WO2019158279A1

WO2019158279A1 - Ventilvorrichtung und fahrzeug

Info

Publication number: WO2019158279A1
Application number: PCT/EP2019/050434
Authority: WO
Inventors: Dieter Maisch; Hartmut Weber; Tim Lohrmann
Original assignee: ECO Holding 1 GmbH
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2019-08-22
Also published as: WO2019158278A1; DE102018114657A1; DE102018117856A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung (100). Die Ventilvorrichtung (100) weist eine Schieberventileinrichtung (110) mit einem bewegbaren Schieber (111) auf. Zudem weist die Ventilvorrichtung (100) eine Sitzventileinrichtung (120) auf. Die Sitzventileinrichtung (120) weist einen Ventilsitz (121), einen Schließkörper (123) und ein Rückstellelement (125) auf. Ferner ist die Schieberventileinrichtung (110) derart an der Sitzventileinrichtung (120) angeordnet, dass der Schließkörper (123) durch Bewegen des Schiebers (111) gegen die Rückstellkraft des Rückstellelements (125) von dem Ventilsitz (121) gehoben werden kann, um die Sitzventileinrichtung (120) zu öffnen.

Description

Ventilvorrichtung und Fahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung und ein Fahrzeug mit einem

Verbrennungsmotor mit Wassereinspritzung.

In vielen Anwendungen der Fahrzeugtechnik, der Automatisierungstechnik, der Chemie und/oder der Biologie wird einer Substanz eine kleine Fluidmenge zudosiert, um eine Eigenschaft der Substanz zu verändern. Ein Beispiel für eine derartige Anwendung ist das Zudosieren einer kleinen Wassermenge zu Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs. Durch das Zudosieren von Wasser zum Kraftstoff kann die

Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs reduziert werden. Hierbei kann der Umfang der Reduzierung der Verbrennungstemperatur von der zudosierten Wassermenge abhängen. Um die Menge der zudosierten Wassermenge präzise einstellen zu können, wird häufig ein Schieberventil verwendet. Ein Schieberventil weist jedoch häufig eine hohe Leckage auf.

Die Druckschrift DE 197 54 604 A1 beschreibt ein elektronisch gesteuertes

Schwerölbrennstoff-Einspritzsystem. Das Schwerölbrennstoff-Einspritzsystem weist eine Pumpkammer auf, um Brennstoff unter Druck zu setzen. Zudem weist das

Schwerölbrennstoff-Einspritzsystem ein direkt betätigtes Rückschlagelement auf, um die Brennstoffeinspritzung zu steuern.

Die Druckschrift DE 30 12 1 12 A1 beschreibt eine Emulgiervorrichtung zur

kontinuierlichen Herstellung einer Emulsion aus zwei Flüssigkeiten mit einer

Dosiereinrichtung.

Die Druckschrift US 2 504 063 A beschreibt einen Verbrennungsmotor des

Hochkompressionstyps. Bei dem Verbrennungsmotor wird eine Kühlflüssigkeit in eine Luft- und Kraftstoffansaugleitung eingespritzt, um eine Detonation des Luft- Kraftstoff- Gemisches zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Konzept zum Zudosieren von Fluiden zu schaffen.

Gemäß einem Aspekt wird die Aufgabe durch eine Ventilvorrichtung gelöst. Die

Ventilvorrichtung weist eine Schieberventileinrichtung mit einem bewegbaren Schieber auf. Zudem weist die Ventilvorrichtung eine Sitzventileinrichtung auf. Die

Sitzventileinrichtung weist einen Ventilsitz, einen Schließkörper und ein Rückstellelement auf. Ferner ist die Schieberventileinrichtung derart an der Sitzventileinrichtung

angeordnet, dass der Schließkörper durch Bewegen des Schiebers gegen die

Rückstellkraft des Rückstellelements von dem Ventilsitz gehoben werden kann, um die Sitzventileinrichtung zu öffnen. Durch die Kombination aus Schieberventileinrichtung und Sitzventileinrichtung kann gleichzeitig eine hohe Dosiergenauigkeit und ein hoher Leckageschutz erreicht werden. Zudem kann die Ventilvorrichtung durch die

erfindungsgemäße Anordnung der Schieberventileinrichtung an der Sitzventileinrichtung besonders kompakt ausgeführt werden.

Die Ventilvorrichtung kann ein Gehäuse mit einer Einlassöffnung und einer

Auslassöffnung aufweisen. Die Einlassöffnung kann mit der Schieberventileinrichtung fluidleitend verbunden sein. Zudem kann die Auslassöffnung mit der Sitzventileinrichtung fluidleitend verbunden sein. Ein über die Einlassöffnung in die Ventilvorrichtung eingeführtes Fluid kann mittels der Schieberventileinrichtung dosiert und über die

Sitzventileinrichtung zur Auslassöffnung geleitet werden. In den Schieber kann eine Geometrie, insbesondere eine Geometrie mit geringer Steigung, eingebracht sein, so dass über den Hub des Schiebers die Dosierung eingestellt werden kann. Beispielsweise ist das Fluid eine Flüssigkeit, wie Wasser, eine wässrige Lösung, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, Kraftstoff, Öl oder ein Kältemittel, eine Emulsion, ein Gemisch aus einer Flüssigkeit und einem Feststoff, oder ein Gas, wie Luft, insbesondere Druckluft, oder Erdgas. Gemäß einer Ausführungsform kann das Fluid auch von der Auslassöffnung über die Sitzventileinrichtung und die Schieberventileinrichtung zu der Einlassöffnung geleitet werden, beispielsweise um das dosierte Fluid zurückzupumpen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ventilvorrichtung eine Ventilvorrichtung zum

Zudosieren von Wasser zu Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs.

Das Rückstellelement kann ein elastisch verformbares Element, wie eine Feder, insbesondere eine Druckfeder, und/oder zwei sich abstoßende Magnete umfassen.

Beispielsweise wird der Schließkörper mittels einer Feder gegen den Ventilsitz gedrückt. Der Schieber kann ein Stößel sein oder einen Stößel bilden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform, weist die Ventilvorrichtung ein elektrisches Betätigungselement zum Betätigen des Schiebers auf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass durch Ansteuern des elektrischen Betätigungselements mittels eines angelegten Signals eine proportionale Steuerung des Schiebers und damit eine proportionale Steuerung der Dosiermenge der Ventilvorrichtung möglich sind. Beispielsweise kann die Ventilvorrichtung bei einem festgelegten Wasserdruck stromlos geschlossen sein, wobei im geschlossenen Zustand eine maximale Dichtigkeit vorherrscht. Unabhängig davon, welche Seite der Ventilvorrichtung mit Druck beaufschlagt wird, kann diese gegen einen festgelegten kraftstoffseitigen Druck noch geöffnet werden. Beispielsweise kann das elektrische Betätigungselement eine Spule und einen Anker aufweisen, wodurch das Betätigungselement auf den Schieber der Ventilvorrichtung einwirken kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung umrandet der Ventilsitz eine Öffnung, insbesondere eine Öffnung in einem Gehäuse der Sitzventileinrichtung. Durch die Öffnung wird der Schieber zum Heben des Schließkörpers von dem Ventilsitz geführt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass durch die Bewegung des Schiebers gleichzeitig eine Einstellung der Dosiermenge und ein Öffnen des Sitzventils bewirkt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung weist ein erster Abschnitt des Schiebers eine Zylinderform auf. Zudem weist ein zweiter Abschnitt des Schiebers eine Konusform auf. Durch die Konusform des zweiten Abschnitts kann die Dosierung proportional zum Hub des Schiebers erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung weist die

Schieberventileinrichtung ein Gehäuse mit einer zylinderförmigen Aufnahme auf. Der Schieber wird durch die zylinderförmige Aufnahme geführt. Beispielsweise ist die zylinderförmige Aufnahme durch eine Bohrung in dem Gehäuse der

Schieberventileinrichtung gebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist die

zylinderförmige Aufnahme mit der Einlassöffnung fluidleitend verbunden. Beispielsweise ist in dem Gehäuse der Schieberventileinrichtung eine Öffnung oder eine Bohrung gebildet, über welche die Einlassöffnung und die zylinderförmige Aufnahme fluidleitend verbunden sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist die Oberfläche des zweiten Abschnitts in einem Winkel von zumindest 1 ° und/oder in einem Winkel von bis zu 10° angeschrägt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Dosiermenge effizient eingestellt werden kann. Beispielsweise wird zur Feindosierung oder

Kleinstmengendosierung ein kleiner Winkel oder zum Erreichen einer Absperrfunktion ein großer Winkel gewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel 2°. Der Winkel kann ein Winkel zwischen der Oberfläche des zweiten Abschnitts und der Symmetrieachse der Konusform sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Winkel ein Winkel zwischen der Oberfläche des ersten Abschnitts und der Oberfläche des zweiten Abschnitts sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung nimmt der

Durchmesser des zweiten Abschnitts zum dem Schließkörper zugewandten Ende des Schiebers hinzu. In einer alternativen Ausführungsform der Ventilvorrichtung nimmt der Durchmesser des zweiten Abschnitts zum dem Schließkörper zugewandten Ende des Schiebers hin ab.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist der erste Abschnitt am dem Schließkörper zugewandten Ende des Schiebers angeordnet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass bei einem geringen Hub des Schiebers die

Schieberventileinrichtung noch geschlossen bleibt während die Sitzventileinrichtung bereits geöffnet ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist am dem

Schließkörper abgewandten Ende des Schiebers ein weiterer zylinderförmiger Abschnitt angeordnet.

Ventilvorrichtung einen Elektromagneten als Betätigungselement zum Bewegen des Schiebers auf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Hub des Schiebers durch die Stromstärke des durch den Elektromagneten fließenden Stroms bzw. durch die am Elektromagneten abfallende Spannung eingestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Ventilvorrichtung einen piezoelektrischen Antrieb zum Bewegen des Schiebers aufweisen oder der Schieber kann durch einen Benutzer der Ventilvorrichtung bewegt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist die

Sitzventileinrichtung ein Kugelsitzventil. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein höherer Leckageschutz erreicht werden kann. Der Schließkörper kann eine Kugelform aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Schließkörper eine beliebige andere geeignete geometrische Form, beispielsweise eine Halbkugelform oder eine Zylinderform, aufweisen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist die

Schieberventileinrichtung benachbart zu der Sitzventileinrichtung angeordnet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist die

Ventilvorrichtung derart ausgebildet, dass ein bei einer Aggregatszustandsänderung eines in der Ventilvorrichtung aufgenommenen Fluids, insbesondere eines zwischen der Sitzventileinrichtung und einer Einlassöffnung der Ventilvorrichtung innerhalb der

Ventilvorrichtung aufgenommenen Fluids, entstehendes Expansionsvolumen gegen ein Ausgleichsvolumen gelenkt wird. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine

Beschädigung der Ventilvorrichtung durch das entstehende Expansionsvolumen vermieden werden kann. Die Aggregatszustandsänderung des Fluids kann ein Gefrieren, ein Verflüssigen und/oder ein Verdampfen des Fluids sein. Zusätzlich ist es möglich, mit Füllelementen, wie Füllstücken, zu arbeiten, um das

Flüssigkeitsvolumen im Dosierventil zu reduzieren. Hierdurch kann zudem ein beim Einfrieren der Flüssigkeit benötigtes Aufnahmevolumen zur Kompensation der

Volumenzunahme reduziert werden. Beispielsweise ist das Füllstück aus Metall, wie Edelstahl und/ oder Aluminium, oder Kunststoff gefertigt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist ein Gehäuse der Sitzventileinrichtung in der Ventilvorrichtung derart verschiebbar gelagert, dass das Gehäuse bei der Aggregatszustandsänderung des Fluids in Richtung des

Ausgleichsvolumens verschoben wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist das Gehäuse der Sitzventileinrichtung gegen die Rückstellkraft eines weiteren Rückstellelements verschiebbar gelagert. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Gehäuse bei

Rückgängigmachung der Aggregatszustandsänderung wieder in seine ursprüngliche Position zurückgeschoben wird. Die Vorspannung des weiteren Rückstellelements ist hierbei so gewählt, dass im Normalbetrieb der Ventileinrichtung eine mehrfach wirkende Sicherheit gegen das Verschieben des Gehäuses der Sitzventileinrichtung gegeben ist.

Das weitere Rückstellelement kann eine Feder, wie eine Tellerfeder oder eine Druckfeder, umfassen. Beispielsweise liegt die Rückstellkraft im Bereich von 100 kN bis 10q kN.

Ferner kann das weitere Rückstellelement im Normalbetrieb der Ventilvorrichtung vorgespannt sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung weist das

Ausgleichsvolumen einen Expansionsraum auf. In dem Expansionsraum ist das weitere Rückstellelement aufgenommen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die

Ventilvorrichtung besonders kompakt ausgeführt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Ventilvorrichtung ist der Schieber durch den Expansionsraum geführt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die

Ventilvorrichtung besonders kompakt ausgeführt werden kann. Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch ein Fahrzeug mit einem

Verbrennungsmotor mit Wassereinspritzung gelöst. Dem Verbrennungsmotor ist hierbei eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung zugeordnet. Die erfindungsgemäße

Ventilvorrichtung kann hierbei in der Kraftstoffleitung zum Verbrennungsmotor oder direkt jedem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeordnet sein. Das Fahrzeug kann ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, eine Zugmaschine, ein Kraftrad, ein Schiff, ein Boot, ein Flugzeug oder ein Hubschrauber sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosierventils sind die

flüssigkeitsführenden Bauteile des Dosierventils aus korrosionsbeständigem Material ausgebildet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Lebensdauer des Dosierventils erhöht werden kann. Beispielsweise sind die wasserführenden Bauteile aus Edelstahl und/ oder Aluminium gefertigt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosierventils sind Bauteile des Dosierventils, welche im Betrieb mit der Umgebung in Berührung kommen,

korrosionsgeschützt ausgebildet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine

Lebensdauer des Dosierventils erhöht werden kann. Beispielsweise sind die

vorgenannten Bauteile aus Edelstahl und/oder Aluminium gefertigt oder mit Edelstahl und/oder Aluminium beschichtet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosierventils ist zumindest ein Bauteil des Dosierventils aus einem hitzebeständigen Material gefertigt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass bei einem Brand des Fahrzeugs eine Beschädigung des

Dosierventils und/oder ein Austritt von Flüssigkeit aus dem Dosierventil vermieden werden kann. Das hitzebeständige Material kann Edelstahl und/oder Aluminium sein. Beispielsweise ist das hitzebeständige Material derart gewählt, dass das Bauteil einen Beflammungstest oder eine Erwärmung auf 600°C für mehrere Minuten, beispielsweise drei Minuten, schadensfrei übersteht. Soweit keine Anforderungen bezüglich Flammtest bestehen, beispielsweise bei der Abgasnachbehandlung, können in dem Dosierventil auch Bauteile aus Kunststoff eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Bauteile des Dosierventils bis auf die Blende und eventuell vorhandene

Dichtungen aus hitzebeständigen Materialien gefertigt. Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der

Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten

Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ventilvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Vergrößerung des Hydraulikteils der in Fig. 1 gezeigten Ventilvorrichtung;

Fig. 3 die Ventilvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und

Fig. 4 eine Vergrößerung des Hydraulikteils der in Fig. 3 gezeigten Ventilvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Ventilvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die

Ventilvorrichtung 100 weist eine Schieberventileinrichtung 1 10 mit einem bewegbaren Schieber 1 1 1 auf. Zudem weist die Ventilvorrichtung 100 eine Sitzventileinrichtung 120 auf. Die Sitzventileinrichtung 120 weist einen Ventilsitz 121 , einen Schließkörper 123 und ein Rückstellelement 125 auf. Ferner ist die Schieberventileinrichtung 1 10 derart an der Sitzventileinrichtung 120 angeordnet, dass der Schließkörper 123 durch Bewegen des Schiebers 1 1 1 gegen die Rückstellkraft des Rückstellelements 125 von dem Ventilsitz 121 gehoben werden kann, um die Sitzventileinrichtung 120 zu öffnen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Sitzventileinrichtung 120 als ein Kugelsitzventil ausgebildet. Zudem weist der Schließkörper 123 eine Kugelform aus. Ferner ist das Rückstellelement 125 durch eine Feder gebildet. Der Schieber 1 1 1 und der Schließkörper 123 sind aus zwei körperlich getrennten Elementen gebildet. Dies bringt weitere Vorteile mit sich, beispielsweise in der Montage der Ventilvorrichtung 100.

Des Weiteren weist die Ventilvorrichtung 100 ein Hydraulikteil 130 auf, in welchem die Schieberventileinrichtung 1 10 und die Sitzventileinrichtung 120 angeordnet sind. In dem Hydraulikteil 130 sind eine Einlassöffnung 131 und eine Auslassöffnung 133 gebildet.

Über die Einlassöffnung 131 kann ein Fluid in die Ventilvorrichtung 100 eingeleitet werden. Das Fluid kann anschließend über die Schieberventilvorrichtung 1 10 und die Sitzventileinrichtung 120 zur Ausgangsöffnung 133 geleitet werden. Hierbei kann das Fluid dosiert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Einlassöffnung 131 und die Auslassöffnung 133 jeweils durch eine Bohrung in einem Gehäuse 135 des Hydraulikteils 130 gebildet. Zudem ist in dem Hydraulikteil 130 ein Füllelement 137 angeordnet. Das Füllelement 137 ist verschiebbar in dem Gehäuse 135 gelagert. Ferner ist in dem Gehäuse 135 ein Hohlraum 139 gebildet, durch welchen das Rückstellelement 125 geführt ist. Des Weiteren weist die Sitzventileinrichtung 120 ein Gehäuse 129 auf, welches verschiebbar in dem Gehäuse 135 des Hydraulikteils 130 angeordnet ist.

Ferner weist die Ventilvorrichtung 100 einen Elektromagneten 140 als elektrisches Betätigungselement auf. Der Elektromagnet 140 weist eine Spule 141 und einen axialverschieblich gelagerten Anker 143 auf. Der Anker 143 ist benachbart zu dem

Schieber 1 1 1 angeordnet. Beispielsweise ist der Anker 143 mit dem Schieber 1 1 1 verbunden. Durch Bestromung der Spule 141 kann der Anker 143 und damit der Schieber 1 1 1 in Richtung des Schließkörpers 123 bewegt werden. Durch diese Bewegung kann der Schließkörper 123 von dem Ventilsitz 121 gehoben werden, um die Sitzventileinrichtung 120 zu öffnen.

Des Weiteren weist die Ventilvorrichtung 100 im Bereich des Elektromagneten 140 einen Expansionsraum 145 auf. In dem Expansionsraum 145 ist ein weiteres Rückstellelement 147, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Druckfeder, angeordnet. Zudem ist der Schieber 1 1 1 durch den Expansionsraum 145 und durch das weitere Rückstellelement 147 hindurchgeführt.

Während des Betriebs der Ventilvorrichtung 100 kann sich in dem Hohlraum 139 Fluid sammeln. Bei einer Aggregatszustandsänderung des Fluids kann das Volumen des in dem Hohlraum 139 gesammelten Fluids expandieren. Beispielsweise ist das Fluid Wasser und die Aggregatszustandsänderung ist ein Gefrieren des Wassers. Durch die Expansion des Volumens wird das Gehäuse 129 in Richtung des Elektromagneten 140 verschoben. Hierdurch wird das Füllelement 137 gegen die Rückstellkraft des weiteren

Rückstellelements 147 in den Expansionsraum 145 geschoben. Des Weiteren weist der Elektromagnet 140 eine Anschlusseinrichtung 149 mit elektrischen Anschlüssen zum Kontaktieren der Spule 141 auf.

Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung des Hydraulikteils 120 der in Fig. 1 gezeigten

Ventilvorrichtung 100. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass der Ventilsitz 121 eine Öffnung 201 in dem Gehäuse 129 umrandet. Zudem ist in dieser Darstellung erkennbar, dass der Schieber 1 1 1 einen ersten Abschnitt 203 mit einer Zylinderform und einen zweiten Abschnitt 205 mit einer Konusform aufweist. Der erste Abschnitt 203 ist am dem der Sitzventileinrichtung 120 zugewandten Ende des Schiebers 1 1 1 angeordnet. Zudem ist die Oberfläche des zweiten Abschnitts 205 in einem Winkel a angeschrägt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel a 2°. Ferner nimmt der

Durchmesser des zweiten Abschnitts 205 von seinem dem ersten Abschnitt 203 zugewandten Ende zu seinem dem ersten Abschnitt 203 abgewandten Ende hin ab. Des Weiteren ist der Schieber 1 1 1 durch eine zylinderförmige Aufnahme 207 geführt.

Wie oben ausgeführt kann der Schieber 1 1 1 durch Bestromung der Spule 141 durch die Öffnung 201 geschoben bzw. gehoben werden. Ist der Hub des Schiebers 1 1 1 kleiner als die Länge des ersten Abschnitts 203 wird lediglich der Schließkörper 123 von dem Ventilsitz 121 gehoben und dadurch die Sitzventileinrichtung 120 geöffnet. Die

Schieberventileinrichtung 1 10 bleibt jedoch geschlossen, da der erste Abschnitt 203 noch bündig an einer Wandung 209 der Aufnahme 207 im Bereich der Öffnung 201 anliegt. Ist der Hub des Schiebers 1 1 1 größer als die Länge des ersten Abschnitts 203 wird der erste Abschnitt 203 in einen Hohlraum 21 1 in der Sitzventileinrichtung 120 geschoben. Zudem wird der zweite Abschnitt 205 in den Bereich der Wandung 209 gehoben. Da der zweite Abschnitt 205 einen kleineren Durchmesser aufweist als der erste Abschnitt 203, kann Fluid zwischen dem zweiten Abschnitt 205 und der Wandung 209 fließen und die Schieberventileinrichtung 1 10 ist geöffnet. Hierbei bestimmt der kleinste Abstand zwischen der Oberfläche des zweiten Abschnitts 205 und der Wandung 209 die

Flussgeschwindigkeit und damit die Dosierung des Fluids. Da die Oberfläche des zweiten Abschnitts 205 angeschrägt ist, kann über den Hub des Schiebers 1 1 1 die Dosierung der Schieberventileinrichtung 1 10 und damit der Ventilvorrichtung 100 geregelt werden.

Ferner kann der Hub des Schiebers 1 1 1 proportional zu der Stromstärke des durch die Spule 141 fließenden elektrischen Stroms sein. Somit kann über die Stromstärke die Dosierung eingestellt werden. Beispielsweise beträgt der maximale Hub des Schiebers 1 1 1 bis zu 5mm, bis zu 3mm oder bis zu 1 mm.

Fig. 3 zeigt die Ventilvorrichtung 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der Einlassöffnung 131 eine Anschlusseinrichtung 301 und an der Auslassöffnung 133 Anschlusseinrichtung 303 angeordnet. Die Anschlusseinrichtung 301 kann ein wasserseitiger Anschluss sein. Zudem kann die Anschlusseinrichtung 303 ein kraftstoffseitiger Anschluss sein.

Fig. 4 zeigt eine Vergrößerung des Hydraulikteils 130 der in Fig. 3 gezeigten

Ventilvorrichtung 100. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass in dem Expansionsraum 145 ein Anschlag 401 gebildet ist, um die maximale Bewegung des Füllelements 137 einzuschränken.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Ventilvorrichtung 100 ein Magnetventil bilden, welches im Kraftstoffsystem eines Ottomotors Wasser zudosiert, um die

Verbrennungstemperatur im Brennraum zu senken. Hierbei kann die zudosierte

Wassermenge proportional zum angelegten Strom am Elektromagneten 140 bzw. der Spule 141 sein. Die zu dosierende Wassermenge kann dabei sehr gering sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ventilvorrichtung 100 im befüllten Zustand einfriersicher sein. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass sich das in der Ventilvorrichtung 100 befindliche Wasser beim Einfrieren um ca. 10 % ausdehnt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ventilvorrichtung 100 zum

Kraftstoffsystem hin eine sehr geringe Leckage aufweisen, damit kein Kraftstoff aus dem Kraftstoffsystem austritt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ventilvorrichtung 100 bei einem

Wasserdruck von 13,5 bar stromlos geschlossen bleiben. Zusätzlich kann die

Ventilvorrichtung 100 bei einem kraftstoffseitigen Druck von 6,5 bar noch geöffnet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ventilvorrichtung 100 im Motorraum verbaut und gegen Korrosion geschützt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ventilvorrichtung 100 ein Proportionalventil bilden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ventilvorrichtung 100 unter den folgenden Prämissen konstruiert werden. Das Wasservolumen innerhalb der

Ventilvorrichtung 100 kann minimiert werden, um das Ausdehnungsvolumen beim

Einfrieren gering zu halten. Zudem kann die Ventilvorrichtung 100 ein Ausgleichsvolumen für das Ausdehnungsvolumen Vorhalten, um Schäden zu vermeiden. Um die Leckage klein zu halten, kann ferner ein Kugelsitz als Abdichtung zwischen Wasser- und

Kraftstoffsystem oder als Sitzventileinrichtung 120 gewählt werden. Der Kugelsitz kann mit einem Rückstellelement 125, wie einer Feder, ausgeführt werden, die entgegen des Wasserdrucks wirkt und die Ventilvorrichtung 100 stromlos geschlossen hält. Zusätzlich kann die Kraft des Elektromagneten 140 groß genug sein, um die Ventilvorrichtung 100 gegen das Rückstellelement 125 und den Kraftstoff druck sicher zu öffnen. Zudem kann in den Schieber 1 1 1 , der den Kugelsitz öffnet, eine Geometrie mit geringer Steigung eingebracht werden, die in Verbindung mit der Aufnahme 207, wie einer Bohrung, eine Schieberventileinrichtung 1 10 und damit ein proportionales Element auf der hydraulischen Seite der Ventilvorrichtung 100 ergibt. Des Weiteren können alle Teile, die mit Kraftstoff und der Umgebung in Berührung kommen, aus Metall ausgeführt werden, um der Temperaturprüfung, beispielsweise 600 °C für drei Minuten, standhalten zu können.

Ferner können die wasserführenden Teile aus korrosionsbeständigem Material ausgeführt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Hydraulikteil 130 der Ventilvorrichtung 100 derart konstruiert werden, dass sich möglichst wenig Wasser darin befindet.

Zusätzlich kann darauf geachtet werden, dass sich das Wasser möglichst zum

Elektromagnet 140 hin ausdehnt. Weiterhin kann das Hydraulikteil 130 derart konstruiert werden, dass keine Wasseransammlungen eingesperrt werden, sondern die

entsprechenden Teile beweglich gestaltet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann von der Magnetseite her ein

Expansionsraum 145 geschaffen werden, der das zusätzliche Volumen beim Einfrieren aufnimmt. Dazu werden die beweglichen Innenteile mit dem weiteren Rückstellelement 147, wie einer Feder, so stark vorgespannt, dass sie während dem normalen Betrieb der Ventilvorrichtung 100 in der in den Figuren 1 und 3 abgebildeten Stellung bleiben. Steigt der Druck durch die Ausdehnung des Wassers beim Einfrieren jedoch weiter an, gibt das weitere Rückstellelement 147 nach und die beweglichen Innenteile können zum

Elektromagneten 140 hin ausweichen. Taut das Wasser wieder auf, drückt das weitere Rückstellelement 147 die Teile wieder in ihre ursprüngliche Lage zurück. Auf diese Weise können Schäden vermieden werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann, um die beschriebenen Ventilfunktionen, wie proportionale Fördermöglichkeit in beide Richtungen bei den geforderten

Systemdrücken, bei sehr geringer Leckage erfüllen zu können, das folgende Konzept aus einer Kombination aus Kugelsitz- und Schieberventil verwendet werden. Hierbei kann der Kugelsitz für die Dichtigkeit und der Schieber 1 1 1 für die Dosierung der geringen Mengen verwendet werden. Der Kugelsitz mit dem Rückstellelement 125 oder einer Rückstellfeder kann mit der Durchflussrichtung Wasser - Kraftstoff positioniert werden. Die

Rückstellfeder kann die Ventilvorrichtung 100 gegen den Systemdruck des Wassers geschlossen halten. Mithilfe des Elektromagneten 3 und des Schiebers 1 1 1 kann der Kugelsitz gegen die Rückstellfeder geöffnet werden. Wird der Kugelsitz nur wenig geöffnet, beispielsweise bei geringer Magnetbestromung, wird, abgesehen von Leckage über die Schieberventileinrichtung 1 10, noch nicht zudosiert. Wird der Kugelsitz weiter geöffnet, öffnet auch die Schieberventileinrichtung 1 10 und die Dosierung beginnt. Mit steigendem Magnetstrom wird so immer mehr Wasser zudosiert. Nur mit einem Kugelsitz könnte auch bei kleinen Öffnungswegen schon zu viel Wasser zudosiert werden, eine proportionale Regelung von geringen Mengen wäre so nur schwer zu erreichen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann, wenn das Fahrzeug steht, die Wasserseite der Ventilvorrichtung 100 drucklos werden, evtl wird auch ein Unterdrück erzeugt, um möglichst viel Wasser aus dem System zu entfernen. Um auch das Wasser zu entfernen, welches sich direkt hinter der Ventilvorrichtung 100 auf der Kraftstoffseite befindet, kann die Ventilvorrichtung 100 auch gegen das Rückstellelement 125 und gegen den

Systemdruck des Kraftstoffsystems durch den Elektromagneten 140 geöffnet werden, um auch hier das Wasser zu entfernen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann, da im geschlossenen Zustand kein Kraftstoff austreten darf, die Ventilvorrichtung 100 eine sehr hohe Leckageanforderung aufweisen, die mit einem Schieberventil alleine nur schwer zu erreichen ist.

Claims

Ansprüche

1. Ventilvorrichtung (100), mit: einer Schieberventileinrichtung (1 10) mit einem bewegbaren Schieber (1 1 1 ); und einer Sitzventileinrichtung (120), welche einen Ventilsitz (121 ), einen Schließkörper (123) und ein Rückstellelement (125) aufweist; wobei die Schieberventileinrichtung (1 10) derart an der Sitzventileinrichtung (120) angeordnet ist, dass der Schließkörper (123) durch Bewegen des Schiebers (1 1 1 ) gegen die Rückstellkraft des Rückstellelements (125) von dem Ventilsitz (121 ) gehoben werden kann, um die Sitzventileinrichtung (120) zu öffnen.

2. Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der

Ventilsitz (121 ) eine Öffnung (201 ) umrandet, durch welche der Schieber (1 1 1 ) zum Heben des Schließkörpers (123) von dem Ventilsitz (121 ) geführt wird.

3. Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abschnitt (203) des Schiebers (1 1 1 ) eine Zylinderform aufweist, und dass ein zweiter Abschnitt (205) des Schiebers (1 1 1 ) eine Konusform aufweist.

4. Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die

Oberfläche des zweiten Abschnitts (205) in einem Winkel (a) von zumindest 1 ° oder in einem Winkel (a) von bis zu 10° angeschrägt ist.

5. Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des zweiten Abschnitts (205) zum dem Schließkörper (123) zugewandten Ende des Schiebers (1 1 1 ) hin zunimmt.

6. Ventilvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (203) am dem Schließkörper (123) zugewandten Ende des Schiebers (1 1 1 ) angeordnet ist.

7. Ventilvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Elektromagneten (140) zum Bewegen des Schiebers (1 1 1 ).

8. Ventilvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Sitzventileinrichtung (120) ein Kugelsitzventil ist.

9. Ventilvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Schieberventileinrichtung (1 10) benachbart zu der Sitzventileinrichtung (120) angeordnet ist.

10. Ventilvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (100) derart ausgebildet ist, dass ein bei einer Aggregatszustandsänderung eines in der Ventilvorrichtung (100)

aufgenommenen Fluids entstehendes Expansionsvolumen gegen ein

Ausgleichsvolumen gelenkt wird.

1 1. Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein

Gehäuse (129) der Sitzventileinrichtung (120) in der Ventilvorrichtung (100) derart verschiebbar gelagert ist, dass das Gehäuse (129) bei der

Aggregatszustandsänderung des Fluids in Richtung des Ausgleichsvolumens verschoben wird.

12. Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das

Gehäuse (129) der Sitzventileinrichtung (120) gegen die Rückstellkraft eines weiteren Rückstellelements (147) verschiebbar gelagert ist.

13. Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das

Ausgleichsvolumen einen Expansionsraum (145) aufweist, in welchem das weitere Rückstellelement (147) aufgenommen ist.

14. Ventilvorrichtung (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der

Schieber (1 1 1 ) durch den Expansionsraum (145) geführt ist.

15. Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit Wassereinspritzung, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungsmotor eine Ventilvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche zugeordnet ist.