DE2340480C3 - Membrangesteuertes Drucksteuerventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sch auf ein membrangesteuertes Drucksteuerventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, bei denen ein im Saugrohr angeordnetes Meßorgan von der Ansaugluft entgegen einer Rückstellkraft bewegt wird und als Rückstellkraft Druckflüssigkeit dient, die kontinuierlich und unter kontantem, jedoch durch mindestens ein Drucksteuerventil willkürlich änderbarem Druck durch eine Druckleitung gefördert das Meßorgan beaufschlagt, wobei das Drucksteuerventil als Flachsitzventil ausgebildet ist, bei dem die Vorspannung des gegenüber dem festen Ventilsitz beweglichen Ventilteils in Abhängigkeit von Kenngrößen änderbar ist und als bewegliches Ventilteil eine Stahlmembran dient.

Kraftstoffeinspritzanlagen dieser Art (DE-AS 19 60 144) haben den Zweck, für alle Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine selbsttätig ein günstiges Kraftstoff-Luft-Gemisch zu schaffen, um eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffes zu ermöglichen und dadurch bei höchstmöglicher Leistung der Brennkraftmaschine bzw. kleinstmöglichem Kraftstoffverbrauch das Entstehen von giftigen Abgasen zu vermeiden oder mindestens stark zu vermindern. Die Kraftstoffmenge muß daher den Erfordernissen jedes Betriebszustandes der Brennkraftmaschine entsprechend sehr genau zugemessen und die Proportionalität zwischen Luftmenge und Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von den Motorkenngrößen wie Drehzahl, Last und Temperatur geändert werden.

Die Änderung der Proportionalität zwischen der Luftmenge und der zugemessenen Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von den Motorkenngrößen erfolgt durch Änderung der Rückstellkraft auf das Meßorgan durch Drucksteuerventile, bei denen eine dünne federbelastete Stahlmembran gegen einen festen Ventilsitz arbeitet. Dieses Membran-Federsystem gerät in gewissen Druckbereichen in Eigenschwingungen, welche nicht nur einen unangenehmen Pfeifton, sondern auch Verschleißerscheinungen verursachen, so daß unzulässige Druckänderungen entstehen.

Es ist bereits bekannt (DE-PS / 23 188), zur Regelung der Kraftstoffzufuhr von Brennkraftmaschinen einen Servomotor vorzusehen, dessen bewegliches Teil durch mehrere schlüssig zueinander angeordnete Membranen gebadet wird. Dabei ist vorgesehen, die mehrschichtige Membran aus den Einzelschichten Leder, synthetischer Gummi und Seide aufzubauen. Hierdurch sollen die im Dauerbetrieb hohen Anforderungen an Festigkeit und Dichtheit der Membran gewährleistet werden.

Bei einem ebenfalls bekannten als Rachsitzventil ausgebildeten Membranventil (US-PS 14 U 187) ist das bewegliche Ventilteil ebenfalls aus mehreren Einzelmembranen zusammengesetzt, um einen höheren Arbeitsdruck bei ausreichender Elastizität der Membran zu gewährleisten. Dabei soll die Membran Vibrationsbewegungen gegenüber dem Ventilsitz ausführen. Bekannt ist ebenfalls ein membrangeführter Strömungswiderstand (DE-OS 2060 353) mit einem festen bzw. in Abhängigkeit vom Durchsatz veränderlichen Strömungsquerschnin. Dabei sind zwar ebenfalls zwei Membranen schlüssig zueinander angeordnet, jedoch nur in ihrem mittleren Bereich. Die eine Membran ist an ihrem Außenrand im Gehäuse der Vorrichtung eingespannt, um auf diese Weise flüssigkeitsdicht zwei Kammern zu trennen, während die andere Membran frei beweglich an ihrem Außenrand geführt ist. Diese freie Beweglichkeit der weiteren Membran führt dazu, daß diese Membran Vibrationsbewegungen gegenüber der ersten Membran ausführen kann. Bei den bekannten membrangesteuerten Vorrichtungen dient die Anordnung einer weiteren oder dritten Membran entweder dazu, um mit höheren Arbeitsdrükken bei ausreichender Elastitzität der Membran arbeiten zu können, die Dauerbelastbarkeit zu erhöhen oder zur Abdichtung zweier Druckkammern gegeneinander, jedoch nicht zur Verhinderung von Eigenschwingungen eines Membran-Federsystems, durch welche unangenehmene Pfeiftöne und Verschleißerscheinungen verursacht werden. Weiterhin besteht bei den bekannten membrangesteuerten Vorrichtungen die Gefahr, daß während der Montage oder während des Betriebes Schmutz, Luft oder Flüssigkeit zwischen die einzelnen Membranen gelangt, so daß das Steuerverhalten der Membran und damit die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein membrangesteuertes Drucksteuerventil der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem das Auftreten von Eigenschwingungen vermieden und die Funktionsfähigkeit sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der dem festen Ventilsitz abgewandten Seite der Stahlmembran eine weitere Stahlmembran schlüssig angeordnet ist, die eine Entlüftungsbohrung hat.

Durch das Beilegen der zweiten Membran wird die Ventilkennlinie nur unwesentlich verändert und das Dichtheitsverhalten nicht verschlechtert. Die Wahl einer dickeren Membran verhindert zwar auch das Auftreten von Schwingungen, verändert aber die Ventilkennlinie unzulässig und verhindert weiter das für die Dichtheit erforderliche Anschmiegen der dünnen Membran an dem festen Ventilsitz. Die beiden Membranen verhindern die Entstehung von Schwingungen nur, wenn sie flach aufeinander liegen. Es ist deshalb Bedingung, daß weder Schmutz, Luft oder Flüssigkeit zwischen die beiden Membranen gelangt oder eingespannt wird. Dies ist auch wegen der sonst möglichen Druckänderungen im Betrieb erforderlich. Deshalb ist in der zweiten Membran eine sogenannte Entlüftungsbohrung angeordnet, durch die bei der Montage Luft oder Flüssigkeit entweichen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig.] eine Kraftstoffeinspritzanlage mit zwei membrangesteuerten Drucksteuerventilen,

Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Drucksteuerventils.

Inderin Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage strömt die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung durch einen in einem Gehäuse 1 angeordneten Luftfilter 2, einen Saugruhrabschnitt 3, in dem ein Meßorgan 4 angordnet ist, einen Verbindungsschlauch 5 und einen Saugrohrabschnitt 6 mit einer willkürlich betätigbaren Drosselklappe 7 zu einem oder mehreren nicht dargestellten Zylindern einer Brennkraftmaschine. Das ,₅ Meßorgan 4 ist eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Platte und bewegt sich im Saugrohrabschnitt 3 nach einer annähernd linearen Funktion der durch das Saugrohr strömenden Luftmenge wobei für eine konstante am Meßorgan 4 angreifende Rückstellkraft sowie einen konstanten vor dem Meöorgan 4 herrschenden Luftdruck der zwischen Meßorgan 4 und Drosselklappe 7 herrschende Druck ebenfalls konstant bleibt

Das Meßorgan 4 steuert unmittelbar ein als ,5 Zumeßventil 8 ausgebildetes Mengenteilerventil.

Zur Übertragung der Verstellbewegung des Meßorgans 4 dient ein mit ihm verbundener Hebel 10, der auf einer Achse 9 möglichst reibungslos gelagert is! und bei seiner Schwenkbewegung mit einer Nase 1! das als _y) Schieber ausgebildete bewegliche Ventilteil 12 des Zumeßventils 8 betätigt. Die der Nase Il abgewandte Stirnseite 13 des Schiebers 12 wird von Druckflüssigkeit beaufschlagt, die als Rückstellkraft für das Meßorgan 4 dient. Die Ruhelage des Hebels 10 wird durch eine Stellschraube 14 bestimmt.

Die Kraftstoffversorgung erfolgt über eine Kraftstoffpumpe 16, die durch einen Elektromotor 17 angetrieben, den Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 18 ansaugt und ihn über eine Leitung dem Zumeßventil 8 zuführt. Von der Leitung 19 zweigt eine RUcklaufleitung 20 ab, in die ein Druckbegrenzungsventil (Druckhalteventil) 21 geschaltet ist. Aus der Leitung 19 gelangt der Kraftstoff in einen im Gehäuse des Zumeßventils 8 verlaufenden Kanal 22. Dieser Kanal 22 mündet in eine Ringnut 22a, die im Gehäuse des Zumeßventils 8 angeordnet ist, von der Bohrungen 226 zur Zylinderbohrung 23 führen, in der der Schieber 12 möglichst dicht axial verschiebbar geführt ist. Die Bohrungen 22ö münden dabei in die Zylinderbohrung 23 an einer Steile, an der der Schieber 12 eine Ringnut 24 bat, die somit ungedrosselt mit der Ringnut 22a in Verbindung steht und je nach Lage des Steuerschiebers 12 mehr oder weniger Steuerschlitze 25 überdeckt. Aus den Steuerschlitzen 25 gelangt der Kraftstoff in Kanäle 26, die zu den einzelnen nicht dargestellten Einspritzventilen im Saugrohr der Brennkraftmaschine führen. Aus der Ringnut 22a strömt der nicht in die Kanäle 26 gelangende Kraftstoff in den Kanal 22c zu einer Ringnut 22c/und von dort über Bohrungen 22t· in eine Leitung 27, die zu einem Drucksteuerventil 28 führt und von der eine Verbindung zur Zylinderbohrung 23 des Schiebers 12 auf dessen Stirnseite 13 besteht. I η dieser Verbindung ist eine Drossel 23a vorgesehen, durch welche die Bewegungen des Schiebers 12 gedämpft werden. Im ₍,₅ Kanalabschnitt 22c ist ebenfalls eine Drossel vorgesehen, um den Einfluß von Druckänderungen im Zumeßsystem auf das Rückstellsystem so gering wie

45 möglich zu halten. Das Drucksteuerventil 28 ist als Membranventil, und zwar als Flachsitzventil ausgebildet mit einem festen Ventilsitz 27a und einer ersten Membran 29 als beweglichem Ventilteil, auf deren dem festen Ventilsitz 27a abgewandten Seite eine zweite Membran 29a schlüssig angeordnet ist. Es genügt schon eine ganz geringe Bewegung der ersten Membran 29, um den vollen Ventilquerschnitt als Ringquerschnitt zu öffnen. Der überströmende Kraftstoff gelangt dann durch eine Leitung 30 drucklos zurück in den Kraftstoffbehälter 18. Die erste Membran 29 ist durch eine Feder 31 belastet, deren Vorspannung durch von Motorkenngrößen abhängige Stellgrößen änderbar ist. Hierfür dient ein Raumnocken 32, der mit der Drosselklappe 7 verdrehbar und in Abhängigkeit von dem stromabwärts der Drosselklappe 7 im Saugrohr herrschenden Unterdruck axial verschiebbar ist.

Der Raumnocken 32 ist hierfür auf der Welle 33 der Drosselklappe 7, die über einen Hebel 34 willkürlich verdrehbar ist, axial verschiebbar gelagert. Die Drehbewegung der Welle 3i wird durch einen Mitnahmewinkel 35 auf den Raumnocken Ϊ2 übertragen. Der Raumnokken 32 ist mit seiner einen Stirnseite an der Membran J6 einer Unterdruckkammer 37 drehbar befestigt. Die Unterdruckkammer 37 ist durch eine Leitung }8 mit einer stromabwärts der Drosselklappe gelegenen Stelle des Saugrohrs verbunden. Bei ausreichendem Unterdruck wird der Rauninocken 32 durch die Membran 36 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder }9 axial verschoben. Der Raumnocken wird durch einen Slift 40 abgetastet, dessen Stellbewegung über einen Federteller 41 auf die Feder 31 übertragen wird, deren Vorspannung den Druck für die Rückstellkraft des Meßorgans 4 bestimmt.

Von der Leitung 27 zweigt eine Leitung 67 ab, die zu einem zweiten Drucksteuerventil 68 führt, inn dann von dort über einen Rücklauf 69 drucklos zum Kraftstoffbehälter 18 zu gelangen. Durch das Drucksteuerventil ist der Druck für die Rückstellkraft des Schiebers 12 bzw. des Meßorgans 4 in Abhängigkeit von der Motortemperatur steuerbar. Als Drucksteuerventil dient ein Flachsitzventil dessen Durchfluß durch eine erste Membran 71 gesteuert wird, welche mit einem festen Ventilsitz 70 zusammenarbeitet und durch eine Feder 72 in Schlieürichtung des Ventils belastet ist. Auf der dem festen Ventilsitz 70 abgewandten Seite der ersten Membran 71 ist eine zweite Membran 71a schlüssig angeordnet. Der Kraftstoff strömt über die Leitung 67 und den Ventilsitz 70 in einen Raum 73 und von dort drucklos über den Rücklauf 69 zum Kraftstoffbehälter 18.

Der Kraftstoffbehälter 18 steht unter atmosphärischem Druck, so daß auch im Raum 73 annähernd Atmosphärendruck herrscht. Der vom Raum 73 durch die Membran 72 abgetrennte, die Feder 72 aufnehmende Raum 74 ist ein Teil einer die Drosselklappe des Saugrohres umgehenden Bypassleitung 75, 75-i, von der nur die Mündungen in das Saugrohr und in das Drucksteuerventil 68 dargestellt sind. In diesem Raum 74 ist ein Kolbenschieber 76 angeordnet, der den Querschnitt der Bypassluftleitung 75, 75a steuert und der außerdem als Federteller der Feder 72 dient.

Die Versteilung dieses Kolbenschiebers 76 erfolgt durch ein temperaturabhängig arbeitendes Glied 78 (Dehnstoffregler), wodurch bei kaltem Motor die Feder 72 weniger zusammengedrückt und der Bypass 75 weiter geöffnet ist als bei warmem Motor. Demzufolge strömt bei kaltem Motor mehr Flüssiskeit durch das

Ventil 68 und damit ist der Druck der als Rückstellkraft wirkenden Flüssigkeit geringer und die eingespritzte Kraftstoff menge im Verhältnis zur Luftmenge größer.

In F i g. 2 ist ein Ausschnitt des Drucksteuerventils 28 vergrößert dargestellt und zeigt die erste Membran 29 und die zweite Membran 29a mit einer Entlüftungsbohrung 80.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Kraftstoffeinsprilzanlage im betriebswarmen Zustand des Motors ist folgende:

Bei laufender Brennkraftmaschine wird durch die von dem Elektromotor 17 angetriebene Pumpe 16 Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 18 angesaugt und über die Leitung 19 dem Zumeßventil 8 zugeführt. Gleichzeitig wird durch die Brennkraftmaschine über das Saugrohr 3, 5, 6 Luft angesaugt, durch die das Meßorgan 4 eine gewisse Auslenkung aus seiner Ruhelage erfährt.

Entsprechend dieser Auslenkung des Meßorgans 4 wird über den Hebel 10 auch der Schieber 12 verschoben, der dabei einen größeren Querschnitt der Steuerschlitze 25 freigibt. Die hierdurch zu den Motorventilen gelangende Kraftstoffmenge entspricht somit der Stellgröße des Meßorgans 4. Aus der Ringnut 24 strömt der restliche Kraftstoff weiter zur Stirnseite des Schiebers 12 und von dort zu den parallelgeschalteten Drucksteuerventilen 28 und 68.

Die direkte Kopplung des Meßorgans 4 mit dem Steuerschieber 12 ergibt ein konstantes Verhältnis von Luftmenge und zugemessener Kraftstoffmenge, sofern die Kennlinien dieser beiden Organe hinreichend linear sind, was an sich angestrebt wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis würde dann über den ganzen Betriebsbereich des Motors konstant sein. Es ist aber, wie eingangs angeführt, erforderlich, je nach dem Abschnitt des Betriebsbereichs des Motors das Kraftstoff-Luft-Gemisch reicher oder ärmer zu halten, was erfindungsgemäß durch Änderung der Rückstellkraft des Meßorgans 4 erfolgt.

Meßgrößen für Last und Drehzahl sind Drosselklappenstellung und Saugrohrunterdruck, so daß die Rückstellkraft zweckmäßig in Abhängigkeit von diesen geändert wird. Dies erfolgt dadurch, daß je nach Stellung der Drosselklappe 7 bzw. je nach Höhe des Druckes im Saugrohr durch entsprechendes Verdrehen

bzw. axiales Verschieben des Raumnockens 32 die Kraft der Feder 31 des Drucksteuerventils 28 geändert wird. Steht beispielsweise bei Vollast die Drosselklappe in einer Stellung, in der das Saugrohr voll geöffnet ist, so wünscht man die höchste Leistung, d. h. ein relativ reiches Gemisch. Da die Vorspannung der Feder 31 des Drucksteuerventils 28 den Druck des Kraftstoffes bestimmt, der die Stirnseite 13 des Schiebers 12 beaufschlagt, muß die am Meßorgan 4 angreifende Rückstellkraft gering verringert werden, so daß der Schieber 12 in eine Stellung verschoben wird, in der die Steuerschlitze 25 weiter geöffnet sind und eine entsprechend größere Kraftstoffmenge zur Einspritzung gelangt. Umgekehrt erfolgt im Teillastbetrieb durch einen relativ höheren Druck auf der Stirnseite 13 des Schiebers 12 ein relativ kleiner Ausschlag des Meßorgans 4, wodurch das Gemisch verarmt wird.

Im Schiebebetrieb hingegen wird auf Grund des starken Unterdrucks im Saugrohr der Raumnocken 32 sehr weit entgegen der Kraft der Feder 39 verschoben, so daß die Feder 31 des Druckregelventils stark angespannt wird. Dadurch wird die Rückstellkraft des Meßorgans 4 entsprechend erhöht, so daß trotz der geringen »Leckiuftmengen«, die an der an sich geschlossenen Drosselklappe
Auslenkung des Meßorgans
Kraftstoffeinspritzung erfolgt.

Solange der Motor kalt
Drucksteuerventil 68 eine Anreicherung des Kraftstoffs im Kraftstoff-Luft-Gemisch erzielt, da der als Rückstellkraft dienende Druck verringert ist. Dadurch, daß ein Teil der Luft durch den Bypasskanal 75 strömt, wird das Meßorgan 4 stärker ausgelenkt als der Drosselklappenstellung entspricht, so daß entsprechend dieser Auslenkung schon an sich mehr Kraftstoff zugemessen wird.

Der Druck des Kraftstoffs, der die Stirnfläche 13 des Schiebers 12 beaufschlagt und als Rückstellkraft des Meßorgans 4 wirkt, wird also an sich konstant gehalten und nur in Abhängigkeit von Motorkenngrößen in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel von der Stellung der Drosselklappe, also lastabhängig, sowie von denn Unterdruck im Saugrohr, also auch drehzahlabhängig geändert.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Membrangesteoertes Drucksteuerventil für Kraflstoffeinspritzanbgen von Brennkraftmaschinen, bei denen ein im Saugrohr angeordnetes MeOorgan von der Ansaugluft entgegen einer Rückstellkraft bewegt wild und als Rückstellkraft Druckflüssigkeit dient, die kontinuierlich und unter konstantem, jedoch durch mindestens ein Drucksteuerventil wülkürfich änderbarem Druck durch eine Druckleitung gefördert das Meßorgan beaufschlagt, wobei das Drucksteuerventil als Flachsitzventil ausgebildet ist, bei dem die Vorspannung des gegenüber dem festen Ventilsitz beweglichen Ventilteils in Abhängigkeit von Kenngrößen änderbar ist und als bewegliches Ventilteil eine Stahlmembran dient, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem festen Ventilsitz (27a, 70) abgewandten Seite der Stahbnembran (29, 71) eine weitere Stahlmembran (29a, 7IaJ schlüssig angeordnet ist, die eine Entlüftungsbohrung (80) hat