WO2019214878A1 - Ventilanordnung zur gasdruckregelung, kraftstoffsystem mit ventilanordnung zur gasdruckregelung - Google Patents

Ventilanordnung zur gasdruckregelung, kraftstoffsystem mit ventilanordnung zur gasdruckregelung Download PDF

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Dirk Vahle
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Definitions

  • Valve arrangement for gas pressure control fuel system with valve arrangement for gas pressure control
  • the invention relates to a valve arrangement for controlling the gas pressure in a gas rail of a fuel system for supplying an internal combustion engine with a gaseous fuel gene, in particular natural gas, with the features of the preamble of claim 1. Further, the invention relates to a fuel system for supplying an internal combustion engine with a gaseous fuel, in particular with natural gas, comprising such a valve arrangement.
  • the published patent application DE 10 2016 207 743 A1 discloses a fuel system for supplying an internal combustion engine with a gaseous fuel with a device for metering the gaseous fuel to an injector.
  • the A device comprises a pressure control unit with a shut-off valve, a pressure control valve and a shut-off valve, which form a structural unit. With the shut-off valve open gaseous fuel is metered, the gaseous fuel passes to the next in a high-pressure accumulator or in a gas rail to which at least one injector is connected. By opening the Abgresventils gaseous fuel can be removed from the gas rail, so that the gas pressure in the gas rail is lowered ge.
  • the control of the shut-off valve and the shut-off valve is carried out hydraulically via the control pressure in a control chamber, which can be acted upon by a hydraulic pressure medium, namely with diesel fuel.
  • a diesel pressure control valve is also provided, which is connected to a separate diesel cycle.
  • the hydraulic control of such a pressure control unit requires the use min least one sealing element for media separation.
  • a sealing element is in particular special a corrugated or bellows seal, as they continue to allow a lifting movement of the control piston when they are attached to the control piston.
  • its limited mechanical strength proves to be disadvantageous, especially at anlie lowing high pressure differences.
  • the present invention is therefore based on the object epiczuentwi crawl a valve assembly for gas pressure control in a gas rail of a fuel system such that a secure media separation over the life of the valve assembly is achieved.
  • valve assembly is proposed with the features of claim 1.
  • Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • a fuel system is provided with a Ventila invention arrangement.
  • the proposed valve arrangement is used for gas pressure control in a gas rail of a fuel system for supplying an internal combustion engine with a gasförmi conditions fuel, which may be in particular natural gas.
  • the Ventilanord tion comprises a first valve for connecting the gas rail with a gas inlet, a second valve for connecting the gas rail with a gas return and a control piston for actuating the two valves.
  • the control piston limits egg NEN control room, which is acted upon via a pressure medium inlet with a hydraulic Druckmit tel and relieved via a pressure medium flow.
  • the valve arrangement comprises a sealing element designed as a corrugated or bellows, which is used for measuring is arranged separation between a gas space and a Druckmitelraum.
  • the valve arrangement is characterized by a Druckdifferenzbe limiting valve with a reciprocating piston which is acted on the one hand by a pressure prevailing in the gas chamber pi, on the other hand by a herrmann in Druckmitelraum pushing pressure p2, and abut when a piston abuts the predetermined pressure difference additional gas return opens.
  • the pressure difference limiting valve thus prevents high pressure differences occur at the intended for stipulatetren tion sealing element, which could damage the element Dichtele. In this way, a secure media separation over the life of the valve assembly is achieved.
  • a connection of the gas space with the additional gas return can be established via the pressure difference limiting valve.
  • the pressure pi in the gas space drops until it has reached the pressure level prevailing in the printing press room or corresponds to the pressure p2.
  • Pressure differences are compensated in this way and reduces the burden of the sealing element used for media separation.
  • Publ NEN of the additional gas return can also accelerate the pressure reduction in the gas space be accelerated. This is particularly advantageous if the gas space is connected to the gas inlet, so that there is normally high pressure in the gas space. Alterna tively can be provided that the gas space is connected to the gas return, so that there is normally low pressure in the gas space.
  • the pressure differential limiting valve is controlled by the pressure pi and p2 applied to the piston. An additional actuators are therefore not required. The actuation of the pressure difference limiting valve takes place solely pressure-controlled.
  • the pressure difference limiting valve is built up in the manner of a pressure balance.
  • the desired pressure equalization is achieved by the movement of the piston, which at the same time opens an additional gas return.
  • the maximum pressure difference between tween the pressures pi and P2 can be specified.
  • the Druckdiffe difference is limited to a maximum of 30 bar, further preferably to a maximum of 25 bar. A Damage of the running as a corrugated or bellows sealing element for media separation can thus be reliably prevented.
  • the piston for releasing and closing the additional gas return to a cooperating with a valve seat sealing surface.
  • the valve seat can be designed as a flat seat or a conical seat.
  • the sealing surface formed on the piston may in particular be formed flat, conical or spherical.
  • the sealing surface is formed on an end face of the piston, so that via the pressure conditions applied to the piston, a closing force can be generated, which holds the piston in contact with the valve seat.
  • the piston is designed as a stepped piston. That is, the piston has portions of different diameters.
  • the opening pressure of the pressure difference limiting valve be influenced. For example, a diameter ratio can be selected which prevents the valve from opening even in the event of slight pressure fluctuations in the gas space.
  • the piston is designed in several parts, wherein preferably the plurality of parts are integrally connected to each other. This has an advantage especially when the piston is designed as a stepped piston. Due to the multi-part design, the manufacture and / or the assembly can be simplified.
  • the piston of the further valve is acted upon by the spring force of at least one spring.
  • the spring force of the spring can act in the closing direction or in the opening direction.
  • at least two springs may be provided, one of which acts in the closing direction and the other in the opening direction.
  • About acting in the closing direction of the spring piston is preferably biased against the Ven tilsitz. In this way, the required opening force can be increased to prevent opening of the valve with the smallest pressure fluctuations.
  • a spring acting in the opening direction can influence the dynamics of the piston movement.
  • a connecting channel is formed in the piston. Via the connecting channel, a pressure equalization between two pressure chambers can be created, which are arranged on both sides of the piston and serve as a movement space for the piston.
  • the two pressure chambers are acted upon by the gaseous fuel, so that via at least one pressure chamber, a connection of the gas space with the additional gas return line can be established when the pressure difference limiting valve opens.
  • a throttle is formed in the connection channel, so that hereby a damping of the piston movement can be achieved.
  • the pressure difference limiting valve preferably comprises a sealing element.
  • the sealing element is used for media separation and prevents in particular a Vermi tion of the media gaseous fuel and hydraulic pressure fluid on the Füh tion of the piston.
  • the sealing element is designed as a diaphragm, bellows or bellows bellows, as these sealing elements continue to allow a reciprocating motion of the piston.
  • the gas space is connected to the gas inlet and the pressure medium space is connected to the control room.
  • control pressure (pi) on the one hand, and the control pressure (p 2 ) on the other hand are applied to the piston of the pressure difference limiting valve.
  • the valve opens and establishes a connection of the gas inlet with the additional gas return.
  • gas flows from the gas inlet, so that the control pressure (pi) equal to the control pressure (p 2 ).
  • a pressure equalization is created, which led to the burden of corrugated or bellows out (main) seal the valve assembly lowers, so that in the long run a secure media separation is effected.
  • the gas space is connected to the gas return and the pressure medium space is connected to the pressure medium inlet and / or to the pressure medium outlet.
  • the order of the pressure difference limiting valve is not in the high pressure region of the Ventila arrangement, but in the low pressure region.
  • the operation of the Druckdifferenzbe limit valve remains the same for the rest.
  • the connection of the pressure medium space with the Druckmitel inlet and / or the Druckmitel process is preferably mitelbar via at least one throttle, so that the hydraulic Druckmitel the Druckmitel space supplied throttled and / or space is removed throttled from the Druckmitel space.
  • a Druckmitel Ab Kunststoffventil is preferably arranged. With the help of the Druckmitel-Ab Kunststoffventils the prevailing in the control room control pressure can be accurately adjusted.
  • a fuel system for supplying an internal combustion engine with a gaseous fuel, in particular with natural gas comprising a fiction, contemporary valve arrangement for gas pressure regulation in a gas rail proposed as herein a preferred application of the valve arrangement according to the invention can be seen.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal section through an inventive Ventilanord voltage according to a first preferred embodiment
  • FIG. 2 is a schematic longitudinal section through a Ventilanord invention tion according to a second preferred embodiment
  • FIG. 3 is a schematic longitudinal section through a first preferred embodiment form of a pressure difference limiting valve for a Ventilanord invention tion
  • Fig. 4 is a schematic Lfitsschnit by a second preferred Ausry tion form of a pressure difference limiting valve for a Ventila invention arrangement and
  • Fig. 5 is a schematic longitudinal section through a third preferred embodiment form of a pressure difference limiting valve for a Ventilanord invention voltage. Detailed description of the drawings
  • FIG. 1 shows a valve arrangement 1 for gas pressure regulation in a gas rail 2 of a fuel system for supplying an internal combustion engine with a gaseous fuel.
  • the gaseous fuel may be, in particular, natural gas.
  • the valve arrangement 1 shown has a first valve 3, via which the gas rail 2 can be connected to a gas inlet 4, and a second valve 5, which serves to connect the gas rail 2 to a gas return 6.
  • the two valves 3, 5 are arranged coaxially and are actuated via a likewise coaxially arranged control piston 7.
  • the STEU erkolben 7 limits a control chamber 8, which is acted upon via a pressure medium inlet 9 with inte grated inlet throttle 17 with a hydraulic pressure medium, for example, with the selkraftstoff.
  • a pressure medium-Abêtventil 27 the control chamber 8 with a pressure medium flow 10 is connectable.
  • control piston 7 is characterized acted on the front side by a hydraulic pressure force, which causes a displacement of the control piston 7 against the spring force of a spring 28 in the direction of a valve piston 29. This leads to closing of the second valve 5.
  • the control piston 7 now guides the valve piston 29 with it until it comes into contact with a valve tappet 30 and lifts it counter to the spring by a spring 31 from a valve seat 32.
  • the first valve 3 opens. To close the first valve 3, the control pressure is lowered in the control chamber 8, so that the control piston 7 via the spring force of the spring 28 is penetratege in its initial position is.
  • valve piston 29 follows the movement of the control piston 7, since it is acted upon by the spring force of a spring 33. In this case, the valve piston 29 releases from the valve tappet 30, so that the spring 31 is able to pull the valve tappet 30 into the valve seat 32. The first valve 3 closes. The movement of the valve piston 29 is limited by egg stop-forming collar 34, so that subsequently the second valve 5 opens again.
  • a sealing element 11 is provided, which in the present case as a metallic folding bellows is executed.
  • the sealing element 11 is fastened on the one hand to the control piston 7, on the other hand, on the housing side, so that the sealing element 11 separates a gas chamber 12 from a pressure medium chamber 13.
  • the pressure pi prevailing in the gas chamber 12, and on the other hand the pressure p 2 prevailing in the pressure medium chamber 13, is applied to the sealing element. Since high pressure differences can damage the sealing element 11, it is necessary to take measures that prevent such high pressure differences.
  • the valve assembly 1 shown in FIG. 1 has a pressure difference limiting valve 14, which is arranged in the low-pressure region of the valve arrangement 1.
  • a valve arrangement 1 according to the invention for gas pressure regulation in egg nem gas rail 2 is shown with a pressure difference limiting valve 14 which - in contrast to FIG. 1 - is arranged in the high pressure region of the valve assembly 1.
  • the second valve 5 has a sleeve-shaped valve piston 29, which is guided back and forth on the control piston 7.
  • the actuation of the first valve 3 is effected by means of a sleeve 35 which has an actuating element 36 for contacting the valve tappet 30 of the first valve 30 at its end facing the first valve 3.
  • the first valve 30 is formed equal to the first valve 30 of the valve assembly 1 shown in FIG. 1.
  • the sealing element 11 of the valve assembly 1 shown in FIG. 2 is acted upon by a pressure on the inside, which corresponds to the control pressure. On the outside, the prevailing in the control room control pressure is applied. A pressure equalization can be made via the pressure difference limiting valve 14, so that the sealing element 11 takes no damage.
  • the pressure difference limiting valve 14 of the valve assembly 1 of Fig. 1 and / or the valve assembly 1 of Fig. 2 may be carried out according to the dargestell th in Figures 3 to 5 embodiments.
  • a pressure differential limiting valve 14 can be seen, which is designed according to type ei ner pressure balance. It comprises a reciprocating piston 15, which is designed as a stepped piston and on the one hand with the prevailing in the gas chamber 12, the pressure pi, on the other hand aufschlagt from the prevailing pressure in the pressure chamber 13 pressure p 2 be.
  • the force acting on the piston 15 compressive force is determined by the diameter Di and D 2 .
  • the piston 15 has at its end at which the pressure Pi is applied to a sealing surface 19 which cooperates with a valve seat 18. The Wei further, the piston 15 is stretched over the spring force of a spring 20 against the valve seat 18 before. Another spring 21 loads the piston 15 in the opposite direction Rich, so that the piston 15 is largely balanced force.
  • the pressure differential limiting valve 14 has a sealing element 24, which is in the present case designed as a membrane.
  • FIG. 4 shows a further preferred embodiment of a pressure difference limiting valve 14 for a valve arrangement 1 according to the invention. This differs from that of FIG. 1 essentially in that, instead of the diaphragm, a bellows is provided as the sealing element 24.
  • a pressure difference limiting valve 14 is also shown, which has a piston 15 which is only stepped and once again has a membrane as a sealing element 24.
  • the piston 15 ge biased against the membrane.
  • About the area ratio of the diameter Di and D 2 is a hydraulic pressure force causes the piston 15 holds in contact with the Ven tilsitz 18.
  • the connection of the pressure difference limiting valve 14 to the gas chamber 12 is here seconded laterally, while the connection to the additional gas return line 16 is arranged coaxially to the piston 15.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung (1) zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail (2) eines Kraftstoffsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, umfassend ein erstes Ventil (3) zur Verbindung des Gas-Rails (2) mit einem Gas-Zulauf (4), ein zweites Ventil (5) zur Verbindung des Gas-Rails (2) mit einem Gas-Rücklauf (6) sowie einen Steuerkolben (7) zur Betätigung der beiden Ventile (3, 5), wobei der Steuerkolben (7) einen Steuerraum (8) begrenzt, der über einen Druckmittel-Zulauf (9) mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar und über einen Druckmittel-Ablauf (10) entlastbar ist, ferner umfassend ein als Well- oder Faltenbalg ausgeführtes Dichtelement (11), das zur Medientrennung zwischen einem Gasraum (12) und einem Druckmittelraum (13) angeordnet ist. Die Ventilanordnung zeichnet sich aus durch ein Druckdifferenzbegrenzungsventil (14) mit einem hin- und herbeweglichen Kolben (15), der einerseits von einem im Gasraum (12) herrschenden Druck (p1), andererseits von einem im Druckmittelraum (13) herrschenden Druck (p2) beaufschlagt ist, und bei Überschreiten einer am Kolben (15) anliegenden vorgegebenen Druckdifferenz einen zusätzlichen Gas-Rücklauf (16) öffnet. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftstoffsystem mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung (1) zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail (2).

Description

Beschreibung
Titel:
Ventilanordnung zur Gasdruckregelung, Kraftstoffsystem mit Ventilanordnung zur Gas druckregelung
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail eines Kraftstoffsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmi gen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des An spruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffsystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, um fassend eine solche Ventilanordnung.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2016 207 743 Al ist ein Kraftstoffsystem zur Ver sorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Brennstoff mit einer Einrich tung zur Zumessung des gasförmigen Brennstoffs zu einem Injektor bekannt. Die Ein richtung umfasst eine Druckregeleinheit mit einem Absperrventil, einem Drucksteuer ventil und einem Absteuerventil, die eine Baueinheit bilden. Bei geöffnetem Absperr ventil wird gasförmiger Brennstoff zugemessen, wobei der gasförmige Brennstoff zu nächst in einen Hochdruckspeicher bzw. in ein Gas-Rail gelangt, an dem mindestens ein Injektor angeschlossen ist. Durch Öffnen des Absteuerventils kann gasförmiger Brennstoff aus dem Gas-Rail abgeführt werden, so dass der Gasdruck im Gas-Rail ge senkt wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Gasdruck im Gas-Rail nicht über einen vorgegebenen Grenzwert steigt. Die Steuerung des Absperrventils und des Absteuerventils erfolgt hydraulisch über den Steuerdruck in einem Steuerraum, der mit einem hydraulischen Druckmittel, und zwar mit Dieselkraftstoff beaufschlagbar ist. Zur Veränderung des Steuerdrucks im Steuerraum ist ferner ein Dieseldrucksteuerventil vorgesehen, das an einen separaten Dieselkreislauf angeschlossen ist. Die hydraulische Steuerung einer solchen Druckregeleinheit erfordert den Einsatz min destens eines Dichtelements zur Medientrennung. Als Dichtelement eignet sich insbe sondere eine Well- oder Faltenbalgdichtung, da sie weiterhin eine Hubbewegung des Steuerkolbens zulassen, wenn sie am Steuerkolben befestigt werden. Als nachteilig erweist sich jedoch ihre begrenzte mechanische Belastbarkeit, insbesondere bei anlie genden hohen Druckdifferenzen. Kommt es beispielsweise bei einer Fehlfunktion des Dieseldrucksteuerventils zu einem schlagartigen Druckabfall im Steuerraum, kann kurzzeitig eine extrem hohe Druckdifferenz am Dichtelement auftreten. Diese kann dann zu einer irreparablen Schädigung des Dichtelements führen (plastische Verfor mung, Rissbildung), so dass die Funktion des Gasdruckreglers nachhaltig gestört ist.
Im schlimmsten Fall kann es zu einer Gasleckage in den Bereich des Dieselrücklaufs kommen, so dass sich im Dieseltank ein explosionsfähiges Gas-Diesel-Gemisch bilden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zur Gasdruckregelung in einem Gas- Rail eines Kraftstoffsystems derart weiterzuentwi ckeln, dass eine sichere Medientrennung über die Lebensdauer der Ventilanordnung erreicht wird.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Kraftstoffsystem mit einer erfindungsgemäßen Ventila nordnung angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Ventilanordnung dient der Gasdruckregelung in einem Gas-Rail eines Kraftstoffsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmi gen Kraftstoff, wobei es sich insbesondere um Erdgas handeln kann. Die Ventilanord nung umfasst ein erstes Ventil zur Verbindung des Gas-Rails mit einem Gas-Zulauf, ein zweites Ventil zur Verbindung des Gas-Rails mit einem Gas- Rücklauf sowie einen Steuerkolben zur Betätigung der beiden Ventile. Der Steuerkolben begrenzt dabei ei nen Steuerraum, der über einen Druckmittel-Zulauf mit einem hydraulischen Druckmit tel beaufschlagbar und über einen Druckmittel-Ablauf entlastbar ist. Ferner umfasst die Ventilanordnung ein als Well- oder Faltenbalg ausgeführtes Dichtelement, das zur Me- dientrennung zwischen einem Gasraum und einem Druckmitelraum angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Ventilanordnung gekennzeichnet durch ein Druckdifferenzbe grenzungsventil mit einem hin- und herbeweglichen Kolben, der einerseits von einem im Gasraum herrschenden Druck pi, andererseits von einem im Druckmitelraum herr schenden Druck p2 beaufschlagt ist, und bei Überschreiten einer am Kolben anliegen den vorgegebenen Druckdifferenz einen zusätzlichen Gas- Rücklauf öffnet.
Das Druckdifferenzbegrenzungsventil verhindert somit, dass an dem zur Medientren nung vorgesehenen Dichtelement hohe Druckdifferenzen auftreten, die das Dichtele ment beschädigen könnten. Auf diese Weise wird eine sichere Medientrennung über die Lebensdauer der Ventilanordnung erreicht.
Beispielsweise kann bei einem schlagartigen Druckabfall im Steuerraum über das Druckdifferenzbegrenzungsventil eine Verbindung des Gasraums mit dem zusätzlichen Gas-Rücklauf hergestellt werden. Dies hat zur Folge, dass der Druck pi im Gasraum sinkt, bis er das im Druckmitelraum herrschende Druckniveau erreicht hat bzw. dem Druck p2 entspricht. Druckdifferenzen werden auf diese Weise ausgeglichen und die Belastung des zur Medientrennung eingesetzten Dichtelements reduziert. Durch Öff nen des zusätzlichen Gas- Rücklaufs kann zudem der Druckabbau im Gasraum be schleunigt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn der Gasraum mit dem Gas- Zulauf verbunden ist, so dass im Gasraum normalerweise Hochdruck herrscht. Alterna tiv kann vorgesehen sein, dass der Gasraum mit dem Gas-Rücklauf verbunden ist, so dass im Gasraum normalerweise Niederdruck herrscht.
Das Druckdifferenzbegrenzungsventil wird über die am Kolben anliegenden Drücke pi und p2 gesteuert. Einer zusätzlichen Aktorik bedarf es demnach nicht. Die Betätigung des Druckdifferenzbegrenzungsventils erfolgt allein druckgesteuert.
Bevorzugt ist das Druckdifferenzbegrenzungsventil nach Art einer Druckwaage aufge baut. Der gewünschte Druckausgleich wird durch die Bewegung des Kolbens erreicht, wobei dieser zugleich einen zusätzlichen Gas- Rücklauf öffnet. Über den Öffnungs druck des Druckdifferenzbegrenzungsventils kann die maximale Druckdifferenz zwi schen den Drücken pi und P2 vorgegeben werden. Vorzugsweise wird die Druckdiffe renz auf maximal 30 bar, weiterhin vorzugsweise auf maximal 25 bar begrenzt. Eine Beschädigung des als Well- oder Faltenbalg ausgeführten Dichtelements zur Medien trennung kann somit sicher verhindert werden.
Des Weiteren bevorzugt weist der Kolben zum Freigeben und Verschließen des zu sätzlichen Gas- Rücklaufs eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende Dichtfläche auf. Der Ventilsitz kann als Flachsitz oder Kegelsitz ausgeführt sein. Die am Kolben ausgebildete Dichtfläche kann insbesondere flach, kegelförmig oder sphärisch geformt sein. Vorzugsweise ist die Dichtfläche an einer Stirnfläche des Kolbens ausgebildet, so dass über die am Kolben anliegenden Druckverhältnisse eine Schließkraft erzeugt werden kann, welche den Kolben in Anlage mit dem Ventilsitz hält.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Kolben als Stufenkolben ausgeführt ist. Das heißt, dass der Kolben Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmes sern aufweist. Über das Durchmesserverhältnis der druckbeaufschlagten Kolbenab schnitte kann wiederum der Öffnungsdruck des Druckdifferenzbegrenzungsventils be einflusst werden. Beispielsweise kann ein Durchmesserverhältnis gewählt werden, das verhindert, dass das Ventil bereits bei geringen Druckschwankungen im Gasraum öff net.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Kolben mehrteilig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die mehreren Teile einstückig miteinander verbunden sind. Dies wirkt sich insbesondere dann als Vorteil aus, wenn der Kolben als Stufenkolben ausgeführt ist. Durch die mehrteilige Ausführung kann bzw. können die Herstellung und/oder die Montage vereinfacht werden.
Vorteilhafterweise ist der Kolben des weiteren Ventils von der Federkraft mindestens einer Feder beaufschlagt. Die Federkraft der Feder kann in Schließrichtung oder in Öffnungsrichtung wirken. Ferner können mindestens zwei Federn vorgesehen sein, von denen die eine in Schließrichtung und die andere in Öffnungsrichtung wirkt. Über eine in Schließrichtung wirkende Feder wird vorzugsweise der Kolben gegen den Ven tilsitz vorgespannt. Auf diese Weise kann die erforderliche Öffnungskraft angehoben werden, um ein Öffnen des Ventils bei kleinsten Druckschwankungen zu verhindern. Über eine in Öffnungsrichtung wirkende Feder kann die Dynamik der Kolbenbewegung beeinflusst werden. Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass im Kolben ein Verbindungs kanal ausgebildet ist. Über den Verbindungskanal kann ein Druckausgleich zwischen zwei Druckräumen geschaffen werden, die beidseits des Kolbens angeordnet sind und als Bewegungsraum für den Kolben dienen. Vorzugsweise sind die beiden Druckräume mit dem gasförmigen Kraftstoff beaufschlagt, so dass über zumindest einen Druckraum eine Verbindung des Gasraums mit dem zusätzlichen Gas- Rücklauf hergestellt werden kann, wenn das Druckdifferenzbegrenzungsventil öffnet. Bevorzugt ist im Verbindungs kanal eine Drossel ausgebildet, so dass hierüber eine Dämpfung der Kolbenbewegung erzielbar ist.
Das Druckdifferenzbegrenzungsventil umfasst vorzugsweise ein Dichtelement. Das Dichtelement dient der Medientrennung und verhindert insbesondere eine Vermi schung der Medien gasförmiger Kraftstoff und hydraulisches Druckmittel über die Füh rung des Kolbens. Bevorzugt ist das Dichtelement als Membran, Wellbalg oder Falten balg ausgeführt, da diese Dichtelemente weiterhin eine Hin- und Herbewegung des Kolbens zulassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Gasraum mit dem Gas-Zulauf verbunden und der Druckmittelraum ist mit dem Steuerraum verbunden.
Am Kolben des Druckdifferenzbegrenzungsventils liegt somit einerseits der Regeldruck (pi), andererseits der Steuerdruck (p2) an. Um im Fehlerfall, das heißt bei einem plötzli chen Druckabfall im Steuerraum, die Druckdifferenz zwischen Regeldruck und Steuer druck zu begrenzen, öffnet das Ventil und stellt eine Verbindung des Gas-Zulaufs mit dem zusätzlichen Gas- Rücklauf her. In der Folge strömt Gas aus dem Gas-Zulauf ab, so dass sich der Regeldruck (pi) dem Steuerdruck (p2) angleicht. Auf diese Weise wird ein Druckausgleich geschaffen, der die Belastung der als Well- oder Faltenbalg ausge führten (Haupt-) Dichtung der Ventilanordnung senkt, so dass auf Dauer eine sichere Medientrennung bewirkt wird.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Gasraum mit dem Gas- Rücklauf verbunden und der Druckmittel- Raum ist mit dem Druckmittel- Zulauf und/oder mit dem Druckmittel-Ablauf verbunden. In diesem Fall erfolgt die An ordnung des Druckdifferenzbegrenzungsventils nicht im Hochdruckbereich der Ventila nordnung, sondern im Niederdruckbereich. Die Funktionsweise des Druckdifferenzbe grenzungsventils bleibt im Übrigen gleich. Die Verbindung des Druckmittelraums mit dem Druckmitel-Zulauf und/oder dem Druckmitel-Ablauf erfolgt bevorzugt mitelbar über mindestens eine Drossel, so dass das hydraulische Druckmitel dem Druckmitel raum gedrosselt zugeführt und/oder aus dem Druckmitel raum gedrosselt abgeführt wird.
Im Druckmitel-Ablauf, welcher der Entlastung des Steuerraums dient, ist vorzugsweise ein Druckmitel-Absteuerventil angeordnet. Mit Hilfe des Druckmitel-Absteuerventils kann der im Steuerraum herrschende Steuerdruck genau eingestellt werden.
Darüber hinaus wird ein Kraftstoffsystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, umfassend eine erfindungs gemäße Ventilanordnung zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail vorgeschlagen, da hierin eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung zu sehen ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnit durch eine erfindungsgemäße Ventilanord nung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnit durch eine erfindungsgemäße Ventilanord nung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 3 einen schematischen Längsschnit durch eine erste bevorzugte Ausführungs form eines Druckdifferenzbegrenzungsventils für eine erfindungsgemäße Ventilanord nung,
Fig. 4 einen schematischen Längsschnit durch eine zweite bevorzugte Ausfüh rungsform eines Druckdifferenzbegrenzungsventils für eine erfindungsgemäße Ventila nordnung und
Fig. 5 einen schematischen Längsschnit durch eine drite bevorzugte Ausführungs form eines Druckdifferenzbegrenzungsventils für eine erfindungsgemäße Ventilanord nung. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der Fig. 1 ist eine Ventilanordnung 1 zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail 2 eines Kraftstoffsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff zu entnehmen. Bei dem gasförmigen Kraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas handeln. Die dargestellte Ventilanordnung 1 weist hierzu ein erstes Ventil 3 auf, über welches das Gas-Rail 2 mit einem Gas-Zulauf 4 verbindbar ist, sowie ein zweites Ventil 5, das der Verbindung des Gas-Rails 2 mit einem Gas-Rücklauf 6 dient. Durch wahlweise Öffnen und Schließen der Ventile 3, 5 kann der Gasdruck im Gas-Rail 2 an gehoben oder gesenkt werden. Die beiden Ventile 3, 5 sind koaxial angeordnet und werden über einen ebenfalls koaxial angeordneten Steuerkolben 7 betätigt. Der Steu erkolben 7 begrenzt einen Steuerraum 8, der über einen Druckmittel-Zulauf 9 mit inte grierter Zulaufdrossel 17 mit einem hydraulischen Druckmittel, beispielsweise mit Die selkraftstoff, beaufschlagbar ist. Über ein Druckmittel-Absteuerventil 27 ist der Steuer raum 8 mit einem Druckmittel-Ablauf 10 verbindbar.
Füllt sich der Steuerraum 8 mit hydraulischem Druckmittel, steigt der Druck im Steuer raum 8 an. Der Steuerkolben 7 wird dadurch stirnseitig von einer hydraulischen Druck kraft beaufschlagt, die eine Verschiebung des Steuerkolbens 7 entgegen der Feder kraft einer Feder 28 in Richtung eines Ventilkolbens 29 bewirkt. Dies führt zum Schlie ßen des zweiten Ventils 5. Der Steuerkolben 7 führt nunmehr den Ventilkolben 29 mit, bis dieser zur Anlage an einen Ventilstößel 30 gelangt und diesen entgegen der Feder kraft einer Feder 31 aus einem Ventilsitz 32 hebt. Das erste Ventil 3 öffnet. Zum Schließen des ersten Ventils 3 wird der Steuerdruck im Steuerraum 8 gesenkt, so dass der Steuerkolben 7 über die Federkraft der Feder 28 in seine Ausgangslage zurückge stellt wird. Der Ventilkolben 29 folgt der Bewegung des Steuerkolbens 7, da er von der Federkraft einer Feder 33 beaufschlagt ist. Dabei löst sich der Ventilkolben 29 vom Ventilstößel 30, so dass die Feder 31 den Ventilstößel 30 in den Ventilsitz 32 zu ziehen vermag. Das erste Ventil 3 schließt. Die Bewegung des Ventilkolbens 29 wird durch ei nen anschlagbildenden Bund 34 begrenzt, so dass anschließend das zweite Ventil 5 wieder öffnet.
Um die Medien gasförmiger Kraftstoff und hydraulisches Druckmittel voneinander zu trennen, ist ein Dichtelement 11 vorgesehen, das vorliegend als metallischer Falten- balg ausgeführt ist. Das Dichtelement 11 ist einerseits am Steuerkolben 7, andererseits gehäuseseitig befestigt, so dass das Dichtelement 11 einen Gasraum 12 von einem Druckmittelraum 13 trennt. Am Dichtelement liegt somit einerseits der im Gasraum 12 herrschende Druck pi, andererseits der im Druckmittelraum 13 herrschende Druck p2 an. Da hohe Druckdifferenzen das Dichtelement 11 beschädigen können, gilt es Maß nahmen zu treffen, die derart hohe Druckdifferenzen verhindern. Die in der Fig. 1 dar gestellte Ventilanordnung 1 weist hierzu ein Druckdifferenzbegrenzungsventil 14 auf, das im Niederdruckbereich der Ventilanordnung 1 angeordnet ist.
In der Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 zur Gasdruckreglung in ei nem Gas-Rail 2 mit einem Druckdifferenzbegrenzungsventil 14 dargestellt, das - im Unterschied zur Fig. 1 - im Hochdruckbereich der Ventilanordnung 1 angeordnet ist. Darüber hinaus weist das zweite Ventil 5 einen hülsenförmigen Ventilkolben 29 auf, der hin- und herbeweglich auf dem Steuerkolben 7 geführt ist. Die Betätigung des ersten Ventils 3 erfolgt mittels einer Hülse 35, die an ihrem dem ersten Ventil 3 zugewandten Ende ein Betätigungselement 36 zur Kontaktierung des Ventilstößels 30 des ersten Ventils 30 besitzt. Das erste Ventil 30 ist im Übrigen gleich dem ersten Ventil 30 der in der Fig. 1 dargestellten Ventilanordnung 1 ausgebildet.
Das Dichtelement 11 der in der Fig. 2 dargestellten Ventilanordnung 1 wird innenseitig vom einem Druck beaufschlagt, welcher dem Regeldruck entspricht. Außenseitig liegt der im Steuerraum herrschende Steuerdruck an. Ein Druckausgleich kann über das Druckdifferenzbegrenzungsventil 14 hergestellt werden, so dass das Dichtelement 11 keinen Schaden nimmt.
Das Druckdifferenzbegrenzungsventil 14 der Ventilanordnung 1 der Fig. 1 und/oder der Ventilanordnung 1 der Fig. 2 kann entsprechend den in den Figuren 3 bis 5 dargestell ten Ausführungsbeispielen ausgeführt sein.
Der Fig. 3 ist ein Druckdifferenzbegrenzungsventil 14 zu entnehmen, das nach Art ei ner Druckwaage ausgebildet ist. Es umfasst einen hin- und herbeweglichen Kolben 15, der als Stufenkolben ausgeführt ist und einerseits mit dem im Gasraum 12 herrschen den Druck pi, andererseits von dem im Druckmittelraum 13 herrschenden Druck p2 be aufschlagt ist. Die auf den Kolben 15 wirkende Druckkraft wird dabei über die Durch messer Di und D2 bestimmt. Der Kolben 15 weist an seinem Ende, an dem der Druck Pi anliegt eine Dichtfläche 19 auf, die mit einem Ventilsitz 18 zusammenwirkt. Des Wei teren ist der Kolben 15 über die Federkraft einer Feder 20 gegen den Ventilsitz 18 vor gespannt. Eine weitere Feder 21 belastet den Kolben 15 in die entgegengesetzt Rich tung, so dass der Kolben 15 weitgehend kraftausgeglichen ist. Da jedoch der Durch messer Di kleiner als der Durchmesser D2 ist, wirkt auf den Kolben 15 eine hydrauli sche Druckkraft, die den Kolben 15 gegen den Ventilsitz 18 drückt. Fällt im Fehlerfall der Druck p2 im Druckmittelraum 13 plötzlich ab, führen die am Kolben 15 anliegenden Druckkräfte dazu, dass der Kolben 15 vom Ventilsitz 18 abhebt und das Druckdiffe renzbegrenzungsventil 14 öffnet. Bei geöffnetem Druckdifferenzbegrenzungsventil 14 ist eine Verbindung des Gasraum 12 mit dem zusätzlichen Gas- Rücklauf 16 herge stellt, so dass der Druck pi im Gasraum 12 ebenfalls abfällt, bis sich ein Druckgleich gewicht eingestellt hat. Die Bewegung des Kolbens 15 wird dabei durch eine Dros sel 23 gedämpft, die in einem Verbindungskanal 22 des Kolbens 15 ausgebildet ist.
Um eine Vermischung der Medien gasförmiger Kraftstoff und hydraulisches Druckmittel im Wege der Leckage über eine Führung des Kolbens 15 zu verhindern, weist auch das Druckdifferenzbegrenzungsventil 14 ein Dichtelement 24 auf, das vorliegend als Membran ausgeführt ist.
Der Fig. 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Druckdifferenzbegren zungsventils 14 für eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 zu entnehmen. Dieses unterscheidet sich von dem der Fig. 1 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der Membran ein Faltenbalg als Dichtelement 24 vorgesehen ist.
In der Fig. 5 ist darüber hinaus ein Druckdifferenzbegrenzungsventil 14 dargestellt, das einen Kolben 15 aufweist, der nur einfach gestuft ist und wiederum eine Membran als Dichtelement 24 aufweist. Mittels der Federkraft einer Feder 21 ist der Kolben 15 ge gen die Membran vorgespannt. Über das Flächenverhältnis der Durchmesser Di und D2 wird eine hydraulische Druckkraft bewirkt, die den Kolben 15 in Anlage mit dem Ven tilsitz 18 hält. Der Anschluss des Druckdifferenzbegrenzungsventils 14 an den Gas raum 12 ist hier seitlich abgeordnet, während der Anschluss an den zusätzlichen Gas- Rücklauf 16 koaxial zum Kolben 15 angeordnet ist.

Claims

Ansprüche
1. Ventilanordnung (1) zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail (2) eines Kraft stoffsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraft stoff, insbesondere mit Erdgas, umfassend ein erstes Ventil (3) zur Verbindung des Gas-Rails (2) mit einem Gas-Zulauf (4), ein zweites Ventil (5) zur Verbindung des Gas- Rails (2) mit einem Gas- Rücklauf (6) sowie einen Steuerkolben (7) zur Betätigung der beiden Ventile (3, 5), wobei der Steuerkolben (7) einen Steuerraum (8) begrenzt, der über einen Druckmittel-Zulauf (9) mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbar und über einen Druckmittel-Ablauf (10) entlastbar ist, ferner umfassend ein als Well oder Faltenbalg ausgeführtes Dichtelement (11), das zur Medientrennung zwischen ei nem Gasraum (12) und einem Druckmittelraum (13) angeordnet ist,
gekennzeichnet durch ein Druckdifferenzbegrenzungsventil (14) mit einem hin- und herbeweglichen Kolben (15), der einerseits von einem im Gasraum (12) herrschenden Druck (pi), andererseits von einem im Druckmittelraum (13) herrschenden Druck (p2) beaufschlagt ist, und bei Überschreiten einer am Kolben (15) anliegenden vorgegebe nen Druckdifferenz einen zusätzlichen Gas- Rücklauf (16) öffnet.
2. Ventilanordnung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (15) zum Freigeben und Verschließen des zusätzlichen Gas-Rücklaufs (16) eine mit einem Ventilsitz (18) zusammenwirkende Dichtfläche (19) aufweist, die vorzugsweise an einer Stirnfläche des Kolbens (15) aus gebildet ist.
3. Ventilanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (15) als Stufenkolben und/oder mehrteilig ausgeführt ist.
4. Ventilanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (15) von der Federkraft mindestens einer Feder (20, 21) beaufschlagt ist.
5. Ventilanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im Kolben (15) ein Verbindungskanal (22) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise im Verbindungskanal (22) eine Drossel (23) ausgebildet ist.
6. Ventilanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Druckdifferenzbegrenzungsventil (14) ein Dich telement (24) umfasst, das vorzugsweise als Membran, Wellbalg oder Faltenbalg aus geführt ist.
7. Ventilanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (12) mit dem Gas-Zulauf (4) verbunden ist und der Druckmittelraum (13) mit dem Steuerraum (8) verbunden ist.
8. Ventilanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (12) mit dem Gas- Rücklauf (6) verbun den ist und der Druckmittel- Raum (13), vorzugsweise mittelbar über mindestens eine Drossel (25, 26), mit dem Druckmittel-Zulauf (9) und/oder mit dem Druckmittel- Ablauf (10) verbunden ist.
9. Ventilanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Entlastung des Steuerraums (8) ein Druckmittel-
Absteuerventil (27) im Druckmittel-Ablauf (10) angeordnet ist.
10. Kraftstoffsystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmi gen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, umfassend eine Ventilanordnung (1) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche zur Gasdruckregelung in einem Gas-Rail (2).
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