DE3315705C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Drucksteuerventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Drucksteuerventil bekannt (DE 31 09 560 A1), bei dem der durch die Prallplatte gesteuerte Druck für bestimmte Steuervorgänge nicht ausreicht.

Der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, das Drucksteuerventil so auszulegen, daß auch für bestimmte Steuervorgänge ein höherer als der normal gesteuerte Druck gesteuert werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Drucksteuerventiles möglich. Besonders vorteilhaft ist die Steuerung eines zweiten Steuerventiles durch die Prallplatte.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einem Drucksteuerventil,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Drucksteuerventiles,

Fig. 3 eine Führungsmembran eines Drucksteuerventiles,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Drucksteuerventiles.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei der in Fig. 1 beispielsweise dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage sind mit 1 Zumeßventile dargestellt, wobei jedem Zylinder einer nicht dargestellten gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine ein Zumeßventil 1 zugeordnet ist, an dem eine zur von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge in einem bestimmten Verhältnis stehende Kraftstoffmenge zugemessen wird. Die dargestellte Kraftstoffeinspritzanlage weist vier Zumeßventile 1 auf und ist somit für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine bestimmt. Der Querschnitt der Zumeßventile ist beispielsweise gemeinsam, wie angedeutet, durch ein Betätigungselement 2 in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine änderbar, beispielsweise in bekannter Weise in Abhängigkeit von der durch die Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge. Die Zumeßventile 1 liegen in einer Kraftstoffversorgungsleitung 3, in die von einer durch einen Elektromotor 4 angetriebenen Kraftstoffpumpe 5 aus einem Kraftstoffbehälter 6 Kraftstoff gefördert wird. In der Kraftstoffversorgungsleitung 3 ist ein Druckbegrenzungsventil 9 angeordnet, das den in der Kraftstoffversorgungsleitung 3 herrschenden Kraftstoffdruck begrenzt und bei Überschreiten Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 6 zurückfließen läßt. Stromaufwärts der Abzweigung 7 zum Druckbegrenzungsventil 9 ist in der Kraftstoffversorgungsleitung 3 ein Druckreduzierventil 8 angeordnet, das den von der Kraftstoffpumpe 5 erzeugten Kraftstoffdruck von beispielsweise 5,8 bar auf beispielsweise 5,4 bar reduziert.

Stromabwärts jedes Zumeßventils 1 ist eine Leitung 11 vorgesehen, über die der zugemessene Kraftstoff in eine Regelkammer 12 eines jedem Zumeßventil 1 gesondert zugeordneten Regelventiles 13 gelangt. Die Regelkammer 12 des Regelventiles 13 ist durch ein beispielsweise als Membran 14 ausgebildetes bewegliches Ventilteil von einer Steuerkammer 15 des Regelventiles 13 getrennt. Die Membran 14 des Regelventiles 13 arbeitet mit einem in der Regelkammer 12 vorgesehenen festen Ventilsitz 16 zusammen, über den der zugemessene Kraftstoff aus der Regelkammer 12 zu den einzelnen Einspritzventilen 10, von denen nur eines dargestellt ist, im Saugrohr der Brennkraftmaschine strömen kann. In der Regelkammer 12 ist eine Differenzdruckfeder 18 angeordnet, die sich an der Membran 14 abstützt.

Von der Kraftstoffversorgungsleitung 3 zweigt eine Leitung 19 ab, die über ein elektromagnetisch betätigbares Drucksteuerventil 20 in Düse-Prallplatte-Bauart in eine Steuerdruckleitung 21 mündet. Stromabwärts des Drucksteuerventiles 20 sind in der Steuerdruckleitung 21 die Steuerkammern 15 der Regelventile 13 und stromabwärts der Steuerkammern 15 ist eine Steuerdrossel 23 angeordnet. Über die Steuerdrossel 23 kann Kraftstoff aus der Steuerdruckleitung 21 in eine Abströmleitung 24 strömen. Die Ansteuerung des Drucksteuerventiles 20 erfolgt über ein elektronisches Steuergerät 32 in Abhängigkeit von entsprechend eingegebenen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine wie Drehzahl 33, Drosselklappenstellung 34, Temperatur 35, Abgaszusammensetzung (Sauerstoffsonde) 36 und anderen. Die Ansteuerung des Drucksteuerventiles 20 durch das elektronische Steuergerät 32 kann dabei analog oder getaktet erfolgen. Im nicht erregten Zustand des Drucksteuerventiles 20 kann durch geeignete Federkräfte oder Permanentmagneten das Drucksteuerventil 20 so ausgelegt sein, daß sich am Drucksteuerventil 20 eine Druckdifferenz einstellt, die auch bei Ausfallen der elektrischen Ansteuerung einen Notlauf der Brennkraftmaschine gewährleistet.

Das beispielsweise in der Zeichnung dargestellte Druckbegrenzungsventil 9 weist einen Regelkolben 27 auf, der vom Kraftstoffdruck in der Leitung 19 entgegen der Kraft einer Regelfeder 28 verschoben werden kann, so daß über eine Regelkante 29 Kraftstoff aus der Leitung 19 in eine Rückströmleitung 30 strömen und zum Kraftstoffbehälter 6 zurückfließen kann. Durch den öffnenden Regelkolben 27 kann gleichzeitig ein Absperrventil 31 geöffnet werden. Hierfür greift der öffnende Regelkolben 27 bei fördernder Kraftstoffpumpe 5 an einem Betätigungsstift 38 an, der das bewegliche Ventilteil 39 des Absperrventils 31 entgegen der Kraft einer Absperrfeder 40 in Öffnungsrichtung verschiebt. Wird die Brennkraftmaschine abgestellt, so erfolgt durch die Elektrokraftstoffpumpe 4, 5 keine Kraftstofförderung mehr, und das Druckbegrenzungsventil 9 schließt. Gleichzeitig verschiebt die an dem Betätigungsstift 38 angreifende Absperrfeder 40 das bewegliche Ventilteil 39 des Absperrventils 31 in Schließstellung. Stromabwärts der Steuerdrossel 23 gelangt der Kraftstoff in die Abströmleitung 24, in der auch das Absperrventil 31 angeordnet ist. Bei nicht fördernder Kraftstoffpumpe wird somit durch das geschlossene Absperrventil 31 verhindert, daß Kraftstoff aus der Steuerdruckleitung 21 auslecken kann und damit erreicht, daß die Kraftstoffeinspritzanlage für einen erneuten Start der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff gefüllt bleibt.

Von der Kraftstoffversorgungsleitung 3 stromaufwärts des Druckreduzierventiles 8 zweigt eine Hochdruckleitung 42 zum Drucksteuerventil 20 ab.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksteuerventiles 20 ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist zwischen eine untere Gehäusehälfte 72 und eine obere Gehäusehälfte 73 eine Führungsmembran 74 eingespannt, die in Fig. 3 in Draufsicht dargestellt ist. Mit 75 ist eine Zuflußöffnung bezeichnet, die mit der Leitung 19 und damit mit der Kraftstoffversorgungsleitung 3 in Verbindung steht. Die Zuflußöffnung 75 mündet über eine vertikal gerichtete, als Steuerventilsitz dienende Düse 76 in einen von der unteren Gehäusehälfte 72 und der oberen Gehäusehälfte 73 umschlossenen Arbeitsraum 77. Von dem Arbeitsraum 77 führt eine Abflußöffnung 78, beispielsweise in der oberen Gehäusehälfte 73 ausgebildet, zur Steuerdruckleitung 21. Die Führungsmembran 74 weist einen zwischen den beiden Gehäusehälften 72, 73 eingespannten Einspannbereich 79 auf. Aus der Führungsmembran 74 ist ein als Prallplatte dienender Steuerbereich 80 ausgespart, der einerseits mit einem Torsionsbereich 81 verbunden ist, während sein anderes Ende frei bewegbar ist und mit dem Steuerventilsitz 76 zusammenwirkt. Dem Steuerbereich 80 abgewandt ist ein ebenfalls aus der Führungsmembran 74 ausgesparter Federbereich 82 mit dem Torsionsbereich 81 verbunden. Eine Druckfeder 83 stützt sich einerseits an der oberen Gehäusehälfte 73 und andererseits an dem Federbereich 82 ab und drückt diesen Federbereich gegen eine Einstellschraube 84, die in die untere Gehäusehälfte 72 eingeschraubt ist und in den Arbeitsraum 77 ragt. Durch axiales Verstellen der Einstellschraube 84 erfolgt eine entsprechende Verspannung des Federbereiches 82, wodurch der Steuerbereich 80 mehr oder weniger gegen die aus der unteren Gehäusehälfte 72 in den Arbeitsraum 77 ragenden und als Steuerventilsitz dienende Düse 76 bewegt wird. Hierdurch läßt sich auch erreichen, daß bei größeren geregelten Druckdifferenzen ein überproportionales Verhältnis zwischen Druckdifferenz und Erregerstrom des Steuerdruckventiles 20 besteht. Der als Prallplatte dienende Steuerbereich 80 bildet somit mit der Düse 76 ein erstes Steuerventil nach der Düsen-Prallplatte-Bauart. Symmetrisch zu dem eine Torsionsachse bildenden Torsionsbereich 81 ist ein scheibenförmiger Anker 85 angeordnet und mit dem Steuerbereich 80 verbunden. Dabei durchgreift der Anker 85 mit einem Ansatz 86 einen Durchbruch 87 im Steuerbereich 80 während ein weiterer Ansatz 88 des Ankers andererseits des Torsionsbereiches 81 einen Durchbruch 89 durchragt. Die federelastische Lagerung ist nahezu reibungsfrei, so daß Hysterese vermieden wird. Durch die untere Gehäusehälfte 72 ragt ein Polschuh 90 auf den Ansatz 86 des Ankers 85 ausgerichtet in den Arbeitsraum 77, während ein weiterer Polschuh 91 ebenfalls durch die untere Gehäusehälfte 72 auf den Ansatz 88 des Ankers 85 ausgerichtet in den Arbeitsraum 77 ragt. Zwischen dem Polschuh 90 und dem Ansatz 86 wird ein Luftspalt 92 und zwischen dem Ansatz 88 und dem Polschuh 91 ein Luftspalt 93 gebildet. Fluchtend zum Polschuh 90 ragt durch die obere Gehäusehälfte 73 ein Polschuh 94 in den Arbeitsraum 77 und fluchtend zu dem Polschuh 91 ein Polschuh 95. Zwischen dem Polschuh 94 und der zugewandten Stirnfläche 96 des Ankers 85 wird ein Luftspalt 97 und zwischen dem Polschuh 95 und der Stirnfläche 96 ein Luftspalt 98 gebildet. Zwischen den Polschuhen 90 und 91 und andererseits 94 und 95 ist eine die Gehäusehälften 72, 73 umgreifende erste Elektromagnetspule 99 angeordnet. Die Polschuhe 94, 95 sind gabelförmig an einem Joch 100 ausgebildet, das die erste Elektromagnetspule 99 umgreift und andererseits an einem Permanentmagneten 101 anliegt, an dem andererseits ein Joch 103 angreift, an dem die Polschuhe 90, 91 ausgebildet sind und das andererseits die erste Elektromagnetspule 99 umgreift. In nicht erregtem Zustand der ersten Elektromagnetspule 99 wird entsprechend der über die Einstellschraube 84 und den Federbereich 82 an dem Steuerbereich 80 vorgegebenen Spannung zwischen der Düse 76 und dem Steuerbereich 80 eine Druckdifferenz eingeregelt, die eine ausreichende Kraftstoffzumessung im Normalbetrieb oder für einen Notlauf der Brennkraftmaschine bei Ausfall des elektronischen Steuergerätes 32 erlaubt. Die Joche 100 und 103 werden durch den Permanentmagneten 101 magnetisch polarisiert, so daß beispielsweise das Magnetfeld des Permanentmagneten 101 einerseits von dem Joch 100 über den Polschuh 95, den Luftspalt 98, den Anker 85, den Luftspalt 93, den Polschuh 91 zum Joch 103 verläuft und andererseits über den Polschuh 94, den Luftspalt 97, den Anker 85, den Luftspalt 92, den Polschuh 90 zum Joch 103. Im nichterregten Zustand der ersten Elektromagnetspule 99, also bei einem Erregerstrom I=0, sollen die Permanentmagnetkräfte am Anker 85 kein wesentliches Drehmoment hervorrufen, so daß an der Düse 76 des Drucksteuerventiles 20 eine Druckdifferenz geregelt wird, die von der Magnetisierung des Permanentmagneten 101 unabhängig und somit besonders konstant ist.

Wird nun ein positiver Erregerstrom I der ersten Elektromagnetspule 99 zugeführt, so baut sich ein Elektromagnetfeld in bestimmter Richtung auf, z. B. einerseits vom Polschuh 95 über den Luftspalt 98, den Anker 85, den Luftspalt 97 zum Polschuh 94 und andererseits vom Polschuh 91 über den Luftspalt 93 zum Anker 85 und über den Luftspalt 92 zum Polschuh 90. Hierbei verläuft der magnetische Fluß von Elektromagnetfeld und Permanentfeld in den Luftspalten 92 und 98 jeweils in gleicher Richtung, sie addieren sich also, während die Magnetfelder von Elektromagnet und Permanentmagnet in den Luftspalten 93 und 97 entgegengerichtet verlaufen, so daß sie sich subtrahieren. Hierdurch wird der Ansatz 86 des Ankers 85 stärker zum Polschuh 90 und das andere Ende des Ankers 85 stärker zum Polschuh 95 gezogen, wodurch der Steuerbereich 80 um den Torsionsbereich 81 geschwenkt mehr die Düse 76 verschließt, so daß ein größerer Differenzdruck geregelt wird. Dabei herrscht zwischen dem Erregerstrom I und der Druckdifferenz ein bestimmtes Verhältnis. Durch die Überlagerung eines Permanentmagnetkreises mit einem Elektromagnetkreis ist eine wesentlich geringere Ansteuerleistung des Elektromagnetkreises erforderlich. Außerdem kann durch entsprechende Schwächung oder Verstärkung des Permanentmagneten 101 die Regelkennlinie des Drucksteuerventiles 20 in gewünschter Weise beeinflußt werden. Bei Umkehr der Richtung des Erregerstromes I wird der Anker 85 an den Polschuhen 94 und 91 stärker angezogen, so daß der Steuerbereich 80 die Düse 76 weiter öffnet und an der Düse 76 nahezu keine Druckdifferenz mehr auftritt. Durch die Stromumkehr läßt sich beim Vorliegen von den Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Steuersignalen, z. B. Drehzahl oberhalb Leerlaufdrehzahl und Drosselklappe geschlossen bei geringer elektrischer Leistung ein gewünschtes Unterbrechen der Kraftstoffeinspritzung dadurch erreichen, daß die Prallplatte 80 mit ihrer der Düse 76 abgewandten Seite an einem beweglichen Ventilteil 104 eines zweiten Steuerventiles 105 angreift und das zweite Steuerventil 105 öffnend vom Hochdruckventilsitz 106 abhebt.

Das bewegliche Ventilteil 104 des zweiten Steuerventils 105 wird in Schließrichtung durch eine Ventilfeder 107 beaufschlagt. Das zweite Steuerventil 105 sperrt im geschlossenen Zustand die Verbindung von der Hochdruckleitung 42 zum Arbeitsraum 77. Im Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine wird das zweite Steuerventil 105 in der beschriebenen Weise geöffnet, und der Kraftstoffdruck in der Hochdruckleitung 42 wird in dem Arbeitsraum 77 wirksam und somit auch in den Steuerkammern 15 der Regelventile 13, wodurch die Membranen 14 der Regelventile 13 an den Ventilsitzen 16 zum Anliegen kommen und eine weitere Kraftstoffeinspritzung unterbrochen wird. Vorzugsweise in der Düse 76 ist ein in Richtung zum Steuerventilsitz 76 hin öffnendes Rückschlagventil 108 angeordnet, das bei geöffnetem zweiten Steuerventil 105 aufgrund des in dem Arbeitsraum 77 herrschenden höheren Druckes schließt.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksteuerventiles 20 sind die gegenüber den Fig. 2 und 3 gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Das zweite Steuerventil 105 wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 durch den Hochdruckventilsitz 106 und das freie Ende des Federbereiches 82 gebildet, wobei das freie Ende des Federbereiches 82 unter Federspannung an dem Hochdruckventilsitz 106 anliegt, an dem die Hochdruckleitung 42 mündet. Zwischen Zusatzpolen 109 und 110 ist an dem Federbereich 82 ein Zusatzanker 111 angeordnet. Beispielsweise auf dem Joch 100 ist eine zweite Elektromagnetspule 112 gelagert, die nur bei den Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Steuersignalen erregt wird und dabei ein Elektromagnetfeld erzeugt, durch das über den Zusatzanker 111 das freie Ende des Federbereiches 82 von dem Hochdruckventilsitz 106 abgehoben wird und somit die Hochdruckleitung 42 zum Arbeitsraum 77 öffnet, wodurch der Druck in den Steuerkammern 15 der Regelventile 13 ansteigt und die Regelventile 13 geschlossen werden.

Claims (4)

1. Drucksteuerventil mit einem eine Prallplatte als bewegliches Ventilteil aufweisenden ersten Steuerventil, die einen Steuerventilsitz mehr oder weniger zu einem Arbeitsraum öffnet und an der ein Anker angreift, der in einem durch eine erste Elektromagnetspule erzeugten Elektromagnetfeld und einem Permanentmagnetfeld liegt und scheibenförmig ausgebildet zwischen je zwei beiderseits des Ankers mit Luftspalt vorgesehenen Polschuhen schwenkbar gelagert ist, wobei die jeweils auf einer Seite des Ankers liegenden Polschuhe die gleiche durch den Permanentmagneten hervorgerufene magnetische Polarität haben und das Elektromagnetfeld an einem Polschuh auf jeder Seite des Ankers in gleicher und an dem anderen und dem am Anker fluchtend gegenüberliegenden Polschuh in entgegengesetzter Richtung des Permanentmagnetfeldes verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig ein zweites Steuerventil (105), bestehend aus einem beweglichen Ventilteil und einem Hochdruckventilsitz, vorgesehen ist, über das in geöffnetem Zustand der Arbeitsraum (77) mit einem Steuermedium höheren Druckes verbindbar ist als über das erste Steuerventil (76, 80).

2. Drucksteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Ventilteil (104) des zweiten Steuerventiles (105) bei einer elektromagnetischen Betätigung der Prallplatte (80) vom Steuerventilsitz (76) des ersten Steuerventiles weg durch die Prallplatte (80) in Öffnungsrichtung betätigbar ist.

3. Drucksteuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts des Steuerventilsitzes (76) des ersten Steuerventiles ein in Strömungsrichtung zum Steuerventilsitz (76) hin öffnendes Rückschlagventil (108) angeordnet ist.

4. Drucksteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als mit dem Hochdruckventilsitz (106) zusammenwirkendes bewegliches Ventilteil des zweiten Steuerventiles (105) das dem Steuerventilsitz (76) abgewandte Ende (82) der Prallplatte (80) dient, das bei einer Erregung einer zweiten Elektromagnetspule (112) angezogen wird und den Hochdruckventilsitz (106) des zweiten Steuerventiles (105) öffnet.