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Diese Erfindung bezieht sich auf elektromagnetisch betätigbare
Ventile mit einem Ventilteil, das zwischen einem ersten und
einem zweiten Sitz bewegbar ist, und einer elektromagnetischen
Einrichtung mit einem Ausgangsteil, das mit dem Ventilteil
gekoppelt ist und das, wenn es mit elektrischem Strom versorgt
wird, das Ventilteil von dem ersten Sitz zu dem zweiten Sitz
bewegt, wobei das Ventil ein Vorspannmittel aufweist, das zum
Zurückführen des Ventilteiles zu dem ersten Sitz betätigbar
ist, wenn die Lieferung von elektrischem Strom unterbrochen
wird.
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Solche Ventile sind im Stand der Technik gut bekannt und können
zur Steuerung zum Beispiel des Kraftstoffbetrages benutzt
werden, der zu einem Verbrennungsraum eines Dieselmotors geliefert
wird. Schwierigkeiten treten auf, wenn der Kraftstoffbetrag,
der zu dem Motor geliefert werden muß, verringert wird, und es
ist möglich, daß der Kraftstoffbetrag, der zu dem Motor während
der minimalen Zykluszeit des Ventiles geliefert wird, größer
als notwendig ist. Mit minimaler Zykluszeit wird die minimale
Zeit gemeint, die für das Ventilteil notwendig ist, sich von
dem ersten zu dem zweiten Sitz und zurück zu dem ersten Sitz zu
bewegen. Bei solchen Situationen ist es bei Mehrzylindermotoren
bekannt, den Kraftstofffluß zu einem oder mehreren
Motorverbrennungsräumen so zu stoppen, daß der Kraftstoffbetrag, der zu
den verbleibenden Verbrennungsräumen geliefert wird, so erhöht
werden kann, daß das Ventil oder die Ventile während einer
Dauer tätig sein können, die länger als die minimale Zykluszeit
ist.
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Ein Ventil ist in der DE 38 38 147 C beschrieben, das ein
Ventilelement enthält, das auf einem Ventilteil unter seiner
Trägheit zwischen einer ersten und einer zweiten Position zum
Ermöglichen einer Voreinspritzung von Kraftstoff zu einem
Zylinder eines Motors verschiebbar ist, worauf eine getrennte
Haupteinspritzung folgt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
elektromagnetisch betätigbares Ventil in einer verbesserten Form
vorzusehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektromagnetisch
betätigbares Ventil vorgesehen mit einem Ventilteil, das zwischen
einem ersten und einem zweiten Sitz durch eine
elektromagnetische Einrichtung mit einem Ausgangsteil, das mit dem Ventilteil
gekoppelt ist, bewegbar ist, wobei die elektromagnetische
Einrichtung, wenn sie mit elektrischem Strom versorgt wird, das
Ventilteil von seinem ersten zu seinem zweiten Sitz gegen die
Wirkung eines Vorspannmittels bewegt, das das Ventilteil zu
seinem ersten Sitz zurückführt, wenn der Fluß von elektrischem
Strom unterbrochen wird, einem zwischen einer ersten und einer
zweiten Position bewegbaren Ventilelement, wobei sich das
Ventilelement unter seiner Trägheit von seiner ersten Position zu
seiner zweiten Position eine vorbestimmte Zeit nach der
Bewegung des Ventilteiles zu seinem zweiten Sitz und als Reaktion
darauf bewegt, das Ventilelement zu seiner ersten Position nach
einer zweiten vorbestimmten Zeit zurückkehrt, das Ventilelement
in der Form einer Buchse gebildet ist und eine Feder zum
Vorspannen der Buchse gegen einen Anschlag vorgesehen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventilelement innerhalb einer Bohrung
gleitend verschiebbar ist, der Anschlag auf einem Stiel des
Ventilteiles vorgesehen ist, wobei die Buchse lose um den Stiel
angeordnet ist.
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Ein Beispiel eines elektromagnetisch betätigbaren Ventiles
gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Figur 1 ein Drehverteilerpumpengerät zeigt, das ein Beispiel
des Ventiles verwendet,
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Figur 2 ein Akkumulatorkraftstoffsystem zum Liefern von
Kraftstoff zu einer Einspritzdüse eines Motors zeigt, und
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Figuren 3 und 4 Zeitablaufdiagramme sind, die für die in
Figuren 1 und 2 zu sehende Ventile geeignet sind.
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Es wird Bezug genommen auf Figur 1 der Zeichnungen, das
Pumpengerät enthält ein Drehverteilerteil 10, das in einem umgebenden
Gehäuse 11 angebracht ist. Das Verteilerteil wird in zeitlicher
Beziehung zu einem zugehörigen Motor durch eine nicht gezeigte
Antriebswelle angetrieben.
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In dem Verteilerteil ist eine Querbohrung 12 gebildet, in der
ein Paar von Pumpenkolben 13 angebracht ist, und an ihren
äußeren Enden greifen die Kolben an entsprechende Nockenfolger 14
an, die in Eingriff mit einer inneren Umfangsoberfläche eines
ringförmigen Nockenringes 15 stehen. Auf der inneren Oberfläche
des Nockenringes sind Nockenkurven gebildet, die während der
Drehung des Verteilerteiles eine nach innen gerichtete Bewegung
auf die Pumpenkolben zum Ausstoßen von Kraftstoff aus der
Bohrung 12 ausüben. Die Bohrung 12 steht mit einem axial
vorgesehenen Durchgang in Verbindung, der mit einem radialen Durchgang
16 verbunden ist. Der Durchgang 16 ist so angeordnet, daß er
aufeinanderfolgend mit abwechselnd angeordneten Auslaßöffnungen
17 und Einlaßöf fnungen 18, die in dem Gehäuse 11 gebildet sind,
in Übereinstimmung kommt, nur eine der öffnungen ist in der
Zeichnung gezeigt. Die Einlaßöf fnungen 18 stehen mit einer
Kraftstoffquelle 19 unter Druck in Verbindung, und die
Auslaßöffnungen 17 stehen mit entsprechenden Auslässen 20 in
Verbindung, die mit den Einspritzdüsen des zugehörigen Motors
verbunden sind.
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Während der Einwärtsbewegung der Pumpenkolben steht der
Durchgang 16 mit einer Auslaßöffnung 17 so in Übereinstimmung, daß
Kraftstoff zu dem Motor geliefert werden kann, und während der
weiteren Drehung des Verteilerteiles bewegt sich der Durchgang
16 aus der Übereinstimmung mit einer Auslaßöffnung in
Übereinstimmung mit einer Einlaßöffnung 18, so daß eine neue Lieferung
von Kraftstoff zu der Bohrung 12 zum Bewirken der
Auswärtsbewegung der Kolben 13 geliefert werden kann.
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Zum Steuern des Kraftstoffbetrages, der zu dem zugehörigen
Motor geliefert wird, und ebenfalls des Zeitpunktes während der
Einwärtsbewegung, zu dem die Kraftstofflieferung beginnt, ist
ein Steuerventil vorgesehen, das allgemein mit 21 bezeichnet
ist.
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Das Steuerventil enthält eine Bohrung 22, an deren einem Ende
ein Sitz 23 definiert ist, und benachbart auf der
stromaufwärtigen Seite des Sitzes ist eine ringförmige Galerie 24
vorgesehen, die mit der Auslaßöffnung 17 verbunden ist. Stromabwärts
von dem Sitz ist ein Durchgang 25 vorgesehen, der mit einem
Abfluß verbunden ist. Ein Ventilteil 26 ist gleitend verschiebbar
in der Bohrung 22 vorgesehen, das für einen Eingriff mit dem
Sitz 23 geformt ist und eine Verlängerung aufweist, die mit dem
Ausgangsteil 27 eines elektromagnetischen Betatigungsgliedes 28
gekoppelt ist, das eine elektrische Wicklung enthält, an die
Strom durch ein Steuersystem angelegt werden kann.
Bequemerweise ist das Ausgangsteil der Anker des Betätigungsgliedes. Eine
Feder spannt das Ventilteil und den Anker zu der in der
Zeichnung gezeigten Position vor, in der das Ventilteil von dem Sitz
23 beabstandet ist. Solch eine Feder ist bei 43 in Figur 2
gezeigt.
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Ein Ventilelement ist vorgesehen, und dieses ist in der Form
einer Buchse 29, die gleitend verschiebbar in der Bohrung 22
ist, und die lose um einen Stiel 30 angeordnet ist, der
einstückig mit dem Ventilteil gebildet ist. Zwischen die Buchse
und eine Reaktionsoberfläche auf dem Ventilteil ist eine
leichte Schraubenkompressionsfeder 31 gesetzt, die die Buchse in
Eingriff mit einem auf dem Stiel 30 angebrachten Anschlag 32
drückt. Die Buchse ist mit einer Umfangsrille versehen, die in
konstanter Verbindung mit der Auslaßöffnung 17 steht, und die
in der gezeigten Position angeordnete Rille ist in Verbindung
mit einem Durchgang 33, der mit dem Abfluß in Verbindung steht.
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Wie in Figur 1 gezeigt ist, ist das Ventilteil 26 in der
offenen Position, das heißt in seinem sogenannten ersten Sitz, und
die Buchse 29 ist in ihrer sogenannten ersten Position, in der
die Auslaßöffnung 17 in Verbindung mit dem Durchgang 33 steht.
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Während sich die Kolben nach innen bewegen, fließt Kraftstoff
anstelle des Fließens durch den Auslaß 20 entlang der zwei
offenen Flußwege, die durch das Ventilteil und die Buchse
gesteuert werden. Wenn die Lieferung von Kraftstoff zu dem
zugehörigen Motor notwendig ist, wird die Windung des
Betätigungsgliedes 28 erregt, und das Ventilteil 26 bewegt sich in seinen
zweiten Sitz, in dem es in Eingriff mit dem Sitz 23 steht. Der
Kraftstofffluß durch den Durchgang 25 wird dadurch angehalten.
Obwohl sich die Buchse 29 um den gleichen Betrag bewegt hat wie
das Ventilteil, verbleibt jedoch die Umfangsrille in Verbindung
mit dem Durchgang 33, so daß Kraftstoff weiterhin durch diesen
Durchgang gespült wird. Die Trägheit der Buchse, die während
der schnellen Bewegung des Ventilteiles in Eingriff mit dem
Sitz erzielt wird, bewirkt, daß sich die Buchse weiterhin
bewegt, wobei solche Bewegung gegen die Wirkung der Feder 31
geht. Schließlich erreicht die Buchse ihre sogenannte zweite
Position, in der die Rille nicht mehr in Verbindung mit dem
Durchgang 33 steht. Nur wenn dieses stattfindet, wird das
Fließen von Kraftstoff von der Bohrung 12 so angehalten, daß der
Kraftstofffluß zu dem zugehörigen Motor stattfinden kann. Die
Bewegung der Buchse aufgrund der Trägheit hört schließlich auf,
und die Buchse beginnt, unter der Wirkung der Feder 31
zurückzukehren, und wenn dieser Vorgang stattfinden kann, ohne daß
die Windung des Betätigungsgliedes deerregt wird, beginnt,
sobald die Rille in der Buchse den Durchgang 33 freigibt,
Kraftstoff von der Bohrung so zu fließen, daß die Lieferung von
Kraftstoff zu dem zugehörigen Motor endet. Die Zeitdauer,
während der die Rille nicht in Verbindung mit dem Durchgang 33
steht, bestimmt den maximalen Kraftstoffbetrag, der zu dem
zugehörigen Motor geliefert werden kann. Wenn jedoch die Windung
des Betätigungsgliedes 28 deerregt wird, bevor die Buchse ihre
Bewegung vollständig durchgeführt hat, beginnt das Ventilteil
26, sich zu seinem ersten Sitz zu bewegen, und sobald es sich
von dem Sitz weg bewegt, kann Kraftstoff zu dem Durchgang 25
fließen.
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Wie in Figur 1 gezeigt ist, würde ein Steuerventil 21 benötigt
zum Bestimmen des Kraftstoffflusses durch jeden Auslaß 20. In
der Praxis würde nur ein solches Ventil vorgesehen werden, und
die Auslässe 20 würden Kraftstoff der Reihe nach mittels eines
Verteilerdurchganges empfangen, der in dem Verteilerteil 10
gebildet ist, und sie werden so angeordnet, daß sie mit
winkelmäßig beabstandeten öffnungen auf dem Umfang des Verteilerteiles
an winkelmäßig beabstandeten Positionen in Verbindung stehen
und mit den entsprechenden Auslässen 20 in Verbindung stehen.
Der Verteilerdurchgang würde in dauerhafter Verbindung mit den
Auslaßöffnungen 17 stehen.
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Es werden nun Figuren 3 und 4 betrachtet. In Figur 3 zeigt das
obere Diagramm den Strom, der in der Windung des Solenoids des
Betätigungsgliedes fließt, und die zwei unteren Diagramme
zeigen die Bewegung des Ventilteiles 26 bzw. der Buchse 29. Es ist
zu sehen, daß die Bewegung des Ventilteiles 26 zu der
geschlossenen Position kurz nach dem Beginn des Stromflusses in der
Windung stattfindet, und es bewegt sich zu der offenen Position
kurz nach Beendigung des Stromflusses. Die Bewegung der Buchse
von ihrer offenen Position zu ihrer geschlossenen Position wird
bewirkt nach einer Verzögerungsdauer, und sie verbleibt in der
geschlossenen Position während einer weiteren im wesentlichen
festen Dauer. In Figur 3 fällt die Bewegung des Ventilteiles 26
von ihrer geschlossenen zu ihrer offenen Position mit der
Bewegung der Buchse 29 von ihrer offenen zu ihrer geschlossenen
Position zusammen, und daher gibt es keine Kraftstofflieferung zu
dem zugehörigen Motor. In Figur 4 ist die Dauer, während der
die Windung des Betatigungsgliedes erregt bleibt, so ausgedehnt
worden, daß das Ventilteil 26 in seiner geschlossenen Position
ist und in der geschlossenen Position verbleibt, wenn und
nachdem die Buchse 29 in ihre geschlossene Position bewegt worden
ist. Das bedeutet, daß es eine Dauer gibt, während der sowohl
das Ventilteil als auch die Buchse in ihrer geschlossenen
Position so sind, daß die Kraftstofflieferung zu dem zugehörigen
Motor während dieser Dauer stattfindet. Wenn die Dauer der
Erregung ausgedehnt wird, wird die maximale Zeitdauer, während
der Kraftstoff zu dem Motor geliefert werden kann, durch die
Buchse bestimmt, und natürlich kann die Dauer der Erregung der
Windung verringert werden, bis die in Figur 3 gezeigte
Einstellung erreicht wird. Es ist daher mit dieser Anordnung möglich,
ein einzelnes Betatigungsglied zu benutzen zum Liefern jeder
gewünschten Kraftstoffmenge von maximaler Menge bis null.
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Figur 2 zeigt eine andere Form des Kraftstoffsystemes, bei der
Kraftstoff bei hohem Druck in einer Akkumulatorkammer 40
gespeichert wird und das Ventil benutzt wird zum Verbinden einer
bei 41 gezeigten Einspritzdüse mit entweder dem Akkumulator 40
oder mit einem Abflußdurchgang 42. Der Aufbau des Ventiles ist
im wesentlichen identisch zu dem in Figur 1 gezeigten Ventil,
aber in diesem Fall steuert das Ventilteil 26 die Verbindung
des Einlasses der Düse 41 mit dem Abflußdurchgang, und das
Ventilelement oder Buchse 29 steuert die Verbindung des
Akkumulators mit dem Einlaß der Düse. In der in Figur 2 gezeigten
Position, die dem entspricht, in der die Windungen des
Betätigungsgliedes deerregt sind, verbindet das Ventilteil 26 den Einlaß
der Düse mit dem Abflußdurchgang, und die Verbindung zwischen
der Akkumulatorkammer und dem Einlaß der Düse ist durch die
Buchse 29 unterbrochen. Wenn die Windungen des
Betätigungsgliedes erregt werden, bewegt sich das Ventilteil 26 in Kontakt mit
seinem Sitz, wodurch die Verbindung mit dem Abflußdurchgang
unterbrochen wird. Nach einer vorbestimmten Zeit verbindet die
Buchse 29 die Akkumulatorkammer 40 mit dem Einlaß der Düse, und
die Kraftstofflieferung zu dem zugehorigen Motor findet statt.
Wie bei dem vorherigen Beispiel kehrt, wenn die Windungen
erregt bleiben, die Buchse 29 schließlich zu dem Blockierzustand
zurück, und dieses stellt die maximale Kraftstofflieferung zu
dem Motor dar. Wenn jedoch die Windungen des Betätigungsgliedes
so deerregt werden, daß sich das Ventilteil 26 von seinem Sitz
abheben kann, dann hört unabhangig von der Position der Buchse
29 die Kraftstofflieferung zu dem zugehörigen Motor auf. Wenn
die Buchse nicht zu ihrer anfänglichen geschlossenen Position
zurückgekehrt ist, findet etwas Kraftstofffluß von der
Akkumulatorkammer zu dem Durchgang 42 statt. Daher kann der
Kraftstofffluß durch die Düse herab bis auf null gesteuert werden.
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Die beschriebenen Ventile verlangen, daß die Windungen zum
Sicherstellen der Kraftstofflieferung erregt werden. Diese
Anordnung ist daher insoweit "ausfallsicher", als für den Fall, daß
die Lieferung des elektrischen Stromes ausfällt, kein
Kraftstoff
zu dem Motor geliefert wird. Es ist jedoch möglich, eine
derartige Anordnung vorzusehen, daß die Windungen zum
Unterbrechen der Kraftstofflieferung erregt werden.