DE2235739B2 - Ventil zur Steuerung einer an einen Verbraucher abzugebenden Flüssigkeitsmenge - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung einer an einen Verbraucher abzugebenden Flüssigkeitsmenge, insbesondere der Brennstoffmenge für einen Verbrennungsmotor.

Aus der DE-PS 8 77 681 ist ein Verfahren zur selbsttätigen Regelung eines Zusatzes zu einer strömenden Flüssigkeit bekannt.

Häufig besteht aber die Notwendigkeit, die Menge einer strömenden Flüssigkeit selbst zu steuern, und zwar in Abhängigkeit von bestimmten Belastungen eines Verbrauchers, dem diese Flüssigkeit zugeführt wird.

Als Beispiel sei die Steuerung der Brennstoffmenge für einen Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von dessen Belastung erwähnt. Die Brennstoffanforderungen bei Verbrennungsmotoren sind als ganze Funktion sowohl der Geschwindigkeit als auch der Belastung des Motors im Betrieb allgemein bekannt. Mit einem üblichen Vergaser werden solche Forderungen normalerweise durch eine aus einem Teil bestehende Kombination von zusammenarbeitenden Teilen erfüllt, die auf die sich ändernden Arbeitsbedingungen ansprechen. Durch die Anzahl der notwendigen Teile ergeben sich relativ hohe Herstellungskosten und es treten oft Störungen auf.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, daß zuverlässig arbeitet und wirtschaftlich herstellbar ist und das mit wenigen Teilen auskommt als bisher für gleiche Zwecke üblich.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß in dem Ventilgehäuse zwischen Flüssigkeitseinlaß und Flüssigkeitsauslaß eine einstellbare vorgespannte Drossel vorgesehen ist und daß die Vorspannung der b^r> Drossel durch eine, auf einem vom Verbraucher lastabhängig erzeugten Unterdruck ansprechende Einrichtung regelbar ist.

Ausführungen dieses Ventils ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß mit dem Ventil, dessen Hauptteil im wesentlichen aus einer einstellbaren vorgespannten Drossel besteht, in Abhängigkeit der Belastung des Verbrauchers die diesem zugeführte Flüssigkeitsmenge verändert werden kann und somit durch wenige notwendige Teile nicht nur Störanfälligkeit, sondern auch die Herstellungskosten verringert werden konnten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden. In diesen ist

F i g. 1 die schematische Darstellung einer Flüssigkeitslieferanlage in einfacher Form mit einem Ventil zum Abmessen der abgegebenen Flüssigkeitsmengen zum Verbraucher;

Fig.2 die schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels mit einem Ventil zum Liefern der notwendigen Flüssigkeit an einen Verbrennungskraftmotor;

Fig.3 die schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig.4 der Schnitt eines Kompensatorventils zur Verwendung bei der Anlage nach F i g. 2;

F i g. 5 eine maßstäbliche Außenansicht eines Kompensatorventils für die Anlage nach F i g. 3; und

F i g. 6 e^;n Schnitt durch das Ventil der Ausführung nach F i g. 5.

Das Gerät 10 in F i g. 1 dient in hypothetischer Anwendung zur Aufnahme einer Flüssigkeitsmenge von einer Quelle 11 durch eine angeschlossene Leitung 12. Ob nun die aufgenommene Flüssigkeit verbraucht oder durch das Gerät hindurchgeleitet wird, die Strömungsmengen werden von den modulierenden Anforder-Veränderlichen S und V beherrscht, die zum Zweck der Erläuterung als »Geschwindigkeit« und »Belastung« betrachtet werden können. Wie schematisch dargestellt, steuert das Signa! S eine Pumpe 30, die die Strömungsgeschwindigkeit proportional zum Wert seines empfangenen Signals moduliert. Der Pumpenausgang wird wiederum durch ein Kompensatorventil 15 entsprechend gedrosselt und wirkt der aufgenommenen Strömung zum Abgeben an das Gerät 10 entgegen. Je nachdem, ob Änderungen des Vakuumsignals für das Ventil 15 zur betriebsmäßigen Erhöhung oder Verringerung der Drosselung dienen sollen oder nicht, wird die wirksame Federvorspannung die angelegten relativen Vakuumwerte entweder unterstützen oder ihnen entgegenwirken.

F i g. 2 zeigt eine Form einer Brennstoffversorgungsanlage für die Verwendung in Kombination mit einer Misch- und Modulationseinrichtung 19, die sich an einer Saugleitung 20 eines gestrichelt gezeigten Verbrennungskraftmotors 21 befindet. Die Misch- und Modulationseinrichtung 19 ist im allgemeinen ein mehr oder weniger zylindrisches Gehäuse 24 mit einem innen liegenden, axial verschiebbaren Spurzapfenlager 25, das von einem Drosselgestänge betätigt werden kann. Der an der Einrichtung aufgenommene Brennstoff geht durch eine konvergierende Eintrittsöffnung hindurch, mit der das Zapfenlager 25 zum Zerstäuben des flüssigen Brennstoffs in eine Luft-Brennstoff-Mischung zusammenarbeitet, die in die Ansaugöffnung eingeführt wird.

Beim Einschalten des Zündschalters 26 wird Brennstoff vom Tank 27 durch die hin- und herschwingende

Brennstoffpumpe 30 abgezogen und erzeugt einen pulsierenden Brennstoffstrom in der Leitung 31, die an ein Filter 32 führt. Je nach dem Verbrauch wird der gefilterte Brennstoff entweder in die Leitung 33 geleitet oder über die Leitung 34 hinter der Verengung 35 zum, Tank 37 zurückgeführt. Die höchste Strömungsgeschwindigkeit wird somit durch die Erfordernisse des Motors 21 diktiert Folglich wirkt, wie noch beschrieben wird, der Ausgang der Pumpe 30 unmittelbar mit der Motorgeschwindigkeit zusammen und beim Ansteigen der Geschwindigkeit bewirkt das Ventil 15 die Abgabe höherer Brennstoffmengen in die Abgabeleitung 38. Andererseits soll die Belastung stärker ansteigen, als die Geschwindigkeit eine Abnahme des Ansaugvakuums (höherer Absolutdruck) im Aufnahmeteil 39 ergibt, der mit dem Ansaug 20 über eine Leitung 40 in Verbindung steht. Diese Änderung des Vakuumwertes wird durch die Leitung 45 sofort in eine in anderer Weise abgedichtete Kammer 46 des Ventils 15 übertragen. Die Wirkung des verringerten Vakuums entspannt und entlastet, wie noch erläutert wird, den gegebenen Drosselungswiderstand der Strömung, damit die Flüssigkeitsabgabe in die Leitung 38 abnehmen kann.

Die Verbindung mit der Kammer 46 ist ein beliebiges Paar von Hilfsluftabflüssen 47 und 47, die über das Ventil 15 die Anlage weiter verbessern. Hierfür enthält der Abfluß 47 ein thermostatisch gesteuertes Ventil 50 od. dgl. mit einem Kugelfühler oder einem entsprechenden Bimetallelement 51 zum Abtasten der Motortemperatur. In dieser Anordnung öffnet das Ventil 50 bei Kaltstart und schließt allmählich, wenn sich der Motor auf Betriebstemperatur erwärmt. In ähnlicher Weise enthält der Abfluß 48 ein thermostatisch gesteuertes Ventil 53 mit einem Fühler oder einem entsprechenden Bimetallelement 54 zum Abtasten der Temperatur des Lufteintritts zur Misch- und Modulationseinrichtung 19. Bei einer Ansaugtemperatur unter dem Optimum öffnet der Kolben 54 ohne Rücksicht darauf, ob der Motor warm ist, das Ventil 53 in entsprechendem Maß. Eine Vergrößerung der öffnung eines oder beider Abflüsse ergibt ein verringertes wirksames Vakuum in der Kammer 46, was die Brennstoffzufuhr durch die erwähnte verringerte Drosselung erhöht.

Das Ausführungsbeispiel der F i g. J zeigt eine Veränderung der Brennstoffversorgungsanlage des Motors 21, bei der ein strömungsempfindliches Nadelventil 58 unter der Steuerung des Drosselgestänges sich in der Brennstoffzuführleitung 59 befindet, die unmittelbar vor der Brennstoffeinführung in die Misch- und Modulationseinrichtung 19 liegt. Bei dieser Anordnung befindet sich ein Druckregler 60 in der Filterausgangsleitung 33, was einen druckregulierten Strömungseingang aus der elektrischen Brennstoffpumpe 30 zum Kompensatorventil 15 ergibt. Eine Umgehungsleitung 63 dient zum Umgehen des Ventils 15 und fühlt Brennstoff in die Versorgungsleitung 59 ein, die sich zwischen dem Nadelventil 58 und der Misch- und Modulationseinrichtung 19 befindet. In der Umgehungsleitung 63 befindet sich ein Drucksammler 64, der zwischen zwei federbelasteten Prüfventilen 65 und 66 liegt. Die Wirkungsweise der Umgehungsleitung 63 liefert aber im allgemeinen zusätzlich Brennstoffmengen während der Beschleunigungsperioden. Eine Rückführschleife 70 mit einer Öffnungsverengung 71 leitet überschüssigen Brennstoff zum Tank 27 zurück.

F i g. 4 zeigt das Ausführungsbeispiel des Kompensatorventils 15, das bei der Brennstoffversorgungsanlage nach F i g. 2 verwendet wird. Für dieses Ausführungsbeispiel besteht das Ventil IS aus einem länglichen rohrförmigen Gehäuse mit einem oberen Abschnitt 73, der teleskopartig in einen unteren Abschnitt 74 eingeschraubt ist. Das Gehäuse wiederum ist durch Löten, Verschweißen oder in ähnlicher Weise mit der zylindrischen Kammer 46 verbunden, die durch eine eingeschraubte Kappe 75 an ihrem gegenüberliegenden Ende, entfernt vom Gehäuse, druckdicht verschlossen ist. In der Kammer 46 befindet sich ein ringförmiger

ίο Kolben 78, der mit einer axial angeordneten Kolbenstange 79 verbunden ist, die durch koaxiale öffnungen 92 und 93 in den Gehäuseabschnitt 73 hineingeht. Der Kolben 78 bewegt sich axial in der Kammer in druckdichter Beziehung zur Gehäusev/and, die durch eine Ringdichtung 80 gegeben ist. Eine zwischen der Unterseite des Kolbens 78 und der unteren Endwand der Kammer 46 zusammengedrückte und um eine Stange 79 gelegte Feder 81 drückt den Kolben 79 in seine ganz oben dargestellte Lage gegen die Kappe 75.

Mit dem Innern der Kammer 46 steht ein Ansaugvakuum in Verbindung, das über die Leitung 45 und, falls erwünscht, über die Hilfsabflüsse 47 und 48 angelegt wird.
Die Leitung 33 für die Zuführung von flüssigem Brennstoff ist in einen Einlaß 85 am unteren Ende des unteren Gehäuseabschnitts 74 eingeschraubt. Ausgehend von dort wird der Einlaß nach außen abgeschrägt und ergibt einen ringförmigen konischen Sitz 86. Der Sitz 86 arbeitet mit einem konisch endenden Schwimm-

jo stöpsel 87 zusammen, der mit dem Sitz einen Strömungsdrosseldurchgang zum Auslaß 38 ergibt. Der Stöpsel besitzt an seiner Oberseite einen kleineren Durchmesser zur Aufnahme eines Endes einer zusammengedrückten Schraubenfeder 90, deren anderes Ende an einen Flansch 91 am unteren Ende der Kolbenstange 79 angreift. Ein um die Stange 79 gelegter Ring 96 in der Öffnung 93 ergibt einen druckdichten Verschluß, während der Vorsprung 97 am Gehäuse im Wege des Flansches 91 die obere Bewegungsbegrenzung der

to Stange ergibt. Auf diese Weise drückt die Feder 90 den Stöpsel 87 gegen den Sitz 86 und wirkt so als federbelastetes Prüfventil und drosselt die pulsierende Eingangsströmung am Einlaß 85. Ein Erhöhen oder Verringern der Drosselwirkung kann durch die Axialverschraubung des Gehäuseabschnitts 74, die bei 73 die Feder 90 entsprechend zusammendrückt oder entspannt, voreingestellt werden. Die genauen Federwerte sind nicht kritisch, ausgenommen in dem Umfang, daß sie ein angemessenes Arbeiten mit den Vakuumwerten zur Kammer 46 ergeben sollen.

Die Arbeitsweise für das Ausführungsbeispiel nach Fig.4 besteht im Aufnehmen der pulsierenden Brennstoffströmung in der Leitung 33, der durch die Wirkung des Stöpsels 87 entgegengewirkt und die gedrosselt

■55 wird. Bei einem relativ hohen Vakuum in der Größenordnung von 380 mm Hg (niedriger Absolutdruck bei verhältnismäßig unbelastetem Motor) an der Leitung 45 wird der Kolben 78 in die gestrichelt dargestellte und mit 78' bezeichnete Lage herunterge-

tio zogen. Die Abwärtsbewegung der Stange 79 drückt die Feder 90 stärker zusammen und erhöht somit den Drosselwiderstand der durch den Stöpsel 78 bewirkten Strömung. Dies ermöglicht im allgemeinen einen gleichbleibenden unbelasteten Lauf. Bei einer Verringe-

h5 rung des Vakuums in der Größenordnung vcn 126 mm Hg (höherer Absolutdruck bei relativ belastetem Motor) wird der Kolben 78 durch die Wirkung 81 wieder in seine oberste Stellung gebracht und die Feder

90 entspannt. Diese Wirkung ermöglicht es somit, größere Brennstoffmengen hinter dem Drosselstöpsel 78 zum Auslaß 38 zu geben. Das öffnen der Luftablässe 47 und/oder 48 neutralisiert ganz oder teilweise das über die Leitung 45 angelegte Vakuum, um die Feder 90 zu entspannen und so die Brennstoffströmung zu vergrößern.

Die F i g. 5 und 6 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel des Kompensatorventils bei Anwendung in der Anlage nach Fig.3. Hier enthält das Ventil 15 einen unteren und einen oberen Gußgehäuseabschnitt 100 bzw. 101, von denen der untere einen Brennstoffeinlaß 102 enthält, mit dem die Leitung 103 verbunden ist, und einen Auslaß 103, der an der Leitung 38 liegt. Die Gehäuseabschnitte sind durch mehrere am Rand winkelig versetzt angeordnete Bolzen 106 miteinander verbunden, die eine ringförmige Dichtung 107 zusammenpressen und so eine leckfeste Dichtung ergeben. Dadurch, daß der obere und der untere Gehäuseabschnitt ineinandergreifen, kann eine dünne biegsame Metallmembran 108 zwischen diese Abschnitte gelegt werden, die an ihrer oberen Seite einen Gummischuh oder eine Muffe 109 trägt, der bzw. die in der Mitte ausgeschnitten ist und das untere Ende der zusammengedrückten Schraubenfeder 110 aufnimmt. Diese Feder drückt die Membran 108 in eine nach unten gerichtete Richtung mit einer Kraft, die durch einen Einstellknopf 114 eingestellt werden kann. Der Knopf befindet sich außerhalb des Gehäuses und über einer Sperrmutter 116 aufgeschraubt und besitzt unten einen Flansch 115, der an das obere Ende der Feder 110 angreift.

Von der Unterseite der Blende 108 hängt ein kurzer Gewindestutzen 118 herab, an dem ein länglicher koaxialer Stift 119 angeschraubt ist. Am gegenüberliegenden Ende verbreitert sich der Stift 119 zu einem frustokonischen Kolben oder Kegel 120. Unmittelbar über dem Kegel 120 ist der Stift 119 in die Versenkung 117 einer Einheit passend eingedrückt, die aus einer ringförmigen Unterlegscheibe 121, einer daneben liegenden Unterlegscheibe 125 und einer Federsperrscheibe 126 besteht. Jedes dieser Elemente enthält eine mittlere Öffnung 123 von ausreichend größerem Durchmesser als der Stift 119 und ermöglicht so eine verhältnismäßig freie Strömung von der Öffnung 122 zur Kammer 124. Auf diese Weise arbeitet die eingestellte Bewegung des Kegels 120, wie noch erläutert wird, mit der Scheibe 121 zusammen und begrenzt die Öffnung 123 und regelt so die Strömung. Eine kleine Schraubenfeder 128 mit im Vergleich zur Feder 110 geringem Federwert drückt den Kolben 120 nach oben und legt ihn gegen den Ring 121, bis die Öffnung 123 für die Strömung vollständig geschlossen ist. In dieser Anordnung wird somit die Drosselkraft durch den Grad des Zusammendrückens der Feder 110 erzeugt, der entsprechend durch die Schraubstellung des Knopfes 114 eingestellt werden kann.

Beim Betrieb dieses Ventils geht die Brennstoffströmung vom Einlaß 102 normalerweise durch die Öffnung 123 in die Kammer 124 und legt so eine nach oben gerichtete Kraft gegen die Unterseite der Membran 108, wie der Pfeil 127 zeigt. Auf diese Weise sind die nach oben zurückwirkenden Kräfte der nach unten gerichteten Kraft entgegengesetzt, die durch die Feder 110 ausgeübt wird, bis ein Ausgleichs- oder Gleichgewichtszustand erreicht ist. Dieser Zustand bewirkt die axiale Drosscleinstellung des Kegels 120 zur Öffnung 123 und begrenzt so den verfügbaren Brennstoffdruck in der Kammer 124. Zum Abgleich der Kraft trägt auch die Höhe des Vakuums bei, das bei 45 angelegt wird und die Flüssigkeitskräfte unterstützt und so der Feder 110 durch Heraufziehen der Membran 108 entgegenwirkt.
Bei konstanten Laufbedingungen zieht die verhältnismäßig große Höhe des bei 45 angelegten Vakuums die Membran 108 maximal nach oben. Dadurch sucht sich die Öffnung 123 so weit zu verringern, daß die Lauffähigkeit mit einem verringerten Druck in der Austrittsleitung 38 erhalten bleibt. Umgekehrt läßt eine

ίο Verringerung der Höhe des angelegten Vakuums beim Auftreten einer Motorenbelastung die Feder 110 ihre maximale Abwärtskraft gegen die Membran 108 ausüben, um den Kegel 120 auf seinen maximalen Umfang zu senken. Dadurch steigt die Strömung durch die Öffnung 123 und somit auch der erhaltbare Druck in der Austrittsleitung 38 an. Es sei in Verbindung mit diesem Ausführungsbeispiel daran erinnert, daß bei der Verwendung in der Anlage nach F i g. 3 eine endgültige Brennstoffregelung zur Misch- und Modulationseinrichtung 19 durch das drosselgesteuerte Nadelventil 58 in Kombination mit der über die Umgehungsleitung 63 bedingten Strömung erfolgt. Während hierfür diese Ausführung des Ventils 15 als Druckbegrenzer beim Abgeben von Brennstoff in die Austrittsleitung 38 wirkt, kann sie offensichtlich auch zum pulsierenden Versorgen in der Weise nach F i g. 2 benutzt werden oder geeignet sein, wie auch verschiedene andere bekannte Formen der Geschwindigkeitsregelung möglich sind.
In der vorstehenden Beschreibung ist ein neuartiges Kompensatorventil zur Lieferung abgemessener Flüssigkeitsversorgung an einen Verbraucher entsprechend den durch die verschiedenen betrieblichen Veränderlichen des Verbrauchers bedingten Erfordernisse beschrieben. Demnach wird eine der Veränderlichen durch

!'> eine federvorgespannte Einstellung zum unmittelbaren Anlegen einer gewünschten Drosselkraft entgegen der Flüssigkeitsströmung entsprochen. Eine oder mehrere andere Veränderliche wirken über eine Vakuumkammer und erhöhen oder verringern entsprechend die

4» wirksame Federdrosselkraft. Folglich werden die diskreten Signale der einzelnen Veränderlichen in der absolut angelegten Federvorspannung wirksam integriert und ermöglichen eine Flüssigkeitsströmung gemäß den betrieblichen Erfordernissen des Verbrau-

4-5 cliers, der von ihr versorgt wird. Die Einrichtung ist sowohl einfach im Aufbau und höchst zuverlässig im Betrieb als auch frei von komplizierten und vielfäitigen einzelnen Teilgeräten, die bisher für ähnliche Einrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik

·"><> zusammengefaßt waren. Die Einrichtung erfüllt somit eine seit langem festgestellte Notwendigkeit, indem sie ein Liefern einer abgemessenen Flüssigkeitsströmung ermöglicht, die den Erfordernissen der schwankenden Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzt ist. Während j'i »Vakuum« hier eine bevorzugte Form einer Signalübertragung von einer oder mehreren Veränderlichen bedeutet, ist es offensichtlich, daß auch andere Formen pneumatischer Signale in ähnlicher Weise mit entsprechenden Änderungen der Konstruktion verwendet

h'i werden können.

Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kompensatorventil zur Abgabe einer abgemessenen Flüssigkeit an einen ·■"> Verbraucher entsprechend integrierter Erfordernisse infolge verschiedener betrieblicher Veränderlicher des Verbrauchers. Die an einem Einlaß aufgenommene, unter Druck stehende Flüssigkeit wird durch ein

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ventil zur Steuerung einer an einen Verbraucher abzugebenden Flüssigkeitsmenge, insbesondere der Brennstoffmenge für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilgehäuse (15) zwischen Flüssigkeitseinlaß (33) und Flüssigkeitsauslaß (38) eine einstellbare vorgespannte Drossel (87,120) vorgesehen ist und daß die Vorspannung der Drossel (87, 120) durch eine, auf einen vom Verbraucher lastabhängig erzeugten Unterdruck ansprechende Einrichtung (78, >9 bzw. 108) regelbar ist

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen federbelasteten Kolben (78) aufweist, dessen Kolbenstange (79) über eine Feder (90) auf die Drossel (87) einwirkt, wobei der Kolben (7») entgegen dem Druck der Feder (81) durch den Unterdruck beaufschlagbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine federbelastete Metallmembran (108) aufweist, die mit der federbelasteten Drossel (120) verbunden ist, wobei die Metallmembran (108) entgegen dem Druck der Feder (110) durch den Unterdruck beaufschlagbar ist.