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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Systeme zum Zuführen von Gas, insbesondere
von Erdgas, bei beispielsweise Methan, für Verbrennungsmotoren, des
Typs, der Folgendes umfasst:
- – eine Vielzahl
von elektromagnetisch gesteuerten Injektoren, verbunden mit den
verschiedenen Zylindern des Motors,
- – ein
Verteilerrohr oder ein Hochdruck-Verteilerrohr (rail), das mit den
Injektoren kommuniziert,
- – einen
Behälter
zum Speisen des Hochdruck-Verteilerrohrs, wo Druck akkumuliert wird, und
- – ein
Druckreduzierventil in Verbindung zwischen dem Behälter und
dem Hochdruck-Verteilerrohr.
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Stand der Technik
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In 1 des
angehängten
Blockes von Zeichnungen ist ein Gaszufuhrsystem des bekannten Typs,
auf den voranstehend verwiesen wurde, dargestellt. In der Figur
bezeichnet die Referenznummer 1 die elektromagnetisch gesteuerten
Injektoren, die mit den verschiedenen Zylindern des Motors verbunden sind,
die über
ein Verteilerrohr oder ein Hochdruck-Verteilerrohr 2 mit
Druckgas gespeist werden. Die Referenznummer 3 bezeichnet
einen Gaszylinder, der als ein Behälter fungiert, in dem Druckgas, beispielsweise
Methan akkumuliert wird. Der Auslass des Gaszylinders 3 ist über ein
Rohr 4 an das Hochdruck-Verteilerrohr 2 angeschlossen.
In dem Rohr 4 sind in Reihe geschalten die Folgenden angeordnet: ein
Sicherheitsventil 5, das durch ein Magnetsperrventil, das
ausgelegt ist, um den Auslass des Gaszylinders 3 zu blockieren,
gebildet ist; ein Drucksensor 6; und ein Druckreduzierventil 7.
Die Referenznummer 8 bezeichnet einen Sensor für den Druck
in dem Verteilerrohr oder dem Hochdruck-Verteilerrohr 2.
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In
dem Fall von beispielsweise einem Methanzufuhrsystem, liegt der
Anfangsdruck des Methans innerhalb des Zylinders 3, wenn
dieser voll ist, im Bereich von 200 bar. Wenn sich der Zylinder 3 entleert,
fällt dieser
Druck natürlich
so lange ab, bis ein Minimalwert in dem Bereich von 20 bar erreicht
ist.
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Zum
gleichen Zeitpunkt sind die elektromagnetisch gesteuerten Injektoren 1 in
der Lage, bei empfindlich niedrigeren Gasdrücken zu arbeiten, normalerweise
bei einem Wert geringer als 10 bar. Der Zweck des Ventils 7 besteht
genau darin, den Druck des Gases für einen einwandfreien Betrieb
der Injektoren auf einen geeigneten Wert zu bringen. In der Praxis
bringen zum gegenwärtigen
Zeitpunkt verwendete Druckreduzierventile den Druck des Gases in
dem Rohr 9 stromabwärts
des Druckreduzierventils, durch das das Gas zu dem Hochdruck-Verteilerrohr 2 geleitet
wird, auf einen Druckwert, der zwischen 6,3 bar und 8,5 bar schwankt
(da der Druck des Gases, das von dem Rohr 4 kommt, variiert).
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Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Systeme zum Zuführen von
Gas des voranstehend illustrierten Typs, in dem das Druckreduzierventil
Folgendes umfasst:
- – einen Ventilkörper, mit
einem Einlassanschluss an den Behälter angeschlossen und mit
einem Auslassanschluss an das Hochdruck-Verteilerrohr angeschlossen;
- – einen
reduzierten Durchgang, gebildet im Inneren des Ventilkörpers, zum
Kommunizieren zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss;
- – ein Öffnungs-/Schließelement
zum Regeln der Kommunikation durch den reduzierten Durchgang;
- – eine
Vorrichtung zum Zurückschieben
des Öffnungs-/Schließelementes,
die dazu neigt, das Öffnungs-/Schließelement
in einem offenen Zustand vorzuhalten; und
- – ein
Kolbenelement, das im Inneren des Ventilkörpers bewegbar ist, zum Regeln
des Öffnungs-/Schließelementes,
wobei das Kolbenelement dem Druck des Gases stromabwärts des
reduzierten Durchganges ausgesetzt ist.
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2 des
angehängten
Blockes an Zeichnungen illustriert das Druckreduzierventil eines
bekannten Typs, das in den Gaszufuhrsystemen des voranstehend beschriebenen
Typs verwendet wird. Das illustrierte Beispiel betrifft den Fall
eines Ventils, das zwei aufeinanderfolgende Druckreduzierstufen bereitstellt,
die kaskadenartig eingestellt sind. Der Körper des Ventils wird durch
die Referenznummer 10 bezeichnet. Die Referenz nummer 11 bezeichnet den
Einlassanschluss, der ausgelegt ist, um an das Rohr (1)
angeschlossen zu sein, durch das das Gas, das aus dem unter Druck
stehenden Behälter 3 kommt,
fließt,
während
die Referenznummer 12 die Auslassöffnung bezeichnet, bei der
es eingerichtet ist, dass darin der Anschluss für die Verbindung mit dem Rohr 9 eingebaut
ist, das das Gas bei einem reduzierten Druck zu dem Hochdruck-Verteilerrohr 2 (1)
führt.
Der Anschluss 11 bildet einen Einlassdurchgang 13,
der über
eine Reihe von Durchgängen,
die innerhalb des Körpers 10 ausgebildet
sind, wie dies im weiteren Verlauf der Beschreibung beschrieben
werden wird, mit dem Auslass 12 kommuniziert. In der Reihe
von Durchgängen
ist ein reduzierter Durchgang 14 vorhanden, der mit der
ersten Stufe des Ventils verbunden ist. Das Gas, das über ein
Einlassdurchgang 13 in das Ventil eintritt, gelangt, nachdem
es durch einen Filter 15 und ein elektromagnetisch gesteuertes
Sicherheitssperrventil hindurchgeleitet wurde, an den reduzierten
Durchgang 14. Das Magnetventil 16 umfasst einen
Magneten 17, der in der Lage ist, eine Verankerung 18 in
eine eingezogene Position zu ziehen, in ein Öffnungs-/Schließelement 19 aus einem
jeweiligen Ventilsitz ausgerückt
wird, wodurch ein Durchgang 20 gelassen wird, der frei
mit den reduzierten Durchgang 14 zusammenläuft. Der
reduzierte Durchgang 14 läuft zu einer sphärischen
Fläche
aus, die als ein Ventilsitz fungiert, die an der Vorderseite mit
einem Öffnungs-/Schließelement 21 kooperiert,
das durch ein Dichtungselement gebildet ist, das an einem freien
Ende eines Steges 22 eines Kolbenelementes 23 befestigt
ist. Das letztgenannte Kolbenelement hat einen Unterkopf (wie dies
in 2 dargestellt ist) eines verbreiterten Durchmessers,
der gleitbar befestigt ist, wobei dazwischen eine Dichtung 24 angeordnet
ist, innerhalb einer zylindrischen Buchse 25, die an dem
Körper
des Ventils befestigt ist. Eine schraubenförmige Feder 26 ist
zwischen dem Unterkopf des Kolbenelementes 23 und einem
fixierten Napf 27 angeordnet. Die Feder 26 neigt
dazu, das Kolbenelement 23 in seiner End-Bewegungsposition
in eine Richtung nach unten (in der Zeichnung illustriert) zu halten,
bei der sich der Unterkopf des Kolbenelementes 23 in Kontakt
mit einem Unterelement 28 zum Schließen der Zylinderbuchse 25 befindet
und bei der das Öffnungs-/Schließelement 21 bei
einem Abstand von dem Auslass des reduzierten Durchganges 14 so angeordnet
ist, dass in dem beschriebenen Zustand das Gas, das von dem Einlassdurchgang 13 an
dem reduzierten Durchgang 14 angelangt, in eine Kammer 29 hineingeleitet
werden kann, die stromabwärts des
reduzierten Durchganges 14 angeordnet ist, nachdem es einen
konsequenten Druckabfall durchlaufen hat. Aus der Kammer 29 fließt das Gas über einen
Zwischendurchgang 30 zu einer zweiten Stufe des Ventils,
die mit dem identisch ist, was voranstehend aus einem funktionsbezogenen
Standpunkt heraus beschrieben worden ist, über die das Gas schließlich zu
der Auslassöffnung 12 fließt. Im folgenden
Verlauf der Beschreibung wird diese zweite Stufe des Ventils nicht
weiter illustriert, da sie, wie dies bereits festgestellt worden
ist, der ersten Stufe entspricht. Unter erneuter Bezugnahme auf
den Aufbau und die Funktionsweise der ersten Stufe des Druckreduzierventils,
gelangt das Gas in der Kammer 29, zusätzlich dazu, dass es über den
Durchgang 30 in Richtung des Auslasses fließt, darüber hinaus
auch in die Kammer 31, die dem gegenüberliegenden Ende des Kolbenelementes 23 über einem axialen
Durchgang 32, der in dem Kolbenelement 22 ausgebildet
ist und durch Radialöffnungen,
die in der Wand des Steges des Kolbenelementes ausgebildet sind,
gegenüberliegt.
Die Kammer 33, in der die Feder 26 eingerichtet
ist, kommuniziert mit der Außenatmosphäre über Öffnungen 25a in
der Wand der Zylinderbuchse 25. Demzufolge führt die
Dichtung 24 die Funktion des Verhinderns durch, dass Gas,
das in der Kammer 31 vorhanden ist, in die Kammer 33 fließen und
von dort aus in die Außenatmosphäre strömen kann.
Eine ähnliche
Funktion wird durch eine Dichtung 34 ausgeführt, die
an einer Position angeordnet ist, die einem mittigen Loch des fixierten
Napfes 27, der als Führungselement
für die
gleitende Bewegung des Steges 22 des Kolbenelementes 23 fungiert,
entspricht. Darüber
hinaus verhindert diese Dichtung tatsächlich auch, dass das Gas,
das in der Kammer vorhanden ist, möglicherweise in die Kammer 33 fließt und von
dort aus in die Außenatmosphäre ausfließt. Die
Dichtungen 24 und 34 sind offensichtlich unter
Berücksichtigung
der Tatsache ausgelegt, dass sie zwischen Flächen in relativer Bewegung
angeordnet sind, das heißt,
sie sind Dichtungen eines dynamischen Typs. Die statischen Dichtungen 35, 36,
die durch Dichtungsringe gebildet sind, die aus einem elastomerischen
Material hergestellt sind, sind stattdessen zwischen dem Schließelement 28 und
dem unteren Ende der Zylinderbuchse 25 und zwischen dem
fixierten Napf 27 und dem Körper des Ventils angeordnet.
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Während des
Betriebes wird das Gas, das von dem Einlassdurchgang 13 kommt,
anfangs über den
reduzierten Durchgang 14 direkt in die Kammer 29 geleitet,
wobei es über
das Magnetventil 16 in einer anfänglichen Öffnungsphase eine Durchreduzierung
durchläuft,
und anschließend
wird es bei reduziertem Druck zu dem Durchgang 30 gesendet,
von wo aus es eine zweite druckreduzierende Stufe durchläuft, oder
direkt zu dem Auslass des Ventils fließt (in dem Fall, in dem das
Ventil ein Einstufenventil ist.) Wenn der Druck in der Kammer 29 jedoch
ansteigt, wird dieser Druck auch zu der Kammer 31 übertragen,
die sich an dem gegenüberliegende Ende
des Kolbenelementes 23 befindet. Aufgrund des größeren effektiven
Bereiches auf der Fläche des
Kopfes des Kolbenelementes 23, das der Kammer 31 gegenüberliegt,
neigt, wenn der Druck in der Kammer 31 den Wert des Kalibrierungsdruckes
erreicht, das heißt,
den Reduzierungsdruck der ersten Stufe, der Druck in der Kammer 31 dazu,
ein Anheben (wie dies in der Zeichnung sichtbar ist) des Kolbenelementes 23 gegen
die Wirkung der Feder 26 so lange zu bewirken, bis dieses
ein Schließen
des Öffnungs-/Schließelementes 21 gegen
seinen Sitz zustande kommt. Auf diese Weise bleibt das Öffnungs-/Schließelement
so lange geschlossen, bis der Druck in der Kammer 29 und
demzufolge der Druck in der Kammer 31 auf solch einen Wert
zurückfällt, dass
die Feder das Öffnen
des Öffnungs-Schließelementes
bewirkt. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Schwingung des Öffnungs-/Schließelementes
zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand bewirkt,
wodurch der Druck in dem Rohr 30 stromabwärts der
ersten Druckreduzierungsstufe innerhalb eines erwünschten
Bereiches von Werten gehalten wird. Wie bereits darauf hingewiesen
worden ist, wird die voranstehend beschriebene Wirkweise in der
zweiten Stufe des Ventils ein zweites Mal wiederholt, in dem Fall,
in dem das Ventil ein Zweistufenventil ist, wie dies in dem in der
Figur dargestellten Beispiel der Fall ist, während das Gas, das an dem Rohr 30 ankommt,
in dem Fall eines Einstufenventils direkt zu dem Hochdruck-Verteilerrohr geschickt
wird.
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Nachteile des Standes der
Technik
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In
den bekannten Ventilen des voranstehend beschriebenen Typs ist es
erforderlich, dass die Dynamik des Variierens des regulierten Druckes
nicht den Bereich ±10
% übersteigt,
damit ein einwandfreier Betrieb des Injektionssystems gewährleistet
werden kann. In Bezug auf 1 des angehängten Blockes
an Zeichnungen sendet der Drucksensor 8, der empfindlich
gegenüber
dem Druck in dem Hochdruck-Verteilerrohr 2 ist, sein Signal
zu einer elektronischen Steuereinheit C, die darüber hinaus auch das Ausgangssignal
von dem Drucksensor 6, der unmittelbar stromabwärts des
Behälters 3 angeordnet ist,
empfängt
und die Injektoren 1 und insbesondere ihre Öffnungszeit
in Übereinstimmung
mit dem Zufuhrdruck regelt.
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Um
die Empfindlichkeit des regulierten Druckes gegenüber dem
Druck des Behälters
und der Durchflussrate zu beschränken,
ist es dementsprechend erforderlich, in dem in 2 dargestellten Ventil 10 eine
Feder 26 mit einer hohen Belastung zu integrieren, die
demzufolge eine enorme Größe aufweist.
Dies zieht das Verwenden der in 2 dargestellten
Anordnung nach sich, woraus sich die Notwendigkeit ergibt, zwei
Dichtungen 24, 34 eines dynamischen Typs bereitzustellen.
Darüber
hinaus sollte beachtet werden, dass die Struktur der Zylinderbuchse 25,
die in dem Kolbenelement 23 gleitbar befestigt ist, zu
allen Zeiten aufgrund des Anziehens der Schrauben 37, die
das Schließelement 28 und
die Zylinderbuchse 25 an dem Körper des Ventils befestigen,
Deformierungen ausgesetzt ist. Mögliche
Deformierungen der Struktur erhöhen
das Risiko des Entweichens von Gas nach außen. Es versteht sich von selbst,
dass in dem Fall eines Zweistufenventils die voranstehend beschriebenen
Nachteile doppelt auftreten.
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Darüber hinaus
erweist sich im Grunde genommen das Ventil eines bekannten Typs
umständlich
und im Hinblick auf die Gefahr eines Entweichens von Gas in die äußere Atmosphäre als nicht
wirklich zuverlässig,
und schließlich
weist es auch einen relativ komplizierten und kostenspieligen Aufbau
auf. Zusätzlich
dazu ermöglicht
das voranstehend beschriebene Ventil keine optimale Reaktion während der Einschwingphasen.
Schließlich
besteht die Gefahr des Verschlechterns der Belastung der Feder im
Laufe der Zeit, mit einer sich daraus ergebenden Variation des regulierten
Druckes.
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Ein
Gaszufuhrsystem, wie dies in dem Oberbegriff von Anspruch 1 definiert
ist, ist aus den Dokumenten
US
2003/168101 ,
WO 99/15784 und
US 2003/168102 bekannt.
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ZIEL DER ERFINDUNG
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Das
zugrundeliegende Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zufuhrsystem
des voranstehend beschriebenen bekannten Typs bereitzustellen, das es
ermöglicht,
die voranstehend beschriebenen Nachteile zu überwinden, das, im allgemeineren
Sinne einen relativ einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist, der
nichtsdestotrotz einen Betrieb gewährleistet, der effizient und
zuverlässig
ist und der darüber
hinaus im Hinblick der Gefahr des Entweichens von Gas in die Außenatmosphäre sicherer
ist.
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Insbesondere
besteht ein Ziel der Erfindung, ein System des voranstehend beschriebenen
Typs bereitzustellen, das in der Lage ist, eine effiziente Regulierung
des Druckes in dem Verteilerrohr umzusetzen, um diesen Druck, so
wie dies erforderlich ist, an die Betriebsbedingungen des Motors
anzupassen.
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DIE ERFINDUNG
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Mit
der Perspektive, die voranstehend erwähnten Ziele sowie weitere Ziele
zu erfüllen,
besteht der Gegenstand der Erfindung in einem Gaszufuhrsystem für einen
Verbrennungsmotor, der all jene Charakteristiken aufweist, die in
Anspruch 1 aufgelistet sind. Weitere bevorzugte Eigenschaften des
Systems in Übereinstimmung
mit der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden
Beschreibung in Bezug auf den angehängten Block aus Zeichnungen offensichtlich,
die rein als nicht beschränkende
Beispiele angeführt
werden und in denen:
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1 ein
Diagramm ist, das bereits beschrieben worden ist und ein Zufuhrsystem
in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik darstellt;
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2 ist
eine teils im Querschnitt dargestellte Ansicht eines Druckreduzierventils,
das bereits beschrieben worden ist, in Übereinstimmung mit dem Stand
der Technik;
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3 ist
eine Querschnittsdarstellung eines Druckreduzierventils, das nicht
Bestandteil der Erfindung ist und das den Gegenstand einer Parallelanmeldung
bildet, die im Namen des vorliegenden Anmelders eingereicht wurde;
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4 illustriert
eine Variante von 3 und bildet ebenfalls keinen
Bestandteil der Erfindung;
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5 illustriert
ein Gaszufuhrsystem in Übereinstimmung
mit der Erfindung;
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6 ist
eine Ansicht eines vergrößerten Maßstabs eines
ersten Details aus 5;
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7 ist
eine Ansicht eines vergrößerten Maßstabs eines
zweiten Details aus 5; und
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8 ist
ein Diagramm einer weiteren Variante des Zufuhrsystems, die kein
Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINIGER
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird ein Zufuhrsystem des in 1 dargestellten
Typs vorgeschlagen, bei dem das Druckreduzierventil 7 in Übereinstimmung
mit dem erhalten wird, was im Sinne eines Beispiels in 6 dargestellt
ist. Das Ventil, das in 6 dargestellt ist, ist zum Großteil identisch mit
dem, das in 3 dargestellt ist, das jedoch
keinen Bestandteil der Erfindung bildet. In 3 werden die
Teile, die den in 2 dargestellten Teilen entsprechen
oder die eine ähnliche
Funktion wie diese haben, mit denselben Referenznummern bezeichnet.
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Das
Ventil, das in 3 dargestellt ist, hat ebenfalls
einen Ventilkörper 10,
in dem ein reduzierter Durchgang 14 ausgebildet ist, der
in Kommunikation zwischen einem Einlassdurchgang 13, der
in einem Einlassanschluss 11 ausgebildet ist und einem Auslassdurchgang 12,
der in einem Auslassanschluss 12a ausgebildet ist, steht.
Der Anschluss 11 ist ausgelegt, um an das Rohr 4 (1)
angeschlossen zu sein, das das von dem Behälter 3 kommende Gas
transportiert. Der Anschluss 12a ist ausgelegt, um an das
Rohr 9 angeschlossen zu sein, das das Gas bei einem reduzierten
Druck zu dem Hochdruck-Verteilerrohr 2 transportiert. Das
in 3 illustrierte Beispiel betriff ein Einstufenventil,
das einen einzigen Drucksprung ausführt. Es steht dem jedoch nichts
im Wege, ein Ventil bereitzustellen, das in Reihe angeordnet zwei
Vorrichtungen des in 3 illustrierten Typs aufweist,
um zwei Drucksprünge
nacheinander auszuführen.
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In
dem Fall des in 3 dargestellten Beispiels wird
der reduzierte Durchgang 14 durch einen Ring gebildet,
der aus Metall oder einem geeigneten Kunststoffmaterial 14a hergestellt
ist und durch den Anschluss 11, der in den Körper 10 geschraubt
ist, gegen die Endfläche
eines Sitzes, der in dem Körper 10 des
Ventils ausgebildet ist, gedrückt
wird. Der Ring 14a bildet zusätzlich zum Ausbilden des reduzierten
Durchganges 14 auch eine konische Fläche 14b aus, die als
ein Ventilsitz für
ein Kugel-Öffnungs-/Schließelement 210 fungiert,
das vorzugsweise aus einem metallenen Material hergestellt ist, das
mit Hilfe einer Zusatzfeder 211 gegen den Ventilsitz 14b gedrückt wird,
die zwischen das Kugel-Öffnungs-/Schließelement 210 und
einer Kontrastfläche angeordnet
ist, die durch den Anschluss 11 gebildet wird.
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Der
Ventilkörper 10 hat
eine innere zylindrische Vertiefung, in der eine zylindrische Reduzierbuchse 212 befestigt
ist, die als eine Führung
für die gleitende
Bewegung eines Kolbenelementes 220 fungiert. Das Kolbenelement 220 hat
eine im Allgemeinen zylindrische Form und weist ein vorderes Ende
auf, das der Kammer 29, die stromabwärts des reduzierten Durchgangs 14 angeordnet
ist und die mit dem Auslassdurchgang 12 kommuniziert, gegenüberliegt.
An dem vorderen Ende ist das Kolbenelement 220 mit einer
Abdeckung 60 versehen, um das Kugel-Öffnungs-/Schließelement 210 gegen
die Wirkung der Feder 211 in Richtung seiner Öffnungsposition
zu schieben, wobei die Feder eine hohe Flexibilität und eine
hohe Vorspannung aufweist und ihre einzige Funktion darin besteht,
das Kugel-Öffnungs-/Schließelement 210 in
Position zu halten. Zu diesem Zweck hat der Körper des Kolbenelementes 220 ein
axiales Grundloch 61, das sich von der oberen Endfläche (wie
dies in der Zeichnung dargestellt ist) des Kolbenelementes 220 erstreckt,
in dem die schraubenförmige
Feder 62 befestigt ist. Die schraubenförmige Feder 62 hat
ein Ende gegen die Endfläche
des axialen Grundloches 61 gedrückt und das gegenüberliegende
Ende durch ein Schließelement 63 gedrückt, das
mit Hilfe einer Gewindeschraube 64 in Position gehalten
wird, wobei die Gewindeschraube in ein Gewindeloch 65 einer
Ringmutter 66 geschraubt ist, die wiederum in das Ende
des Ventilkörpers 10 geschraubt
ist, das dem Ende gegenüberliegt,
an dem der Einlassanschluss 13 befestigt ist. Das obere
Ende des Kolbenelementes 220 liegt einer Kammer 67 gegenüber, die
durch die Ringmutter 66 gebildet ist, die durch Öffnungen 68,
die in der Ringmutter ausgebildet sind, mit der Außenatmosphäre kommuniziert.
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In
dem Fall des illustrierten Beispiels weist der Körper des Kolbenelementes 220 zwei
Nuten auf, in denen zwei Ringe befestigt sind, die aus einem Material
mit einem geringen Reibungskoeffizienten, beispielsweise Polytetrafluoräthylen (PTFE)
hergestellt sind, die durch die Referenznummer 69 bezeichnet
sind und den Zweck haben, das Gleiten des Kolbenelementes 220 innerhalb
des Führungs-Reduzierstückes 212 zu
ermöglichen
und es zu führen. Darüber hinaus
ist das Kolbenelement 220 mit einer ringförmigen Dichtung
eines dynamischen Typs 70 bereitgestellt, die zwischen
eine ringförmige
Kontrastfläche,
die auf der äußeren Fläche des
Kolbenelementes 220 gebildet ist, und einen auf eine beliebige
Weise (beispielsweise geschraubt) an der unteren Fläche des
Kolbenelementes 220 fixierten Ring 71, gedrückt wird.
Der Ring 213 definiert die Anhalteposition des Kolbenelementes 220,
und die Öffnungen 214 ermöglichen
in jedem Fall die Kommunikation der Kammer 215, die mit
dem Einlassdurchgang 13 kommuniziert, mit der Kammer 216,
die mit dem Auslassdurchgang 12 kommuniziert.
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Im
folgenden Verlauf der Beschreibung wird die Funktionsweise des Druckreduzierventils,
das voranstehend beschrieben worden ist, beschrieben.
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In
dem resultierendem Zustand schiebt die Feder 62 das Öffnungs-/Schließelement 210 gegen die
Wirkung der Feder 211 in seine Öffnungsposition. Das Gas, das
von dem Behälter 3 kommt
(1) erreicht den Einlassanschluss 11 und
wird anschließend
durch den reduzierten Durchgang 14 und von dort aus in
die Kammer 290 geleitet. Von der Kammer 290 erreicht
das Gas durch den Auslassanschluss 12 und das Rohr 9 (1),
mit einem Druckwert, der für den
einwandfreien Betrieb der Injektoren angemessen ist, das Hochdruck-Verteilerrohr 2.
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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 Richtung der gegenüberliegenden
Kammer 67 (die unter atmosphärischen Druck steht) so lange
verschoben, bis es das Öffnen Öffnungs-/Schließelement 210 gegen
den Ventilsitz 14b ermöglicht.
Wenn der Druck in der Kammer 290 wieder auf den Wert des
Kalibrierdruckes abfällt,
gelingt es der Feder 62 erneut, das Kolbenelement 220 in
Richtung der Position zu verschieben, in der sie das öffnen des Öffnungs-/Schließelementes 210 bewirkt.
Auf diese Weise variiert der Druck in der Kammer zyklisch, verbleibt
jedoch auf jeden Fall innerhalb eines Bereiches an reduzierten Werten,
die für
den einwandfreien Betrieb der Injektionen angemessen sind.
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Ein
Vergleich des Funktionsprinzips des in 3 dargestellten
Ventils mit dem Funktionsprinzip des in 2 dargestellten
bekannten Ventils zeigt eindeutig, dass ein Hauptunterschied zwischen
den beiden Ventilen darin besteht, dass bei dem Ventil in Übereinstimmung
mit der Erfindung das Kolbenelement 220 dem Druck des Gases
stromabwärts
des reduzierten Durchganges 14 nur in einer Position ausgesetzt
ist, die einem seiner Enden entspricht, wohingegen in dem Fall des
in 2 dargestellten bekannten Ventils dieser Druck
zu beiden Enden des Kolbenelementes übertragen wird, und der Unterschied
in dem nützlichen
Bereich dieser Enden dafür ausgenutzt
wurde, um das Schließen
des Öffnungs-/Schließelementes
zu bewirken, da sich der Druck stromabwärts des reduzierten Durchganges erhöht. Darüber hinaus
bewegt sich in dem Fall des in 3 dargestellten
Ventils das Öffnungs-/Schließelement
nicht mit dem Kolbenelement, wie dies bei dem in 2 dargestellten
Ventil der Fall ist, und es wird als Ergebnis einer Kraft, die auf
den letzteren durch die Feder 61 ausgeübt wird, in die Öffnungsposition
geschoben. Der Druck, der in der Kammer stromabwärts des reduzierten Durchganges 14 erzeugt
wird, neigt stattdessen dazu, das Kolbenelement in Richtung einer
Position zu schieben, an der es das Schließen des Kugel-Öffnungs-/Schließelementes 210 bewirkt,
wobei er nur an einem seiner Enden wirkt.
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Als
Ergebnis der voranstehend beschriebenen Form verlangt das in 3 dargestellte
Ventil demzufolge nicht nach der Verwendung einer stark belasteten
Feder, die die umständlichen
Abmessungen der Feder 26 des in 2 dargestellten
Ventils aufweist, und demzufolge hat es eine einfacherer und weniger
größere Struktur,
und verlangt insbesondere nicht nach der Verwendung zweier Dichtungen
eines dynamischen Typs wie in dem Fall des in 2 dargestellten
Ventils. Um die Gefahr eines Entweichens des Gases in die Außenatmosphäre zu verhindern, ist
in der Tat eine Einzeldichtung 70 des dynamischen Typs
in der Position, die der Fläche
des Gleitkontaktes zwischen dem Kolbenelement 220 und der
entsprechenden Führungsbuchse 212 entspricht,
ausreichend. Daraus ergibt sich die Schlussfolgerung, dass das Ventil
in Übereinstimmung
mit der Erfindung, zusätzlich
dazu, dass es einfacher und weniger umständlich ist, auch im Hinblick
auf die Gefahr des Entweichens von Gas in die Außenumgebung sicherer ist.
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Ein
weiterer Nachteil des bekannten in 2 dargestellten
Ventils, der bei dem in 3 dargestellten Ventil beseitigt
worden ist, besteht nun in der Möglichkeit
des Verwendens von Dichtungen, die eine effiziente Betriebsweise
selbst bei erhöhtem thermischen
Schwingen garantiert.
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4 illustriert
ein Ventil (das ebenfalls keinen Bestandteil der Erfindung bildet),
das im Wesentlichen mit dem in 3 dargestellten
Ventil identisch ist, wobei der einzige Unterschied in der Darstellung darin
besteht, dass als Dichtungsvorrichtung anstelle der ringförmigen Dichtungsvorrichtung 70 die
röhrenförmige Dichtungsmanschette 700 verwendet
wird, die ein Ende an dem fixierten Körper des Ventils befestigt
hat und das gegenüberliegende
Ende an einem Ende des Kolbenelementes so befestigt hat, dass die
Dichtungsmanschette mit ihren Deformierungen in der Lage ist, den
Bewegungen des Kolbenelementes zu folgen. Die Dichtungsmanschette trennt
eine ringförmige
Kammer 701, die sie umgibt, aus der aus der Kammer 290 kommendes
Gas entweichen kann, vom dem Raum innerhalb der Dichtungsmanschette,
die stattdessen mit der Kammer 67 unter atmosphärischem
Druck kommuniziert.
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5 illustriert
ein Zufuhrsystem in Übereinstimmung
mit der Erfindung. In diesem System ermöglicht das Druckreduzierventil 7 ebenfalls
die Umsetzung einer Regulierung des Druckes in Übereinstimmung mit den erwünschten
und voreingestellten Parametern. In diesem Fall ist der Aufbau des Druckreduzierventils 7 beispielsweise
des Typs, der in einem vergrößerten Maßstab in 6 dargestellt ist.
Wie dies ersichtlich ist, ist der Aufbau des in 6 zu
sehenden Ventils 7 identisch mit dem Ventil, das in 3 dargestellt
ist, wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass die Feder 62 weggelassen worden
ist und die innere Vertiefung 61 des Kolbenelementes 220 gegenüber Druck
empfindlich ist, der über
eine Verbindungsleitung 80 und einen Durchgang, der in
einem Anschluss 82 ausgebildet ist, angewendet wird.
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Wie
dies in dem in 5 dargestellten Diagramm ersichtlich
ist, ist die Leitung 80 stromabwärts eines weiteren elektromagnetisch
gesteuerten Ventils 83 angeordnet, das als ein Steuermagnetventil fungiert.
Die ausführliche
Struktur des Steuermagnetventils 83 kann aus 7 entnommen
werden. Bevor das Beispiel der Ausführungsform dieses Ventils,
das in Figur dargestellt ist, beschrieben wird, ist es jedoch wichtig
darauf hinzuweisen, dass die Funktion des Steuermagnetventils 83 darin
besteht, an einem Einlassanschluss 84 den Druck des Gases
an der Ausgabe des Behälters 3 zu
empfangen, der über eine
Leitung 85, die von der Leitung 4 stromaufwärts des
Druckreduzierventils 7 abzweigend verläuft, übertragen wird. Das Steuermagnetventil 83 erzeugt an
einem Auslassanschluss 86 ein Drucksignal, das hinsichtlich
des Druckes an dem Einlass 84 reduziert ist und das über die
Leitung 80 zu dem Druckreduzierventil 7 geschickt
wird. In der Praxis bedeutet dies, dass verglichen mit dem Fall
von 3, in dem das Kolbenelement 20 durch
die Kraft der Feder 62 in Richtung der Öffnungsposition des Öffnungs-/Schließelementes 210 geschoben
wurde, in dem Fall des in 6 dargestellten
Ventils das Kolbenelement 220 durch das Drucksignal, das über die Leitung 80 eintrifft,
geschoben wird. Demzufolge ist es durch Variieren dieses Drucksignals
möglich,
die Reaktion des Druckreduzierventils zu variieren und demzufolge
den Drucksprung, der dadurch erhalten wird, zu variieren, oder,
mit anderen Worten formuliert, den Druck des Gases, der zu dem Hochdruck-Verteilerrohr 2 gesendet
wird, zu variie ren. Der Steuerdruck, der über die Leitung 80 zu
dem Druckreduzierventil 7 gesendet wird, wird durch das Steuermagnetventils 83 soweit
variiert, wie dieser von der Intensität des Stroms abhängt, der
dem Magneten dieses Ventils zugeführt wird, wie dies noch ausführlicher
in Bezug auf 7 illustriert wird.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf das in 5 dargestellte
Diagramm empfängt
die elektronische Steuereinheit C das Signal 8a von dem
Drucksensor 8, das den Wert des in dem Hochdruck-Verteilerrohr 2 vorhandenen
Druck anzeigt und vergleicht es mit einem Signal 8b, das
den Druck anzeigt, der in dem Hochdruck-Verteilerrohr 2 für jede Betriebsbedingung
des Motors wünschenswert
ist. Zu diesem Zweck kann die elektronische Steuereinheit C mit
einer Speichervorrichtung verbunden werden, in der voreingestellte
Motorkennfelder gespeichert sind, die den erwünschten Wert oder den erwünschten
Bereich an Werten von Druck in dem Hochdruck-Verteilerrohr 2 bereitstellen,
wenn die verschiedenen Betriebsparameter des Systems variieren.
In Übereinstimmung
mit dem Vergleich zwischen dem Signal 8a und dem Signal 8b gibt
die elektronische Steuereinheit C ein Ausgabesignal 8c aus,
das das Steuermagnetventil 83 ansteuert, um, über das
Druckreduzierventil 7 jedes Mal, wenn dies erwünscht wird,
den Drucksprung zu erhalten.
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In
dem Fall des in 5 dargestellten Systems wird
ein geschlossener Steuerkreis des Druckes in dem Verteilerrohr konsequent
umgesetzt (im Gegensatz zu dem offenen Steuerkreis des Systems, das
in 1 dargestellt ist).
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In
Bezug auf 7 hat das Steuermagnetventil 83 einen
reduzierten Durchgang 90, der durch eine Buchse 91,
die durch eine Feder 93, die ein Ende in Kontakt mit der
Buchse 91 und das gegenüberliegende
Ende in Kontakt mit einem Schließelement 94 hat, das
in den Körper 92 geschraubt
ist, innerhalb eines jeweiligen Sitzes geschoben wird, der in einem
Körper 92 des
Ventils ausgebildet ist, gebildet ist. Die Buchse 91 bildet
darüber
hinaus einen Ventilsitz 95 für ein Kugel-Öffnungs-/Schließelement 96,
das mit einer Verankerung 97 eines Elektromagneten 98 einschließlich eines
Magneten 99 und einer Feder 100, die dazu neigt,
das Öffnungs-/Schließelement 96 in
eine Schließposition
zu schieben, verbunden ist. Das Gas tritt über einen Durchgang 101,
der in dem Einlassanschluss 84 ausgebildet ist, in das Ventil
ein, gelangt zu dem reduzierten Durchgang 90, und wenn
das Öffnungs-/Schließelement 96 geöffnet ist,
gelangt es von dort aus in eine Kammer, die mit einem Auslassdurchgang 102 kommuniziert,
der in einem Auslassanschluss 103 ausgebildet ist. Wenn die
Intensität
des an den Magneten 99 angelegten Stroms variiert, variiert
die resultierende Kraft, die auf die Verankerung 97 wirkt
und die dazu neigt, das Öffnungs-/Schließelement 96 in
einem geschlossenen Zustand zu halten, dementsprechend. Auf diese
Weise wird eine regulierbare Druckpumpe erhalten, die an dem Auslass 102 einen
reduzierten Druck hinsichtlich des Druckes an dem Einlass 101 ausgibt, wobei
der Druck einen regulierbaren Wert hat.
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Schließlich illustriert 8 ein
System (das kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist) des Typs,
der in 1 dargestellt ist, bei dem stromabwärts eines
Druckreduzierventils 7 des Typs, der in 3 dargestellt
ist, ein Magnetventil 83 angeordnet ist, das im Wesentlichen
dem Typ entspricht, der in 7 dargestellt
ist. Hierbei fungiert in diesem Fall das Ventil 7 einfach
als ein Druckreduzierventil, während
die Funktion des Regulierens des Druckes direkt an das Magnetventil 83 weitergegeben
wird, das an dem Eingang den reduzierten Druck empfängt, der
an dem Ausgang durch das Druckreduzierventil 7 zugeführt wird
und an dem Ausgang den Druck für die
Zufuhr von Gas in das Hochdruck-Verteilerrohr 2 zuführt. In
dieser Anmeldung reduziert das Druckreduzierventil 7 den
Druck hinunter auf Werte in dem Bereich von 15 bis 25 bar, während das
Ventil 83, das als ein Druckregulierer fungiert, die Vorteile
einer schnellen Anpassung des Druckes an den erwünschten Wert garantiert. Es
versteht sich von selbst, dass der Magnet des Magnetventils 83 durch
die elektronische Steuereinheit C in Übereinstimmung mit dem Druckwert
gesteuert wird, der durch den Sensor 8 angezeigt wird und
mit dem erwünschten
Wert 8b übereinstimmt,
der erstens als eine Funktion der Erfassung der unterschiedlichen
Betriebsbedingungen des Motors (Position des Gaspedals, Drehzahlgeschwindigkeit
des Motors, Umgebungstemperatur, und so weiter) entspricht und,
zweitens, beispielsweise als eine Funktion der Erfassung von gespeicherten
Motorkennfeldern, die die Idealwerte des Zufuhrdruckes für jede spezifische
Betriebsbedingung des Motors liefern, entspricht. Auf diese Weise
wird eine hohe Geschwindigkeit der Ansteuerung und der genauen Steuerung
der Durchflussrate erhalten. Insbesondere werden auf diese Weise
die Öffnungszeiten der
elektromagnetisch gesteuerten Injektoren optimiert und folglich
reduziert, was die Möglichkeit
der Phaseneinspeisung mit dem Öffnen
des Induktionsventils des Motors ermöglicht, wodurch vorteilhafte Effekte
für die
Leistung und die Emissionen erzielt werden.