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Druckregelventil
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Druckregelventil
nach der Gattung des Anspruches. Es ist schon ein Druckregelventil bekannt, bei
dem am Ventilsitzkörper ein Drosselspalt ausgebildet ist, über den bei Unterbrechung
der Fluidströmung eine Druckentlastung erfolgen kann, bis ein Absperrventil zur
Rückströmleitung hin schließt. Dabei soll über den Drosselspalt in einer bestimmten
Zeit eine bestimmte Fluidmenge strömen können, um in dieser Zeit eine gewünschte
Druckabsenkung in der Systemdruckkammer und damit im Fluidsystem zu erreichen. Durch
fertigungstechnische Gründe läßt sich für den Drosselspalt jedoch nur eine begrenzte
Toleranzbreite erreichen, die zusammen mit der Exzentrizität des Ventilsitzkörpers
zu einer unerwünscht großen Streubreite der Strömungsmenge über den Drosselspalt
führt.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Druckregelventil mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs hat derigegenüber den Vorteil,
daß
nach dem Abschalten der Fluidförderung durch das Druckregelventil möglichst exakt
eine Absenkung des Fluiddruckes auf einen vorbestimmten unteren Fluiddruck in einer
bestimmten Zeit erreichbar ist. Eine derartige Ausbildung ist besonders bei der
Verwendung in einer Kraftstoffversorgungsanlage für Brennkraftmaschinen vorteilhaft,
um nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine möglichst schnell eine unerwünschte
weitere Kraftstoffeinspritzung zu verhindern. Dies erfolgt dadurch, daß das Druckregelventil
erst dann schließt, wenn der vorbestimmte untere Kraftstoffdruck unterschritten
wird, der dem Schließdruck der zur Kraftstoffversorgung dienenden Kraftstoffeinspritzventile
entspricht. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Druckregelventiles mit einer
Systemdruckkammer und Sammelraum in erwünschter Weise zusätzlich verbindenden Drosselstelle
erlaubt eine genaue Einhaltung der gewünschten Kraftstoffdruckabsenkung in einer
bestimmten vorgegebenen Zeit nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Beschreibung des Ausführungsbeispieles Aufbau und Wirkungsweise des
erfindungsgemäßen Druckregelventiles soll anhand seiner beispielsweisen Verwendung
in einer Kraftstoffeinspritzanlage erläutert werden.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzanlage
sind mit 1 Zumeßventile dargestellt, wobei jedem Zylinder einer nichtdargestellten
gemischverdichtenden fremdgezündet en Brennkraftmaschine ein Zumeßventil 1 zugeordnet
ist, an dem eine zur von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge in einem bestimmten
Verhältnis stehende Kraftstoffmenge zugemessen wird. Die beispielsweise dargestellte
Kraftstoffeinspritzanlage weist vier Zumeßventile 1 auf und ist somit für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine
bestimmt.
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Der Querschnitt der Zumeßventile ist beispielsweise gemeinsam, wie
angedeutet, durch ein Betätigungselement 2 in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen
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 als Druckbegrenzungsventil ausgebildetes
Druckregelventil 9 angeordnet, das den in der Kraftstoffversorgungsleitung 3 herrschenden
Kraftstoffdruck begrenzt und bei Überschreiten Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter
6 zurückfließen läßt.
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Stromabwärts jedes Zumeßventiles 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 kann eine Differenzdruckfeder
18 angeordnet sein, die die Membran 14 in Öffnungsrichtung des Regelventiles 13
beaufschlagt. In der Steuerkammer 15 ist eine Schließfeder 17 angeordnet, deren
Federkraft größer als die der Differenzdruckfeder 18 ist und die einerseits verhindert,
daß bei abgestellter Brennkraftmaschine Kraftstoff aus der Kraftstoffversorgungsleitung
3 zu den Einspritzventilen 10 gelangt und andererseits ermöglicht, daß beispielsweise
im Leerlaufbetrieb die an den einzelnen Zumeßventilen 1 zugemessenen Kraftstoffmengen
aufeinander abgestimmt werden können.
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Von der Kraftstoffversorgungsleitung 3 zweigt eine Leitung 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 Steuerdrossel
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 Wirkungsweise beschrieben werden. Der
elektrofluidische Wandler 20 enthält eine Wippel 26, die elektromagnetisch mittels
Spulen 27, 28 mit einem veränderlichen Auslenkmoment beaufschlagt 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
Wippel 26 angebrachten Prallplatte 31. Bei einem konstanten, an der Wippe 26 angreifenden
Auslenkmoment 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 einstellt. Die Ansteuerung des elektrofluidischen Wandlers 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 elektrofluidischen
Wandlers 20 durch das elektronisehe Steuergerät 32 kann dabei analog oder getaktet
erfolgen.
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Bei nicht erregtem Zustand des elektrofluidischen Wandlers 20 kann
durch geeignete Federkräfte oder Permanentmagneten 37 an der Wippe 26 ein Grundmoment
erzeugt werden, das so ausgelegt ist, daß sich eine Druckdifferenz einstellt, die
auch bei Ausfallen der elektrischen Ansteuerung einen Notlauf der Brennkraftmaschine
gewährleistet.
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Das Druckregelventil 9 weist eine Systemdruckkammer 40 auf, die mit
der Kraftstoffversorgungsleitung 3 in Verbindung steht und durch eine als Ventilteil
dienende Ventilmembran 41 von einer Federkammer 42 getrennt ist, die mit einem Bezugsdruckmedium,
beispielsweise 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 an einem Ventilsitzkörper 39
ausgebildeter
Ventilsitz 44, der mit der Ventilmembran 41 zusammenwirkt und an einer Axiallagerstelle
45 axial verschiebbar gelagert ist. Das der Ventilmembran 41 abgewandte Ende des
Ventilsitzkörpers 39 ragt aus der Axiallagerstelle 45 heraus in einen Sammelraum
46 und ist als Ventilteller 47 ausgebildet. Der Ventilteller 47 öffnet oder schließt
einen ersten 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 zurückströmen kann. An dem Ventilteller 47 stützt
sich eine Schließdruckfeder 50 ab, die den Ventilteller 47 in Öffnungsrichtung beaufschlagt
und bestrebt ist, den Ventilsitzkörper 39 entgegen der über die Ventilmembran 41
auf den Ventilsitzkörper 39 wirkenden Kraft zu verschieben.
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Das Spiel des Ventilsitzkörpers 39 in der Axiallagerstelle 45 zwischen
der Systemdruckkammer 40 und dem Sammelraum 46 ist als Drosselspalt 51 ausgebildet.
In den Sammelraum 46 münden alle Kraftstoffleitungen, beisfielsweise die Abströmleitung
24, über die Kraftstoff zum Kraftstoffbehälter 6 zurückströmen soll. So ist in dem
Ventilsitzkörper 39 ein Kanal 52 vorgesehen, über den bei vom Ventilsitz 44 abgehobener
Ventilmembran 41 Kraftstoff in den Sammelraum 46 strömen kann. Der von Kraftstoff
beaufschlagte Querschnitt des Ventilstellers 47 ist geringer, als der Ventilmembranquerschnitt
41, und der elastische erste Dichtsitz 48 hat in etwa den gleichen Querschnitt wie
der Ventilteller 47.
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Die Funktion des Druckregelventiles 9 ist folgende: Bei stillstehender
Brennkraftmaschine sitzt der Ventilteller 47 auf dem ersten Dichtsitz 48 auf und
verschließt die Rückströmleitung 49, während die Ventilmembran 41 den
Ventilsitz
44 verschließt. Beim Starten der Brennkraftmaschine fördert die Kraftstoffpumpe
5 Kraftstoff in die Kraftstoffversorgunglseitung 3 und damit auch in die Steuerdruckkammer
40 des Druckregelventiles 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 Kraftstoffdruckkraft auf den Ventilteller 47, so hebt der Ventilteller 47 von
dem ersten Dicht sitz 48 ab, und der Ventilsitzkörper 39 verschiebt sich in Richtung
zur Ventilmembran 41. Diese Verschiebebewegung wird begrenzt durch einen als Anschlag
wirkenden zweiten Dichtsitz 53 an der Axiallagerstelle 45, an dem ein Dichtabsatz
54 des Ventilsitzkörpers 39 den Drosselspalt 51 sperrend zum Anliegen kommt. Zweiter
Dichtsitz 53 und Dichtabsatz 54 sind beispielsweise konisch ausgebildet. In dem
zweiten Dichtsitz 53 endet eine Drosselöffnung 55, die andererseits mit der Systemdruckkammer
40 in Verbindung steht und bei am zweiten Dicht sitz 53 anliegendem Dichtabsatz
54 durch diesen wie der Drosselspalt 51 gesperrt wird. Ist nun ein nur noch durch
die Federkraft der Systemdruckfeder 43 bestimmter Kraftstoffdruck (Systemduck) 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 43 ab strömen.
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Beim Abstellen der Brennkraftmaschine bzw. der Unterbrechung der Kraftstofförderung
durch die Kraftstoffpumpe 5 verschließt die Ventilmembran 41 den Ventilsitz 44.
Die Federkräfte der Systemdruckfeder 43 und der Schließdruckfeder 50 und die von
Kraftstoff beaufschlagten
Querschnitte der Ventilmembran 41 und
des Ventiltellers 47 sind so aufeinander abgestimmt, daß der Dichtabsatz 54 des
Ventilsitzkörpers 39 vom zweiten Dichtsitz 53 abhebt und über den Drosselspalt 51
und die Drosselöffnung 55 Kraftstoff in den Sammelraum 46 und aus dem Sammelraum
46 über den Dicht sitz 48 in die Rückströmleitung 49 abströmen kann, bis der Kraftstoffdruck
in der Kraftstoffeinspritzanlage geringer ist, als der zur Öffnung der Einspritzventile
10 erforderliche Kraftstoffdruck. Erst unterhalb des zur Öffnung der Einspritzventile
10 erforderlichen Kraftstoffdruckes wird der Ventilte.'ler 47 so weit entgegen der
Kraft der Schließdruckfeder 50 verschoben, daß er auf dem ersten Dicht sitz 48 die
Rückströmleitung 49 absperrend zum Aufliegen kommt.
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Die Querschnitte von Drosselspalt 51 und Drosselöffnung 55 sind so
aufeinander abgestimmt, daß die über den Drosselspalt 51 strömende Kraftstoffmenge
klein ist im Vergleich zu der über die Drosselöffnung 55 strömenden Kraftstoffnenge,
so daß die Fertigungstoleranz an der und die Exzentrizität des Ventilsitzkörpers
39 in der Axiallagerstelle 45 nur noch einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf
die Druckabsenkung nach dem Abstellen der Kraftstoffförderung hat. Durch den im
Sammelraum 46 herrschenden Kraftstoffdruck wird nun der Ventilteller 47 zusätzlich
auf den ersten Dichtsitz 48 gepreßt. Hierdruch wird ein Auslecken von Kraftstoff
aus der Kraftstoffeinspritzanlage verhindert, so daß bei einem erneuten Start der
Brennkraftmaschine die Kraftstoffeinspritzanlage in kürzester Zeit einsatzfähig
ist. Wird nun die Brennkraftmaschine erneut gestartet, so ist der erforderliche
Öffnungsdruck, bei dem der Ventilteller 47 von dem ersten 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 erfolgt. Ein gegenüber dem Schließdruck erhöhter Öffnungsdruck
ist jedoch erwünscht, um ein sicheres Schließen zu gewährleisten, auch wenn nach
dem Abstellen der Brennkraftmaschine durch Erwärmung des eingeschlossenen Kraftstoffes
der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffeinspritzanlage ansteigt.
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Das erfindungsgemäße Druckregelventil 9 ist überall dort einsetzbar,
woeine sehr genaue Druckregelung gefordert wird und in Ruhestellung ein Auslecken
des geregelten Fluids aus der Fluidanlage verhindert werden soll, wobei der zum
Schließen erforderliche Fluiddruck geringer sein soll, als der zum Öffnen erforderliche.
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