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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Systeme für die Zuführung von Gas, insbesondere
komprimiertes Erdgas wie z.B. Methan, für Brennkraftmaschinen von der
Art, welche aufweisen:
- – eine Mehrzahl von elektromagnetisch
gesteuerten Einspritzdüsen,
welche zu verschiedenen Zylindern gehören;
- – ein
Verteilerrohr oder „Rail", welches mit den Einspritzdüsen in Verbindung
steht;
- – einen
Tank für
die Versorgung des Rail, in welchem unter Druck gesetztes Gas gesammelt
wird; und
- – ein
Druckminderventil, das in die Verbindung zwischen dem Tank und dem
genannten Rail gesetzt ist.
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Stand der
Technik
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Ein
Zuführsystem
von der bekannten Art, auf welches oben Bezug genommen ist, ist
in der 1 des beigefügten
Satzes an Zeichnungen dargestellt. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 die elektromagnetisch
gesteuerten Einspritzdüsen,
welche zu verschiedenen Zylindern der Maschine gehören, welche
mit unter Druck gesetztem Gas von einem Verteilerrohr oder Rail 2 versorgt
werden. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Gaszylinder,
welcher als ein Tank funktioniert, in welchem unter Druck gesetztes
Gas, z.B. Methan, angesammelt ist. Der Auslass des Gaszylinders 3 ist über ein
Rohr 4 mit dem Rail 2 verbunden. In dem Rohr 4 sind
in Reihe gesetzt: ein Sicherheitsventil 5, welches aus
einem Elektro magnet-Sperrventil gebildet ist, das konstruiert ist,
um den Auslass des Gaszylinders 3 zu blockieren; ein Drucksensor 6;
und ein Druckminderventil 7. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet
einen Sensor für
den Druck in dem Verteilerrohr oder Rail 2.
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Zum
Beispiel in dem Fall eines Methanzuführsystems liegt der Ausgangsdruck
des Methans innerhalb des Gaszylinders 3, wenn der letztere
voll ist, in dem Bereich von 200 bar. Der Druck fällt selbstverständlich ab,
wenn sich der Zylinder 3 leert, bis ein minimaler Wert
in dem Bereich von 20 bar erreicht ist.
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Gleichzeitig
sind die elektromagnetisch gesteuerten Einspritzdüsen 1 fähig, bei
deutlich niedrigeren Gasdrücken,
normalerweise niedriger als 10 bar, betrieben zu werden. Der Zweck
des Ventils 7 ist es genau, den Druck des Gases auf einen
geeigneten Wert für
den richtigen Betrieb der Einspritzdüsen 1 zu bringen.
In dem praktischen Fall bringen zurzeit verwendete Druckminderventile
den Druck des Gases in dem Rohr 9 stromabwärts des
Druckminderventils 6, welches das Gas zu dem Rail 2 bringt,
auf einen Druckwert, welcher zwischen in etwa 6,3 bar und 8,5 bar
schwankt (da der Druck des Gases, welches von dem Rohr 4 her
kommt, variiert).
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Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Systeme zum Zuführen von
Gas von der oben dargestellten Art, in welchen das Druckminderventil
aufweist:
- – einen
Ventilkörper
mit einem Einlass-Anschlussstück,
welches mit dem Tank verbunden ist, und einem Auslass-Anschlussstück, welches
mit dem Rail verbunden ist;
- – einen
beschränkten
Durchgang, welcher innerhalb des Ventilkörpers für die Verbindung zwischen dem
genannten Einlass-Anschlussstück und
dem genannten Auslass-Anschlussstück definiert ist;
- – ein Öffnungs-/Schließelement
zum Steuern der Verbindung durch den beschränkten Durchgang;
- – Mittel
zum Zurückbringen
des Öffnungs-/Schließelements,
welche dazu tendieren, das Öffnungs-/Schließelement
in einem offenen Zustand zu halten; und
- – ein
Kolbenelement, welches innerhalb des Ventilkörpers beweglich ist, zum Steuern
des Öffnungs-/Schließelements,
wobei das Kolbenelement dem Druck des Gases stromabwärts des
genannten beschränkten
Durchgangs ausgesetzt ist.
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Die 2 des
beigefütgten
Satzes an Zeichnungen stellt ein Druckminderventil der bekannten Art
dar, welches in Zuführsystemen
von der oben in Bezug genommen Art verwendet wird. Das dargestellte
Beispiel betrifft den Fall eines Ventils, das zwei aufeinanderfolgende
Stufen einer Druckreduzierung bereitstellt, die in einer kaskadenförmigen Art
gesetzt sind. Der Körper
des Ventils ist mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die
Zahl 11 bezeichnet das Einlass-Anschlussstück, welches konstruiert ist,
mit dem Rohr (1) verbunden zu werden, durch
welches das Gas strömt,
welches von dem Tank unter Druck 3 her kommt, wohingegen
das Bezugszeichen 12 das Auslass-Anschlussstück bezeichnet,
in welchem das Anschlussstück
konstruiert ist, für
die Verbindung des Rohrs 9 montiert zu werden, welches
das Gas bei einem reduzierten Druck zu dem Rail 2 (1) bringt.
Das Anschlussstück 11 definiert
einen Einlassdurchgang 13, welcher mit dem Auslass 12 durch eine
Reihe von Durchgängen
in Verbindung steht, die innerhalb des Körpers 10 hergestellt
sind, wie es weiter im Folgenden definiert werden wird. In die genannte
Reihe von Durchgängen
ist ein beschränkter Durchgang 14 gesetzt,
welcher zu der ersten Stufe von dem Ventil gehört. Das Gas, welches durch
den Einlassdurchgang 13 in das Ventil eintritt, gelangt
zu dem beschränkten
Durchgang 14, wobei es durch einen Filter 15 und
ein elektromagnetisch gesteuertes Sicherheitssperrventil geht. Das
Elektromagnetventil 16 umfasst einen Elektromagneten 17,
der fähig
ist, einen Anker 18 in eine zurückgezogene Position zurückzuholen,
in welcher ein Öffnungs-/Schließsperrelement 19 von
einem jeweiligen Ventilsitz abgehoben ist, wobei ein Durchgang 20 freigelassen
wird, der in dem beschränkten
Durchgang 14 frei zusammenläuft. Der be schränkte Durchgang 14 läuft auf
einer kugelförmigen
Oberfläche
aus, welche als Ventilsitz funktioniert, welcher an der Vorderseite
mit einem Offnungs/Schließelement 21 zusammenwirkt,
welches durch ein Dichtungselement gebildet wird, das an dem freien
Ende einer Stange 22 eines Kolbenelements 23 montiert
ist. Das letztere weist einen unteren Kopf (wie in der 2 zu
sehen) von einem erweiterten Durchmesser auf, welcher gleitend montiert
ist, mit der Zwischenschaltung einer Dichtung 24 innerhalb
einer zylindrischen Buchse 25, die an dem Körper des
Ventils befestigt ist. Eine Spiralfeder 26 ist zwischen
den unteren Kopf des Kolbenelements 23 und eine feste Kappe 27 gesetzt.
Die Feder 26 tendiert dazu, das Kolbenelement 23 in
seiner nach unten gehenden Endstellung zu halten (in der Zeichnung
dargestellt), in welcher der untere Kopf des Kolbenelements 23 mit
einem Bodenelement 28 in Kontakt ist zum Schließen der
zylindrischen Buchse 25 und in welcher das Öffnungs-/Schließelement 21 in einem
Abstand von dem Auslass des beschränkten Durchgangs 14 gesetzt
ist, so dass in diesem Zustand das Gas, welches bei dem beschränkten Durchgang 14 von
dem Einlassdurchgang 13 ankommt, in eine Kammer 29 gehen
kann, welche stromabwärts
von dem beschränkten
Durchgang 14 gesetzt ist, nachdem es einen daraus folgenden Druckabfall
erfahren hat. Von der Kammer 29 strömt das Gas über einen Zwischendurchgang 30 zu
einer zweiten Stufe des Ventils, welche von einem funktionalen Standpunkt
her identisch zu dem ist, was oben beschrieben wurde, über welche
das Gas letztendlich die Auslassöffnung 12 erreicht.
In dem Folgenden wird die zweite Stufe des Ventils nicht weiter
dargestellt werden, da sie, wie es gesagt wurde, der ersten Stufe
entspricht. Um nun zu der Struktur und dem Betrieb der ersten Stufe
des Druckminderventils zurückzukehren,
erreicht das Gas, das in der Kammer 29 ankommt, zusätzlich zu
dem Strömen
in Richtung zu dem Auslass durch den Durchgang 30 auch
eine Kammer 31, welche dem gegenüberliegenden Ende des Kolbenelements
gegenüberliegt, über einen
axialen Durchgang 32, der durch das Kolbenelement 23 hergestellt
ist, und durch radiale Löcher,
welche in der Wand der Stange des Kolbenelements vorgesehen sind.
Die Kammer 33, in welche die Feder 26 gesetzt
ist, ist mit der äußeren Atmosphäre durch
Löcher 25a in
Verbindung, die in der Wand der zylindrischen Buchse 25 vorgesehen
sind. Folglich führt
die Dichtung 24 die Funktion aus eines Hinderns des Gases,
welches in der Kammer 31 vorhanden ist, fähig zu sein,
in die Kammer 33 auszutreten und von dort in die äußere Atmosphäre herauszugelangen.
Eine ähnliche
Funktion wird durch eine Dichtung 34 erfüllt, welche
in einer entsprechenden Position zu einem mittigen Loch der festen
Kappe 27 vorgesehen ist, welche als eine Führung für die Gleitbewegung
der Stange 22 des Kolbenelements 23 funktioniert.
Auch die Dichtung hindert tatsächlich
das Gas, welches in der Kammer 14 vorhanden ist, daran,
möglicherweise
in die Kammer 33 und von dort in die äußere Atmosphäre zu gehen.
Die Dichtungen 24 und 34 sind offensichtlich unter
Berücksichtigung
der Tatsache konstruiert, dass sie zwischen in relativer Bewegung sich
befindenden Oberflächen
gesetzt sind, d.h. sie sind Dichtungen von einer dynamischen Art.
Statische Dichtungen 35, 36, welche aus Dichtungsringen,
hergestellt aus elastomerem Material, gebildet sind, sind stattdessen
zwischen das Schließelement 28 und
das untere Ende der Zylinderbuchse 25 und zwischen die
feste Kappe 27 und den Körper des Ventils gesetzt.
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Im
Betrieb geht das Gas, welches von dem Einlassdurchgang 13 her
kommt, anfänglich
gerade in die Kammer 29 durch den beschränkten Durchgang 14,
wobei es eine Druckreduzierung durch das Elektromagnetventil 16 in
seiner anfänglichen Öffnungsphase
erfährt,
und wird somit bei reduziertem Druck zu dem Durchgang 30 geschickt,
von welchem es zu einer zweiten Druckreduzierstufe oder direkt zu dem
Auslass des Ventils (in dem Fall eines Ventils, welches eines von
einer einzigen Stufe ist) geht. Da der Druck in der Kammer 29 jedoch
zunimmt, wird dieser Druck auch zu der Kammer 31 weitergeleitet, welche
an dem gegenüberliegenden
Ende von dem Kolbenelement 23 angeordnet ist. Aufgrund
der größeren wirksamen
Fläche
an der Oberfläche
des Kopfes des Kolbenelements 23, welcher der Kammer 31 gegenüberliegt,
wenn der Druck in der Kammer 31 den Einstelldruckwert,
d.h. die Druckreduzierung der ersten Stufe, erreicht, tendiert der
Druck der Kammer 31 dazu, ein Ansteigen (wie in der Zeichnung
dargestellt) des Kolbenelements 23 gegen die Wirkung der Feder 26 zu
verursachen, bis es zu dem Schließen des Öffnungs-/Schließelements 21 gegen
sei nen Sitz führt.
Das Öffnungs-/Schließelement
verbleibt somit geschlossen, bis der Druck in der Kammer 29 und folglich
in der Kammer 31 auf einen Wert zurückfällt, so dass die Feder ein Öffnen des Öffnungs-/Schließelements
verursacht. Es wird somit eine kontinuierliche Hin- und Herbewegung
des Öffnungs/Schließelements
zwischen dem geöffneten
Zustand und dem geschlossenen Zustand erzeugt, was den Druck in dem
Rohr 30 stromabwärts
der ersten Reduzierstufe innerhalb des geforderten Bereichs von
Werten hält. Wie
schon gesagt, wird der oben beschriebene Betrieb ein zweites Mal
in der zweiten Stufe des Ventils wiederholt, wenn das Ventil ein
Doppelstufenventil ist wie in dem in der Figur dargestellten Beispiel,
wohingegen das Gas, das bei dem Rohr 30 ankommt, in dem
Fall eines einstufigen Ventils direkt zu dem Rail geschickt wird.
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Nachteile
des Standes der Technik
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Bei
den bekannten Ventilen der oben beschriebenen Art ist es für die Variationsdynamiken des
geregelten Drucks erforderlich, dass sie nicht ± 10 % übersteigen, um einen richtigen
Betrieb des Einspritzsystems sicherzustellen. Unter Bezugnahme auf
die 1 des beigefügten
Satzes an Zeichnungen sendet der Drucksensor 8, welcher
gegenüber
dem Druck in dem Rail 2 empfindlich ist, sein Signal zu
einer elektronischen Steuereinheit C, welche auch das Ausgangssignal
von dem Drucksensor 6 empfängt, der unmittelbar stromabwärts von
dem Tank 3 gesetzt ist, und steuert die Einspritzdüsen 1 und
insbesondere ihre Öffnungszeit
entsprechend zu dem Zuführdruck.
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Um
die Empfindlichkeit des geregelten Drucks gegenüber dem Druck des Tanks und
der Strömungsrate
zu begrenzen, ist es folglich notwendig, in dem in der 2 dargestellten
Ventil 10 eine Feder 26 von hoher Last auszuwählen, welche
dementsprechend eine große
Abmessung aufweist. Dies bringt die Annahme der Geometrie mit sich,
welche in der 2 dargestellt ist, mit der sich
daraus ergebenden Notwendigkeit, zwei Dichtungen 24, 34 von
einer dynamischen Art vorzusehen. Es sollte ebenso angemerkt werden,
dass die Struktur der Zylinderbuchse 25, innerhalb welcher
das Kolbenelement 23 gleitbar montiert ist, zeitweise Verformungen
ausgesetzt ist, welche auf ein Spannen der Schrauben 37 folgen, welche
das Schließelement 28 und
die Zylinderbuchse 25 an dem Körper des Ventils befestigen.
Mögliche
Verformungen der Struktur erhöhen
das Risiko von Leckagen von Gas in Richtung nach außen. Selbstverständlich sind
in dem Fall eines zweistufigen Ventils die genannten Nachteile doppelt
so viele.
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Somit
erweist sich das Ventil von der bekannten Art als unhandlich, nicht
sonderlich zuverlässig
in Bezug auf das Risiko eines Austretens von Gas in die äußere Atmosphäre und weist
schließlich
auch eine relativ komplizierte und kostenintensive Struktur auf.
Zusätzlich
dazu ermöglicht
das oben beschriebene Ventil keine optimale Reaktion während Übergangsdrehzahlen.
Schließlich
besteht über
die Zeit das Risiko einer Beschädigung
der Federlast mit der Folge einer Variation des geregelten Drucks.
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Ein
in dem Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenes System ist aus EP-A-0
155 538 bekannt. Ähnliche
Systeme sind auch in US-A-5 755 210 und US 2003/168101 offenbart.
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Zweck der
Erfindung
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Der
Zweck, welcher der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist es,
ein Zuführsystem
der bekannten Art, welches oben beschrieben ist, bereitzustellen,
welches ein Uberwinden der Nachteile, auf die oben hingewiesen wurde,
ermöglicht
und welches allgemein eine relativ einfache und kostengünstige Struktur
haben wird und welches nichtsdestotrotz einen Betrieb gewährleisten
wird, welcher effizient und zuverlässig ist, und welches des Weiteren
sicherer sein wird, was das Risiko einer Leckage von Gas in die äußere Atmosphäre betrifft.
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Die Erfindung
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Im
Hinblick auf das Erreichen der obigen und weiteren Zwecke ist der
Gegenstand der Erfindung ein Gaszuführsystem für eine Brennkraftmaschine, welches
alle Merkmale aufweist, die in dem beigefügten Anspruch 1 angegeben sind.
Weiterhin bevorzugte Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in
den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden von der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezug auf den beigefügten Satz an Zeichnungen offenbar
werden, welche lediglich als nicht-beschränkendes Beispiel gegeben werden
und in welchen:
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1 ein
schon beschriebenes Diagramm eines Zuführsystems gemäß dem bekannten
Stand der Technik ist;
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2 eine
teilweise geschnittene, schon beschriebene Ansicht eines Druckminderventils
gemäß dem bekannten
Stand der Technik ist;
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3 eine
Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels
eines Druckminderventils ist, das schon zuvor durch die vorliegende
Anmelderin in einer parallelen Patentanmeldung vorgeschlagen wurde;
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4 eine
Variante der 3 darstellt;
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5 ein
Diagramm des Zuführsystems
gemäß der Erfindung
darstellt;
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6 und 7 schematische
Ansichten eines Druckminderventils mit eingebautem Sperrventil sind,
das in dem System der Erfindung verwenbar ist und welches in zwei
verschiedenen Betriebszuständen
dargestellt ist;
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8 eine
Querschnittsansicht einer konstruktiven Ausführungsform des Ventils aus 6 und 7 ist;
und
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9 ein
Detail der 7 in größerem Maßstab darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
einiger bevorzugter Ausführungsformen
der
-
Erfindung
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Die
vorliegende Anmelderin hat schon in einer parallelen Patentanmeldung,
welche am Anmeldetag der vorliegenden Erfindung noch nicht offengelegt
ist, ein Zuführsystem
von der in der 1 dargestellten Art vorgeschlagen,
in welchem jedoch das Druckminderventil 7 in Übereinstimmung
mit dem erhalten ist, was beispielhaft in der 3 dargestellt
ist. In der genannten Figur sind die Teile, welche denjenigen der 2 entsprechen
oder eine ähnliche Funktion
aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Auch
das Ventil der 3 weist einen Ventilkörper 10 auf
innerhalb welchem ein beschränkter Durchgang 14 definiert
ist, der zwischen einem Einlassdurchgang 13, der in einem
Einlass-Anschlussstück 11 hergestellt
ist, und einem Auslassdurchgang 12, der in einem Auslass-Anschlussstück 12a hergestellt
ist, in Verbindung gesetzt ist. Das Anschlussstück 11 ist konstruiert,
um mit dem Rohr 4 (1) verbunden
zu werden, welches das von dem Tank 3 herkommende Gas fördert. Das
Anschlussstück 12a ist
konstruiert, um mit dem Rohr 9 verbunden zu werden, das
das Gas bei reduziertem Druck zu dem Rail 2 bringt. Das
in der 3 dargestellte Beispiel bezieht sich auf ein einstufiges
Ventil, welches einen einzigen Druckabfall ausführt. Nichts hindert jedoch ein
Ventil daran, als ein solches in Betracht gezogen zu werden, das
zwei Anordnungen von der in der 3 dargestellten
Art in Reihe aufweist, um zwei Druckabfälle in Aufeinanderfolge auszuführen.
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In
dem Fall des in der 3 dargestellten Beispiels ist
der beschränkte
Durchgang 14 durch einen Ring definiert, welcher aus Metall
oder aus einem geeigneten Kunststoffmaterial 14a hergestellt ist,
der gegen die Endoberfläche
eines Sitzes gepresst ist, der in dem Körper 10 des Ventils
durch das Anschlussstück 11 hergestellt
ist, welches innerhalb des Körpers 10 eingeschraubt
ist. Der Ring 14a definiert auch zusätzlich zum Definieren des beschränkten Durchgangs 14 eine
konische Oberfläche 14b, welche
als ein Ventilsitz. für
ein Offnungs-/Schließelement 210 vom
Kugeltyp funktioniert, vorzugsweise hergestellt aus einem Metallmaterial,
welches durch eine Hilfsfeder 211 gegen den Ventilsitz 14b gedrückt wird,
die zwischen das Öffnungs-/Schließelement 210 vom
Kugeltyp und eine Kontrastoberfläche
(bzw. Kontaktoberfläche),
welche durch das Anschlussstück 11 definiert
ist, gesetzt ist.
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Der
Ventilkörper 10 weist
einen inneren zylindrischen Hohlraum auf, innerhalb welchem eine
zylindrische Buchse 212 befestigt ist, welche als eine Führung für die Gleitbewegung
eines Kolbenelements 220 dient. Das Kolbenelement 220 weist
eine im Allgemeinen zylindrische Ausgestaltung auf und weist ein
vorderes Ende auf welches einer Kammer 290 gegenüberliegt,
die stromabwärts
des beschränkten
Durchgangs 14 gesetzt ist und die mit dem Auslassdurchgang 12 in
Verbindung steht. An dem vorderen Ende ist das Kolbenelement 220 mit einer
Kappe 60 versehen, um das Offnungs-/Schließelement 210 vom
Kugeltyp in Richtung zu seiner Öffnungsstellung
gegen die Wirkung der Feder 211 mit hoher Flexibilität und niedriger
Vorspannung zu drücken,
welche die alleinige Funktion hat, das Offnungs-/Schließelement 210 vom
Kugeltyp in Position zu halten. Zu diesem Zweck weist der Körper des Kolbenelements 220 ein
axiales Sackloch 61 auf, das sich von der oberen Endoberfläche (wie
in der Zeichnung dargestellt) von dem Kolbenelement 220 erstreckt,
innerhalb welchem eine Spiralfeder 62 montiert ist. Die
Spiralfeder 62 weist ein Ende auf, das gegen die Endoberfläche des
axialen Sacklochs 61 gedrückt wird, und das gegenüberliegende
Ende wird durch ein Schließelement 63 gedrückt, das
in Position gehalten wird mittels eines mit einem Gewinde versehenen
Gewindestiftes 64, welcher in ein mit einem Gewinde versehenes
Loch 65 einer Ringmutter 66 eingeschraubt ist,
welche selbst in das Ende des Ventilkörpers 10 gegenüberliegend
zu demjenigen, an welchem das Einlass-Anschlussstück 13 montiert ist,
eingeschraubt ist. Das obere Ende des Kolbenelements 220 liegt
einer Kammer 67 gegenüber,
welche in der Ringmutter- 66 definiert ist, welche mit
der äußeren Atmosphäre durch
Löcher 68,
welche in der Ringmutter hergestellt sind, in Verbindung steht.
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In
dem Fall des dargestellten Beispiels weist das Kolbenelement 220 zwei
Nuten auf, innerhalb welcher zwei Ringe montiert sind, die aus einem
Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, z.B. PTFE, hergestellt
sind, welche durch das Bezugszeichen 69 bezeichnet sind,
für den
Zweck einer Führung
und einer Erleichterung des Gleitens des Kolbenelements 220 innerhalb
der Führungsbuchse 212.
Des Weiteren ist das Kolbenelement 220 mit einer ringförmigen Dichtung
von einer dynamischen Art 70 versehen, welche zwischen
eine ringförmige
Kontrastoberfläche,
welche an der äußeren Oberfläche des
Kolbenelements 220 definiert ist, und einen Ring 71,
welcher auf irgendeine Art und Weise an dem unteren Ende des Kolbenelements 220 befestigt
ist (z.B. geschraubt), gepresst ist.
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Der
Ring 213 definiert die Arretierungsposition des Kolbenelements 220,
und die Löcher 214 ermöglichen
in jedem Fall eine Verbindung der Kammer 215, welche mit
dem Einlassdurchgang 13 in Verbindung steht, mit der Kammer 216,
welche mit dem Auslassdurchgang 12 in Verbindung steht.
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Der
Betrieb des oben beschriebenen Druckminderventils wird im Folgenden
dargestellt.
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In
dem Ruhezustand drückt
die Feder 62 das Offnungs-/Schließelement 210 in seine Öffnungsstellung
gegen die Wirkung der Feder 211. Das Gas, welches von dem
Tank 3 (1) her kommt, erreicht das Einlass-Anschlussstück 11 und
geht folglich durch den beschränkten
Durchgang 14 hindurch und von dort in die Kammer 290.
Von der Kammer 290 erreicht das Gas durch das Auslass-Anschlussstück 12 und
das Rohr 9 (1) den Rail 2 mit einem
passenden Druckwert für
den richtigen Betrieb der Einspritzdüsen 1.
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Unter
der Wirkung des Drucks in der Kammer 290 jedoch wird das
Kolbenelement 220 gegen die Wirkung der Feder 62 in
der Richtung der gegenüberliegenden
Kammer 67 (welche bei Umgebungsdruck ist) verstellt, bis
es das Schließen
des Öffnungs-/Schließelements 210 gegen
den Ventilsitz 14b ermöglicht.
Wenn der Druck in der Kammer 290 auf den Wert eines reduzierten
Drucks einer Einstellung zurückfällt, bewerkstelligt
es die Feder 62 wieder, das Kolbenelement 220 in
die Position zu verstellen, in welcher es eine Öffnung des Öffnungs/Schließelements 210 verursacht.
Auf diese Weise variiert der Druck in der Kammer 290 auf
zyklische Art und Weise, wobei er in jedem Fall innerhalb eines
Bereichs von reduzierten Werten verbleibt, die für den richtigen Betrieb der
Einspritzdüsen
geeignet sind.
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Ein
Vergleich des Betriebsprinzips des Ventils aus 3 mit
demjenigen des bekannten Ventils aus 2 zeigt
deutlich, dass ein hauptsächlicher Unterschied
zwischen den Ventilen in der Tatsache liegt, dass in dem Fall des
Ventils der 3 das Kolbenelement 220 dem
Druck des Gases stromabwärts von
dem beschränkten
Durchgang 14 nur in einer Position ausgesetzt wird, welche
derjenigen seiner Enden entspricht, wohingegen in dem Fall des bekannten
Ventils aus der 2 der Druck an beide Enden des
Kolbenelements geleitet wurde und die Differenz an Nutzflächen der
Enden ausgenutzt wurde, um ein Schließen des Öffnungs-/Schließelements
zu verursachen, wenn der Druck stromabwärts des beschränkten Durchgangs
ansteigt. Des Weiteren bewegt sich in dem Fall des Ventils der 3 das
Offnungs-/Schließelement
nicht mit dem Kolbenelement wie bei dem Ventil der 2,
und es wird durch das Kolbenelement in die Öffnungsstellung gedrückt als ein
Ergebnis der auf das letztere durch die Feder 61 ausgeübten Kraft.
Der Druck, der in der Kammer stromabwärts von dem beschränkten Durchgang 14 erzeugt
wird, tendiert stattdessen dazu, das Kolbenelement in Richtung einer
Position zu drücken,
wobei es nur auf eines seiner Enden wirkt, in welcher es fähig ist,
das Offnungs-/Schließelement
zu schließen.
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Als
ein Ergebnis der genannten Geometrie erfordert das Ventil der 3 folglich
nicht das Verwenden einer stark belasteten Feder, welche die unhandlichen
Abmessungen der Feder 26 des Ventils der 2 aufweist,
und hat folglich eine einfachere und weniger voluminöse Struktur
und erfordert insbesondere nicht das Verwenden von zwei Dichtungen einer
dynamischen Art wie in dem Fall des Ventils der 2.
Um das Risiko einer Leckage von Gas in die äußere Atmosphäre zu vermeiden,
ist tatsächlich eine
einzige Dichtung 70 von einer dynamischen Art ausreichend,
die in einer Position entsprechend zu der Gleitkontaktoberfläche zwischen
dem Kolbenelement 220 und der entsprechenden Führungsbuchse 212 gesetzt
ist. Daraus folgt, dass das Ventil der 3 zusätzlich dazu,
dass es einfacher und weniger unhandlich ist, auch sicherer ist,
was das Risiko von Leckagen von Gas in die äußere Umgebung betrifft.
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Ein
weiterer Nachteil des aus der 2 bekannten
Ventils, der in dem Ventil der 3 vermieden
wird, besteht in der Möglichkeit
einer Annahme von Dichtungen, die fähig sind, einen effizienten
Betrieb auch mit großen
thermischen Schwankungen sicherzustellen.
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Die 4 stellt
ein Ventil dar, das im Wesentlichen identisch zu dem Ventil der 3 ist,
mit dem einzigen Unterschied, dass es als Dichtungseinrichtung anstatt
der ringförmigen
Dichtungseinrichtung 70 die röhrenförmige, blasebalgartige Muffe 700 aufweist,
welche mit einem Ende an dem festen Körper des Ventils und mit dem
gegenüberliegenden Ende
an dem Ende des Kolbenelements auf solch eine Weise angebracht ist,
dass die Muffe 700 mit ihren Verformungen fähig ist,
den Bewegungen des Kolbenelements zu folgen. Die Muffe trennt eine
ringförmige
Kammer 701, welche sie umgibt, innerhalb welcher Gas, welches
von der Kammer 290 her kommt, austreten kann, von dem Raum
innerhalb der Muffe, welche stattdessen mit der Kammer 67 bei
Atmosphärendruck
in Verbindung steht.
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Die 5 stellt
ein System zum Zuführen von
Gas zu einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung
dar. In der 5 sind die Teile, welche denjenigen
der 1 entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. Der Unterschied des Systems gemäß der Erfindung in Bezug auf
das herkömmliche,
welches in der 1 dargestellt ist, besteht in
der Tatsache, dass dort ein Druckminderventil 7 in Betracht
gezogen ist (welches von jeder Art sein kann, sogar ein Ventil gemäß dem bekannten
Stand der Technik, das jedoch vorzugsweise von der Art ist, die
mit Bezugnahme auf die 3 dargestellt worden ist), welches
mit dem Luftzuführsystem
der Brennkraftmaschine, noch genauer dem Einlasskrümmer 300 (in 5 nur
schematisch dargestellt) der Brennkraftmaschine verbunden ist.
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In
dem bevorzugten Fall ist das Regelventil 7 von der Art,
welche in der 3 darstellt ist. In diesem Fall
ist der Einlasskrümmer
der Brennkraftmaschine über
eine Verbindungsleitung 302 mit der Kammer 67 des
Ventils 7 verbunden. Folglich wird die Kammer 67 nicht
zu der äußeren Umgebung
belüftet
wie in dem Fall, der in der 3 dargestellt
ist. Die zuvor genannte Verbindung stellt sicher, dass in jedem
Fall jeder Gasstrom, der aus der Kammer 216 zu der Kammer 67 des
Ventils 7 (3) austritt, welcher von dem
Dichtungsring 70 nicht zurückgehalten wird, nicht in die äußere Atmosphäre herauskommen wird,
sondern eher in die Brennkraftmaschine durch den Einlasskrümmer zurückgezogen
wird. Für
einen richtigen Betrieb des Systems ist in das Verbindungsrohr 302 ein
Elektromagnet-Sperrventil 301 gesetzt, welches durch die
elektronische Steuerungseinheit C auf solch eine Art und Weise gesteuert
wird, dass das Elektroventil die Verbindung durch die Leitung 302 sperrt,
wenn der Schlüssel
zum Starten der Maschine des Kraftfahrzeugs in „Aus"-Position ist, wohingegen es die genannte
Verbindung öffnet,
wenn der Schlüssel
in der Zündungsposition
ist.
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Die 6 und 7 stellen
schematisch dar, wie das Ventil 7 für den Zweck eines Einbaus des Sperrventils 301 modifiziert
werden kann. Wie es gesehen werden kann, weist das Ventil 301 einen
Körper 303 auf,
welcher an einem Ende mit dem Körper des
Ventils 7 verbunden ist und welcher in seinem Inneren einen
Elektromagneten 304 aufweist, welcher die Position eines
Ankers 305 steuert, welcher ein Öffnungs-/Schließelement 306 vom
Kugeltyp trägt, das
mit einem Ventilsitz 307 zusammenwirkt, welcher durch ein
Ende eines axialen Durchgangslochs 308 definiert wird,
das in dem Körper 303 hergestellt
ist, welches die Kammer 67 mit einer Kammer 309 in Verbindung
setzt, welche innerhalb des Körpers 303 herge stellt
ist und welche über
eine Auslassöffnung 310 mit
der Leitung 302 verbunden ist. Eine Feder 311 hält das Öffnungs-/Schließelement 306 in
einer normalerweise geschlossenen Position, wohingegen der Elektromagnet 304,
wenn er erregt wird, den Anker 305 gegen sich selbst anzieht,
um so das Öffnungs-/Schließelement 306 in
die Öffnungsstellung zu
bringen. Das Element 63, welches als ein Träger für die Feder 62 dient,
weist Durchgänge 312 auf,
die die Kammer 67 mit dem axialen Loch 308 in
Verbindung setzen.
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Die 6 zeigt
das Elektromagnet-Sperrventil in der offenen Stellung, wohingegen
die 7 das Elektromagnet-Sperrventil in dem geschlossenen
Zustand zeigt.
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Die 8 und 9 beziehen
sich auf eine konstruktive Ausführungsform
des Ventils 7 mit einem Elektromagnet-Sperrventil 301.
In den genannten Figuren werden Teile, welche denjenigen der 3, 6 und 7 gemeinsam
sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Wie
es insbesondere in der 9 zu bemerken ist, ist in der
konstruktiven Ausführungsform
der eigene Körper
des Elektromagnet-Sperrventils 301, bezeichnet mit 313,
mit Zwischenschaltung eines Dichtungsrings 314 innerhalb
eines Kragens 315 eines Schließelements 316 montiert,
das innerhalb eines Endes der Buchse 212, welche den Körper des Ventils 7 bildet,
mit Zwischenschaltung eines Dichtungsrings 317 montiert
ist. Die Dichtungen 314, 317 erlauben einen extrem
hohen Grad an Zuverlässigkeit
gegen jede Leckage, da sie Dichtungen von der „statischen" Art sind, d.h. welche,
die zwischen Oberflächen
gesetzt sind, die sich nicht zueinander bewegen.
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Die
Last der Feder 311 kann über einen Gewindestift 318 eingestellt
werden, welcher in ein Auslass-Anschlussstück 319 für die Verbindung
des Rohres 302 eingeschraubt ist und mit einem Arretierungselement 320 für die Feder 311 in
Kontakt ist.
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Wie
schon in Bezug auf das Obige angegeben, ist es natürlich das
grundsätzliche
Prinzip, welches der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, eine Verbindung
zwischen einer Kammer des Druckminderventils 7 bereitzustellen,
welche einem Aufnehmen von Gasströmen ausgesetzt sein kann, welche von
dem Bereich des Ventils austreten, welches von dem Gas durchquert
wird, das in den Verteiler-Rail 2 zugeführt werden wird, um in jedem
Fall die Strömung
von austretendem Gas daran zu hindern, möglicherweise die äußere Atmosphäre zu erreichen.
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Wie
es schon erwähnt
wurde, wird, wenn die Maschine abgestellt ist (Schlüssel aus),
jedes Austreten bzw. jede Leckage durch den Dichtungsring 70 in
der Kammer 67 gesammelt. Wenn die Maschine angestellt wird
(Schlüssel
an), öffnet
das Sperrventil 301, welches auf den Kopf des Druckminderventils 7 gesetzt
ist, und die austretenden Gase werden in Richtung zu dem Einlasskrümmer 300 befördert. Es ist
wichtig für
den Raum innerhalb der Kammer 67 und auf jeden Fall den
Raum, der zwischen dem Druckminderventil 7 und dem Elektromagnetventil 301 enthalten
ist, ein Raum, in welchem jede Leckage gesammelt wird, so klein
als möglich
auf solch eine Art und Weise zu sein, dass beim Starten der Maschine
ein überschüssiger Betrag
an Methan, welcher zu Startproblemen führen könnte, daran gehindert wird,
den Einlasskrümmer 300 zu
erreichen. Das Zwischenschalten des Elektromagnetventils 301 zwischen
das Druckminderventil 7 und den Einlasskrümmer 300 ist
ebenso in konventionellen, derzeit auf dem Markt erhältlichen
Systemen mit derzeit erhältlichen
Druckminderventilen möglich,
da es für
das Sperrventil nicht essentiell ist, in dem Regelungsventil eingebaut
zu sein.