EP2010983A2 - Druckregler für gasförmige medien - Google Patents

Druckregler für gasförmige medien

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EP2010983A2
EP2010983A2 EP07727841A EP07727841A EP2010983A2 EP 2010983 A2 EP2010983 A2 EP 2010983A2 EP 07727841 A EP07727841 A EP 07727841A EP 07727841 A EP07727841 A EP 07727841A EP 2010983 A2 EP2010983 A2 EP 2010983A2
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EP
European Patent Office
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pressure
control unit
housing chamber
pressure regulator
gas
Prior art date
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Ceased
Application number
EP07727841A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Bachmaier
Gerit Ebelsberger
Matthias Gerlich
Michael HÖGE
Erhard Magori
Randolf Mock
Harry SCHÜLE
Stefan Treinies
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2010983A2 publication Critical patent/EP2010983A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/026—Measuring or estimating parameters related to the fuel supply system
    • F02D19/027—Determining the fuel pressure, temperature or volume flow, the fuel tank fill level or a valve position
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
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    • F02M21/023—Valves; Pressure or flow regulators in the fuel supply or return system
    • F02M21/0239—Pressure or flow regulators therefor
    • G—PHYSICS
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the aim of the invention is to provide a pressure regulator for gaseous media, the output side pressure level can be changed relatively quickly over a wide range or set to a predetermined value.
  • This object is achieved by a pressure regulator with the features specified in claim 1.
  • the dependent claims relate to advantageous embodiments and further developments of the pressure regulator according to claim 1.
  • the pressure regulator according to the invention can be used, in particular, in a CNG-operated vehicle as an electronically controllable pressure reducer for keeping the system pressure at the blow valve constant or, in conjunction with a motor-operated nozzle or a blow-in valve, as an electronically controlled dosing unit for gaseous media.
  • a CNG-operated vehicle as an electronically controllable pressure reducer for keeping the system pressure at the blow valve constant or, in conjunction with a motor-operated nozzle or a blow-in valve, as an electronically controlled dosing unit for gaseous media.
  • the pressure at the outlet of the pressure reducer or a mass flow can be controllably changed, since the control unit inducing the change of state contains an electromechanical converter as an actuator which responds very quickly to electrical signals and is controlled, for example, by a motor control.
  • Figure 1 shows the schematic structure of a pressure regulator according to the invention for a CNG-powered internal combustion engine
  • Figures 2 and 3 two variants of the gas supply of a CNG-powered internal combustion engine.
  • the control unit 1 of the pressure regulator shown only schematically in FIG. 1 for a CNG-powered internal combustion engine is equipped with an electromechanical converter 11 controlled by the engine control (not shown) as an actuator.
  • a piezoelectric actuator is considered as the electromagnetic transducer 11, since its length can be changed very quickly by applying an electrical voltage in a defined and reproducible manner.
  • the electromechanical transducer 11 acts on a cylinder 13 axially displaceably mounted in a piston 13, which closes the housing 12 of the control unit 1 at the same time gas-tight transducer side.
  • conical, conical or plate-shaped head 21 of the piston 13 connected to the plunger 22 closes the sealing opening formed as a sealing opening 14 of the partition wall 15, so that no natural gas of the lower housing chamber 16 in which hereinafter referred to as working chamber, upper housing chamber 17 can flow.
  • the plunger head 21 serving as a valve also remains in this position when the piezoelectric actuator 11 due to a defect fails or he should not be controllable for other reasons. This behavior ensures that the pressure regulator remains closed in the event of a fault for safety reasons ("normally off").
  • the force Fp P 1n ⁇ A2 + P2 ⁇ (Al-A2), where P 1n or P2 the chamber pressures already mentioned, Al the plunger-side surface of the piston 13 and A2 denote the pressure-effective surface of the plunger head 21.
  • the plunger head 21 thus only lifts off from its sealing seat and releases the passage opening 14 when the force induced by active charging of the piezoelectric actuator 11 change in length of the piezoelectric body exerts a force F of the conditions F piezoz > F p sufficient force on the piston 13 and the piston 13 and the attached plunger 22 move in the axial direction down.
  • the cylindrical housing 31, the pressure reducer 3 controlled by the control unit 1, is subdivided into three chambers 35-37 by a piston 32 (valve-side surface A3) displaceably guided in the axial direction and a partition wall 34 provided with a, for example, circular passage opening 33.
  • a piston 32 valve-side surface A3
  • a partition wall 34 provided with a, for example, circular passage opening 33.
  • the passage opening 33 of the partition 34 th more or less free or seals them off completely. Since the upper housing chamber 35 of the pressure reducer 3 is fluidically connected via a feed line 40 to the working chamber 17 of the control unit 1, the pressure P2 also prevails there.
  • the lower housing chamber 37 of the pressure reducer 3 is filled from the storage unit 19 with natural gas and the chamber pressure as ⁇ P held constant at 1n.
  • a gas pressure P out is established in the middle housing chamber 36 .
  • This pressure P out also prevails in the connected to the Ga sauslass 40 of the middle housing chamber 36 gas line 41, which is closed directly to the respective injection valve on or terminates in a so-called gas manifold.
  • a throttle 2 (cross-sectional area D2) connects the working ⁇ chamber 17 of the control unit 1 with the intermediate housing chamber 36 of the pressure regulator 3 and the gas conduit 41st
  • the two sensors 42/43 detect the accumulator pressure P 1n and the pressure P2 at the gas outlet 40 of the middle housing chamber 36 and report the respective measured values to the motor control, so that they control the piezoelectric actuator accordingly and readjust the pressure P2 or set it to a predetermined desired value ,
  • Natural gas can now flow from the lower housing chamber 16 into the working chamber 17 so that both the gas pressure P2 in the working chamber 17 and in the upper housing chamber 35 of the pressure reducer 3 connected to the working chamber 17 increases.
  • Exceeds the gas pressure P2 in the housing chamber 35 a from the storage pressure P 1n and the areas A3 and A4 of the piston 32 and the plunger head 38 dependent threshold value moves the piston 32 and the mechanically rigidly connected thereto plunger 39 together with valve 38 downward.
  • Natural gas can therefore flow into the middle housing chamber 36 and via its outlet 40 into the gas line 41. This gas flow is further enhanced by a design-dependent smaller gas flow, which Chamber of 17 of the control unit 1 via the throttle 2 flows.
  • the injection process starts when the pressure P out depending on the surfaces Al, A2, D2, A3 and A4 reaches the target value and the engine control opens the injection valve.
  • the piston 13 of the control unit 1 By discharging the piezoelectric actuator 11, the piston 13 of the control unit 1 is pushed back up to its initial position due to the then prevailing pressure conditions, so that the valve 21 prevents an overflow of natural gas from the lower housing chamber 16 into the working chamber 17.
  • the dynamics of this shooting process depends on the size of the throttle diameter D2. With the pressure P2 in the working chamber 17 and the pressure in the upper housing chamber 35 of the pressure reducer 3 decreases accordingly and the valve 38 shoots. The blowing process is over.
  • the gas supply to each of the cylinders of the internal combustion engine 50 consists, for example, of a CNG storage tank 51 fed pressure regulator 52 according to Figure 1 and an electromagnetically actuated Einblasventil 53. Not shown are still required shut-off valves and temperature and pressure sensors.
  • a motor control 54 controls, in addition to the various engine components, both the injection valve 53 and the pressure regulator 52 and its piezoelectric actuator.
  • the gas supply to the internal combustion engine can be achieved by dispensing with the individual filling of the individual cylinders. considerably simplify.
  • the natural gas is therefore no longer in the intake manifold of the respective cylinder, so separately ⁇ blow, but already mixed in the collector of the intake manifold of the sucked air.
  • this metering unit 60 consisting of the above-described pressure regulator and a nozzle actuated by the pressure regulator, operated by stepping or servomotors.
  • this unit which unites the functions of the pressure regulator and the injection valve, a controllable mass flow can be generated, controlled by the engine control unit 54, and fed to the engine via a throttle 55.

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Abstract

Der vorgeschlagene Druckregler kann insbesondere in einem CNG-betriebenen Kraftfahrzeug als elektronisch steuerbarer Druckminderer zur Konstanthaltung des Gasdrucks an dem der Befüllung des jeweiligen Zylinders dienenden Einblasventil zum Einsatz kommen. Der Druckregler besteht aus einer Steuereinheit (1), einem von der Steuereinheit (1) kontrollierten Druckminderer (3) und einer die Gasauslässe (20, 40) der Arbeitskammer (17) der Steuereinheit (1) und des Druckminderers (3) verbindenden Drossel (2). Mit Hilfe eines auf das Ventil (21, 22) einer Überströmeinrichtung (14) wirkenden piezoelektrischen Aktuators (11) lässt sich der Gasdruck (P2) in der Arbeitskammer (17) der Steuereinheit (1) gezielt ändern, gleichzeitig die Stellung des Ventils (38, 39) der Überströmeinrichtung (33) des Druckminderers (3) beeinflussen und damit dessen Ausgangsdruck (Pout) auf einen vorgegebenen Sollwert einstellen.

Description

Druckregler für gasförmige Medien
1. Einleitung und Stand der Technik
Als umweltschonende und kostengünstige Alternative zu Diesel¬ oder Benzinkraftstoff kommt insbesondere natürliches Erdgas in Betracht. Um das als Kraftstoff dienende Erdgas in ausrei¬ chender Menge in einem Kraftfahrzeug mitführen zu können, wird es, je nach Gasmenge und Temperatur, auf etwa 10-200 bar komprimiert in einen druckdichten Tank gespeichert. Der Spei¬ cherdruck liegt somit deutlich höher als der Arbeitsdruck der die Zylinder des Motors jeweils befüllenden Einblasventile. Die Kraftstoffversorgung eines mit Compressed Natural Gas (CNG) -betriebenen Kraftfahrzeugs ist deshalb mit einem zwischen dem Gasspeicher und dem Einblasventil angeordneten, beispielsweise aus der DE 195 24 413, der US 5,771,857 oder der US 6,003,543 bekannten Druckminderer oder Druckregler ausgestattet, der den bis zu 200 bar betragenden Speicher- druck auf einen voreingestellten Wert von typischerweise 8 bar absenkt.
Strömt aufgrund eines abrupten Lastwechsels sehr viel Erdgas in die Zylinder des Verbrennungsmotors, sinkt der Druck in der das Einblasventil mit Erdgas versorgenden Zuleitung zeit¬ weise unter den gewünschten Solldruck ab, da der Druckregler auf diesen Druckabfall erst zeitverzögert reagiert. Dieses Verhalten wirkt sich nachteilig auf die gewünschte Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs aus. Es wird deshalb versucht, die Lage der Gasleitung zwischen dem Druckminderer-/-regler und dem zugeordneten Einblasventil möglichst klein zu halten. In der Praxis lässt sich dies allerdings nur eingeschränkt verwirklichen, da der Einbau des Druckminderers/-reglers in der Nähe des Einblasventils erhebliche konstruktive Probleme be- reitet. Außerdem führt das Zusammendrücken der beiden Komponenten zu einer entsprechenden Verlängerung der speichersei- tigen, hochdruckfesten und damit vergleichsweise teuren Gas¬ leitung. 2. Ziele und Vorteile der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Druckreglers für gasförmige Medien, dessen ausgangsseitiges Druckniveau sich vergleichsweise schnell über einen weiten Bereich verändern oder auf einen vorgegebenen Wert einstellen lässt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Druckregler mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter- bildungen des Druckreglers gemäß Patentanspruch 1.
Der erfindungsgemäße Druckregler kann insbesondere in einem CNG - betriebenen Fahrzeug als elektronisch steuerbarer Druckminderer zur Konstanthaltung des Systemdrucks am Ein- blasventil zum Einsatz kommen oder, in Verbindung mit einer motorisch betätigten Düse bzw. einem Einblasventil, als elektronisch gesteuerte Dosiereinheit für gasförmige Medien Verwendung finden. Es besteht somit die Möglichkeit, die Funktion des Druckreglers und die des Einblasventils in einer einzigen, kompakt aufgebauten und von der Motorsteuerung kontrollierten Einheit zu verwirklichen.
Mit Hilfe der Erfindung lässt sich der Druck am Ausgang des Druckminderers bzw. ein Massenstrom steuerbar ändern, da die die Zustandsänderung herbeiführende Steuereinheit einen auf elektrische Signale sehr schnell ansprechenden und beispielsweise von einer Motorsteuerung kontrollierten elektromechani- schen Wandler als Stellglied enthält.
3. Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 den schematischem Aufbau eines erfindungsgemäßen Druckreglers für einen CNG-betriebenen Verbrennungsmotor Figur 2 und 3: zwei Varianten der Gasversorgung eines CNG-be- triebenen Verbrennungsmotors .
4. Beschreibung der Ausgangsbeispiele:
4.1 Der Aufbau des Druckreglers
Die Steuereinheit 1 des in Figur 1 nur schematisch dargestellten Druckreglers für einen CNG-betriebenen Verbrennungsmotor ist mit einem von der Motorsteuerung (nicht gezeigt) kontrollierten, elektromechanischen Wandler 11 als Stellglied ausgestattet. Als elektromagnetischer Wandler 11 kommt insbe- sondere ein piezoelektrischer Aktuator in Betracht, da sich dessen Länge sehr schnell durch anlegen einer elektrischen Spannung in definierter und reproduzierbarer Weise ändern lässt. Der elektromechanische Wandler 11 wirkt auf einen in einem zylindrischen Gehäuse 12 axialverschiebbar gelagerten Kolben 13, der gleichzeitig das Gehäuse 12 der Steuereinheit 1 wandlerseitig gasdicht abschließt. Eine mit einer insbesondere kreisförmigen Durchtrittsöffnung 14 versehene Trennwand 15 unterteilt das Gehäuse 12 der Steuereinheit 1 in zwei zylindrische Kammern 16/17, wobei in der über eine hochdruck- feste Zuleitung 18 mit dem Erdgasspeicher 19 verbundene untere Gehäusekammer 16 der Speicherdruck P1n= 200-250 bar, am Gasauslass 20 der oberen Gehäusekammer 17 ein niedriger Druck P2 ≤ Pm herrscht.
Im Ruhezustand (nicht angesteuerter bzw. entladener piezoelektrischer Aktuator 11) verschließt der als Ventil dienende, kegel-, konus- oder tellerförmige Kopf 21 des mit dem Kolben 13 verbundenen Stößels 22 die als Dichtsitz ausgebildete Durchtrittsöffnung 14 der Trennwand 15, so dass kein Erdgas von der unteren Gehäusekammer 16 in die im folgenden als Arbeitskammer bezeichnete, obere Gehäusekammer 17 strömen kann. Der als Ventil dienende Stößelkopf 21 verbleibt in dieser Position auch dann, wenn der piezoelektrische Aktuator 11 aufgrund eines Defektes ausfällt oder er aus anderen Gründen nicht mehr ansteuerbar sein sollte. Dieses Verhalten gewährleistet, dass der Druckregler im Falle einer Störung aus sicherheitstechnischen Gründen geschlossen bleibt („normally off") .
In dem in Figur 1 gezeigten Zustand wird auf den Kolben 13 und damit auch auf den piezoelektrischen Aktuator 11 die Kraft Fp=P1n x A2 + P2 x (Al - A2 ) , wobei P1n bzw. P2 die be- reits erwähnten Kammerdrücke, Al die stößelseitige Fläche des Kolbens 13 und A2 die druckwirksame Fläche des Stößelkopfes 21 bezeichnen. Der Stößelkopf 21 hebt somit erst dann von seinem Dichtsitz ab und gibt die Durchtrittsöffnung 14 frei, wenn die durch aktives Aufladen des piezoelektrischen Aktua- tors 11 erzwungene Längenänderung des Piezokörpers eine der Bedingungen Fpiezo > Fp genügende Kraft auf den Kolben 13 ausübt und sich der Kolben 13 und der daran befestigte Stößel 22 in axialer Richtung nach unten bewegen.
Das zylindrische Gehäuse 31 das von der Steuereinheit 1 kontrollierten Druckminderers 3 wird durch einen in axialer Richtung verschiebbar geführten Kolben 32 (ventilseitige Fläche A3) und eine mit einer beispielsweise wieder kreisförmigen Durchtrittsöffnung 33 versehenden Trennwand 34 in drei Kammern 35-37 unterteilt. Je nach Lage des die obere Kammer 35 gasdicht abschließenden Kolbens 32 innerhalb des Gehäuses 31, gibt der als Ventil dienende kegel-, konus- oder tellerförmige Kopf 38 (druckwirksame Fläche A4) des mit dem Kolben 32 verbundenen Stößels 39 die Durchtrittsöffnung 33 der Trennwand 34 mehr oder weniger frei oder dichtet diese vollständig ab. Da die obere Gehäusekammer 35 des Druckminderers 3 über eine Zuleitung 40 mit der Arbeitskammer 17 der Steuereinheit 1 strömungstechnisch verbunden ist, herrscht dort ebenfalls der Druck P2. Über eine Abzweigung 18' der Zulei- tung 18 wird die untere Gehäusekammer 37 des Druckminderers 3 von der Speichereinheit 19 mit Erdgas befüllt und der Kammer¬ druck so konstant auf P1n gehalten. In der mittleren Gehäusekämmer 36 stellt sich ein Gasdruck Pout ein. Dieser Druck Pout herrscht auch in der mit dem Ga- sauslass 40 der mittleren Gehäusekammer 36 verbundenen Gasleitung 41, welche direkt an das jeweilige Einblasventil an- geschlossen ist oder in eine so genannte Gas- Sammelleitung mündet .
Eine Drossel 2 (Querschnittsfläche D2) verbindet die Arbeits¬ kammer 17 der Steuereinheit 1 mit der mittleren Gehäusekammer 36 des Druckminderers 3 bzw. der Gasleitung 41.
Die beiden Sensoren 42/43 erfassen den Speicherdruck P1n und den Druck P2 am Gasauslass 40 der mittleren Gehäusekammer 36 und melden die jeweiligen Messwerte an die Motorsteuerung, sodass diese den piezoelektrischen Aktuator entsprechend ansteuern und den Druck P2 nachregeln oder auf einen vorgegebenen Sollwert einstellen kann.
4.2. Die Funktionsweise des Druckreglers
Durch Aufladen des piezoelektrischen Aktuators 11 wird dieser gestreckt und der Kolben 13 im Gehäuse 12 der Steuereinheit 1 nach unten bewegt. Dieser Bewegung folgt der mechanisch starr mit dem Kolben 13 verbundenen Stößel 22, so dass dessen als Ventil ausgebildeter Kopf 21 vom Dichtsitz abhebt und die
Durchtrittsöffnung 14 freigibt. Erdgas kann nun von der unteren Gehäusekammer 16 in die Arbeitskammer 17 einströmen, sodass sich sowohl der Gasdruck P2 in der Arbeitskammer 17 als auch in der mit Arbeitskammer 17 verbundenen oberen Gehäuse- kammer 35 des Druckminderers 3 erhöht. Übersteigt der Gasdruck P2 in der Gehäusekammer 35 einen vom Speicherdruck P1n und den Flächen A3 und A4 des Kolbens 32 bzw. des Stößelkopfes 38 abhängigen Schwellenwert, bewegt sich der Kolben 32 und der mechanisch starr mit diesem verbundene Stößel 39 samt Ventil 38 nach unten. Erdgas kann demzufolge in die mittlere Gehäusekammer 36 und über deren Auslass 40 in die Gasleitung 41 strömen. Verstärkt wird dieser Gasstrom noch durch einen auslegungsbedingt kleineren Gasstrom, welcher aus der Ar- beitskammer 17 der Steuereinheit 1 über die Drossel 2 abfließt. Der Einblasvorgang beginnt, wenn der von den Flachen Al, A2, D2, A3 und A4 abhangige Druck Pout den Sollwert erreicht und die Motorsteuerung das Einblasventil öffnet.
Durch Entladung des piezoelektrischen Aktuators 11 wird der Kolben 13 der Steuereinheit 1 aufgrund der dann herrschenden Druckverhaltnisse nach oben in seine Ausgangslage zurückgeschoben, sodass das Ventil 21 ein Überströmen des Erdgases von der unteren Gehäusekämmer 16 in die Arbeitskammer 17 unterbindet. Die Dynamik dieses Schießvorgangs hangt hierbei von der Große des Drosseldurchmessers D2 ab. Mit dem Druck P2 in der Arbeitskammer 17 sinkt auch der Druck in der oberen Gehausekammer 35 des Druckminderers 3 entsprechend ab und das Ventil 38 schießt. Der Einblasvorgang ist damit beendet.
4.3. Die Gasversorgung des Verbrennungsmotors
Wie die Figur 2 schematisch zeigt, besteht die Gasversorgung jedes der Zylinder des Verbrennungsmotors 50 beispielsweise aus einem vom CNG-Speichertank 51 gespeisten Druckregler 52 gemäß Figur 1 und einem elektromagnetisch betätigten Einblasventil 53. Nicht dargestellt sind noch benotigte Absperrventile sowie Temperatur- und Drucksensoren. Eine Motorsteuerung 54 kontrolliert, neben den verschiedenen Motorkomponenten, sowohl das Einblasventil 53 als auch den Druckregler 52 bzw. dessen piezoelektrischen Aktuator. Da die Motorsteuerung 54 samtliche, die Motorleistung somit auch den Einblasvorgang bestimmenden Parameter kennt, ist sie auch in der Lage, die wahrend eines Lastwechsels auftretenden Druckanderungen an den dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Einblasventil 53 im Voraus zu berechnen (Zeitpunkt T) und durch eine zeitlich vorherige (Zeitpunkt T':= T - dT) Anpassung des Gasdrucks P2 am motorseitigen Ausgang des Druckminderers 52 zu kompensie- ren.
Die Gasversorgung des Verbrennungsmotors lasst sich durch Verzicht auf die individuelle Befüllung der einzelnen Zylin- der erheblich vereinfachen. Das Erdgas wird also nicht mehr in das Saugrohr des jeweiligen Zylinders, also separat einge¬ blasen, sondern bereits im Sammler des Einlasskrümmers der angesaugten Luft beigemischt. In einem solchen, in Figur 3 schematisch dargestellten System kommt nur noch eine einzige Dosiereinheit 60 zum Einsatz, wobei diese Dosiereinheit 60 aus dem oben beschriebenen Druckregler und einer vom Druckregler gespeisten, mittels Schritt- oder Servomotoren betätigten Düse besteht. Mit dieser die Funktionen des Druckrege- lers und die des Einblasventils in sich vereinigenden Einheit lässt sich, kontrolliert von der Motorsteuerung 54, ein regelbarer Massenstrom erzeugen und über eine Drossel 55 dem Motor zuführen.

Claims

Patentansprüche
1. Druckregler für gasformige Medien mit einer Steuerein- heit (1) und einem von der Steuereinheit (1) kontrollierten Druckminderer (3) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine erste Gehausekammer (16) der Steuereinheit (1) mit einer Speichereinheit (19) und über eine im Querschnitt ver- anderbare erste Uberstromeinrichtung (14/21) mit einer zweiten Gehausekammer (17) der Steuereinheit (1) in Verbindung steht, wobei die Speichereinheit (19) ein unter Überdruck stehendes, gasformiges Medium enthalt,
- dass eine erste Gehausekammer (37) des Druckminderes (3) mit der Speichereinheit (19) sowie eine im Querschnitt verän¬ derbare zweite Uberstromeinrichtung (33/38) mit einer zweiten Gehausekammer (36) des Druckminderers (3) in Verbindung stehen,
- ein Gasauslass (40) der zweiten Gehausekammer (36) des Druckminderers (3) mittel oder unmittelbar in eine Gasleitung (41) mundet und
- eine dritte Gehausekammer (35) des Druckminderers (3) mit einem Gasauslass (20) der zweiten Gehausekammer (17) der Steuereinheit (1) stromungstechnisch verbunden ist und dass eine Drosseleinheit (2) gaseinlassseitig mit dem Gasauslass (20) der zweiten Gehausekammer (17) der Steuereinheit (1) und gasauslassseitig mit der Gasleitung (41) in Verbindung steht.
2. Druckregler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gehausekammern (16/17) der Steuereinheit (1) eine gemeinsame, mit einer ersten Gasdurchtrittsoffnung (14) versehende erste Trennwand (15) aufweisen und dass ein in einer Ruhelage die erste Gasdurchtrittsöffnung (14) abdichtendes erstes Schließelement (21/22) relativ zur ersten Gasdurchtrittsöffnung (14) verschiebbar geführt ist.
3. Druckregler nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste Schließelement (21/22) an einer axial verschiebbar geführten Außenwand (13) der zweiten Gehäusekammer (17) der Steuereinheit (1) befestigt ist.
4. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t, durch einen das erste Schließelement (21/22) oder die Außenwand (13) der zweiten Gehäusekammer (17) in axialer Richtung verschiebenden elektromechanischen Wandler (11).
5. Druckregler nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h n e t, durch einen piezoelektrischen, magnetrestriktiven oder elektrostriktiven Wandler (11).
6. Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste und die zweite Gehäusekammer (36,37) des Druckminderers (3) eine gemeinsame, mit einer zweiten Gasdurchtrittsöffnung (33) versehene zweite Trennwand (34) aufweisen und dass ein in einer Ruhelage die zweite Gasdurchtrittsöffnung (33) abdichtendes zweites Schließelement (38/39) relativ zur zweiten Gasdurchtrittsöffnung (33) ver- schiebbar geführt ist.
7. Druckregler nach Anspruch 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zweite Schließelement (38/39) an einer axial ver- schiebbar geführten, der zweiten und der dritten Gehäusekammer (35/36) des Druckminderers (3) gemeinsamen Trennwand (34) befestigt ist.
8. Druckregler nach einem der vorgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gehäusekämmern (16, 17 und 35 bis 37) der Steuerein¬ heit (1) und/oder des Druckminderers (3) jeweils zylindrisch ausgebildet sind und dass die Außenwand der zweiten Gehäusekammer (17) der Steuereinheit (1) und/oder die gemeinsame Trennwand der zweiten und der dritten Gehäusekammer (35,36) des Druckminderers (3) die Form eines Kolbens (13/32) aufwei¬ sen
9. Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste und/oder die zweite Gasdurchtrittsöffnung (14/33) als Dichtsitz ausgebildet sind und dass das erste und/oder das zweite Schließelement (21/22,38/39) ein teller-, konus- oder kegelstumpfförmiges Ventil aufweisen.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9494089B1 (en) 2012-01-14 2016-11-15 Anthony Lorts Hydraulic servo gas regulator for multi-fuel engine
US8935078B1 (en) 2012-01-14 2015-01-13 Anthony Richard Lorts Hydraulic servo gas regulator for multi-fuel engine
DE102013002946A1 (de) 2013-02-21 2014-08-21 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Druckreglers
US9273638B2 (en) * 2013-04-15 2016-03-01 Ford Global Technologies, Llc Variable pressure gaseous fuel regulator
US9579969B2 (en) * 2014-07-25 2017-02-28 Oshkosh Corporation Refuse vehicle having tailgate-mounted CNG tanks
DE102015216703B3 (de) * 2015-09-01 2016-12-08 Continental Automotive Gmbh Druckregeleinrichtung für ein Kraftstoffvolumen und Verfahren zur Regelung eines Kraftstoffdrucks
DE102016205375B3 (de) 2016-03-31 2017-06-08 Continental Automotive Gmbh Schaltungsanordnung zur Ladung und Entladung eines Piezo-Aktors
WO2019171593A1 (ja) * 2018-03-09 2019-09-12 株式会社フジキン バルブ装置
KR102855280B1 (ko) * 2023-05-02 2025-09-03 한화모멘텀 주식회사 기판 처리 장치

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4477051A (en) * 1982-05-18 1984-10-16 Ben Yehuda Avram Flow control valve
DE68922090T2 (de) * 1989-01-26 1995-12-21 Ranco Japan Ltd Proportionales Regelventil.
US5632465A (en) * 1990-10-29 1997-05-27 Cordua; Paul M. Valve assembly
DE19524413B4 (de) 1995-07-05 2009-02-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftstoffaufbereitungsanlage für gasförmigen Brennstoff
GB2316773B (en) * 1996-06-12 1999-09-29 Gas Technology Canada Electronic gas regulator
US5771857A (en) * 1996-11-06 1998-06-30 Caterpillar Inc. Direct injected gas engine with variable gas pressure control apparatus and method of operation
NL1009528C2 (nl) * 1998-06-30 2000-01-04 Vialle Beheer B V Brandstofsysteem voor vloeibaar gemaakt gas.
IT1308113B1 (it) * 1999-06-02 2001-11-29 Sit La Precisa Spa Gruppo valvolare per la modulazione della pressione di erogazione diun gas.
DE60221290T2 (de) * 2002-01-29 2008-04-03 Sit La Precisa S.P.A. Eine ventileinheit für modulation von auslassdruck eines gasses
DE10203659A1 (de) * 2002-01-30 2003-07-31 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
DE10232653B3 (de) * 2002-07-18 2004-03-11 Honeywell B.V. Regeleinrichtung für Gasbrenner
US6877714B2 (en) * 2003-05-08 2005-04-12 The Toro Company Flow control valve having differently configured labyrinths to select closing speed
ES2277227T3 (es) * 2004-05-03 2007-07-01 C.R.F. Societa Consortile Per Azioni Sistema de alimentacion de gas para un motor de combustion interna que presenta una valvula reductora de presion mejorada.

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007122092A2 *

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Publication number Publication date
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US20090065720A1 (en) 2009-03-12
US8096522B2 (en) 2012-01-17
WO2007122092A3 (de) 2007-12-13
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KR101483958B1 (ko) 2015-01-19

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