DE3103378C2 - Steuervorichtung mit einem integrierten Elektromagnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung mit einem integrierten Elektromagnetventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Steuervorrichtung bekannt (DE 27 40 001 A1), bei der jedoch der Magnetanker ein zusätzliches bewegliches Ventilteil betätigt, wodurch sich ein zusätzlicher Montage- und Bauaufwand ergibt. Eine das bewegliche Ventilteil beaufschlagende Druckfeder liegt dabei außerhalb des Magnetteiles. Durch die DE 25 28 683 A1 ist es bereits bekannt, an einem als bewegliches Ventilteil ausgebildeten Flachanker eine in einem Kern angeordnete Druckfeder angreifen zu lassen. Bekannt ist ebenfalls durch die DE 28 30 712 A1 die Verwendung einer elastischen Steuermembran als Steuerglied.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung derart weiterzuentwickeln, daß sie leicht montierbar und kompakt aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

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

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrich­ tung, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Steuervorrichtung, Fig. 3 eine Kraftstoff­ einspritzanlage mit dem ersten Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 dargestellt Steuervorrichtung 1 weist eine obere Gehäusehälfte 2 und eine untere Gehäusehälfte 3 auf. Zwischen die sich überlappenden Gehäusehälften 2, 3 ist eine bewegliche Wandung in Form einer elastischen Steuer­ membran 4 an ihrem Umfang eingespannt. Die als Steuerglied dienende Steuermembran 4 trennt einen Steuerfluidraum 6 von einem Gegenraum 7, in den ein Steuerventilsitz 8 ragt. An dem Steuerventilsitz 8 mündet beispielsweise ein Zufluß­ stutzen 9 einer Steuerströmungsleitung 10 (Fig. 3) die über einen Abflußstutzen 11 vom Gegenraum 7 wegführt. Die Steuermembran 4 ist als bewegliches Ventilteil ausgebildet und öffnet mit ihrer Stirnfläche 12 mehr oder weniger den Steuerventilsitz 8, so daß eine Strömung vom Zuflußstutzen 9 zum Abflußstutzen 11 erfolgen kann. In Fig. 1 ist auf der linken Seite die Steuermembran 4 in einer Stellung dar­ gestellt, in der sie den Steuerventilsitz 8 verschließt, während die rechte Seite der Steuervorrichtung 1 die Steuer­ membran 4 in einer Stellung zeigt, in der sie von dem Steu­ erventilsitz 8 abgehoben hat. Auf der dem Steuerventilsitz 8 abgewandten Seite der Steuermembran 4 ist an der Steuer­ membran ein eingeknüpfter Federteller 14 vorgesehen, der der Steuermembran 4 im Bereich der Stirnfläche 12 eine ge­ wisse Steifigkeit verleiht und auf dem sich eine Rückstell­ feder 15 abstützt, die andererseits am Boden 16 der oberen Gehäusehälfte anliegt.

In einer teilweise in den Steuerfluidraum 6 ragenden Auswöl­ bung 18 des Bodens 16 ist auf seiner dem Steuerfluidraum 6 abgewandten Seite ein Elektromagnetventil 19 angeordnet, das nach außen durch einen Deckel 20 abgeschlossen ist. Das Elektromagnetventil 19 weist ein aus magnetisch leitendem Material ausgebildetes topfförmiges Ventilgehäuse 21 auf, in das ein rohrförmig ausgebildeter Kern 22 eingenietet ist. In dem Kern ist eine Durchgangsbohrung 23 vorgesehen, die in einem Strömungskanal 24 endet, der zwischen der Auswöl­ bung 18 und dem Ventilgehäuse 21 ausgebildet ist und über eine Bohrung 25 mit der Atmosphärenluft in Verbindung steht. In dem Strömungskanal 24 kann ein ringförmig ausgebildeter Filter 26 zwischen der Auswölbung 18 und dem Ventilgehäuse 21 angeordnet sein. Innerhalb des Ventilgehäuses 21 ist der Kern 22 von einer Magnetwicklung 27 umgeben. Der Kern 22 ragt mit einem als erster Ventilsitz 29 ausgebildeten Absatz aus der Magnetwicklung 27 heraus. Über den ersten Ventilsitz 29 mündet die Durchgangsbohrung 23 des Kerns 22 in einen zwischen Ventilgehäuse 21 und Deckel 20 gebildeten Raum 30. Im Raum 30 ist dem Kern 22 gegenüberliegend ein plattenförmig ausgebildeter Flachanker 31 angeordnet, der über Führungszapfen 32 in axialer Richtung des Ventils ge­ führt wird. Koaxial zur Magnetwicklung 27 ist eine zwischen der Magnetwicklung 27 und dem Ventilgehäuse 21 angeordnete Druckfeder 33 vorgesehen, die sich einerseits am Ventilge­ häuse 21 und andererseits am Flachanker 31 abstützt. Der Flachanker 31 weist im Bereich des ersten Ventilsitzes 29 eine Öffnung 34 auf, in die der ringförmige erste Ventil­ sitz 29 ragt und die auf der dem ersten Ventilsitz 29 ab­ gewandten Seite des Flachankers durch ein mit dem Flachanker 31 verbundenes Dichtelement 35, z. B. ein Flachgummiteil über­ deckt wird. Im Deckel 20 ist dem Dichtelement 35 des Flach­ ankers 31 zugewandt ein zweiter Ventilsitz 36 vorgesehen, in dem eine Strömungsbohrung 37 eines zweiten Fluidanschlus­ ses 38 mündet. Die elektrische Ansteuerung des Elektromag­ netventiles 19 kann über einen Stecker 39 erfolgen. Der Raum 30 steht über einen im Boden 16 ausgebildeten Strömungska­ nal 40 mit dem Steuerfluidraum 6 in Verbindung.

Die Wirkungsweise der Steuervorrichtung 1 ist folgende:

Bei nicht erregtem Elektromagnetventil 19 wird der Flachan­ ker 31 durch die Druckfeder 33 in Richtung zum zweiten Ven­ tilsitz 36 verschoben, den das Dichtelement 35 verschließt. In dieser, in der Figur links dargestellten Stellung, kann über die Bohrung 25, die mit Abstand zur Verminderung der Verschmutzungsgefahr durch eine Nase 41 des Deckels 20 über­ deckt wird, Atmosphärenluft zum ersten Ventilsitz 29 und von dort in den Raum 30, den Strömungskanal 40 und den Steuer­ fluidraum 6 strömen. Die Steuermembran wird dabei unter Mitwirkung der Rückstellfeder 15 auf den Steuerventilsitz 8 gepreßt, so daß keine Strömung über die Steuerströmungs­ leitung 10 erfolgt. An dem zweiten Fluidanschluß 38 und da­ mit am zweiten Ventilsitz 36 soll ein Luftdruck herrschen, der wesentlich geringer als der Atmosphärendruck ist. Wird nun das Elektromagnetventil 19 erregt, so wird der Flachan­ ker 31 zum Kern 22 hingezogen und das Dichtelement 35 ver­ schließt den ersten Ventilsitz 29 und öffnet den zweiten Ventilsitz 36, so daß aus dem Steuerfluidraum 6 Luft über den Strömungskanal 40, den Raum 30, den zweiten Ventilsitz 36 und den zweiten Fluidanschluß 38 abströmen kann und eine Druckerniedrigung im Steuerfluidraum 6 eintritt, so daß die an der Steuermembran 4 angreifenden Kräfte zu einem Abheben der Steuermembran 4 vom Steuerventilsitz 8 führen und eine Strömung vom Zuflußstutzen 9 über den Steuerventilsitz 8 zum Abflußstutzen 11 erfolgen kann. Im erregten Zustand des Elektromagnetventils 19 nimmt der Flachanker 31 und das Dicht­ element 35 eine Stellung ein, wie sie in der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellt ist.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung 1′ sind die gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gleichgebliebenen und gleichwirkenden Teile durch die glei­ chen Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei diesem zweiten Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2 der Steuervorrichtung 1′ dient die Steuermembran 4 nicht als bewegliches Ventilteil, son­ dern als Steuerglied, das mit einem Betätigungsglied 42 ver­ bunden ist. Die Zeichnung zeigt die Steuervorrichtung 1′ in nichterregtem Zustand des Elektromagnetventils 19. Wird das Elektromagnetventil 19 erregt, so wird der Flachanker 31 mit dem Dichtelement 35 angezogen und verschließt den er­ sten Ventilsitz 29, während der zweite Ventilsitz 36 geöff­ net wird, so daß aus dem Steuerfluidraum 6 Luft zum zweiten Fluidanschluß 38 abströmen kann, an dem ein geringerer Luft­ druck herrscht. Hierdurch verschiebt sich die Steuermembran 4 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 15 in Richtung zum Elektromagnetventil 19 und nimmt dabei das Betätigungsglied 42 in dieser Richtung mit, durch das eine gewünschte Betäti­ gungsfunktion ausgeführt werden kann.

In Fig. 3 ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Steuer­ vorrichtung 1 in einer Kraftstoffeinspritzanlage zur Unter­ brechung der Kraftstoffzumessung im Schiebebetrieb darge­ stellt, wodurch es einerseits zu einer Kraftstoffersparnis und andererseits zu einer Reduzierung der Schadstoffemission der Brennkraftmaschine in diesem Betriebszustand kommt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage strömt die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung durch einen Saugrohrabschnitt 45, in dem ein Meßorgan 46 in einem koni­ schen Abschnitt 47 angeordnet ist und weiterhin durch einen Saugrohrabschnitt 48 und einen Verbindungsschlauch 49 in einen Saugrohrabschnitt 50 mit einer willkürlich betätigba­ ren Drosselklappe 51 zu einem oder mehreren nicht dargestell­ ten Zylindern einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine. Das Meßorgan 46 ist eine quer zur Strö­ mungsrichtung angeordnete Platte, die sich in dem konischen Abschnitt 47 des Saugrohres entsprechend der durch das Saug­ rohr strömenden Luftmenge bewegt.

Das Meßorgan 46 steuert unmittelbar ein Zumeß- und Mengen­ teilerventil 52. Zur Übertragung der Verstellbewegung des Meßorgans 46 dient ein mit ihm verbundener Hebel 53, der um einen Drehpunkt 54 gelagert ist und bei seiner Schwenk­ bewegung mit einer Nase 55 das als Steuerschieber 56 ausge­ bildete bewegliche Ventilteil des Zumeß- und Mengenteiler­ ventils 52 betätigt. Die der Nase 55 abgewandte Stirnflä­ che 57 des Steuerschiebers 56 wird von Druckflüssigkeit be­ aufschlagt, deren Druck auf die Stirnfläche 57 die Rück­ stellkraft auf das Meßorgan 46 erzeugt.

Die Kraftstoffversorgung erfolgt durch eine von einem Elek­ tromotor 59 angetriebene Kraftstoffpumpe 60, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 61 ansaugt und über eine Kraft­ stoffversorgungsleitung 62 dem Zumeß- und Mengenteilerventil 59 zuführt. Von der Kraftstoffversorgungsleitung 62 zweigt eine Leitung 63 ab, in die ein Druckbegrenzungsventil 64 geschaltet ist, das Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 61 zurückfließen läßt.

Aus der Kraftstoffversorgungsleitung 62 gelangt der Kraft­ stoff in einen Kanal 65 im Gehäuse des Zumeß- und Mengentei­ lerventils 52. Der Kanal 65 führt zu einer Ringnut 66 des Steuerschiebers 56 und weiterhin über verschiedene Abzwei­ gungen zu Kammern 67, so daß die eine Seite einer Membran 68 durch den Kraftstoffdruck beaufschlagt wird. Je nach Stel­ lung des Steuerschiebers 56 öffnet die Ringnut 66 mehr oder weniger Steuerschlitze 69, die durch Kanäle 71 zu je einer Kammer 72 führen, die durch die Membran 68 von der Kammer 67 getrennt ist. Aus den Kammern 72 gelangt der Kraftstoff über Einspritzkanäle 73 zu den einzelnen nicht dargestellten Einspritzventilen, die in der Nähe der Motorzylinder im Saug­ rohr angeordnet sind. Die Membran 68 dient als bewegliches Teil eines Flachsitzventiles, das durch eine Feder 74 bei nicht arbeitender Kraftstoffeinspritzanlage offen gehalten wird.

Als Druckflüssigkeit zur Erzeugung der Rückstellkraft auf den Steuerschieber 56 dient Kraftstoff. Hierfür zweigt von der Kraftstoffversorgungsleitung 62 eine Leitung 75 ab, die durch eine Abkopplungsdrossel 76 von einer Steuerdrucklei­ tung 77 getrennt ist. Mit der Steuerdruckleitung 77 ist über eine Dämpfungsdrossel 78 ein Druckraum 79 verbunden, in den der Steuerschieber 56 mit seiner Stirnfläche 57 ragt.

In der Steuerdruckleitung 77 ist ein in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen, wie z. B. der Temperatur, der Brennkraft­ maschine arbeitendes Drucksteuerventil 80 angeordnet, über das die Druckflüssigkeit durch eine Rücklaufleitung 81 drucklos zum Kraftstoffbehälter 61 gelangen kann.

Stromaufwärts des Meßorgans 46 zweigt von dem Saugrohrab­ schnitt 45 eine Bypassleitung 10 ab, die stromabwärts des Meßorgans wieder in den Saugrohrabschnitt 48 mündet. In die Bypassleitung 10 ist eine erfindungsgemäße Steuervorrich­ tung 1 geschaltet, die im Schiebebetrieb der Brennkraftma­ schine bei erregtem Elektromagnetventil 19 die Bypasslei­ tung 10 öffnet. Die Ansteuerung des Elektromagnetventils 19 erfolgt durch ein elektronisches Steuergerät 83 in Abhängig­ keit beispielsweise vom Saugrohrdruck stromabwärts der Dros­ selklappe 51. Hierfür ist eine Kammer 84 einer Druckmeß­ dose 85 über eine Leitung 86 mit dem Saugrohrabschnitt 50 unmittelbar stromabwärts der Drosselklappe 51 verbunden, so daß in der Kammer 84 der Saugrohrdruck unmittelbar strom­ abwärts der Drosselklappe 51 herrscht. In der Kammer 84 ist eine Gegenfeder 87 angeordnet, die sich andererseits auf einer Dosenmembran 88 abstützt, durch die die Kammer 84 von einer Atmosphärenkammer 89 getrennt wird. Mit der Dosen­ membran 88 ist ein Stift 90 verbunden, der an einem Schlei­ fer 91 eines Potentiometers 92 angreift, durch das der in eine elektrische Größe umgewandelte Saugrohrdruck dem elek­ tronischen Steuergerät 83 vermittelt werden kann. Als Kenn­ zeichen für den Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine kön­ nen beispielsweise auch die Merkmale Drosselklappe 51 in Leerlaufstellung und Drehzahl größer als Leerlaufdrehzahl dienen.

Die Wirkungsweise der Kraftstoffeinspritzanlage ist fol­ gende:

Bei laufender Brennkraftmaschine wird durch die von dem Elektromotor 59 angetriebene Kraftstoffpumpe 60 Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 61 angesaugt und über die Kraft­ stoffversorgungsleitung 62 dem Zumeß- und Mengenteilerven­ til 52 zugeführt. Gleichzeitig saugt die Brennkraftmaschine über das Saugrohr 45 Luft an, durch die das Meßorgan 46 eine gewisse Auslenkung aus seiner Ruhelage erfährt. Ent­ sprechend der Auslenkung des Meßorgans 46 wird über den Hebel 53 auch der Steuerschieber 56 verschoben, der dabei einen größeren Querschnitt der Steuerschlitze 69 freigibt. Es ist erforderlich, je nach den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine das Kraftstoff-Luft-Gemisch reicher oder ärmer zu halten, was durch Änderung der Rückstellkraft auf das Meßorgan 46 erfolgt. Hierfür ist in der Steuerdruck­ leitung 77 beispielsweise das Drucksteuerventil 80 angeord­ net.

Die in der Bypassleitung 10 angeordnete Steuervorrichtung 1 ist in erregtem Zustand des Elektromagnetventiles 19 wäh­ rend des Schiebebetriebes der Brennkraftmaschine geöffnet, so daß von der Brennkraftmaschine Luft durch die Bypasslei­ tung 10 angesaugt werden kann, ohne das Meßorgan 46 zu be­ einflussen. Dadurch wird erreicht, daß das Meßorgan 46 in diesem Betriebszustand keine Auslenkung erfährt, d. h. die Steuerschlitze 69 werden vom Steuerschieber 56 verschlossen; es erfolgt also keine Kraftstoffzumessung. Bei Betriebszu­ ständen außerhalb des Schiebebetriebes ist das Elektromag­ netventil 19 nicht erregt und die Steuervorrichtung 1 ver­ schließt die Bypassleitung 10.

Claims (6)

1. Steuervorrichtung mit einem integrierten Elektromagnet­ ventil, das die Einwirkung eines Steuerfluides auf ein als bewegliche Wandung ausgebildetes Steuerglied steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektromagnetventil (19) einen Kern (22) aufweist, der einem als bewegliches Ven­ tilteil dienenden Flachanker (31) zugewandt als mit einem ersten Fluidanschluß (25) in Verbindung stehender erster Ventilsitz (29) geformt ist, wobei der Flachanker (31) auf seiner dem Kern (22) abgewandten Seite einen mit einem zweiten Fluidanschluß (38) verbundenen zweiten Ventilsitz (36) steuert und eine koaxial zwischen Magnetwicklung (27) und Ventilgehäuse (21) angeordnete Druckfeder (33) den Flachanker (31) in Richtung zum zweiten Ventilsitz (36) hin beaufschlagt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerglied als elastische Steuermem­ bran (4) ausgebildet ist, die an ihrem Umfang zwischen zwei Gehäusehälften (2, 3) eingespannt ist und einen Steuerfluidraum (6) abtrennt, in dem sie von Steuerfluid und einer Rückstellfeder (15) beaufschlagt wird.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuermembran (4) auf ihrer dem Steuerfluid­ raum (6) abgewandten Seite mit einem Steuerventilsitz (8) zusammenwirkt, der in einer Steuerströmungsleitung (10) angeordnet ist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß als Steuerströmungsleitung eine Bypassleitung (10) zu einem im Saugrohr (45, 47) einer Brennkraftmaschine angeordneten Luftmeßorgan (46) dient und die Bypassleitung (10) nur im Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine geöff­ net wird.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mit der Steuermembran (4) ein Betätigungsglied (42) verbunden ist.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im Elektromagnetventil (19) zwischen erstem Fluid­ anschluß (25) und erstem Ventilsitz (29) ein Filter (26) angeordnet ist.