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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme zum Zuführen von
Gas, insbesondere von unter Druck stehendem Naturgas, wie beispielsweise Methan,
für Verbrennungsmotoren
derjenigen Art, die aufweisen:
- – eine Vielzahl
elektromagnetisch gesteuerter Einspitzventile, die mit den verschiedenen
Zylindern verbunden sind;
- – ein
Verteilerrohr bzw. eine Schiene, die mit den Einspritzventilen in
Verbindung steht;
- – einen
Behälter
zur Versorgung der Schiene, in dem unter Druck stehendes Gas gespeichert
wird; und
- – ein
Druckreduzierventil, das mit Behälter
und der zuvor genannten Schiene in Verbindung steht.
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Stand der
Technik
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Ein
bekanntes Zuführsystem
der genannten Art ist in 1 der beiliegenden Zeichnungen
dargestellt. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 1 die elektromagnetisch
gesteuerten Einspritzventile, die mit den verschiedenen Zylindern
des Motors in Verbindung stehen, die mit unter Druck stehendem Gas durch
ein Verteilerrohr oder eine Schiene 2 versorgt werden.
Die Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Gaszylinder, der als
ein Behälter
dient, in dem unter Druck stehendes Gas, wie beispielsweise Methan,
gespeichert wird. Der Auslass des Gaszylinders 3 ist über ein
Rohr 4 mit der Schiene 2 verbunden. In dem Rohr 4 in
Reihe angeordnet sind: ein Sicherheitsventil 5, das durch
ein Absperr-Magnetventil gebildet ist, das den Auslass des Gaszylinders 3 absperren
kann; ein Drucksensor 6; und ein Druckreduzierventil 7.
Die Bezugsziffer 8 bezeichnet einen Sensor des Druckes in
der Schiene oder in dem Verteilerrohr 2.
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Beispielsweise
im Fall eines Methan-Zuführsystems
liegt der Anfangsdruck des Methans innerhalb des Gaszylinders 3,
wenn dieser vollständig
gefüllt
ist, im Bereich von 200 bar. Dieser Druck fällt natürlich ab, wenn sich der Gaszylinder 3 leert,
bis ein Minimalwert im Bereich von 20 bar erreicht ist.
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Gleichzeitig
können
die elektromagnetisch gesteuerten Einspritzventile 1 bei
vernünftigerweise geringeren
Gasdrücken
betrieben werden, die normalerweise geringer als 10 bar sind. Der
Zweck des Ventils 7 besteht genauer gesagt darin, den Druck des
Gases auf einen geeigneten Wert zu bringen, um die Einspritzventile 1 ordnungsgemäß zu betreiben. Im
praktischen Fall bringen derzeit verwendete Druckreduzierventile
den Druck des Gases in dem Rohr 9 stromabwärts des
Druckreduzierventils 6, welches das Gas zu der Schiene 2 leitet,
auf einen Druckwert, der zwischen etwa 6,3 bar und 8,5 bar schwankt
(da der von dem Rohr kommende Gasdruck variiert).
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Gaszuführsysteme
der zuvor dargestellten Art, bei denen das Druckreduzierventil umfasst:
- – einen
Ventilkörper
mit einem Einlassverbinder, der mit dem Behälter verbunden ist, und einem Auslassverbinder,
der mit der Schiene verbunden ist;
- – einen
verengten Durchlass, der im Inneren des Ventilkörpers zur Verwendung zwischen
dem Einlassverbinder und dem Auslassverbinder ausgebildet ist;
- – ein Öffnungs-/Schließelement
zur Steuerung der Verbindung über
den verengten Durchlass;
- – ein
Mittel zum Zurückbewegen
des Öffnungs-/Schließelementes,
das dazu neigt, das Öffnungs-/Schließelement
in einem geöffneten Zustand
zu halten; und
- – ein
Kolbenelement, das im Inneren des Ventilkörpers bewegt werden kann, um
das Öffnungs-/Schließelement
zu steuern, wobei das Kolbenelement mit dem Druck des Gases stromab
von dem zuvor genannten verengten Durchlass ausgesetzt ist.
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2 der
beiliegenden Zeichnungen zeigt ein Druckreduzierventil einer bekannten
Art, das in Zuführsystemen
der zuvor beschriebenen Art verwendet wird. Das dargestellte Beispiel
bezieht sich auf den Fall eines Ventils, das zwei aufeinander folgende
Stufen der Druckreduktion schafft, die in kaskadenförmiger Art
und Weise eingerichtet sind. Der Körper des Ventils ist mit der
Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Bezugsziffer 11 bezeichnet
den Einlassverbinder, der eingerichtet ist, um mit dem Rohr (1),
durch welches das von dem Behälter
unter Druck 3 kommende Gas strömt, verbunden zu werden, während die
Bezugsziffer 12 die Auslassöffnung bezeichnet, in welcher
der Verbinder zum Verbinden des Rohrs 9, welches das Gas
bei reduziertem Druck zu der Schiene 2 leitet (1),
befestigt werden soll. Der Verbinder 11 definiert einen
Einlassdurchgang 13, der mit dem Auslass 12 über eine
Reihe von innerhalb des Körpers 10 ausgebildeten
Durchgängen kommuniziert,
wie nachfolgend noch näher
erläutert wird.
In der Reihe von Durchgängen
ist ein verengter Durchgang 14 eingerichtet, der mit der
ersten Stufe des Ventils verbunden ist. Das Gas, das durch den Einlassdurchgang 13 in
das Ventil geleitet wird, kommt an dem verengten Durchgang 14 an
und wird durch einen Filter 15 und ein elektromagnetisch
gesteuertes Sicherheitsabsperrventil geleitet. Das Magnetventil 16 umfasst
einen Magneten 17, der einen Anker 18 in eine
zurückgezogene
Position zurückrufen
kann, in der ein Öffnungs-/Schließventilelement 19 aus
dem Eingriff mit einem entsprechenden Ventilsitz gebracht ist, wodurch
ein Durchgang 20 verbleibt, der frei in den verengten Durchgang 14 konvergiert.
Der verengte Durchgang 14 mündet auf einer sphärischen
Oberfläche,
die als Ventilsitz dient, die an der Vorderseite mit einem Öffnungs-/Schließelement 21 zusammenwirkt,
das durch ein Dichtelement gebildet wird, das an einem freien Ende
eines Schaftes 22 eines Kolbenelementes 23 befestigt
ist. Letzteres hat einen unteren Kopf (in 2 betrachtet)
mit einem erweiterten Durchmesser, der gleitbar unter Zwischenschaltung
eines Dichtungsringes 24 innerhalb einer zylindrischen
Buchse 25, die an den Körper
des Ventils befestigt ist, angeordnet ist. Eine Schraubenfeder 26 ist
zwischen dem unteren Kopf des Kolbenelementes 23 und einer
feststehenden Kappe 27 angeordnet. Die Feder 26 neigt
dazu, das Kolbenelement 23 in seiner unteren Bewegungsendposition
(in der Zeichnung dargestellt) zu halten, in welcher der untere
Kopf des Kolbenelementes 23 mit einem unteren Element 28 zum
Schließen
der Zylinderbuchse 25 in Kontakt steht, und in der das Öffnungs-/Schließelement 21 in
einem Abstand von dem Auslass des verengten Durchgangs 14 angeordnet
ist, so dass das Gas, das an dem verengten Durchgang 14 von
dem Einlassdurchgang 13 ankommt, in diesem Zustand in eine
Kammer 29 strömen
kann, die stromabwärts
des verengten Durchgangs 14 vorgesehen ist, nachdem es
einem konsequenten Druckabfall unterzogen wurde. Von der Kammer 29 strömt das Gas über einen
Zwischendurchgang 30 zu einer zweiten Stufe des Ventils,
die funktional der zuvor beschriebenen entspricht, über die
das Gas letztendlich die Auslassöffnung 12 erreicht.
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Die
zweite Stufe des Ventils wird nicht weiter dargestellt, da sie,
wie bereits gesagt, der ersten Stufe entspricht. Zurückkommend
auf den Aufbau und den Betrieb der ersten Stufe des Druckreduzierventils
erreicht das Gas, das in der Kammer 29 ankommt, zusätzlich zu
der Tatsache, dass es zu dem Auslass durch den Durchgang 30 strömt, ferner
eine Kammer 31, die zum gegenüberliegenden Ende des Kolbenelements
weist, über
einen axialen Durchgang 32, der durch das Kolbenelement 23 und
durch radiale Löcher,
die in der Wand des Schaftes des Kolbenelementes vorgesehen sind,
ausgebildet ist. Die Kammer 33, in der die Feder 26 angeordnet
ist, steht über
Löcher 25a,
die in der Wand der Zylinderbuchse 25 vorgesehen sind,
in Verbindung mit der äußeren Umgebung.
Entsprechend weist Dichtungsring 24 die Funktion auf, das
in der Kammer 31 vorhandene Gas daran zu hindern, in die
Kammer 33 zu dringen und von dort aus in die äußere Atmosphäre zu strömen. Eine ähnliche
Funktion wird durch einen Dichtungsring 34 erfüllt, der
in einer Position vorgesehen ist, die einem mittigen Loch der feststehenden
Kappe 27 entspricht, die als eine Führung für die Gleitbewegung des Schaftes 22 des
Kolbenelementes 23 dient. Auch diese Dichtung verhindert
tatsächlich,
dass das in der Kammer 14 vorhandene Gas in die Kammer 33 und
von dort aus in die äußere Umgebung
dringt. Die Dichtungsringe 24 und 34 sind offensichtlich
derart ausgebildet, dass berücksichtigt
wird, dass sie zwischen Oberflächen
angeordnet sind, die eine relative Bewegung zueinander ausführen, d.h.
es handelt sich um Dichtungen einer dynamischen Art. Statische Dichtungen 35, 36,
die durch Dichtringe aus einem Elastomermaterial ausgebildet sind,
sind hingegen zwischen dem Schließelement 28 und dem
unteren Ende der Zylinderbuchse 25 und zwischen der feststehenden
Kappe 27 und dem Körper
des Ventils angeordnet.
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Während des
Betriebs wird das von dem Einlassdurchgang 13 kommende
Gas anfangs grade in die Kammer 29 durch den verengten
Durchgang 14 geleitet, wobei es einer Druckreduktion durch
das Magnetventil 16 in seiner Anfangsöffnungsphase unterzogen wird,
woraufhin es bei reduziertem Druck zu dem Durchgang 30 geleitet
wird, von wo aus es zu einer zweiten Druckreduzierstufe oder direkt
zu dem Auslass des Ventils geleitet wird (in dem Fall, wenn es sich
bei dem Ventil um ein einstufiges Ventil handelt). Wenn der Druck
in der Kammer 29 zunimmt, wird dieser Druck jedoch auch
zu der Kammer 31 kommuniziert, die an dem oberen Ende des
Kolbenelementes 23 angeordnet ist. Aufgrund der größeren effektiven
Fläche
an der Oberfläche
des Kopfes des Kolbenelementes 23, das zu der Kammer 31 weist, wenn
der Druck in der Kammer 31 den Kalibrationsdruckwert erreicht,
d.h. der Reduzierdruck der ersten Stufe, neigt der Druck der Kammer 31 dazu,
das Kolbenelement 23 gegen die Wirkung der Feder 26 anzuheben
(in der Zeichnung betrachtet), bis das Öffnungs-/Schließelement 21 gegen
seinen Sitz schließt.
Das Öffnungs-/Schließelement
bleibt dann geschlossen, bis der Druck in der Kammer 29 und entsprechend
in der Kammer 31 zurück
auf einen Wert abfällt,
bei dem die Feder ein Öffnen
des Öffnungs-/Schließelementes
bewirkt. Auf diese Weise wird ein kontinuierliches Pendeln des Öffnungs-/Schließelementes
zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand erzielt,
wodurch der Druck in dem Rohr 30 stromabwärts der ersten
Reduzierstufe innerhalb eines erforderlichen Bereiches von Werten
gehalten wird. Wie bereits beschrieben wurde, wird die zuvor beschriebene
Operation ein zweites Mal bei der zweiten Stufe des Ventils wiederholt,
wenn das Ventil ein zweistufiges Ventil ist, wie es bei dem in der
Figur dargestellten Beispiel der Fall ist, während das an dem Rohr 30 ankommende
Gas direkt zu der Schiene geleitet wird, wenn ein einstufiges Ventil
vorgesehen ist.
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Bei
den bekannten Ventilen der zuvor beschriebenen Art ist es in Bezug
auf das Kräftespiel der
Variation des regulierten Druckes erforderlich, dass ±10% nicht überschritten
werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb
des Einspritzsystems zu gewährleisten.
Unter Bezugnahme auf 1 der beiliegenden Zeichnungen
sendet der Drucksensor 8, der den Druck in der Schiene 2 erfasst,
sein Signal zu einer elektronischen Steuereinheit C, die auch das Ausgangssignal
von dem Drucksensor 6 empfängt, der unmittelbar stromabwärts des
Behälters 3 angeordnet
ist und die Einspritzventile 1 und insbesondere deren Öffnungszeiten
gemäß dem Zuführdruck
steuert.
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Um
die Empfindlichkeit des geregelten Druckes auf den Druck des Behälters und
auf die Durchflussrate zu beschränken,
ist es entsprechend erforderlich, bei dem in 2 dargestellten
Ventil 10 eine Feder 26 mit einer großen Kraft
einzusetzen, die entsprechend eine große Größe aufweist. Dies zieht die Verwendung
der in 2 dargestellten Geometrie mit dem daraus vorliegenden
Bedarf nach sich, zwei Dichtungsringe 24, 34 einer
dynamischen Art vorzusehen. Es sollte auch klar sein, dass der Aufbau
der Zylinderbuchse 25, in der das Kolbenelement 23 gleitbar
angeordnet ist, zeitweise auf das Anziehen der Schrauben 37 folgenden
Deformationen ausgesetzt ist, die das Schließelement 28 und die
Zylinderbuchse 25 an dem Körper des Ventils befestigen. Mögliche Deformationen
des Aufbaus erhöhen
die Gefahr einer Leckage von Gas zur äußeren Um gebung. Natürlich kommen
die zuvor genannten Nachteile im Falle eines zweistufigen Ventils
doppelt zum Tragen.
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Das
Ventil einer bekannten Art erweist sich somit im Grunde genommen
als sperrig und in Bezug auf die Gefahr einer Leckage des Gases
zur äußeren Umgebung
nicht als gänzlich
verlässlich,
und es weist schließlich
einen relativ komplizierten und teuren Aufbau auf. Ferner ermöglicht das
zuvor beschriebene Ventil kein optimales Ansprechverhalten in den Übergangsbereichen.
Schließlich
besteht die Gefahr, dass die Kraft der Feder mit der Zeit nachlässt, wodurch
sich entsprechend der regulierte Druck ändert.
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Ein
Zuführsystem
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist aus der EP-A-1209336 bekannt. Ein weiteres Zuführsystem
ist aus der US-A-4513775 bekannt.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Zuführsystem
der zuvor beschriebenen bekannten Art zu schaffen, das die zuvor
beschriebenen Nachteile beseitigt, und das allgemein einen relativ
einfachen und kostengünstigen
Aufbau aufweist und dennoch einen effizienten und verlässlichen
Betrieb gewährleistet,
und das ferner sicherer in Bezug auf die Gefahr der Leckage von
Gas in die äußere Umgebung
ist.
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Die Erfindung
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Zur
Lösung
der zuvor beschriebenen Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein
Gaszuführsystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Wie klar aus der Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung hervorgehen wird, besteht die wichtigste Folge der
Verwendung der zuvor genannten Eigenschaften für das Druckreduzierventil darin, dass
es, im Gegensatz zu dem in 2 dargestellten bekannten
Ventil, nicht länger
erforderlich ist, eine dynamische Dichtung zum Verhindern der Gefahr
einer Gasleckage in Bereichen an zwei verschiedenen Punkten des
Ventils vorzusehen. Gemäß der Erfindung
ist es dank der zuvor beschriebenen Eigenschaften möglich, jegliche
Leckage von Gas zur äußeren Umgebung
zu verhindern, indem ein einzelner dynamischer Dichtungsring zwischen
dem Kolbenelement und der Wand, innerhalb der dieses geführt ist,
vorgesehen wird. Wie ebenfalls klar aus dem Nachfolgenden hervorgehen
wird, kann das Druckreduzierventil des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung
mit einer Belastung erzielt werden, die vernünftigerweise gegenüber dem
bekannten Ventil verringert ist. Die Reduzierung der Abmessungen
reflektiert sich ebenfalls in einer Verbesserung der Sicherheit
der Dichtung gegen jegliche Leckage von Gas zu der äußeren Umgebung.
Ferner präsentiert
das Ventil gemäß der vorliegenden
Erfindung einen einfacheren Aufbau und ist günstiger herzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich,
die lediglich als nicht einschränkende
Beispiele dienen, wobei:
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1 ein
bereits beschriebenes Diagramm eines Zuführsystems gemäß der bekannten
Art ist;
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2 eine
bereits beschriebene, teilweise geschnittene Ansicht eines Druckreduzierventils
gemäß der bekannten
Art ist;
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3 eine
Querschnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Druckreduzierventils ist,
das nicht Teil der Erfindung ist;
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4 eine
Variante der 3 zeigt;
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5 eine
weitere Entwicklung eines Gaszuführsystems
gemäß der Erfindung
ist;
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6 eine
Ansicht im vergrößerten Maßstab eines
ersten Details der 5 ist,
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7 eine
Ansicht im vergrößerten Maßstab eines
zweiten Details der 5 ist; und
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8 ein
Diagramm einer weiteren Variante des Zuführsystems gemäß der Erfindung
ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
EINIGER BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
wird ein Zuführsystem der
in 1 dargestellten Art vorgeschlagen, bei dem jedoch
das Druckreduzierventil 7 derart beschaffen ist, wie es
beispielhaft in 3 gezeigt ist. In dieser Figur
sind diejenigen Teile, die denjenigen, die in 2 gezeigt
sind, entsprechen oder eine ähnliche
Funktion aufweisen, mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
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Auch
das Ventil gemäß 3 hat
ein Ventilkörper 10,
innerhalb dem ein verengter Durchgang 14 definiert ist,
der zur Verbindung zwischen einem Einlassdurchgang 13,
der in einem Einlassverbinder 11 ausgebildet ist, und einem
Auslassdurchgang 12, der in einem Auslassverbinder 12a ausgebildet
ist, eingerichtet ist. Der Verbinder ist derart ausgebildet, dass
er mit dem Rohr 4 (1) verbunden
ist, welches das von dem Behälter
kommende Gas transportiert. Der Verbinder 12a ist derart
ausgebildet, dass er mit dem Rohr 9 verbunden ist, welches
das Gas bei reduziertem Druck zu der Schiene 2 leitet.
Das in 3 dargestellte Beispiel bezieht sich auf ein einstufiges
Ventil, das einen einzelnen Drucksprung durchführt. Es spricht jedoch nichts
gegen ein Ventil, das zwei Anordnungen der in 3 dargestellten
Art aufweist, die in Reihe geschaltet sind, um zwei Drucksprünge in Folge
durchzuführen.
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Im
Falle des in 3 dargestellten Beispiels ist
der verengte Durchgang 14 durch einen Ring definiert, der
aus Metall oder aus einem geeigneten Kunststoffmaterial 14a hergestellt
ist, wobei der Ring durch den Verbinder 11, der in das
Innere des Körpers 10 geschraubt
ist, gegen die Endfläche
eines in dem Körper 10 des
Ventils ausgebildeten Sitzes gedrückt wird. Der Ring 14a definiert
zusätzlich
zu dem verengten Durchgang 14 auch eine konische Fläche 14b,
die als ein Ventilsitz für
ein kugelartiges, bevorzugt aus einem Metallmaterial hergestellten, Öffnungs-/Schließelement 210 dient,
das durch eine Hilfsfeder 211, die zwischen den kugelartigen Öffnungs-/Schließelementen 210 und
einer durch den Verbinder 11 definierten Gegenfläche eingesetzt
ist, gegen den Ventilsitz 14b gedrückt wird.
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Der
Ventilkörper 10 umfasst
einen inneren zylindrischen Hohlraum, in dem eine zylindrische Büchse 212 befestigt
ist, die als eine Führung
für die gleitende
Bewegung eines Kolbenelementes 220 dient. Das Kolbenelement 220 weist
eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf und umfasst ein vorderes
Ende, das zu einer Kammer 290 weist, die stromabwärts des
verengten Durchgangs 14 angeordnet ist und mit dem Auslassdurchgang 12 in
Verbindung steht. An dem vorderen Ende ist das Kolbenelement 220 mit
einer Kappe 16 versehen, um das kugelartige Öffnungs-/Schließelement 210 in
seiner Öffnungsposition
gegen die Wirkung der Feder 211 zu drücken, wobei die Feder 211 eine
hohe Flexibilität
und eine geringe Vorspannung aufweist und allein dazu dient, das
kugelartige Öffnungs-/Schließelement 210 in
Position zu halten. Zu diesem Zweck umfasst der Körper des
Kolbenelementes 220 ein axiales Sackloch 61, das
sich von der oberen Endfläche
(in der Zeichnung betrachtet) des Kolbenelementes 220 erstreckt, in
dem eine Ringfeder 62 befestigt ist. Ein Ende der Ringfeder 62 ist
gegen die Endfläche
des axialen Sackloches 61 gedrückt, und ein Schließelement 63 wirkt
drückend
auf das gegenüberliegende
Ende, wobei das Schließelement 63 durch
einen Gewindestift 64 in seiner Position gehalten wird,
der in ein Gewindeloch 65 einer ringförmigen Mutter 66 geschraubt ist,
die wiederum in das Ende des Ventilkörpers 10 geschraubt
ist, das demjenigen Ende gegenüberliegt,
an dem der Einlassverbinder 13 befestigt ist. Das obere
Ende des Kolbenelementes 220 weist zu einer Kammer 67,
die durch die Ringmutter 66 definiert ist, wobei die Kammer
mit der äußeren Umgebung
durch Löcher 68,
die in der Ringmutter ausgebildet sind, kommuniziert.
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Bei
dem dargestellten Beispiel umfasst der Körper des Kolbenelementes 220 zwei
Nuten, in denen zwei Ringe aus einem Material mit einem geringen
Reibungskoeffizienten gehalten sind, wie beispielsweise PTFE, die
mit der Bezugsziffer 69 bezeichnet sind, um die Gleitbewegung
des Kolbenelementes 220 innerhalb der Führungsbüchse 212 zu führen und
zu vereinfachen. Ferner ist das Kolbenelement 220 mit einem
ringförmigen
Dichtungsring einer dynamischen Art 70 versehen, der zwischen
einer ringförmigen
Gegenfläche,
die an der Außenfläche des
Kolbenelementes 220 definiert ist, und einem Ring 71,
der auf eine beliebige Art und Weise (beispielsweise geschraubt)
an dem unteren Ende des Kolbenelementes 220 gehalten ist,
pressend gehalten.
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Der
Ring 213 definiert die Halteposition des Kolbenelementes 220,
und die Löcher 214 ermöglichen
stets die Kommunikation der Kammer 215, die mit dem Einlassdurchgang 13 in
Verbindung steht, mit der Kammer 216, die mit dem Auslassdurchgang 12 in
Verbindung steht.
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Nachfolgend
wird der Betrieb des zuvor beschriebenen dargestellten Druckreduzierventils
erläutert.
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Im
Ruhezustand drückt
die Feder 62 das Öffnungs-/Schließelement 210 in
seine offene Position, was gegen die Wirkung der Feder 211 erfolgt.
Das von dem Behälter 3 (1)
kommende Gas erreicht den Einlassverbinder 11 und wird
dann durch den verengten Durchgang 14 und von dort aus
in die Kammer 290 geleitet. Von der Kammer 290 gelangt das
Gas durch den Aulassverbinder 12 und das Rohr 9 (1)
zur Schiene 2, und zwar mit einem Druck, der für einen
ordnungsgemäßen Betrieb
der Einspritzventile geeignet ist.
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Unter
der Wirkung des Druckes in der Kammer 290 wird das Kolbenelement 220 jedoch
gegen die Wirkung der Feder 62 in die Richtung der gegenüberliegenden
Kammer 67, die Umgebungsdruck aufweist, versetzt, bis das
Schließen
des Öffnungs-/Schließelementes 210 gegen
den Ventilsitz 14b ermöglicht
wird. Wenn der Druck in der Kammer 290 zurück auf den
Wert des reduzierten Kalibrationsdruckes abfällt, versetzt die Feder 62 das
Kolbenelement 220 wieder in die Position, in der es das Öffnen des Öffnungs-/Schließelementes 210 bewirkt. Auf
diese Weise variiert der Druck in der Kammer 290 zyklisch,
wobei er jedoch stets innerhalb eines Bereiches von reduzierten
Werten liegt, der für
einen ordnungsgemäßen Betrieb
der Einspritzventile geeignet ist.
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Ein
Vergleich des Betätigungsprinzips
des in 3 dargestellten Ventils mit demjenigen des in 2 dargestellten
bekannten Ventils zeigt deutlich, dass ein wesentlicher Unterschied
zwischen den Ventilen darin besteht, dass bei dem Ventil gemäß der Erfindung
das Kolbenelement 220 dem Druck des Gases stromabwärts des
verengten Durchgangs 14 einer Position, die einem seiner
Enden entspricht, ausgesetzt ist, wohingegen der Druck bei dem in 2 dargestellten
bekannten Ventil zu beiden Enden des Kolbenelementes geleitet wurde,
und der Unterschied der Nutzfläche
dieser Enden wurde genutzt, um das Schließen des Öffnungs-/Schließelementes
zu bewirken, wenn der Druck stromabwärts des verengten Durchgangs
zunahm. Ferner bewegt sich im Falle des in 3 dargestellten
Ventils das Öffnungs-/Schließelement
nicht mit dem Kolbenelement, wie es bei dem in 2 dargestellten
Ventil der Fall ist, und wird in die Öffnungsposition durch das Kolbenelement
als ein Ergebnis einer Kraft gedrückt, die auf letzteres durch
die Feder 61 ausgeübt
wird. Der Druck, der in der Kammer stromabwärts des verengten Durchgangs 14 erzeugt
wird, neigt stattdessen dazu, das Kolbenelement, das nur auf eines
seiner Enden wirkt, in Richtung einer Position zu drücken, in
der es ein Schließen
des Öffnungs-/Schließelementes
ermöglicht.
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Aufgrund
der zuvor beschriebenen Geometrie ist bei dem in 3 dargestellten
Ventil entsprechend die Verwendung einer Feder mit hoher Federkraft,
die sperrige Abmessungen wie die Feder 26 des in 2 dargestellten
Ventils aufweist, nicht erforderlich, und das Ventil gemäß 3 weist
entsprechend einen einfacheren und weniger voluminösen Aufbau
auf und erfordert insbesondere nicht die Verwendung von zwei Dichtringen
einer dynamischen Art wie im Falle des in 2 dargestellten
Ventils. Um die Gefahr einer Leckage von Gas in die äußere Umgebung
zu verhindern, ist in der Tat ein einzelner Dichtring 70 einer
dynamischen Art ausreichend, der an einer Position angeordnet ist,
die der Gleitkontaktfläche
zwischen dem Kolbenelement 220 und der entsprechenden Führungsbüchse 212 entspricht. Somit
ist das Ventil gemäß der Erfindung
neben seinem einfacheren und weniger sperrigen Aufbau auch sicherer
in Bezug auf die Gefahr einer Leckage von Gas in die äußere Umgebung.
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Ein
weiterer Nachteil des in 2 dargestellten bekannten Ventils,
die bei dem Ventil gemäß 3 eliminiert
ist, besteht in der Möglichkeit,
Dichtungen zu verwenden, die einen effizienten Betrieb auch bei
größeren thermischen
Schwankungen garantieren können.
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4 zeigt
ein Ventil, das im wesentlichen dem Ventil gemäß 3 entspricht,
mit dem einzigen Unterschied dahingehend, dass anstelle der ringförmigen Dichteinrichtung 70 die
rohrförmige
balgartige Manschette 700 als Dichteinrichtung vorgesehen
ist, deren eines Ende an dem festen Körper des Ventils und deren
gegenüberliegendes
Ende an einem Ende des Kolbenelementes derart befestigt ist, dass
die Manschette 700 bei ihrer Deformation den Bewegungen
des Kolbenelementes folgen kann. Diese Manschette trennt eine ringförmige Kammer 701,
die sie umgibt, innerhalb der von der Kammer 290 kommendes
Gas aus dem Raum innerhalb der Manschette austreten kann, der mit
der Kammer 67 bei Umgebungsdruck kommuniziert.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Zuführsystems
gemäß der Erfindung.
Bei diesem System ermöglicht
das Druckreduzierventil 7 ebenfalls eine Implementierung
einer Regulierung des Druckes gemäß den gewünschten und voreingestellten
Parametern. In diesem Fall ist der Aufbau des Druckreduzierventils 7 beispielsweise
derjenigen Art, die im vergrößerten Maßstab in 6 gezeigt
ist. Wie zu erkennen ist, entspricht der Aufbau des in 6 gezeigten
Ventils 7 dem in 3 gezeigten Ventil,
mit dem einzigen Unterschied, dass die Feder 62 eliminiert
ist, und der innere Hohlraum 61 des Kolbenelementes 220 reagiert
auf einen Druck, der durch eine Verbindungsleitung 80 und
einen in einem Verbinder 82 ausgebildeten Durchgang 81 zugeführt wird.
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Wie
in dem Diagramm gemäß 5 zu
erkennen ist, ist die Leitung 80 stromabwärts eines
weiteren elektromagnetisch angesteuerten Ventils 83 angeordnet,
das als ein Steuer-Magnetventil dient. Der genaue Aufbau des Steuer-Magnetventils 83 ist in 7 gezeigt.
Bevor jedoch das Beispiel der Ausführungsform dieses Ventils,
das in 7 dargestellt ist, beschrieben wird, ist es wichtig
zu erwähnen, dass
die Funktionen des Steuer-Magnetventils 83 darin besteht,
an einem Einlassverbinder 84 den Druck des von dem Behälter 3 ausgegebenen
Gases zu empfangen, der dem Verbinder 84 über eine
Leitung 85 zugeführt
wird, die von der Leitung 4 stromaufwärts des Druckreduzierventils 7 abgeleitet
wird. Das Steuer-Magnetventil 83 erzeugt an einem Auslassverbinder 86 ein
Drucksignal, das in Bezug auf den Druck an dem Einlass 84 reduziert
ist, das über die
Leitung 80 zu dem Druckreduzierventil 7 gesendet
wird. Während
im Fall gemäß 3 das
Kolbenelement 20 durch die Kraft der Feder 62 in
Richtung der geöffneten
Position des Öffnungs-/Schließelementes 210 gedrückt wurde,
wird das Kolbenelement 220 in Falle des Ventils gemäß 4 durch
das Drucksignal gedrückt,
das durch die Leitung 80 ankommt. Durch Variieren dieses
Drucksignals ist es entsprechend möglich, die Reaktion des Druckreduzierventils
und somit den damit erzielten Drucksprung zu variieren, oder, mit
anderen Worten, den Druck des Gases zu variieren, das zu der Schiene 2 geleitet
wird. Der Steuerdruck, der durch die Leitung 80 zu dem
Druckreduzierventil 7 übertragen
wird, wird durch das Steuer-Magnetventil 83 in Abhängigkeit
von der Intensität
des Stromes variiert, der den Magneten des Ventils zugeführt wird,
wie nachfolgend noch genauer unter Bezugnahme auf 7 beschrieben
wird.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf das Diagramm gemäß 5 empfängt die
elektronische Steuereinheit C das Signal 8a von dem Drucksensor 8,
der den Wert des in der Schiene 2 vorliegenden Druckes
anzeigt, und vergleicht dieses mit einem Signal 8b, das
den Druck anzeigt, der innerhalb der Schiene 2 für ihre Betriebsbedingung
der Maschine wünschenswert
ist. Zu diesem Zweck können
mit der elektronischen Steuereinheit C Speichermittel verbunden
sein, in denen voreingestellte Kennfelder gespeichert sind, welche
die gewünschten
Werte oder den gewünschten
Bereich von Werten des Druckes in der Schiene 2 liefern,
wenn verschiedene Operationsparameter des Systems variieren. Gemäß dem Vergleich
zwischen dem Signal 8a und dem Signal 8b gibt
die elektronische Steuereinheit C ein Signal 8c aus, welches
das Magnetventil 83 antreibt, um über das Druckreduzierventil 7 in
jeweils gewünschten
Drucksprung zu erzeugen.
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Im
Falle des Systems gemäß 5 wird
entsprechend ein geschlossener Regelkreis des Druckes in der Verteilerschiene
implementiert (anders als bei dem offenen Regelkreis des Systems
gemäß 1).
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Unter
Bezugnahme auf 7 umfasst das Steuer-Magnetventil 83 einen
verengten Durchgang 90, der durch eine Büchse 91 definiert
ist, die in einen entsprechenden Sitz gedrückt ist, der in einem Körper 92 des
Ventils durch eine Schraubenfeder 93 ausgebildet wird,
deren eines Ende mit der Büchse 91 in
Kontakt steht und deren gegenüberliegendes Ende
mit einem Schließelement 94 in
Kontakt steht, das in den Körper 92 geschraubt
ist. Die Büchse 91 definiert
ferner ein Ventilsitz 95 für ein kugelartiges Öffnungs-/Schließelement 96,
das mit einem Anker 97 eines Elektromagneten 98 verbunden
ist, der einen Elektromagneten 99 und eine Feder 100 umfasst,
die dazu neigt, das Öffnungs-/Schließelement 96 in
den geschlossenen Zustand zu drücken.
Das Gas gelangt durch einen Durchgang 101, der in dem Einlassverbinder 94 ausgebildet
ist, in das Ventil, erreicht den verengten Durchgang 90 und
strömt
von dort aus, wenn das Öffnungs-/Schließelement 96 offen
ist, in eine Kammer, die mit einem Auslassdurchgang 102 kommuniziert,
der in einem Auslassverbinder 103 ausgebildet ist. Wenn
die Intensität
des dem Elektromagneten 99 zugeführten Stromes variiert, variiert
entsprechend die resultierende Kraft, die auf den Anker 97 wirkt
und dazu neigt, das Öffnungs-/Schließelement 96 in
einem geschlossenen Zustand zu halten. Ein einstellbarer Drucksprung wird
auf diese Weise erzielt, der an dem Auslass 102 einen reduzierten
Druck in Bezug auf den Druck am Einlass 101 erzeugt, dessen
Wert einstellbar ist.
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Schließlich zeigt 8 ein
System der Art gemäß 1,
bei dem stromabwärts
eines druckreduzierten Ventils 7 der in 3 dargestellten
Art ein Magnetventil 83, das im wesentlichen der in 7 dargestellten
Art entspricht, eingerichtet ist. In diesem Fall wirkt das Ventil 7 einfach
als ein Druckreduzierventil, während
die Funktion der Regelung des Druckes direkt dem Magnetventil 83 obliegt,
das am Eingang den reduzierten Druck empfängt, der am Ausgang von dem
Druckreduzierventil 7 zugeführt wird, und als Ausgang den
Druck zum Zuführen
des Gases zu der Schiene 2 liefert. Bei der vorliegenden Anmeldung
reduziert das Druckreduzierventil 7 den Druck auf Werte
in dem Bereich von 15 bis 25 bar, während das Ventil 83,
das als Druckregulator dient, den Vorteil einer schnellen Adaption
des Druckes an den gewünschten
Wert gewährleistet.
Natürlich
wird der Magnet des Magnetventils 83 durch die elektronische
Steuereinheit C gemäß dem Druckwert,
der durch den Sensor 8 angezeigt wird, und gemäß dem gewünschten
Wert 8b, der als eine Funktion der Erfassung verschiedener
Betriebsbedingungen der Maschine einerseits (Position des Gaspedals,
Drehzahl der Maschine, Umgebungstemperatur etc.) und beispielsweise
als eine Funktion der Erfassung von gespeicherten Kennfeldern, welche
die idealen Werte der Druckzufuhr für jede spezifische Betriebsbedingung
der Maschine liefern, andererseits erzielt wird, gesteuert. Eine
Hochgeschwindigkeitsbetätigung und
eine genaue Steuerung der Durchflussrate werden auf diese Weise
erzielt. Insbesondere werden die Öffnungszeiten der Elektro-Einspritzventile
auf diese Weise optimiert und entsprechend reduziert, was die Möglichkeit
schafft, die Einspritzung mit dem Öffnen des Induktionsventils
des Motors mit günstigen
Wirkungen auf die Leistung und die Emissionen aufeinander abzustimmen.