandet, um einen Fluss des Fluids aus dem Behälter zu ermöglichen, und werden näher als der erste Abstand zusammengebracht, um einen Fluss aus dem Behälter zu verhindern, wenn der Ausgangsdruck einen Schwellenwert erreicht.
Dementsprechend ist es ein Ziel dieser Erfindung, einen Regler von oben beschriebenen Typ vorzusehen, bei dem keine Notwendigkeit besteht, Hochdruck-Kraftstoffleitungen zu verwenden.
Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, einen Regler von oben beschriebenen Typ vorzusehen, der einen relativ konstanten Ausgangsdruck zur Verfügung stellt, wenn der Behälterdruck sinkt.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen Regler von oben beschriebenen Typ vorzusehen, der eine präzise Regelung des Ausgangsdruckes in einer einzigen Stufe durchführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung vorgesehen, die in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt ist. Vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind ohne weiteres der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen entnehmbar.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenschnittdarstellung eines Druckreglers gemäß der vorliegenden Erfindung in Zusammenwirkung mit einem drucklosen Behälter;
2 ist eine Seitenschnittdarstellung eines Druckreglers und eines unter Druck stehenden Behälters;
3 ist eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Druckreglers in Zusammenwirkung mit einem unter Druck stehenden Behälter, wobei der Behälter im Teilschnitt dargestellt wurde, um den Regler zu zeigen;
4 ist eine Seitenschnittdarstellung des Druckreglers gemäß 3, wobei der Druckregler einen Sitz zum Regeln des Flusses aus dem Behälter aufweist und der Sitz in einer offenen Stellung dargestellt ist;
5 ist eine Seitenschnittdarstellung des Druckreglers gemäß 3, wobei der Sitz in einer geschlossenen Stellung dargestellt ist;
6 ist eine Schnittdarstellung des Druckreglers gemäß 3 entlang der Linie 6 – 6 nach 3, wobei der Druckregler im Teilschnitt dargestellt ist, um die Druckbegrenzungsventilanordnung zeigen zu können;
7 ist eine Schnittdarstellung des Druckreglers gemäß 3 entlang der Linie 7 – 7 nach 3, die ein Heizsystem zeigt; und
8 ist eine Seitenschnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Druckreglers.
Beste Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden jetzt im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt einen Druckregler 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Regelung des Ausgangsdruckes eines Fluids, das in einem Behälter 12 enthalten ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem der Behälter 12 in einem Fahrzeug eingebaut ist, kann das Fluid zum Beispiel ein unter Druck stehendes Erdgas, verflüssigtes Erdgas, Propan oder Wasserstoff sein. Bei anderen Anwendungen kann das Fluid zum Beispiel Kohlendioxid, Sauerstoff oder andere handelsübliche Gase oder unter Druck stehende Flüssigkeiten sein. Der Regler 10 weist einen ersten oder Kompensationskolben 14 und einen zweiten oder Hauptkolben 16 auf.
Der Kompensationskolben 14 ist in einer Bohrung 18 in einem Körper oder einem Block 20 angeordnet und weist einen Kopf 22 und ein distales Ende 24 auf. Eine in der Bohrung 18 angeordnete Kompensationsfeder 26 stützt sich an der Unterseite des Kopfes 22 ab und spannt normalerweise den Kompensationskolben 14 in einer ersten, axialen Richtung vor. In dem in 1 gezeigten Zustand, in dem der Behälter 12 drucklos ist, stützt die Kompensationsfeder 26 den Kompensationskolben 14 gegen eine Verschlusskappe 28 ab, die mit dem Block 20 verschraubt ist.
Der Hauptkolben 16 ist in einer Bohrung 30 im Block 20 angeordnet und weist einen Kopf 32, ein distales Ende 34 und eine Verlängerung 35 auf. Eine in der Bohrung 30 angeordnete Hauptfeder 36 stützt sich an der Unterseite des Kopfes 32 ab und spannt normalerweise den Hauptkolben 16 in einer Richtung vor, die weg von der Richtung ist, in der der Kompensationskolben vorgespannt ist, und die vorzugsweise dieser Richtung genau entgegen gesetzt ist. In dem in 1 gezeigten drucklosen Zustand, stützt die Hauptfeder 36 den Kopf 32 des Hauptkolbens 16 gegen eine Verschlusskappe 38 ab, die mit dem Block 20 verschraubt ist, und bringt die Ausgangsanschlüsse 39 in der Verlängerung 35 in Fluchtlinie mit einer im Allgemeinen konischen mittleren Fläche 41 und dann mit einem einzigen Ausgang 50.
Wie in 1 gezeigt ist, weisen der Kompensationskolben 14 und der Hauptkolben 16 eine gemeinsame Achse 51 auf. Weiterhin ist die Achse 51 gegenüber einer Achse 51 des Blocks 20 versetzt.
2 zeigt den unter vollem Druck stehenden Behälter 12, und zwar unter einem für Erdgas typischen Druck im Bereich von ca. 3000 – 3600 Pfund per Quadratzoll (psi). Wenn der Kopf 22 des Kompensationskolbens 14 über geeignete Durchlässe im Regler 10 dem Druck im Behälter 12 ausgesetzt ist, wirkt der Druck auf die wirksame Quer schnittsfläche des Kopfes 22, um den Kompensationskolben gegen die Vorspannung der Kompensationsfeder 26 zu bewegen, und drückt die Kompensationsfeder zusammen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der maximale Hub des Kompensationskolbens 14 im Bereich von ca. 0,055 bis 0,063 Zoll, der allein nicht ausreichend ist, den Fluss des Fluids zu unterbinden. Dieser Hub ändert sich abhängig vom gewünschten Ausgangsdruck, wobei das Fluid beim maximalen Eingangsdruck geregelt wird. Eine Axialbohrung 40 im Kompensationskolben 14, durch die das Fluid strömen kann, leitet das Fluid in eine Kammer 42, die in einer Hülse 44 ausgebildet ist. Aus der Kammer 42 strömt das Fluid normalerweise durch eine oder mehrere Öffnungen 46 in der Hauptkolbenstange in der Nähe des distalen Endes 34 und durch eine Axialbohrung 48 im Hauptkolben 16, um auf ein Ende 49 der Verlängerung 35 aufzutreffen. Diese Wirkung erzeugt eine dynamische Kraft, die dazu neigt, zu der von der Hauptfeder 36 aufgebrachten Öffnungskraft hinzu addiert zu werden. Zusätzlich lenkt das Ende 49 den Fluidfluss unter einem Winkel, der gegenüber dem vorherigen axialen Fluss größer als neunzig Grad ist, und über die konische Fläche 41 ab. Der Fluss über die konische Fläche 41 zieht das Fluid weg vom Hauptkolbenkopf 32, wodurch der auf den Hauptkolbenkopf 32 wirkende statische Druck gesenkt wird und die Kraft verringert wird, die tendenziell dazu führt, dass der Hauptkolben 16 geschlossen wird.
Diese Kräfte werden durch die Auslegung der Federn 26 und 36 bestimmt. Die Federn 26 und 36 sind vorzugsweise ratiometrisch (d.h. die Federkonstanten sind proportional) und sind derart gewählt, dass für normale Flussgeschwindigkeiten und normale Behälterbetriebsdrücke am Ausgang 50 ein konstanter Ausgangsdruck erreicht wird. Bei einem Erdgasfahrzeug beträgt der Zielausgangsdruck normalerweise ca. 100 psi für Behälterdrücke von ca. 125 – 3600 psi. Der Ausgangsdruck abzüglich des durch den Fluss über die konische Fläche 41 verursachten Verlustes wirkt auf den Kopf 32 des Hauptkolbens 16, um ihn gegen die Vorspannung der Hauptfeder 36 zu bewegen. Wenn der Ausgangsdruck den gewünschten Wert überschreitet, wird der Hauptkolben 16 auf den Kompensationskolben 14 zu bewegt, so dass ein thermoplastischer Sitz 52, der im distalen Ende 34 des Hauptkolbens 16 angeordnet ist, mit dem distalen Ende 24 des Kompensationskolbens 14 in Eingriff kommt, um einen Ausfließen aus dem Behälter zu verhindern. Wenn dann der Ausgangsdruck unter einen Schwellenwert sinkt, wie zum Beispiel, wenn eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mehr Kraftstoff zur Versorgung eines Motors anfordert, wird der Hauptkolben 16 weg vom Kompensationskolben 14 gespannt, die Enden der Kolben werden getrennt und das Fluid fließt wieder aus dem Behälter. Bei der bevorzugten Ausführung führt der Hauptkolben einen Hub im Bereich von ca. 0,005 bis 0,01 Zoll bei einem Behälterdruck von 3600 psi und im Bereich von ca. 0,02 Zoll bei einem Behälterdruck von 500 psi aus.
Der Druckregler 10 führt somit eine genaue Regelung des Ausgangsdruckes durch, ohne auf die Verwendung mehrerer Stufen der Druckreduzierung zurückzugreifen. Da der Druckregler 10 einen konstanten, relativ niedrigen Ausgangsdruck aufrecht erhält, sind stromabwärts des Ausgangs 50 keine hochbelastbaren Hochdruckleitungen erforderlich. Da der Druckregler 10 außerdem am Behälter 12 angeordnet ist, besteht keine Notwendigkeit, hochbelastbare Hochdruckleitungen zwischen dem Druckregler 10 und dem Behälter 12 vorzusehen.
Die Hülse 44 kommt normalerweise unter der Kraft der Hauptfeder 36 in Eingriff mit einer Fläche 60 im Block 20. Ein in einer Nut in der Hülse angeordneter O-Ring 62 dichtet die Kammer 42 ab. In dem Fall, dass der Druck in der Kammer 42 ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, trennt sich die Hülse 44 von der Fläche 60 und der überschüssige Druck bläst an dem O-Ring 62 vorbei und entweicht über einen Anschluss 64 in die Atmosphäre.
Der Druckregler 10 kann auch mit anderen Druckfunktionen in einem einzigen Leitungssystem kombiniert werden, um Systemkosten zu reduzieren. Als Beispiel könnte die Hinzufügung eines Hochdruckelektromagnetventils 70 genannt werden, das in 1 und 2 dargestellt ist, um bei dessen Deaktivieren den Gasfluss zu unterbinden. Weitere Beispiele, die dem Druckregler in einem einzigen Leitungssystem entweder einzeln oder in beliebiger Kombination hinzugefügt werden können, sind ein Zylinderdruckmesswertwandler oder -anzeigegerät, eine Druckentlastungseinrichtung, ein Zylindertemperatursensor und ein Inlinefilter.
3 bis 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel 110 des Druckreglers, der teilweise innerhalb eines Behälters 112 angeordnet ist, der einen Stutzen 113 aufweist. Der Regler 110 weist ähnliche Komponenten wie der Regler 10 und ähnliche Funktionen wie beim Regler 10 auf, um den Ausgangsdruck eines Fluids zu regeln, das im Behälter 112 enthalten ist. Ähnlich wie der Regler 10 weist der Regler 110 einen ersten oder Kompensationskolben 114 und einen zweiten oder Hauptkolben 116 auf.
Der Kompensationskolben 114 ist in einer Bohrung 118 in einem Körper oder einem Block 120 angeordnet und weist einen Kopf 122 und ein distales Ende 124 auf. Eine in der Bohrung 118 angeordnete Kompensationsfeder 126 stützt sich an der Unterseite des Kopfes 122 ab und spannt normalerweise den Kompensationskolben 114 in einer ersten, axialen Richtung in Richtung der Verschlusskappe 127, vor. Ein Sitz 128 ist am distalen Ende 124 des Kompensa tionskolbens 114 beweglich befestigt, wobei sich der Sitz 128 zwischen einer ersten oder offenen Position, die in 4 dargestellt ist, und einer zweiten oder geschlossenen Position, die in 5 dargestellt ist, bewegen kann. Der Sitz 128 weist mehrere Öffnungen oder Schlitze 129 auf, um einen Fluss des Fluids hindurch zu ermöglichen, wenn sich der Sitz 128 in der offenen Position befindet. Während der Sitz 128 aus jedem geeigneten Werkstoff bestehen kann, besteht der Sitz 128 vorzugsweise aus einem relativ harten thermoplastischen Werkstoff, wie VESPEL^TM, der von DuPont erhältlich ist.
Der Hauptkolben 116 ist in Bohrungen 130 und 131 im Block 120 angeordnet und weist einen Kopf 132 und ein distales Ende 134 auf. Eine in der Bohrung 131 angeordnete Hauptfeder 136 stützt sich an der Unterseite des Kopfes 132 ab und spannt normalerweise den Hauptkolben 116 in einer Richtung vor, die weg von der Richtung ist, in der der Kompensationskolben 114 vorgespannt ist, und vorzugsweise dieser Richtung genau entgegen gesetzt ist. Der Hauptkolben 116 kann auch mit einer der Verlängerung 35 des Hauptkolbens 16 ähnlichen Verlängerung versehen sein, um den Fluidfluss auf eine ähnliche Weise wie bei dem Regler 10 zu leiten.
Wenn der Kopf 122 des Kompensationskolbens 114 dem Druck im Behälter 112 ausgesetzt ist, wirkt der Druck auf die wirksame Querschnittsfläche des Kopfes 122, um den Kompensationskolben 114 gegen die Vorspannung der Kompensationsfeder 126 zu bewegen, um dadurch den Sitz 128 mit dem distalen Ende 134 des Hauptkolbens 126 in Eingriff zu bringen. Das Fluid kann dann durch eine Axialbohrung 138 im Kompensationskolben 114 und dann durch die Schlitze 129 im Sitz 128 strömen, wenn sich der Sitz 128 in der in 4 gezeigten offenen Position befindet. Das Fluid strömt dann durch eine oder mehrere Öffnungen 140 im Hauptkolben 116 und durch eine Axialbohrung 142 im Hauptkolben 116 hindurch. Anschließend wird das Fluid unter einem Winkel gegenüber seiner früheren axialen Flussrichtung durch einen Durchlass 144 geleitet und strömt über einen Ausgang 146 des Reglers 110 aus.
Wenn der Ausgangsdruck am Ausgang 146 des Reglers 110 den gewünschten Wert überschreitet, wird der Hauptkolben 116 auf eine ähnliche Weise wie beim Regler 10 auf den Kompensationskolben 114 zu bewegt, so dass der Hauptkolben 116, wie in 5 gezeigt ist, den Sitz 128 in die geschlossene Position bewegt, um dadurch einen Ausfließen aus dem Behälter 112 zu verhindern. Weiterhin, wenn der Ausgangsdruck unter einen Schwellenwert sinkt, wird der Hauptkolben 116 weg vom Kompensationskolben 114 gespannt, der Sitz 128 wird durch den Druck im Behälter 112 in die in 4 gezeigte offene Position gedrückt und das Fluid fließt wieder aus dem Behälter 112. Es sollte beachtet werden, dass der Sitz 128 vorzugsweise sowohl in der geschlossenen als auch der offenen Position im Eingriff mit dem distalen Ende 134 des Hauptkolbens 116 bleibt, wenn der Regler 110 mit dem Behälterdruck beaufschlagt wird.
Wie in 5 gezeigt ist, weist der Regler 110 weiterhin eine Druckeinstellungseinrichtung 148 zur Einstellung des Ausgangsdrucks am Ausgang 146 auf. Die Druckeinstellungseinrichtung 148 weist eine Hülse 150 auf, die mit dem Block 120 verschraubt ist und eine Kammer 151 bildet. Die Druckeinstellungseinrichtung 148 weist außerdem einen Einstellkragen oder -ring 152 auf, der mit der Hülse 150 verschraubt ist. Der Einstellring 152 kann durch Verwendung eines (nicht gezeigten) Hakenschlüssels oder eines anderen geeigneten Werkzeugs gegenüber der Hülse 150 relativ verdreht werden, die durch eine (nicht gezeigte) Öffnung im Regler 110 einführbar und mit einer oder mehreren Kerben 153 im Einstellring 152 in Eingriff bringbar ist. Das Drehen des Einstellringes 152 in einer Richtung erhöht die Vorspannung der Hauptfeder 134, so dass ein höherer Ausgangsdruck erforderlich ist, um den Hauptkolben 116 in Richtung auf den Kompensationskolben 114 zu verschieben, um dadurch einen Ausfließen aus dem Behälter 112 zu verhindern. Somit wird durch ein derartiges Drehen des Einstellringes 152 der Ausgangsdruck am Ausgang 146 erhöht. Ähnlich wird durch das Drehen des Einstellringes 152 in der entgegen gesetzten Richtung der Ausgangsdruck am Ausgang 146 verringert.
Die Druckeinstellungseinrichtung 148 weist weiterhin ein Arretierungselement, z. B. eine Stahlkugel 154 auf, die in einem Durchgang 156 im Einstellring 152 verschiebbar angeordnet ist. Die Kugel 154 kann mit einem oder mehreren Ausnehmungen 158 im Hülsenkörper 150 in Eingriff gebracht werden und ist in Richtung auf die Hülse 150 zu durch eine Feder 160 vorgespannt, die auch im Durchgang 156 angeordnet ist. Wenn die Kugel 154 mit einer der Ausnehmungen 158 im Eingriff steht, verhindert sie eine Drehbewegung des Einstellringes 152 relativ zur Hülse 150, wodurch der Einstellring 152 in der gewünschten Stellung gehalten wird.
6 zeigt eine Druckentlastungsventileinrichtung 162 zur Entlastung des Druckes auf den Regler 110. Die Ventileinrichtung 162 weist einen Ventilkörper 164 mit einem Durchgang 166 auf. Im Durchgang 166 ist eine Kalotte 167 verschiebbar angeordnet, wobei mit der Kalotte 167 eine TEFLON^TM-Kugel 168 im Eingriff steht. Die Ventileinrichtung 162 weist weiterhin eine Druckentlastungsfeder 170 auf, die im Durchgang 166 angeordnet ist und mit der Kalotte 167 im Eingriff steht. Die Feder 170 spannt die Kalotte 167 und die Kugel 168 weg von einem Ende 169 des Durchgangs 166 vor, so dass die Kugel 168 unter normalen Behälterbetriebsdruckwerten einen Entlüftungskanal 172 ausreichend blockiert. Wenn der Druck im Entlüftungskanal 172 ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, belastet der Druck die Kugel 168 und die Kalotte 167 gegen die Vorspannung der Feder 170, wodurch ermöglicht wird, dass das Fluid an der Kugel 168 vorbei strömt und über einen Anschluss 174 in die Atmosphäre entweicht.
7 zeigt eine Heizanordnung 176 zum ausreichenden Erwärmen des Reglers 110, so dass der Regler 110 einwandfrei funktionieren kann, wenn das Fluid durch den Regler 110 hindurch fließt und über den Ausgang 146 ausströmt. Bei dem Regler 110 kann zum Beispiel eine Heizung erforderlich sein, um die Bildung von Hydrat zu verhindern, das ein schwammartiges, eisähnliches Material ist, das von mitgeführtem Wasser und Methan gebildet wird, die im Kraftstoff enthalten sein können. Die Heizanordnung 76 hat einen Eingangsanschluss 178 zum Einleiten eines Heizmittels, beispielsweise eines Fahrzeugmotorkühlmittels, einen Durchgang 180 zum Führen des Heizmittels durch den Regler 110 und einen Ausgangsanschluss 182. Ein Thermostat 184 ist vorzugsweise in der Nähe des Ausgangsanschlusses 182 angeordnet oder mit dem Ausgangsanschluss 182 kombiniert, um die Temperatur des Heizmittels zu ermitteln. Der Thermostat 184 ermöglicht einen Fluss des Heizmittels durch den Durchgang 180, wenn die Temperatur des Heizmittels einen vorbestimmten Temperaturwert, zum Beispiel ca. 170°F, aufweist oder darunter liegt. Bei Temperaturen oberhalb 170°F unterbindet der Thermostat 184 den Fluss des Heizmittels, so dass die Temperatur des Reglers 110 unter normalen Betriebsbedingungen bei ca. 170°F oder darunter bleibt.
Wie weiter in 7 dargestellt ist, hat der Regler 110 eine Thermoentlastungseinrichtung 186 zur Entlastung des Drucks des Reglers 110, wenn die Temperatur des Reglers 110 ein vorbestimmtes Niveau überschreitet. Die Thermo entlastungseinrichtung 186 hat ein eingebettetes Eutektikum 188, das schmelzen wird, wenn die Temperatur des Reglers 110 das vorbestimmte Niveau überschreitet, wodurch ein Entweichen des Fluids über einen Anschluss 190 in die Atmosphäre ermöglicht wird. Deshalb sollte die Heizanordnung 176 genau kalibriert werden, um ein vorzeitiges Schmelzen des Eutektikum 188 zu verhindern.
Als eine Alternative oder Ergänzung zu der Heizanordnung 176 kann die Temperatur des Reglers 110 durch Wärmeübertragung zwischen dem Regler 110 und dem Behälter 112 geregelt werden. Der Behälter 112 wirkt mit seiner relativ großen Oberfläche und Masse im Vergleich zum Regler 110 als eine Wärmequelle. Wenn der Behälter 112 unter einem Fahrzeug angeordnet ist, kann der Behälter 112 auch Wärme von der Fahrbahn und/oder dem Fahrzeugauspuffsystem aufnehmen. Wie in 4 bis 6 dargestellt ist, steht ein relativ großer Teil der äußeren Oberfläche des Blocks 120 mit dem Stutzen 113 des Behälters 112 in Berührung, so dass eine Wärmeübertragung zwischen dem Regler 110 und dem Behälter 112 problemlos stattfinden kann. Weiterhin ist der Regler 110 vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Bereich mit maximalem Wärmeverlust, dieser ist der Bereich, der sich im Allgemeinen um die Kammer 151 (der Druckreduzierungs-punkt), ungefähr in der Mitte des Stutzens 113 des wärmeleitenden Materials befindet, um die Wärmeübertragung zwischen dem Regler 110 und dem Behälter 112 zu maximieren.
Vorteilhafterweise ist die Wärmeübertragung zwischen dem Regler 110 und dem Behälter 112 ausreichend, um die Temperatur des Reglers 110 derart regeln zu können, dass der Fluss des Heizmittels durch die Heizanordnung 176 erheblich reduziert oder ausgeschlossen werden kann. Zum Beispiel kann die Wärmeübertragung zwischen dem Regler 110 und dem Behälter 112 ausreichend sein, um die Temperatur des Reglers 110 im Bereich von 30 – 50°F aufrecht zu erhalten, was ausreicht, um die Bildung von Hydrat zu verhindern. Weiterhin ist ein solcher Temperaturbereich auch günstig für das Eutektikum 188, das aus Materialien hergestellt sein kann, die dazu neigen, bei hohen Temperaturen zu kriechen.
8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel 210 des Druckreglers, der an einem Behälter 212 angeordnet ist. Der Druckregler 210 weist ähnliche Komponenten wie der Regler 110 auf und arbeitet in einer Weise, die ähnlich der des Reglers 110 ist. Die Komponenten des Reglers 210 sind jedoch derart angeordnet, dass der Regler 210 vollständig außerhalb des Behälters 212 angeordnet sein kann. Infolge dessen kann der Regler 210 bei Behälters verwendet werden, die relativ kleine Austrittsöffnungen aufweisen. Ähnlich wie der Regler 110 kann der Regler 210 mit anderen Druckfunktionen in einem einzigen Leitungssystem kombiniert werden, um Systemkosten zu reduzieren. Beispiele für das, was dem Regler 210 in einem einzigen Leitungssystem entweder einzeln oder in beliebiger Kombination hinzugefügt werden kann, sind: ein Hochdruckelektromagnetventil, ein Kraftstoffdruckmess-wertwandler oder – anzeigegerät, ein Vierteldrehungsventil (oder Absperrventil), ein Inlinefilter und einen Betankungsanschluss.
Obwohl die gezeigten und beschriebenen Beispiele der Erfindung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung bilden, ist es nicht beabsichtigt, mit ihnen alle möglichen Ausführungen der Erfindung darzustellen. Zum Beispiel: Während die dargestellten Ausführungsbeispiele teilweise innerhalb eines Behälters oder vollständig außerhalb eines Behälters angeordnet sind, kann der Regler aber auch zum größten Teil oder vollständig innerhalb eines Behälters oder teilweise oder zum größten Teil außer halb eines Behälters angeordnet sein. Weiterhin kann der Regler stromabwärts eines Behälters angeordnet sein.

Claims

Regler (10, 110) zur Regelung des Ausgangsdrucks eines in der Regel gasförmigen, in einem Behälter (12) enthaltenen Fluids der aufweist: ein Gehäuse (20); einen ersten Kolben (14), der im Gehäuse (20) angeordnet ist und ein Ende (24) aufweist, wobei der erste Kolben (14) als Reaktion auf den Druck im Behälter (12) bewegbar ist, wenn er dem Druck im Behälter (12) ausgesetzt wird; und einen zweiten Kolben (16), der im Gehäuse (20) angeordnet ist und ein Ende (34) aufweist, das sich als Reaktion auf den Ausgangsdruck zum Ende (24) des ersten Kolbens hin bewegbar und von diesem weg bewegbar ist, wobei der erste Kolben (14) eine erste Bohrung (40) aufweist, durch die das Fluid hindurchzuströmen vermag, und der zweite Kolben (16) eine zweite Bohrung (48) aufweist, durch die das Fluid hindurchzuströmen vermag, nachdem es durch die erste Bohrung (40) hindurchgeströmt ist, und wobei der erste und der zweite Kolben (14, 16) eine gemeinsame Achse aufweisen, und eine erste Feder (26), die mit dem ersten Kolben (14) zusammenwirkt, um den ersten Kolben (14) in einer ersten Richtung weg vom Ende (34) des zweiten Kolbens (16) vorzuspannen, eine zweite Feder (36), die mit dem zweiten Kolben (16) zusammenwirkt, um den zweiten Kolben (16) in einer zweiten Richtung weg vom Ende (24) des ersten Kolbens (14) vorzuspannen, wobei die Enden (24, 34) des ersten und des zweiten Kolbens (14, 16) trennbar sind, um einen Fluss des Fluids durch die erste Bohrung (40), durch die zweite Bohrung (48) und aus dem Behälter (12) zu ermöglichen; dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) so ausgebildet ist, dass es in den Behälter (12) eingreift und aus einem wärmeleitenden Material besteht, um eine Wärmeübertragung zwischen dem Behälter (12) und dem Regler (110) zu ermöglichen, wobei das wärmeleitende Material des Gehäuses (20) mit Kanälen (180) für den Durchlauf eines Heizfluids zum Beheizen des Reglers ausgestattet ist.
Regler (10, 110) nach Anspruch 1, der weiterhin aufweist: einen thermoplastischen Sitz (52, 128), der an dem einen Ende (24, 34) befestigt ist und mit dem anderen Ende (34, 24) in Eingriff bringbar ist; wobei die Enden (24, 34) des ersten und des zweiten Kolbens (14, 16) durch einen ersten Abstand getrennt sind, um einen Fluss des Fluids aus dem Behälter (12) zu ermöglichen, wenn sich der zweite Kolben (16) als Reaktion auf den Ausgangsdruck vom Ende (24) des ersten Kolbens (14) weg bewegt; und wobei die Enden (24, 34) des ersten und des zweiten Kolbens (14, 16) sich derart nähern, dass deren Abstand kleiner als der erste Abstand ist, so dass der Sitz (52, 128) als Reaktion auf den Ausgangsdruck einen Fluss aus dem Behälter (12) verhindert, und den Kraftstoff-Ausgangsdruck geregelt wird.
Regler (10, 110) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der thermoplastische Sitz (52) im Ende (34) des zweiten Kolbens (16) gelagert ist, wobei der Fluss des Fluids aus der ersten Bohrung (40) verhindert wird, wenn der Ausgangsdruck einen Schwellwert erreicht.
Regler (10, 110) nach Anspruch 1, 2 oder 3, der weiterhin eine Hülse (44) aufweist, die eine Kammer (42), in die das Fluid aus dem ersten Kolben (14) zu strömen vermag, und einen Anschluss (64) definiert, durch den das Fluid aus dem Behälter (12) zu strömen vermag, wobei die Hülse (44) zum Sperren des Anschlusses (64) normalerweise vorgespannt ist und wobei die Hülse (44) gegen die Vorspannung bewegbar ist, wenn der Druck in der Kammer (42) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Regler (10, 110) nach Anspruch 4, bei dem die Hülse (44) normalerweise an einer Fläche (60) dichtend anliegt, wobei die Hülse (44) von der Fläche (60) getrennt wird, wenn der Druck in der Kammer (42) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Regler (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin einen Entlüftungskanal (172), in den das Fluid aus dem Behälter (12) zu strömen vermag, und eine Ventileinrichtung aufweist, die eine Kugel (168) aufweist, die normalerweise in den Entlüftungskanal (172) vorgespannt ist, um einen Fluss durch den Entlüftungskanal (172) zu verhindern, wobei die Kugel (168) gegen die Vorspannung bewegbar ist, wenn der Druck in einem Abschnitt des Entlüftungskanals (172) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Regler (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin einen Einstellring (152) aufweist, der um einen der Kolben (14, 16) herum und bezüglich des Gehäuses (20) und dieses Kolbens (14, 16) drehbar angeordnet ist, wobei der Einstellring (152) mit der ersten Feder (26) oder der zweiten Feder (36) dieses Kolbens (14, 16) zusammenwirkt, um den Ausgangsdruck einzustellen.
Regler (10, 110) nach Anspruch 7, bei dem der Einstellring (152) im Gehäuse (20) angeordnet ist und der erste Kolben (14) eine erste Bohrung (40) aufweist, durch die das Fluid zu strömen vermag, und wobei der Regler (10) weiterhin eine Hülse (150), die eine Kammer (42) definiert, in die das Fluid aus der ersten Bohrung (40) zu strömen vermag, und ein Eingriffsteil (154) aufweist, das mit dem Einstellring (152) beweglich verbunden ist und mit der Hülse (150) in Eingriff bringbar ist, um eine Drehbewegung des Einstellrings (152) zu verhindern.
Regler (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Kolben (16) weiterhin aufweist: einen radial sich erstreckenden Kanal, der in einer Fluidverbindung mit der zweiten Bohrung (48) steht und der derart ausgebildet ist, dass er das Fluid unter einem Winkel gegenüber einer Richtung ablenkt, die durch die zweite Bohrung (48) bestimmt ist, wobei das Fluid durch die zweite Bohrung (48) und dann durch den radial sich erstreckenden Kanal strömen kann, wenn die Enden (24, 34) des ersten und des zweiten Kolbens (14, 16) durch den ersten Abstand getrennt werden.
Regler (10, 110) nach Anspruch 9, bei dem der radial sich erstreckende Kanal derart ausgebildet ist, dass er das Fluid unter einem Winkel ablenkt, der größer als neunzig Grad in Bezug auf die Richtung ist, die durch die zweite Bohrung (48) bestimmt ist.
Regler (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Kolben (16) weiterhin eine Verlängerung (35) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie mit dem durch die zweite Bohrung (48) strömenden Fluid in Kontakt gebracht wird, so dass das Fluid einen Kraftbeitrag liefert, der versucht, die Enden (24, 34) des ersten und des zweiten Kolbens (14, 16) zu trennen.
Regler (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin ein Thermostat (184) aufweist, das einen Fluss des Heizfluids durch die Kanäle (180) ermöglicht, wenn die Temperatur des Heizfluids einer vorbestimmten Temperatur entspricht oder unter dieser liegt.
Regler (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Heizfluid das Motorkühlmittel ist.
Regler (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin eine thermische Entlastungseinrichtung (186) zur Senkung des Druckes am Regler aufweist, wenn die Temperatur des Reglers (110) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Regler (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin einen Sitz (128) aufweist, der an einem Kolben (114) befestigt ist und mit dem anderen Kolben (116) in Eingriff bringbar ist, wobei der Sitz (128) radiale Schlitze (129) aufweist, und wobei der Fluss aus dem anderen Kolben (116) als Reaktion auf den Ausgangsdruck durch die radialen Schlitze (129) fließt und am Sitz gesperrt wird, wenn der Ausgangsdruck einen Schwellwert erreicht.
Regler (10, 110) nach Anspruch 15, bei dem der Sitz eine thermoplastische Dichtung ist.
Regler (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Fluid Treibstoffgas ist.
Regler (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Fluid Erdgas ist.