DE69021760T3

DE69021760T3 - Betriebsstoffdruckregelventil.

Info

Publication number: DE69021760T3
Application number: DE69021760T
Authority: DE
Inventors: Michael Joseph Yorktown Hornby
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1990-04-02
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2010-04-03
Also published as: EP0392313B2; EP0392313B1; DE69021760D1; CA2008837C; DE69021760T2; EP0392313A2; JPH02291473A; US4928729A; CA2008837A1; EP0392313A3

Description

Diese Erfindung betrifft generell Kraftstoffdruckregelventile eines Typs, der in Kraftstoffeinspritzsystemen von Kraftfahrzeugmotoren Verwendung findet, genauer gesagt eine Verbesserung in bezug auf die Halterung des membrangelagerten Ventilelementes von derartigen Ventilen.
Ein üblicher Typ eines Kraftstoffdruckregelventils umfasst ein Gehäuse, in dem eine Membraneinheit das Gehäuse in zwei Kammern unterteilt, wobei eine Kammer eine Kraftstoffkammer und die andere Kammer eine Steuerkammer ist. Die Kraftstoffkammer besitzt einen Einlass, der mit unter Druck stehendem Kraftstoff, dessen Druck geregelt werden soll, in Verbindung steht, und einen Auslass, durch den überschüssiger Kraftstoff zum Tank zurückgeführt wird. Die Membrananordnung lagert ein Ventilelement, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, der in der Kraftstoffkammer angeordnet ist. Der Ventilsitz ist am inneren Ende des Auslasses von der Kraftstoffkammer aus vorgesehen. Die Steuerkammer steuert den Druck des Kraftstoffes in der Kraftstoffkammer, der ein Abheben des Ventilelementes vom Ventilsitz bewirkt, und regelt auf diese Weise den Druck des flüssigen Kraftstoffes, mit dem der Einlass in Verbindung gebracht wird. Die Steuerkammer umfasst eine Schraubenfeder, die so auf die Membrananordnung einwirkt, dass das Ventilelement in Richtung auf einen Sitz auf dem Ventilsitz und somit auf ein Blockieren des Durchflusses zwischen dem Einlass und Auslass vorgespannt wird. Die Steuerkammer umfasst des weiteren eine Steueröffnung, die mit einer Unterdrucksteuerung in Verbindung steht. Die Beaufschlagung der Steuerkammer mit Unterdruck wirkt auf die Membrananordnung in der Richtung entgegengesetzt zur Feder ein. Durch geeignete Steuerung des Unterdrucks, der der Steuerkammer zugeführt wird, wird der Druck in der Kraftstoffkammer, bei dem ein Abheben des Ventilelementes auftritt, gesteuert. Auf diese Weise führt das Ventil die Funktion der Regelung des Drucks des flüssigen Kraftstoffes, dem der Kraftstoffkammereinlass ausgesetzt ist, durch.
Eine bekannte Ausführungsform eines Ventilelementes umfasst eine abgeschnittene Metallkugel, die eine Gesamtgröße besitzt, die größer ist als eine Halbkugel, und die eine ebene kreisförmige Fläche an der Schnittstelle aufweist. Die abgeschnittene Kugel ist auf einer metallischen Montageeinheit gehalten, die von der Membrananordnung getragen wird, so dass diese Fläche die ebene kreisförmige Fläche ist, die mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, und so dass sich die abgeschnittene Kugel innerhalb der Montageeinheit verschwenken kann. Das Schwenkvermögen stellt sicher, dass die ebene kreisförmige Fläche der abgeschnittenen Kugel richtig auf dem Ventilsitz sitzt, um einen Kraftstoffstrom vom Auslass der Kraftstoffkammer zu blockieren, wenn eine derartige Blockade gewünscht wird. Die abgeschnittene Kugel wird auf der metallischen Montageeinheit gesichert, indem die Kugel in einem in der Montageeinheit ausgebildeten Hohlraum angeordnet und dann ein Flansch, der den Hohlraum umgibt, über die Kugel geschmiedet oder gebördelt wird.
Dieses Schmieden oder Bördeln stellt einen Vorgang dar, der relativ sorgfältig gesteuert werden muss, da es für die Kugel erforderlich ist, dass sie eine bestimmte begrenzte Bewegung durchführt, wenn sie im Hohlraum der Montageeinheit eingefangen wird. Es müssen somit während des Herstellprozesses Herstelltoleranzen sorgfältig überwacht werden, und es müssen Einstellungen in der erforderlichen Weise durchgeführt werden, so dass jede Kugel innerhalb der zulässigen Bewegungsgrenzen im Hohlraum der Montageeinheit nach dem Bördeln liegt. Es wurde festgestellt, dass derartige Verfahren beträchtlich zu den Herstellkosten beitragen.
Eine andere bekannte Ausführungsform eines Ventilelementes umfasst eine kreisförmige Scheibe, die an eine vollständig kugelförmige Kugel gelötet ist. Die Kugel wird im Hohlraum der Montageeinheit über einen vergleichsweise komplexen Stanzvorgang fixiert, und der Schritt des Lötens der Scheibe an die Kugel stellt einen Extravorgang dar. Diese Konstruktion besitzt daher bestimmte Nachteile.
Die US-A-4 774 923 zeigt ein Kraftstoffdruckregelventil mit einer Scheibe, die mit einer Kugel verbunden ist. Die Kugel wird von einer Fangeinrichtung (möglicherweise einer Scheibe), die für einen etwas kegelstumpfförmigen Sitz sorgt, so dass die Scheibe nicht eben ausgebildet wird, in einer Montageeinheit fixiert. Ein Flansch an der Montageeinheit ü berlappt den Außendurchmesser der Fangeinrichtung in Radialrichtung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige und einzigartige Konstruktion zum Halten eines als abgeschnittene Kugel ausgebildeten Ventilelementes im Hohlraum der Montageeinheit. Kurz gesagt umfasst die Konstruktion eine kreisförmige Ausnehmung, die um die Hohlraumöffnung herum angeordnet ist und einen Durchmesser besitzt, der den der Hohlraumöffnung übersteigt, und eine kreisförmige ebene Scheibe, die im kreisförmigen Hohlraum angeordnet ist, um die abgeschnittene Kugel im Hohlraum zu halten, wobei die kreisförmige ebene Scheibe einen Innendurchmesser besitzt, der größer ist als der Durchmesser über die kreisförmige Schnittfläche, jedoch geringer als der Nenndurchmesser der Kugel, und wobei ein Flansch um die kreisförmige Ausnehmung auf den Außenumfang der kreisförmigen Scheibe gebördelt ist. Die Toleranz des Innendurchmessers der Scheibe wird genau gesteuert, um eine exakte Steuerung der Bewegung der Kugel im Hohlraum der Montageeinheit zu erreichen. Diese Konstruktion bietet Herstellvorteile gegenüber beiden, vorstehend beschriebenen Typen von Ventilelementen des Standes der Technik.
Die vorstehenden Merkmale zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Patentansprüchen hervor, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden sollten. Die Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gemäß der zum jetzigen Zeitpunkt vorgeschlagenen besten Art und Weise zur Ausführung der Erfindung.
Von den Zeichnungen zeigen:
1 eine Längsschnittansicht eines Kraftstoffdruckregelventils gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Querschnittansicht in Richtung der Pfeile 2-2 in 1;
3 eine vergrößerte Teilansicht eines Abschnittes der 1; und
4 eine auseinandergezogene Ansicht von diversen in 3 gezeigten Teilen.
1 zeigt ein Kraftstoffdruckregelventil 10, das Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwirklicht und ein generell zylindrisches Gehäuse 12 umfasst, das eine Membrananordnung 14 enthält, die das Gehäuse in eine Steuerkammer 16 und eine Kraftstoffkammer 18 unterteilt.
Die Kraftstoffkammer 18 besitzt einen Einlass 20, der an eine Kraftstoffleiste (nicht gezeigt) angeschlossen werden kann, und einen Auslass 22, der an einen Kraftstofftank (nicht gezeigt) angeschlossen werden kann. Innerhalb der Kraftstoffkammer 18 ist ein Ventilsitz 24 vorgesehen.
Die Membranordnung 14 umfasst ein ringförmiges nichtmetallisches Element 26, dessen Innendurchmesserrand zwischen einer metallischen Montageeinheit 28 und einem ringförmigen Metallteil 30 eingefangen ist. Die Membrananordnung umfasst des weiteren eine abgeschnittene Metallkugel 32, die mit Hilfe einer kreisförmigen Scheibe 36 in einem Hohlraum 34 der Montageeinheit 28 fixiert ist. Eine kleine Schraubenfeder 38 im Hohlraum 34 drückt die Kugel 32 gegen den Innendurchmesserrand der Scheibe 36.
Eine Schraubenfeder 40 ist in der Kammer 16 angeordnet und wirkt zwischen der Endwand des Gehäuses 12 und dem Teil 30, um die Membrananordnung in eine Richtung zu drücken, in der sich die kreisförmige Schnittfläche 42 (2) der Kugel 32 auf den Ventilsitz 24 setzt. In diesem Zustand wird ein Durchfluss zwischen dem Einlass 20 und dem Auslass 22 blockiert.
Die Kammer 16 besitzt eine Steueröffnung 44, die mit einer Unterdrucksteuerung in Verbindung gebracht werden kann. Wenn der Kammer 16 Unterdruck zugeführt wird, wirkt dieser entgegen der Feder 40, um einen Druck in der Kammer 18 aufzubauen, bei dem sich die Kugel 32 vom Sitz 24 abhebt. Bei einem vorgegebenen Unterdruck in der Kammer 16 ist das Ausmaß, um das sich die Kugel 32 vom Sitz 24 abhebt, von der Größe des Drucks in der Kammer 18 abhängig. Je größer der Druck ist, desto größer ist das Abheben der Kugel 32. Dies hat zur Folge, dass der Druck des Kraftstoffes in der Kammer 18 geregelt wird.
Die erfindungsgemäßen Merkmale betreffen die Art und Weise, in der die Kugel 32 über die Scheibe 36 im Hohlraum 34 fixiert wird. Es wird diesbezüglich auch auf die 3 und 4 verwiesen, die die erfindungsgemäßen Merkmale in größeren Einzelheiten zeigen.
Der Hohlraum 34 besitzt einen Abschnitt 46 in Form eines geraden Kreiszylinders, einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 48 und einen Abschnitt 50 in Form eines geraden Kreiszylinders, der in einer sich verjüngenden Spitze endet. Die Kugel 32 ist etwas größer als eine Halbkugel und eng in die Abschnitte 46 und 48 eingepasst, wie in 3 gezeigt. Der Innendurchmesser der Scheibe 36 ist größer als der Durchmesser der kreisförmigen Fläche 42, jedoch geringer als der Nenndurchmesser der Kugel 32. Mit der die Kugel 32 im Hohlraum 34 haltenden Scheibe 36 drückt somit die Feder 38 die Kugel gegen den Innendurchmesserrand der Scheibe, wie in 3 gezeigt. Die relativen Abmessungen der Kugel und des Hohlraumes sind derart, dass die Kugel eine begrenzte Bewegung im Hohlraum durchführen und in diesem verschwenkt werden kann.
Die Scheibe 36 selbst muss an der Montageeinheit 28 gehalten werden, um die Kugel 32 im Hohlraum 34 zu halten. Das Halten der Scheibe wird durch Anordnung einer kreisförmigen Ausnehmung 52 um das offene Ende des Abschnittes 46, das Anordnen der Scheibe 36 in der Ausnehmung 52, nachdem die Feder 38 und die Kugel 32 im Hohlraum 34 angeordnet worden sind, und das Bördeln eines kreisförmigen Flansches 54, der die Scheibe umgibt, über den Außenrand der Scheibe erreicht, um die Bördelungen oder umgeschlagenen Bereiche 56 vorzusehen, die in den 2 und 3 gezeigt sind und die Scheibe an Ort und Stelle halten.
Eine genaue Steuerung des Innendurchmessers der Scheibe 36 sorgt bei vorgegebenen Abmessungen der Kugel und des von der Kugel besetzten Abschnittes des Hohlraumes für eine genaue Steuerung der Bewegung der Kugel im Hohlraum. Obwohl es erforderlich ist, den Außenrand der Scheibe durch Bördeln an Ort und Stelle zu halten, sind der Bördelvorgang und die Steuerung des Außendurchmessers der Scheibe weniger kritisch als im Ventil, in dem der Flansch der Montageeinheit direkt gegen die Kugel gebördelt wird. Die Erfindung sorgt daher für eine Verbesserung im Montageprozess.

Claims

Kraftstoff-Druckregelventil (10) mit einem Gehäuse (12), das eine Membrananordnung (14) enthält, welche das Gehäuse in zwei Kammern unterteilt, wobei eine Kammer eine Kraftstoffkammer (18) und die andere Kammer eine Steuerkammer (16) ist, die Kraftstoffkammer einen Einlaß (20) und einen Auslaß (22) aufweist, von denen der Einlaß mit einem Vorrat an Druckmittel in Verbindung steht, dessen Druck zu regeln ist, und der Auslaß dazu dient, überschüssigen Kraftstoff zu einem Tank zurückzuführen, der Auslaß ein inneres Ende besitzt, welches einen Ventilsitz (24) enthält, mit dem ein von der Membrananordnung getragenes Ventilglied (32) zusammenwirkt, die Steuerkammer Mittel zum Herstellen des Drucks in der Kraftstoffkammer aufweist, bei dem das Ventilglied von dem Ventilsitz abhebt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied eine abgeschnittene Kugel mit einer kreisförmigen Fläche (42) an der Schnittstelle ist und größer als eine Halbkugel ausgebildet ist, wobei die Kugel in einem Hohlraum (34) in einem Lager (28) untergebracht ist, das von der Membrananordnung getragen wird, derart, daß die kreisförmige Fläche der Kugel freiliegt, um mit dem Ventilsitz zusammenzuwirken, während die Kugel innerhalb des Lagers (28) schwenkbar ist, wobei die Kugel innerhalb des Lagers von einer Scheibe (36) mit einem kreisförmigen Innendurchmesser gehalten wird, der kleiner als der Nenndurchmesser der Kugel, jedoch größer als der Durchmesser der kreisförmigen Fläche ist, das Lager (28) eine Ausnehmung (52) enthält, die das offene Ende des Hohlraums umgibt und in der die Scheibe (36) angeordnet ist, wobei ein Flansch (54) an dem Lager den Außendurchmesser der Scheibe radial überlappt, und Bördelungen (56) vorgesehen sind, um die Scheibe an dem Lager (28) dadurch zu halten, daß der Flansch um den Außenrand der Scheibe (36) gebördelt wird, so dass die Kugel (32) durch den Innendurchmesser der Scheibe (36) vorstehen kann, um die kreisförmige Fläche (42) dem Ventilsitz zuzuwenden, während die Kugel (32) innerhalb des Lagers schwenkbar bleibt, wobei die Scheibe (36) flach ausgebildet ist.
Kraftstoff-Druckregelventil nach Anspruch 1, mit einer Feder (38), die zwischen dem Lager (28) und der Kugel (32) angeordnet ist, um die Kugel elastisch in Berührung mit dem Innendurchmesser der Scheibe zu drücken.