DE2458630A1

DE2458630A1 - Kraftstoffventil

Info

Publication number: DE2458630A1
Application number: DE19742458630
Authority: DE
Inventors: Elmer A Haase; James M Kirwin
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1973-12-19
Filing date: 1974-12-11
Publication date: 1975-07-03
Also published as: DE2458630C2; CA1001506A; IT1026936B; FR2255534A1; JPS6143947Y2; US3926162A; JPS50100627A; FR2255534B1; JPS6026273U; GB1441694A

Description

Kraftstoffventil

Die Erfindung betrifft ein auf Druckunterschiede ansprechendes Ventil mit einem durch eine Trennwand in zwei Kammern unterteilten Gehäuse, wobei eine der Kammern eine auf Druckunterschiede ansprechende, bewegliche Wand aufweist, die einen festen mittleren Abschnitt hat, an welchem eine Stange befestigt ist, die ihrerseits in axialer Richtung zu der anderern Kammer verläuft und die Trennwand über einen abgedichteten Durchgang durchsetzt, welcher eine axiale Bewegung der Stange zuläßt.

Die Erfindung stellt eine Verbesserung eines solchen Ventiles dar, wie es bei der Vorrichtung zur Regelung der Kraftstoffzufuhr verwendet wird, die in der US-PS 3 114 359 dargestellt und beschrieben ist. Dieses Ventil ist so aufgebaut, daß das Strömen von Kraftstoff durch eine Richtkraft, die von einer auf Unterschiede von Luftdrucken ansprechenden Membran erzeugt wird, und

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durch eine entgegengerichtete Kraft, welche durch eine auf den Druck des Kraftstoffes ansprechende Membran erzeugt wird, gesteuert wird. Diese Kräfte werden auf ein von einer Stange betätigtes Kraftstoffventil ausgeübt, so daß das Strömen von Kraftstoff zum Motor in Abhängigkeit von der zum Motor strömenden Luftmasse gesteuert wird.

Auf den Betätigungsstößel des Ventiles können Störkräfte > ^Ζ·^Β· durch Federn hervorgerufene Belastungen,auf Reibung zurückzuführende Belastungen oder dergleichen ausgeübt werden, wodurch das Kräftegleichgewicht zwischen der auf den Luftdruck ansprechenden Membran und der auf den Kraftstoffdruck ansprechenden Membran zerstört wird. Es versteht sich, daß derartige Störkräfte vorteilhafterweise eliminiert werden oder zumindest so klein wie möglich gehalten werden. Solche Störkräfte stellen insbesondere dann ein Problem dar, wenn die von der auf den Luftdruck ansprechenden Membran erzeugte Kraft verhältnismäßig klein ist, wie das z.B. beim Leerlauf des Motors der Fall ist, wenn die geringste Kraftstoffmenge zum Motor strömt. Ein besonderer Problemkreis ist darauf zurückzuführen, daß in dem Ventil eine Strömungsmitte1-dichte Dichtung erforderlich ist, durch welche die unter einem gewissen Druck stehende Luft und der unter gewissem Druck stehende Kraftstoff voneinander getrennt werden und welche von dem Ventilbetätigungsstößel durchsetzt wird. Von den vielfältigen bekannten derartigen Dichtungen sei beispielsweise die in der US-PS 3 im 359 offenbarte Dichtung angeführt. Diese kann vom Gesichtspunkt der reibungsbedingten Hemmung her nicht vollständig befriedigen. Eine solche Hemmung wird von der Dichtung

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auf die Betätigungsstange ausgeübt, welche verschiebbar durch die Dichtung verläuft. Dieses Verschieben führt auch zu einer Abnützung der Dichtung. Aus dem komplizierten Aufbau einer solchen Dichtanordnung ergeben sich unmittelbar auch Schwierigkeiten beim Zusammenbau und Auseinanderbau derselben. Dieser komplizierte Aufbau bringt auch höhere Herstellungs- und Wartungskosten mit sich.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Ventil der oben angeführten Art geschaffen werden, bei dem eine etwa durch Falzen fest mit einer auf Druckunterschiede ansprechenden, beweglichen Wand verbundene Stange über einen abgedichteten Durchgang einen Wandabschnitt durchquert, wobei der abgedichtete Durchgang einen einfachen Aufbau aufweist, leicht zusammenzubauen ist, die Drucke auf beiden Seiten der Trennverwand verläßlich voneinander trennt und eine axiale Bewegung dieser Stange erlaubt, ohne auf dieselbe nicht erwünschte.Kräfte auszuüben.

Erfindungsgemäß weist der abgedichtete Durchgang einen Balg auf, welcher die Stange umgibt und dessen eines Ende mit der Trennwand verbunden ist, und sie weist Verbindungsmittel auf, durch welche das andere Ende des Balges fest und eine Dichtung bildend mit der Stange verbunden wird.

Im folgenden wird ein Äusführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In. dieser' zeigt die einzige Figur ein erfindungsgemäßes Ventil zum Regeln der Kraftstoffzufuhr.

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In der einzigen Figur ist mit dem Bezugszeichen 2o ein Teil einer Einheit zum Regeln der Kraftstoffzufuhr dargestellt. Diese Einheit ist in Einzelheiten in der oben erwähnten US-PS 3 114 35 9 dargestellt und beschrieben, auf welche bezüglich spezifischer Einzelheiten Bezug genommen wird, welche zum vollen Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind. Der dargestellte Teil der Einheit zum Regeln der Kraftstoffzufuhr weist im wesentlichen ein mehrteiliges Gehäuse^22 auf, welches einen

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mit Luft gefüllten Teil und einen durch eine Wand 28 abgetrennten,

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mit Kraftstoff gefüllten Teil hat.

Der mit Luft gefüllte Teil 24 weist eine Membran 3o auf, die an ihrem äußersten Abschnitt an dem Gehäuse 2 2 befestigt ist. Die Membran 3ο trennt eine Kammer 32 von einer Kammer 34.

Die Kammern34 und 32 werden mit dem Druck hinter der Verengung eines Venturirohres (P ) bzw. dem Druck vor dieser
Verengung (P.) beaufschlagt. Das Venturirohr ist in der Zeichnung nicht dargestellt; es wird von vom Motor angesaugter Luft durchströmt.

Der mit Kraftstoff gefüllte Teil 26 weist eine Membran 36 auf,

j die an ihrem äußersten Abschnitt an dem Gehäuse 22 befestigt

ist und eine Kammer 38 von einer Kammer 4o trennt. Die Kammern 38 und 4o stehen mit unter Druck stehendem Kraftstoff vom Druck P₂ bzw. P. in Verbindung, wobei P₁ der in einer Kraftstoffzuführleitung 41 herrschende Druck ist. Durch die Kraftstoffzufuhrleitung 41 wird unter Druck stehender Kraftstoff in die Kammer

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38 geleitet. Die Kraftstoffdrucke P. und P„ werden von der stromauf gelegenen Seite.bzw. der stromab gelegenen Seite einer den Kraftstoffdurchsatz messenden Drossel 4 2 abgenommen, welche in

stoff
der Leitung 41 den Krafi/durchsatz überwachend angeordnet ist. Der an der Drossel 42 bei vorgegebenem Querschnitt derselben auftretende Druckunterschied des Kraftstoffes P. - P₂ bestimmt den gemessenen Kraftstoffdurchsatz durch die Kraftstoffzuführleitung 41.

Die Kammer 38 hat einen Kraftstoffauslaß, welcher durch einen ringförmigen Ventilsitz 43 begrenzt wird, der auf geeignete Weise, z.B. durch Preßsitz fest in einer Öffnung 44 des Gehäuses 22 angebracht ist. Die Öffnung 44 gibt ihrerseits Kraftstoff an eine Leitung 4 6 ab, welche den Kraftstoff an den nicht dargestellten Motor weiterleitet.

Der effektive Strömungsquerschnitt des Ventilsitzes wird über ein Kugelventil 48 eingestellt, das auf dem Ventilsitz aufsitzen kann. Das Kugelventil 48 ist fest an einem Ende einer Betätigungsstange 5ο angebracht. Seine Stellung bezüglich des Ventilsitzes 4 3 hängt von dem Gleichgewicht der Kräfte ab, welche von den Membranen 3o und 36 erzeugt werden, wie in der oben erwähnten US-PS 3 114 359 beschrieben ist. . - ■ ■

Die mit Kraftstoff in Verbindung stehende Membran 36 ist mit Stützplatten 5 2 und 54 versehen, die durch ein Halteteil 56 fest an gegenüberliegende Seiten derselben gedrückt werden. Das Halte-

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teil 56 ist in geeigneter Weise umgebördelt oder sonstwie in geeigneter Weise angebracht, so daß eine starre Einheit entsteht. Die Betätigungsstange So fluchtet in axialer Richtung mit der Membran 36 und durchsetzt das Halteteil 56, das in geeigneter Weise, z.B. durch Löten oder dergleichen mit der Betätigungsstange 5o fest verbunden ist.

Die mit Luft in Verbindung stehende Membran 3o ist mit Stützplatten 5 8 und 6o versehen, welche durch ein Halteteil 62 fest an gegenüberliegende Seiten der Membran 3o angedrückt werden. Das Halteteil 6 2 ist in geeigneter Weise umgebördelt oder sonstwie fest angebracht, so daß eine starre Einheit entsteht»

Die Betätigungsstange 5o durchsetzt eine Öffnung 64, die in einer becherförmigen Buchse 66 vorgesehen ist. Die Buchse 66 ist ihrerseits fest in einer in der Wand 28 vorgesehenen Öffnung 68 angeordnet, was auf irgendeine geeignete Weise, z.B. durch Einpassen im Preßsitz erfolgen kann, wenn nur eine Strömungsmitteldichte Dichtstelle erhalten wird. Die Betätigungsstange 5o durchsetzt ferner eine in dem Halteteil 62 vorgesehene mittlere öffnung 7o. Zudem hat die Betätigungsstange 5o einen mit Gewinde versehenen Abschnitt 72.

Ein von der Betätigungsstange 5o durchsetzter Ring 74 weist eine ringförmige Aussparung 76 auf, die teilweise von einem in radialer Richtung verlaufenden Flansch 78 begrenzt wird. Dessen äußerster Abschnitt verläuft, wie bei 8o angedeutet, unter einem Winkel,

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so daß ein einen Anschlag bildender Abschnitt 82 gebildet wird. Dieser kann in Anlage an die Buchse 66 gebracht werden, wodurch die Bewegung der Betätigungsstange 5ο in axialer Richtung entsprechend begrenzt wird. Der Ring 74 sitzt auf einer ringförmigen, flexiblen Dichtung, z.B. einem üblichen O-Ring 84 auf. Dieser befindet sich in einer Aussparung 86, die in dem Halteteil 56 ausgebildet ist. Der O-Ring 84 wird zwischen dem Ring 74 und dem Halteteil 56 zusammengepreßt, so daß zwischen diesen Teilen eine stromungsmitteldichte Dichtstelle gebildet wird.

Der Ring 74 wird, durch eine Hülse 88 auf den O-Ring 84 gedrückt, welche verschiebbar auf der Betätigungsstange 5o angeordnet ist. Ein ringförmiges, verschiebbar auf der Betätigungsstange 5o angeordnetes Abstandsteil 9o liegt an der Hülse 88 an. Das Abstandsteil 9ο wird in axialer Richtung durch eine Sicherungsmutter 92 festgelegt, die auf den mit Gewinde versehenen Abschnitt 72 aufgeschraubt ist. Das Abstandsteil 9o findet in der in dem Halteteil 6 2 vorgesehenen Öffnung 7o Aufnahme, wobei zwischen den benachbarten Wänden des Abstandsteiles 9o und des Halteteiles 62 ein ausreichender. Zwischenraum verbleibt. Hierdurch wird ein Verschieben dieser Teile gegeneinander ermöglicht, bei dem nur eine sehr geringe Luftmenge durch die öffnung 7ο aus der Kammer 34 in die Kammer 3 2 übertritt.

Ein die Betätigungsstange 5o umgebender Balg 94 ist an gegenüberliegenden Enden mit der Buchse 66 bzw. dem Ring 74 verbunden. Dies jkann auf irgendeine geeignete Weise geschehen, z.B. durch Löten

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oder dergleichen, solange nur eine dichte Sperre erhalten wird, welche ein Durchtreten von Strömungsmittel verhindert, d.h. ein Durchtreten von'Luft bzw. Kraftstoff, welche sich auf gegenüberliegenden Seiten des Balges 94 befinden. Der Balg 94 weist einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser auf und ist aus einer geeigneten dünnen Metallschicht hergestellt, um die Federkonstante des Balges 94 auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Ein zum Einsatz bei den oben beschriebenen Bedingungen geeigneter, im Handel erhältlicher Balg 94 weist einen Innendurchmesser von 3,o5 mm und einen Außendurchmesser von 5,59 mm auf. Er ist aus Nickel hergestellt, das in geeigneter Weise auf einen balgförmigen Formdorn aufgebracht wird, und zwar bis zu einer Dicke von etwa o,o3 mm. Damit erhält man eine Federkonstante von etwa o,72 kg/cm (H pounds per inch). Da der Arbeitsbereich bei der axialen Bewegung der Betätigungsstange 5o größenordnungsmäßig o,25 mm ist, ist die beim Zusammendrücken des Balges 94 erzeugte Kraft recht klein und kann vernachlässigt werden. Falls erwünscht, kann sie auch leicht kompensiert werden. Das Zusammendrücken und das Auseinanderziehen des Balges 94 wird dadurch begrenzt, daß der einen Anschlag bildende Abschnitt 8 2 in Anlage an die Buchse 6 6 kommt, bzw. dadurch, daß das Kugelventil 48 in Anlage an den Ventilsitz 4 3 kommt. Der mittlere effektive Querschnitt des Balges 94 wird so gewählt, daß er gleich dem Strömungsquerschnitt des Ventilsitzes 43 ist. Das führt dazu, daß die von dem Druck P_ herrührende, auf das Kugelventil 48 einwirkende und dieses auf den Ventilsitz zuzubewegen suchende Kraft durch eine entgegengesetzt gerichtete, im wesentlichen gleiche Kraft ausgeglichen wird.

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Ein ringförmiger Federhalter 96 mit einer mittleren Öffnung 98

die
hat den selben Durchmesser wie in dem Halteteil 6 2 vorgesehene öffnung 7o. Ein verschiebbar von der Betätigungsstange 5ο getragenes becherförmiges Teil loo ist so angeordnet, daß sein Rand an den ringförmigen Federhalter 96 anschlägt. Eine auf den mit Gewinde versehenen Abschnitt 7 2 aufgeschraubte und an dem becherförmigen Teil loo anliegende Sicherungsmutter Io2 legt das becherförmige Teil loo und den an dem letzteren anliegenden Federhalter 96 in ihrer Lage auf der Betätigungsstange 5o fest. Durch eine zwischen dem Federhalter 96 und dem Halteteil 62 angeordnete Druckfeder Io4 wird eine vorgegebene Vorspannung erzeugt, durch welche diese Teile voneinander weggedrückt werden. Durch eine zwischen den Wand 28 und der Membran 3o angeordnete Druckfeder Io6 wird auf die Membran 3o eine vorgegebene Vorspannung ausgeübt , welche der Vorspannung durch die Druckfeder Io4 entgegengesetzt ist. ■.

Die Druckfeder Io6 entspricht der eine konstante Kraft ("constant effort") erzeugenden Feder, die in der oben erwähnten US-PS 3 im 35 9 dargestellt und beschrieben ist. Die Druckfeder Io6 dient ganz allgemein dazu, eine im wesentlichen gleichbleibende Vorspannung auf die Membran 3o'aufrecht zu erhalten. Diese Vorspannung unterstützt den Druckunterschied P. - P an der Membran 3o, wodurch eine im wesentlichen gleichbleibende lineare Beziehung zwischen dem Druckunterschied des Kraftstoffes P* - P₂ und dem Druckunterschied der Luft P. - P bei verhältnismäßig kleinen Werten des letztgenannten Druckunterschiedes aufrecht erhalten wird,

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- Io -

Die Druckfeder Io4 entspricht der auf einen konstanten Druck hinwirkenden ("constant head") Feder, welche in der US-PS 3 114 35 dargestellt und beschrieben ist. Die Druckfeder Io4 ist bei kleiner Luftströmung auseinandergezogen, was dann der Fall ist, wenn der Druckunterschied P. - P an der Membran 3o entsprechend klein ist. Diese Verlängerung der Druckfeder Io4 führt dazu, daß das Halteteil 6 2 gegen das Gehäuse 2 2 gedrückt wird, das als Anschlag wirkt. Das gegenüberliegende Ende der Druckfeder Io4 , das an dem Federhalter 196 anliegt, belastet die Betätigungsstange 5o in einer Richtung, in der das Kugelventil 48 geöffnet wird. Der Druckunterschied P. - P₂ an der Membran 36, der erforderlich ist, um die Kraft der Druckfeder Io4 auszugleichen, bewirkt ein fettes Kraftstoffgemisch bei Leerlaufdrehzahlen des Motors. Bezüglich weiterer.Einzelheiten der oben beschriebenen, eine konstante Kraft ("constant effort") und einen konstanten Druck ("constant head") erzeugenden Druckfedern Io4 und Io6 wird auf die US-PS 3 114 359 verwiesen.

Der Ventilsitz 43 und/oder die Buchse 66 können Unterlagsscheiben Io8 bzw. Ho geeigneter Dicke aufweisen, um die Lage des Ventilsitzes 4 3 bzw. der Buchse 66 zur Kalibrierung verändern zu können.

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Claims

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 4. Dezember 1974

Southfield, Mich. 48o75, USA Anwaltsakte M-3325

Patentansprüche

Ij. Auf Druckunterschiede ansprechendes Ventil, insbesondere zur

Verwendung in einer Einrichtung zur Regelung der Kraftstoffzufuhr einer Brennkraftmaschine, mit einem durch eine Trennwand in zwei Kammern unterteilten Gehäuse, wobei eine der Kammern eine durch Druckunterschied bewegbare Wand mit einem festen mittleren Abschnitt aufweist, an welchem eine Stange befestigt ist, die in axialer Richtung zu der anderen Kammer verläuft und die Trennwand über einen abgedichteten Durchgang durchsetzt, welcher- eine axiale Bewegung der Stange zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der abgedichtete Durchgang einen Balg C94) aufweist, der die Stange (5o) umgibt und dessen eines Ende mit der Trennwand (28) verbunden ist, und daß Verbindungsmittel (74 ,88,9o,92) vorgesehen sind, durch welche das andere Ende des Balges (94) fest und in dichter Weise mit der Stange (5o) verbunden wird.

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2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel ein verschiebbar auf der Stange (5o) angeordnetes und mit dem anderen Ende des Balges (94) fest verbundenes Teil (74), eine federnde, ringförmige, zwischen dem Teil (74) und der bewegbaren Wand (36) angeordnete Dichtung (84), und eine Spanneinrichtung (88,9o,92) aufweisen, welche mit der Stange (5o) verbunden ist und durch welche auf das Teil (74) eine Kraft ausgeübt wird, durch welche die ringförmige Dichtung zwischen das Teil (74) und die bewegbare Wand (36) eine Dichtstelle bildend eingezwängt wird.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt der bewegbaren Wand (36) eine Aussparung (86) aufweist, in welcher die ringförmige Dichtung (84) Aufnahme findet, und daß das Teil (74) einen in radialer Richtung verlaufenden Flanschabschnitt (78) aufweist, welcher an die ringförmige Dichtung (84) angedrückt werden kann.
4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (88,9o,92) eine innerhalb des Balges (94) angeordnete, die Stange (5o) umgebende Hülse (88) aufweist, deren eines Ende an dem Teil (74) anliegt und deren anderes Ende in der Nähe der Trennwand (28) liegt, daß sie ein auf der Stange (5o) verschiebbares Abstandsteil (9o) aufweist und daß sie eine auf einem Gewinde versehenen Abschnitt (72) der Stange (5o) angeordnete Mutter (92) aufweist, durch welche das Abstandsteil (9o) und die Hülse (88) festgehalten werden.

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5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (94) aus Metall hergestellt ist und eine Dicke von. etwa o,o25 mm (ο,οοΐ inch) aufweist.

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