DE602004010490T2 - Gaszufuhrsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem durch einen Steuerdruck geregeltem Druckminderventil - Google Patents

Gaszufuhrsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem durch einen Steuerdruck geregeltem Druckminderventil Download PDF

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Claudio Amorese
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Raffaele Ricco
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • Stand der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nachteile des Standes der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZIEL DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • DIE ERFINDUNG
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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:
  • 1 ein Diagramm ist, das bereits beschrieben worden ist und ein Zufuhrsystem in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik darstellt;
  • 2 ist eine teils im Querschnitt dargestellte Ansicht eines Druckreduzierventils, das bereits beschrieben worden ist, in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik;
  • 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;
  • 4 illustriert eine Variante von 3 und bildet ebenfalls keinen Bestandteil der Erfindung;
  • 5 illustriert ein Gaszufuhrsystem in Übereinstimmung mit der Erfindung;
  • 6 ist eine Ansicht eines vergrößerten Maßstabs eines ersten Details aus 5;
  • 7 ist eine Ansicht eines vergrößerten Maßstabs eines zweiten Details aus 5; und
  • 8 ist ein Diagramm einer weiteren Variante des Zufuhrsystems, die kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINIGER BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im folgenden Verlauf der Beschreibung wird die Funktionsweise des Druckreduzierventils, das voranstehend beschrieben worden ist, beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. Gaszufuhrsystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend: – eine Vielzahl von elektromagnetisch gesteuerten Injektoren (1), verbunden mit den verschiedenen Zylindern des Motors, – ein Verteilerrohr oder ein Hochdruck-Verteilerrohr (rail) (2), das mit den Injektoren (1) kommuniziert, – einen Behälter (3) zum Speisen des Hochdruck-Verteilerrohrs (2), wo Druckgas akkumuliert wird, – ein Druckreduzierventil (7) in Verbindung zwischen dem Behälter (3) und dem Hochdruck-Verteilerrohr (2) eingerichtet, wobei das Druckreduzierventil (7) umfasst: – einen Ventilkörper (10), mit einem Einlassanschluss (11) an den Behälter (3) angeschlossen und mit einem Auslassanschluss (12) an das Hochdruck-Verteilerrohr (2) angeschlossen, – einen reduzierten Durchgang (14), gebildet im Inneren des Ventilkörpers (10), zum Kommunizieren zwischen dem Einlassanschluss (11) und dem Auslassanschluss (12), – ein Öffnungs-/Schließelement (210) zum Regeln der Kommunikation durch den reduzierten Durchgang (14), wobei die durch das Druckreduzierventil (7) erreichte Druckreduzierung eine Funktion eines Steuerdrucksignals ist, das an das Druckreduzierventil (7) übertragen wird, und das System dadurch gekennzeichnet ist, dass das Druckreduzierventil (7) des Weiteren enthält: ein Kolbenelement (220), das im Inneren des Ventilkörpers (10) bewegbar ist, zum Regeln des Öffnungs-/Schließelements (210), wobei das Kolbenelement Folgendes aufweist: – ein erstes Ende, gegenüberliegend einer ersten Kammer (215), angeordnet in der Kommunikation zwischen dem Einlassanschluss (11) und dem Auslassanschluss (12), stromabwärts des reduzierten Durchgangs (14), so dass das erste Ende des Kolbenelements (220) dem Druck des Gases stromabwärts des reduzierten Durchgangs (14) ausgesetzt ist, und – ein zweites Ende, gegenüberliegend einer zweiten Kammer (67), wobei das Druckreduzierventil (7) außerdem einen Zusatzanschluss (81) für Kommunikation der zweiten Kammer (67) mit dem Auslass (102) eines Steuermagnetventils (83) aufweist, das ein Steuerdrucksignal in die zweite Kammer (67) einspeist, das dazu neigt, das Kolbenelement (220) in Richtung einer Position zu schieben, in der es das Öffnungs-/Schließelement (210) gegen die Wirkung einer Federeinrichtung (211) in dem offenen Zustand vorhält, wobei der Druck innerhalb der ersten Kammer (215), stromabwärts des reduzierten Durchgangs (14), dazu neigt, das Kolbenelement (220) in Richtung einer Position zu schieben, in der es das Schließen des Öffnungs-/Schließelementes (210) durch die Federeinrichtung (211) aktiviert, so dass die durch das Druckreduzierventil (7) erreichte Druckreduzierung eine Funktion des Steuerdrucksignals ist, das an die zweite Kammer (67) übertragen wird, wobei das Steuermagnetventil (83) ein Zusatz-Druckreduzierventil ist, das Folgendes aufweist: einen Einlassanschluss (101), angeschlossen an die Zufuhrleitung (4) stromaufwärts des Druckreduzierventils (7), einen Auslassanschluss (102), angeschlossen an den Zusatzanschluss des Druckreduzierventils (7), einen Durchgang mit reduziertem Querschnitt (90), in der Verbindung zwischen dem Einlass- und dem Auslassanschluss (101, 102), und ein Öffnungs-/Schließelement (96), das die Kommunikation durch den reduzierten Durchgang (90) regelt und durch einen Magneten (99) gesteuert wird, wobei der elektrische Strom, der in den Magneten (99) des Steuermagnetventils (83) eingespeist wird, durch eine elektronische Steuereinheit (C) entsprechend einem Vergleich des durch einen Drucksensor (8) ausgegebenen Signals, das den in dem Verteilerrohr oder in dem Hochdruck-Verteilerrohr (2) vorhandenen Druck anzeigt, mit einem Signal, das einen Soll-Druck im Inneren des Hochdruck-Verteilerrohrs (2) anzeigt, geregelt wird.
  2. Zufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, das den Soll-Druck anzeigt, entsprechend einer Gruppe gespeicherter Motorkennfelder abgeleitet wird, die die Druckbedingung anzeigen, die zum Ändern verschiedener Betriebsparameter des Motors erwünscht ist.
  3. Zufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (220) mit einer Einzeldichtung (70) gegen Entweichen von Gas in die Außenatmosphäre versehen ist.
  4. Zufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende des Kolbenelements (220) an seinem ersten Ende mit einer Abdeckung (60) versehen ist, die ausgelegt ist, um durch den reduzierten Durchgang (14) einzurücken, um die Öffnungs-/Schließvorrichtung (210) weg von einem Ventilsitz (14b), angrenzend an den reduzierten Durchgang (14), zu schieben.
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