DE3006587C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Membrandruckregler nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Membrandruckregler zur Regelung des Fluiddruckes in einer von Fluid durchströmten Anlage bekannt (DE-OS 28 16 479), der aber den Nachteil hat, daß er in Ruhestellung über längere Zeit nicht dicht ist, so daß Fluid auslecken kann und bei erneutem Arbeitsbeginn die Anlage erst wieder aufgefüllt werden muß, was zu Ansprechverzögerungen oder gar Störungen führen kann.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Membrandruckregler zu schaffen, der beim Abstellen der Fluidanlage zunächst die Absen­ kung des Fluiddruckes unterhalb einen vorbestimmten Fluiddruck er­ möglicht und dann ein Auslecken des geregelten Fluids in der Ruhe­ stellung verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Hauptanspruchs gelöst. Ein derartiger Membrandruckregler hat den Vorteil, daß der Fluiddruck sehr genau geregelt werden kann und beim Abstellen der Fluidanlage zunächst eine Absenkung des Fluiddruckes unter einen vorbestimmten Fluiddruck bewirkt wird und danach die Fluidanlage zur Rückströmleitung dicht abgesperrt wird, während bei Arbeitsbeginn der Fluidanlage zur Öffnung der Rückströmleitung ein höherer Druck erforderlich ist, so daß ein sicheres Schließen gewährleistet ist, auch bei ei­ nem zwischenzeitlichen Erwärmen und damit einer Druckerhöhung des eingeschlossenen Fluids.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Membrandruckreglers möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Aufbau und Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Membran­ druckreglers soll anhand seiner beispielsweisen Verwen­ dung in einer Kraftstoffeinspritzanlage erläutert werden:

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzanlage sind mit 1 Zumeßventile dargestellt, wobei jedem Zylinder einer nichtdargestell­ ten gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftma­ schine ein Zumeßventil 1 zugeordnet ist, an dem eine zur von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge in ei­ nem bestimmten Verhältnis stehende Kraftstoffmenge zuge­ messen wird. Die beispielsweise dargestellte Kraftstoff­ einspritzanlage weist vier Zumeßventile 1 auf und ist somit für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine bestimmt. Der Querschnitt der Zumeßventile ist beispielsweise ge­ meinsam, wie angedeutet, durch ein Betätigungselement 2 in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftma­ schine änderbar, beispielsweise in bekannter Weise in Ab­ hängigkeit von der durch die Brennkraftmaschine ange­ saugten 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 als Druckbe­ grenzungsventil ausgebildeter Membrandruckregler 9 ange­ ordnet, der den in der Kraftstoffversorgungsleitung 3 herrschenden Kraftstoffdruck begrenzt und bei Überschrei­ ten Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 6 zurückfließen läßt.

Stromabwärts jedes Zumeßventiles 1 ist eine Leitung 11 vorgesehen, über die der zugemessene Kraftstoff in eine Regelkammer 12 eines jedem Zumeßventil 1 gesondert zuge­ ordneten Regelventiles 13 gelangt. Die Regelkammer 12 des Regelventiles 13 ist durch ein beispielsweise als Membran 14 ausgebildetes bewegliches Ventilteil von ei­ ner Steuerkammer 15 des Regelventiles 13 getrennt. Die Membran 14 des Regelventiles 13 arbeitet mit einem in der Regelkammer 12 vorgesehenen festen Ventilsitz 16 zu­ sammen, über den der zugemessene Kraftstoff aus der Re­ gelkammer 12 zu den einzelnen Einspritzventilen 10, von denen nur eines dargestellt ist, im Saugrohr der Brenn­ kraftmaschine strömen kann. In der Regelkammer 12 ist eine Differenzdruckfeder 18 angeordnet, die die Membran 14 in Öffnungsrichtung des Regelventiles 13 beaufschlagt. In der Steuerkammer 15 ist ebenfalls eine Schließfeder 17 angeordnet, deren Federkraft größer als die der Diffe­ renzdruckfeder 18 ist und die einerseits verhindert, daß bei abgestellter Brennkraftmaschine Kraftstoff aus der Kraftstoffversorgungsleitung 3 zu den Einspritzventilen 10 gelangt und andererseits ermöglicht, daß beispiels­ weise im Leerlaufbetrieb die an den einzelnen Zumeßven­ tilen 1 zugemessenen Kraftstoffmengen aufeinander abge­ stimmt werden können.

Von der Kraftstoffversorgungsleitung 3 zweigt eine Lei­ tung 19 ab, die über einen elektrofluidischen Wandler in Düse-Prallplatte-Bauart 20 in eine Steuerdruckleitung 21 mündet. Stromabwärts des elektrofluidischen Wandlers 20 sind in der Steuerdruckleitung 21 die Steuerkammern 15 der Regelventile 13 und stromabwärts der Steuerkammern 15 ist eine Steuerdrossel 23 angeordnet. Über die Steu­ erdrossel 23 kann Kraftstoff aus der Steuerdruckleitung 21 in eine Abströmleitung 24 strömen. Der elektrofluidische Wandler in Düse-Prallplatte-Bauart ist an sich bekannt und soll deshalb hier nur kurz in Funktion und Wirkungs­ weise beschrieben werden. Der elektromagnetische Wandler 20 enthält eine Wippe 26, die elektromagnetisch mittels Spulen 27, 28 mit einem veränderlichen Auslenkmoment be­ aufschlagt wird, so daß sie um eine Drehachse 29 eine gewisse Auslenkung erfährt. Die Leitung 19 mündet an einer Düse 30 im elektrofluidischen Wandler 20 gegenüber einer an der Wippe 26 angebrachten Prallplatte 31. Bei einem konstanten, an der Wippe 26 angreifenden Auslenk­ moment wird somit zwischen Düse 30 und Prallplatte 31 ein Druckabfall erzeugt, der so groß ist, daß sich eine von dem Auslenkmoment abhängige konstante Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck in der Leitung 19 und dem Kraftstoffdruck in der Steuerdruckleitung 21 ein­ stellt. Die Ansteuerung des elektrofluidischen Wandlers 20 erfolgt über ein elektronisches Steuergerät 32, in Abhängigkeit von entsprechend eingegebenen Betriebskenn­ größen der Brennkraftmaschine wie Drehzahl 33, Drossel­ klappenstellung 34, Temperatur 35, Abgaszusammensetzung (Sauerstoffsonde) 36 und anderen. Die Ansteuerung des elektrofluidischen Wandlers 20 durch das elektronische Steuergerät 32 kann dabei analog oder getaktet erfolgen. Bei nicht erregtem Zustand des elektrofluidischen Wandlers 20 kann durch geeignete Federkräfte oder Permanentmag­ neten 37 an der Wippe 26 ein Grundmoment erzeugt werden, das so ausgelegt ist, daß sich eine Druckdifferenz ein­ stellt, die auch bei Ausfallen der elektrischen Ansteue­ rung einen Notlauf der Brennkraftmaschine gewährleistet.

Beim Vorliegen von den Schiebebetrieb der Brennkraftma­ schine kennzeichnenden Steuersignalen, z. B. Drehzahl ober­ halb Leerlaufdrehzahl und Drosselklappe geschlossen, ist der elektrofluidische Wandler 20 derart erregbar, daß in der Steuerdruckleitung 21 der Kraftstoffdruck so weit an­ steigt, daß die Regelventile 13 schließen und damit eine Kraftstoffeinspritzung über die Einspritzventile 10 un­ terbunden wird.

Der Membrandruckregler 9 weist eine Systemdruckkammer 40 auf, die mit der Kraftstoffversorgungsleitung 3 in Verbindung steht und durch eine Ventilmembran 41 von ei­ ner Federkammer 42 getrennt ist, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht und in der eine Systemdruckfeder 43 angeordnet ist, die in Schließrichtung des Ventils die Ventilmembran 41 beaufschlagt. In die Systemdruckkammer 40 ragt ein Ventilsitz 44, der mit der Ventilmembran 41 zusammenwirkt und an einer Axiallagerstelle 45 axial verschiebbar gelagert ist. Das der Ventilmembran 41 ab­ gewandte Ende des Ventilsitzes ragt andererseits aus der Axiallagerstelle 45 heraus in einen Sammelraum 46 und ist als Ventilteller 47 ausgebildet. Der Ventilteller 47 öff­ net oder schließt einen Dichtsitz 48, der als Gummiring ausgebildet sein kann, über den Kraftstoff in eine Rückströmleitung 49 und von dort auf die Saugseite der Kraftstoffpumpe 5, z. B. den Kraftstoffbehälter 6 zu­ rückströmen kann. An dem Ventilteller 47 stützt sich eine Schließdruckfeder 50 ab, die den Ventilteller 47 in Öff­ nungsrichtung beaufschlagt und bestrebt ist, den Ventil­ sitz 44 entgegen der über die Ventilmembran 41 auf den Ventilsitz 44 wirkenden Kraft zu verschieben. In der Axiallagerstelle 45 des Ventilsitzes 44 zwischen der Systemdruckkammer 40 und dem Sammelraum 46 ist ein Drosselspalt 51 vorgesehen. In den Sammelraum 46 münden alle Kraftstoffleitungen, beispielsweise die Abström­ leitung 24, über die Kraftstoff zum Kraftstoffbehälter 6 zurückströmen soll. So ist in dem Ventilsitz 44 ein Kanal 52 vorgesehen, über den bei vom Ventilsitz 44 ab­ gehobener Ventilmembran 41 Kraftstoff in den Sammelraum 46 strömen kann. Der von Kraftstoff beaufschlagte Quer­ schnitt des Ventiltellers 47 ist geringer, als der Ven­ tilmembranquerschnitt 41, und der elastische Dichtsitz 48 hat in etwa den gleichen Querschnitt wie der Ventiltel­ ler 47.

Die Funktion des Membrandruckreglers 9 ist folgende:
Bei stillstehender Brennkraftmaschine sitzt der Ventil­ teller 47 auf dem Dichtsitz 48 auf und verschließt die Rückströmleitung 49, während die Ventilmembran 41 den Ventilsitz 44 verschließt. Beim Starten der Brennkraft­ maschine fördert die Kraftstoffpumpe 5 Kraftstoff in die Kraftstoffversorgungsleitung 3 und damit auch in die Systemdruckkammer 40 des Membrandruckreglers 9. Steigt dieser Druck über einen bestimmten Öffnungsdruck, bei dem die Kraftstoffdruckkraft auf die Ventilmembran 41 und die Federkraft der Schließdruckfeder 50 größer ist, als die Federkraft der Systemdruckfeder 43 und die Kraftstoff­ druckkraft auf den Ventilteller 47, so hebt der Ventil­ teller 47 von dem Dichtsitz 48 ab, und der Ventilsitz 44 verschiebt sich in Richtung zur Ventilmembran 41. Diese Verschiebebewegung wird begrenzt durch einen Anschlag 53, an dem der Ventilteller 47 zum Anliegen kommt. Wird nun ein nur noch durch die Federkraft der Systemdruckfeder 43 bestimmter Kraftstoffdruck (Systemdruck) erreicht, so hebt die Ventilmembran 41 von dem Ventilsitz 44 ab und Kraftstoff kann über den Kanal 52 in den Sammelraum 46 und von dort in die Rückströmleitung 49 abströmen. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine bzw. der Unterbrechung der Kraftstofförderung durch die Kraftstoffpumpe 5 ver­ schließt die Ventilmembran 41 den Ventilsitz 44. Die Fe­ derkräfte der Systemdruckfeder 43 und der Schließdruckfe­ der 50 und die von Kraftstoff beaufschlagten Querschnitte der Ventilmembran 41 und des Ventiltellers 47 sind so aufeinander abgestimmt, daß nun zunächst weiterhin über den Drosselspalt 51 Kraftstoff in den Sammelraum 46 und aus dem Sammelraum 46 über den Dichtsitz 48 in die Rück­ strömleitung 49 abströmen kann, bis der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffeinspritzanlage geringer ist, als der zur Öffnung der Einspritzventile 10 erforderliche Kraft­ stoffdruck. Erst unterhalb des zur Öffnung der Einspritz­ ventile 10 erforderlichen Kraftstoffdruckes wird der Ven­ tilteller 47 so weit entgegen der Kraft der Schließ­ druckfeder 50 verschoben, daß er auf dem Dichtsitz 48 die Rückströmleitung 49 absperrend zum Aufliegen kommt. Durch den im Sammelraum 46 herrschenden Kraftstoffdruck wird nun der Ventilteller 47 zusätzlich auf den Dicht­ sitz 48 gepreßt. Hierdurch wird ein Auslecken von Kraft­ stoff aus der Kraftstoffeinspritzanlage verhindert, so daß bei einem erneuten Start der Brennkraftmaschine die Kraftstoffeinspritzanlage in kürzester Zeit einsatz­ fähig ist. Wird nun die Brennkraftmaschine erneut gestar­ tet, so ist der erforderliche Öffnungsdruck, bei dem der Ventilteller 47 von dem Dichtsitz 48 abhebt größer, als der zum Schließen erforderliche Druck, da am Ventilteller 47 im geschlossenen Zustand kein Kräfteausgleich der vom Kraftstoffdruck im Sammelraum 46 bewirkten Druckkräfte er­ folgt. Ein gegenüber dem Schließdruck erhöhter Öffnungs­ druck ist jedoch erwünscht, um ein sicheres Schließen zu gewährleisten, auch wenn nach dem Abstellen der Brennkraft­ maschine durch Erwärmung des eingeschlossenen Kraftstoffes der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffeinspritzanlage an­ steigt.

Der erfindungsgemäße Membrandruckregler 9 ist überall dort einsetzbar, wo eine sehr genaue Druckregelung gefor­ dert wird und in Ruhestellung ein Auslecken des geregel­ ten Fluids aus der Fluidanlage verhindert werden soll, wobei der zum Schließen erforderliche Fluiddruck geringer sein soll, als der zum Öffnen.

Claims (5)

1. Membrandruckregler, insbesondere zur Regelung des Kraftstoffdruckes in einer Kraftstoffeinspritzanlage mit einem als Ventilmembran aus­ gebildeten beweglichen Ventilteil und einem mit der Ventilmembran zusammenwirkenden Ventilsitz, wobei die Ventilmembran eine Federkam­ mer von einer Systemdruckkammer trennt, die mit dem zu regelnden Fluid in Verbindung steht und die Ventilmembran durch eine in der Federkammer angeordnete Systemdruckfeder in Richtung zu dem in die Systemdruckkammer ragenden Ventilsitz beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (44) axial verschiebbar in einer Axiallagerstelle (45) gelagert und an seinem der Ventilmembran (41) abgewandten Ende als Ventilteller (47) ausgebildet ist, der in einen Sammelraum (46) ragt und einen Dichtsitz (48) mehr oder weniger zu einer Rückströmleitung (49) öffnet und an dem sich eine den Ventil­ sitz (44) in Richtung zur Ventilmembran (41) hin belastende Schließ­ druckfeder (50) abstützt, die bei Erreichen eines vorbestimmten Fluiddruckes in der Systemdruckkammer (40) den Ventilteller (47) an einen dem Dichtsitz (48) abgewandten Anschlag (53) preßt, wobei bei vom Ventilsitz (44) abgehobener Ventilmembran (41) Fluid über einen Kanal (52) des Ventilsitzes (44) in den Sammelraum (46) abströmen kann und zwischen Systemdruckkammer (40) und Sammelraum (46) zusätz­ lich ein Drosselspalt (51) vorgesehen ist.

2. Membrandruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drosselspalt (51) in der Axiallager­ stelle (45) des Ventilsitzes (44) vorgesehen ist.

3. Membrandruckregler nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vom Fluid beaufschlagbare Querschnitt des Ventiltellers (47) geringer ist, als der Ventilmem­ branquerschnitt (41).

4. Membrandruckregler nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Dichtsitz (48) ein elastischer Ring dient.

5. Membrandruckregler nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federkräfte von Systemdruckfeder (43) und Schließdruckfeder (50) und die vom Fluid beaufschlag­ baren Querschnitte von Ventilmembran (41) und Ventiltel­ ler (47) so aufeinander abgestimmt sind, daß der Ventil­ teller (47) erst am Dichtsitz (48) zum Anliegen kommt und damit die Rückströmleitung (49) absperrt, wenn der Fluiddruck geringer ist, als ein vorbestimmter Fluid­ druck.