DE69923113T2

DE69923113T2 - Dosierventil und damit ausgestattetes Kraftstoffversorgungssystem

Info

Publication number: DE69923113T2
Application number: DE69923113T
Authority: DE
Inventors: Alfred Van De Brink
Original assignee: Teleflex GFI Europe BV
Current assignee: EControls Europe BV
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2019-05-13
Also published as: EP0964146A3; CA2334564C; EP0964146A2; HUP0104082A2; WO1999064773A1; CN1244640A; PL191054B1; CN1125253C; AU743884B2; CZ20011416A3; TR200003669T2; DE69923113D1; EP0964146B1; HUP0104082A3; ES2232074T3; PL344687A1; CA2334564A1; ATE287036T1; CZ298070B6; AU4511699A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Dosieren eines Fluids gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Dosierventil ist bekannt und wird zum Beispiel in Kraftstoffeinspritzsystemen eingesetzt, insbesondere Systemen zum Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff, wie zum Beispiel das von dem Anmelder unter dem Namen DGI vertriebene Autogas-Einspritzssystem. Das Dokument DE 3540997 zeigt ein Ventil dieser Art.
Derzeitige Dosierventile oder Dampfeinspritzventile sind mit einem Verschlusselement oder Kolben ausgestattet, der von einem Elektromagneten entgegen der Kraft einer mechanischen Feder vom Sitz gezogen wird und der von der Feder zurück auf den Sitz gedrückt wird, nachdem die elektromagnetische Kraft aufgehoben ist. Da der Kolben entgegen einer Federkraft geöffnet werden muss, ist die vom Elektromagneten aufzuwendende Kraft größer als eigentlich notwendig sein sollte. Sowohl die elektromagnetische Spule als auch der Kolben müssen hier eine unverhältnismäßig größere und schwerere Form haben als bei Nichtvorhandensein der Feder notwendig wäre.
Der unnötigerweise schwere Kolben verursacht Probleme bezüglich des sogenannten Zurückprallens, das heißt der Rückprall, der auftritt, wenn der schwere Kolben am Ende der anziehenden Phase des Elektromagneten bei großer Geschwindigkeit gegen den oberen Anschlag schlägt. Dieses Phänomen des Zurückprallens führt zu einem nichtlinearen und instabilen Dosierverhalten, welches außerdem abhängig ist von der Temperatur und dem Einspritzventil. Daher ist es nicht leicht möglich, diese Art von Dampfeinspritzventil mit ausreichender Präzision in großer Anzahl herzustellen.
In dem bereits oben genannten DGI System des Anmelders wird dieses Problem dadurch gelöst, dass eine Steuerung des Dampfeinspritzventils mit Rückkoppelung genutzt wird, wodurch auf dem Zurückprallen beruhende Schwankungen in dem Dosierverhalten gemessen werden und durch Rückkoppelung korrigiert werden können. Dieses System ist jedoch verhältnismäßig teuer und daher insbesondere für Zentraleinspritzung oder Einpunkteinspritzung geeignet, wobei ein einzelnes zentrales Einspritzventil zum Dosieren des Gases vorhanden ist, das dann über eine Düse alternierend zu den gewünschten Zylindern geleitet wird.
Ziel dieser Erfindung ist daher, ein verbessertes Dosierventil zur Verfügung zu stellen, welches einfacher, kleiner und leichter als das bekannte Ventil ist und dessen Herstellung daher kostengünstiger ist. Ein derartiges Ventil wäre dann geeignet für den Einsatz in einem System mit Einzeleinspritzung pro Zylinder oder einem Mehrpunkteinspritzsystem.
Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen Dosierventils bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Aufgrund des pneumatischen (oder hydraulischen) Verschlusses des Ventils, vorzugsweise einer Federplatte, wahlweise in Kombination mit dessen elektromagnetischer Öffnung, erübrigt sich der Einsatz von Federkraft. Die Spule und der Kolben können deshalb von kleiner und leichter Form sein, so dass das Rückprallproblem nicht mehr auftritt. Vorzugsweise wird die pneumatische oder hydraulische Feder durch das zu dosierende Fluid betrieben. Durch den Einsatz des Fluids selbst zum Betreiben des Ventils erhält man eine einfache und stabile Konstruktion mit verhältnismäßig wenigen Komponenten.
Die Betätigungsmittel können vorteilhafterweise elektromagnetischer Art sein, wobei eine einfache Steuerung möglich ist. Die Betätigungsmittel können hier dann eine Spule mit W-förmigem Anker und wenigstens ein Metall anziehendes Element, das mit dem Verschlusselement verbunden ist, umfassen. Dieses anziehende Element ist vorzugsweise plattenartig. Daher, aufgrund der gewählten Ausführung mit dem W-förmigen Anker und flacher Kolbenplatte, ist eine verhältnismäßig geringe elektromagnetische Kraft erforderlich, so dass eine sogenannte Hochimpedanzspule ausreichend sein kann. Dies hat weiterhin zur Folge, dass die elektrische Steuerung unter Einsatz eines einfachen niedrigen Nebenantriebs vorgesehen werden kann, wie er auch von modernen Benzineinspritzsystemen bekannt ist. Wenn das Dosierverhalten des Ventils genauso beschaffen wäre wie das eines Benzineinspritzers, wäre es sogar möglich, das Ventil direkt von dem Motormanagementcomputer des Benzinmotors zu steuern.
Das Verschlusselement wird vorzugsweise durch eine Federplatte gebildet. Eine solche Federplatte ist leicht und von einfacher Konstruktion und kann mit wenig Kraft betrieben werden. Vorteilhafterweise hat die Federplatte ein relativ starres Mittelstück, das für den Verschließvorgang mit der Öffnung zusammenwirkt, und ein relativ flexibles Randstück. Auf diese Weise erhält man eine gute Abdichtung bei gleichzeitig leichter Verformbarkeit der Federplatte.
Das Verschlusselement kann in einem Gehäuse untergebracht sein, das auf jeder Seite des Verschlusselements wenigstens eine Versorgungsöffnung aufweist, die mit einer Zu führungsleitung für das zu dosierende Fluid verbunden ist. Auf diese Weise kann das Verschlusselement durch Zuführung von Fluid auf der einen oder anderen Seite betätigt werden. Die Versorgungsöffnungen sind hier vorzugsweise so dimensioniert, dass in dem Gehäuse der Fluiddruck auf der Seite des Verschlusselements, die auf die Öffnung zum Verschließen gerichtet ist, niedriger ist als der Druck auf der gegenüberliegenden Seite.
Die Erfindung betrifft auch weiterhin ein System zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff, welches ausgestattet ist mit einem Behältnis für den Kraftstoff und wenigstens einer Zuleitung, die das Behältnis mit dem Motor verbindet und in die wenigstens ein Dosierventil der zuvor beschriebenen Art aufgenommen ist. Der Motor hier hat vorzugsweise mehrere Verbrennungskammern und wenigstens ein Dosierventil ist für jede Verbrennungskammer vorhanden. Auf diese Weise erhält man ein präzise arbeitendes Mehrpunkteinspritzsystem, das einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Darstellung erläutert, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird, in der
1 einen perspektivischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Dosierventils und
2 schematisch die Struktur eines Kraftstoffversorgungssystems, in dem ein derartiges Dosierventil für jeden Zylinder angeordnet ist, zeigt.
Ein Dosierventil 9 (1) umfasst ein Gehäuse, welches aus einem Unterteil 17 und einer verschließend darauf gesetzten Abdeckung 18 besteht. Ein Verschlusselement 8 ist zwischen der Abdeckung 18 und dem Unterteil 17 angeordnet, wobei der Innenraum des Gehäuses in eine Steuerkammer 3 und eine Durchflusskammer 5 aufgeteilt ist. Diese Durchflusskammer 5 ist mit einer Gasversorgungsleitung 1 verbunden und einer Gasabführleitung (hier nicht gezeigt). Die Gasabführleitung ist darin aufgenommen in einem Verbindungsstück 19, mit dem die Durchflusskammer 5 über eine Auslassöffnung 6 verbunden ist. Um diese Ausströmöffnung 6 ist ein ringförmiger Ventilsitz 11 gebildet, an dem Verschlusselement 8 verschließend anliegt.
Das Verschlusselement 8 hat hier die Form einer runden Plastikfederplatte mit einem relativ starren Mittelstück 20, das mit dem um die Auslassöffnung 6 gelegten Sitz 11 zusammenwirkt, und einem um das Mittelstück 20 angeordneten, relativ flexiblem Randstück 21. Dieses Randstück 21 hat im Querschnitt eine gewölbte Form, wodurch es verhältnismäßig große Bewegungen des Mittelstücks 20 zulässt. Fixiert auf dem Mittelstück 20 ist ein plat tenartiges, Metall anziehendes Element 15, das einen Teil der Betätigungsmittel für das Verschlusselement 8 bildet. Diese Betätigungsmittel umfassen außerdem einen Elektromagneten 22, der aus einem Anker 13 und einer darum herum gewickelten Spule 12 gebildet wird. Der Anker 13 umfasst hier einen Kern 23 und ein zylindrisches Teil 24 und hat daher im Querschnitt die Form einer umgekehrten W-Figur oder eines Paares von umgekehrten U-Figuren.
Sowohl die Durchflusskammer 5 als auch die darüber liegende Steuerkammer 3 sind mit der Gasversorgungsleitung 1 verbunden. Zu diesem Zweck ist in die Wand des Unterteils 17 und in die Wand der Abdeckung 18 eine Zubringerleitung 2 eingelassen, durch die das durch Leitung 1 zugeführte Fluid zur Steuerkammer strömen kann. Außerdem ist zwischen der Gasversorgungsleitung 1 und der Durchflusskammer 5 eine verengter Durchlass oder "Drossel" 4 angeordnet, dessen Funktion unten beschrieben ist.
Das erfindungsgemäße Dosierventil 9 arbeitet wie nachstehend beschrieben. Gasförmiger Kraftstoff wird von einem Verdampfer 10 über eine Leitung 7 (2) der Gasversorgungsleitung 1 zugeführt und strömt über den Durchlass 4 zum Durchflussraum 5 unterhalb des Verschlusselements 8. Ein Teil des Kraftstoffs strömt gleichzeitig durch die Zubringerleitung 2 zum Steuerraum 3 über der Federplatte 8. Hier besteht auf jeder Seite der Federplatte 8 derselbe Gasdruck. Auf der oberen Seite wirkt dieser Druck auf den ganzen Oberflächenbereich der Federplatte, aber auf der Unterseite nur auf den Teil der Federplatte 8, der sich außerhalb des Sitzes 11 befindet. Als Folge des dadurch entstandenen Unterschiedes im Bereich A1 wird eine Verschlusskraft geschaffen, durch die das Verschlusselement 8 auf den Sitz 11 gepresst wird und in einer Position fixiert wird, die die Auslassöffnung 6 des Ventils 9 absperrt.
Wenn die Spule 12 des Elektromagneten über dem Verschlusselement 8 unter Strom gesetzt wird, wird zwischen dem Anker 13 der Spule 12 und der auf dem Verschlusselement 8 fixierten Metallplatte 15 eine elektromagnetische Kraft hervorgerufen. Hierdurch wird das Verschlusselement 8 gegen den Anker 13 gezogen und die Auslassöffnung 6 ist freigelassen. Der gasförmige Kraftstoff strömt dann von der Versorgungsleitung 1 durch den Durchlass 4 zur Auslassöffnung 6, die über die Ausstoßleitung (nicht dargestellt) in den Einlassverteiler 14 eines zugeordneten Zylinders eines Verbrennungsmotors 16 einmündet.
Der verengte Durchlass 4 hat hier die Wirkung einer "Drossel" oder eines Druckgefälleventils, wobei als Ergebnis der Kraftstoffströmung ein Druckunterschied zwischen der Durchflusskammer 5 unterhalb dem federplattenähnlichen Verschlusselement 8 und der darüber liegenden Steuerkammer 3 hergestellt wird. Die abwärts gerichtete Saugkraft, die das Ergebnis des Druckunterschiedes ist, wird jedoch in dieser Situation durch die aufwärts gerichtete Kraft, die Elektromagnet 22 auf Verschlusselement 8 ausübt, überwunden. Sobald die Spule 12 nicht mehr unter Strom steht, führt die abwärts gerichtete Saugkraft jedoch sofort zu einer abwärts gerichteten Verlagerung des Verschlusselements 8 nach Sitz 11, wobei die Öffnung 6 geschlossen wird.
Als Ergebnis seiner einfachen und daher kostengünstigen Konstruktion kann das oben beschriebene Dosierventil 9, wie dargestellt, vorteilhafterweise in einem System mit Einzeleinspritzung pro Zylinder, das heißt einem in 2 dargestellten Mehrpunkteinspritzsystem, eingesetzt werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Ventil 9 als Einzeldosierventil in einem System mit zentraler Kraftstoffeinspritzung eingesetzt wird.
Die Erfindung wird nicht auf die vorstehend erörterten Ausführungen beschränkt, daher definieren nur die nachfolgenden Ansprüche die Reichweite der Erfindung.

Claims

Ventil (9) zum Dosieren eines Fluids, welches ein mit einer Fluidversorgungsleitung (1) verbundenes Gehäuse umfasst und wenigstens eine Dosieröffnung (6) und wenigstens ein Verschlusselement (8) aufweist, das in dem Gehäuse bewegbar ist zwischen einer die Dosieröffnung (6) verschließenden Stellung und einer die Öffnung (6) zumindest teilweise offenlassenden Stellung, wobei das Verschlusselement (8) mittels wenigstens einer mit ihm in Bezug auf seine geschlossene Stellung zusammenwirkenden pneumatischen oder hydraulischen Feder vorgespannt ist und so angeordnet ist, dass es mittels von Betätigungsmitteln in die andere Stellung entgegen der Vorspannung eingestellt wird, wobei die pneumatische oder hydraulische Feder betrieben wird durch das zu dosierende Fluid und zwei Kammern (3, 5) umfasst, die in dem Gehäuse angeordnet und durch das Verschlusselement (8) voneinander getrennt sind, wobei jede Kammer (3, 5) wenigstens eine mit der Fluidversorgungsleitung (1) verbundene Versorgungsöffnung hat, wobei die Fluidversorgungsleitung (1) auf derselben Seite des Verschlusselements (8) mit dem Gehäuse verbunden ist wie die Dosieröffnung (6), wobei die Kammer (5) auf dieser Seite des Verschlusselements (8) als Durchflusskammer gestaltet ist und die Kammer (3) auf der gegenüberliegenden Seite des Verschlusselementes (8) eine Steuerkammer darstellt, wobei die Versorgungsöffnungen in den Kammern (3, 5) so dimensioniert sind, dass der Druck des Fluids in der Durchflusskammer (5) niedriger ist als der Druck in der Steuerkammer (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (9) so gestaltet ist, dass das Verschlusselement (8) allein durch die pneumatische oder hydraulische Feder in Bezug auf seine geschlossene Stellung vorgespannt ist.
Dosierventil (9) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsöffnung in der Durchflusskammer (5) mittels eines verengten Durchlasses (4) mit der Fluidversorgungsleitung (1) verbunden ist.
Dosierventil (9) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsöffnung in der Steuerkammer (3) mit der Fluidversorgungsleitung (1) mittels einer in der Gehäusewand angeordneten Zubringerleitung (2) verbunden ist.
Dosierventil (9) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (8) eine Federplatte ist.
Dosierventil (9) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federplatte (8) ein relativ starres, mit der Dosieröffnung (6) zusammenwirkendes Mittelstück (20) und ein relativ flexibles Randstück (21) umfasst.
Dosierventil (9) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel elektromagnetischer Art sind.
Dosierventil (9) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel eine Spule (12) umfassen mit W-förmigem Anker (13) und wenigstens ein Metall anziehendes Element (15), welches mit dem Verschlusselement (8) verbunden ist.
Dosierventil (9) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das anziehende Element (15) plattenartig ist.
System zur Versorgung eines Verbrennungsmotors (16) mit Kraftstoff, ausgestattet mit einem Behältnis für den Kraftstoff und wenigstens einer das Behältnis mit dem Motor (16) verbindenden Zuleitung, in die wenigstens ein gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche beanspruchtes Dosierventil (9) aufgenommen ist.
Kraftstoffversorgungssystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (16) mehrere Verbrennungskammern hat und wenigstens ein Dosierventil (9) für jede Verbrennungskammer vorhanden ist.