DE2040776A1

DE2040776A1 - Dichtung fuer ein Ventil,insbesondere fuer die Verwendung in Einspritzpumpen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2040776A1
Application number: DE19702040776
Authority: DE
Inventors: Repko Louis L; Bishop Irving N
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1969-10-02
Filing date: 1970-08-17
Publication date: 1971-04-15
Also published as: GB1273340A; US3628564A

Description

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Betreff			Patentanmeldung

Dichtung für ein Ventil, insbesondere für die Verwendung in Einspritzpumpen

von kraftfahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine Dichtung für ein Ventil, insbesondere für die Verwendung in Einspritzpumpen von Kraftfahrzeugen, wobei die Dichtung durch zwei aufeinander liegende Flächen einer Dichtscheibe und eines Gegenkörpers gebildet wird. ■

Einspritzanlagen für die direkte Einspritzung von Kraftstoff in Verbrennungskraftmasehinen besitzen in der Regel eine Reihe von kleinen Pumpen, die intermittierend einen bestimmten Kraftstoffbetrag durch eine Einspritzdüse an einem Einspritzventil vorbei einspritzen. Dieses Ventil ist aus einer Reihe von Gründen erforderlich. Einer dieser Gründe ist, dass in der Zuführungsleitung ruz> ein hoher Druck aufgebaut werden soll und verhindert werden soll, dass Flüssigkeit oder Gas zur Kompressionspunpe zurückfliesst. Eine andere Funktion, die das Ventil ausüben muss, ist die Erzeugung eines sehr raschen Absinkens des Druckes in der Leitung zur Einspritzdüse, so dass die ELnspritznadel rasch schliessen kann, wodurch eine ungewollte, zweite Einspritzung verhindert wird. Die Funktion eines solchen Ventiles ist im einzelnen in US Patentschrift Nr 3 4^9 705 beschrieben.

US-57 / 5· August 1970

10 9 3 16/1397

Sitz der Gesellschaft: Köln - Registergericht Köln,HRB 84 - Vorsitzender des Aufsichtsrates: Max Üeber ■ Vorstand: John A.Bannhg,Vorsitzender Dr.Klaue B.Amedlck · Hans-Adolf Barthelmeh · Wilhelm Inden ■ Paul H.Kuhn · Hermann Miller · Hans Schaberger Stellvertretend: Horst Bergemann-Hans-Joachim Lehmann

Bekannte Ventile dieser Art besitzen für die Abdichtung üblicherweise einen konisch geformten Dichtring zwischen dem Ventilkörper und den bewegbaren Ventilelementen. Diese Teile müssen mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden, was zur Folge hat, dass sie sehr teuer sind. Darüber hinaus machen es die Abdichtforderungen oftmals erforderlich, dass die Dichtflächen handgeläppt sein müssen, um ein sicheres Abdichten zu gewährleisten.

Durch die US Patentschrift 3 V59 705 ist bereits vorgeschlagen worden, eine zusammendrückbare Dichtung zwischen den bewegbaren und feststehenden Ventilelementen zur Abdichtung zu verwenden. Die Abdichteigenschaften dieser Anordnung sind jedoch nicht ausreichend.

Es ist Ziel der Erfindung, eine verbesserte Abdichtung zu schaffen, die es erlaubt, neben guten Abdichteigenschaften eine vereinfachte und billige Fertigung der betreffenden Teile zu erreichen.

Dieses Ziel wird dadurch verwirklicht, dass die Dichtscheibe des Ventiles aus Plastikmaterial hergestellt ist und eine Vielzahl von konzentrischen Mikrorillen besitzt, die korrespondieren zu entsprechenden Mikrorillen in der Dichtfläche des Gegenkörpers (Ventilgehäuse). Gemäss der Erfindung ist dabei die Dichtscheibe aus polymerischem Material mit plastischen Eigenschaften, vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen und die Dichtfläche des Gegenkörpers aus metallischem Werkstoff hergestellt.

Es kann weiterhin die Dichtfläche der Dichtscheibe kegelförmig gestaltet sein in der Weise, dass bei einem Schliessen des Ventiles die Aussenfläche der Dichtfläche zuerst auf der Dichtfläche des Gegenkörpers aufsetzt.

Durch diese Anordnung wird zusätzlich zu der normalen Abdichtung der aufeinander aufliegenden Flächen durch die Anordnung der radialen bzw konzentrischen Mikrorillen nach Art einer Labyrinthdichtung eine stark gesteigerte Abdichtung erreicht.

US-57 / 5. August 1970

109816/1397

Die erf indungsgemasse Vorrichtung kann weiterhin kleine Metallpartikel oder andere Fremdpartikel aufnehmen, ohne dass die Dichtfläche zerstört wird.

Die erfindungsgemasse Dichtung ist ökonomisch herzustellen und zu warten; sie ist auch ausserordentlich verlässlich im Betrieb.

Die Erfindung wird erläutert anhand eines in den Figuren dargestellten Aus- · führungsbeispieles. ■

Es zeigen:

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Pig. 1»einen Querschnitt durch eine Einspritzpumpe, an der das erfindungsgemasse Ventil angeschlossen ist;

Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung eines Ausschnittes der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine photografische Aufnahme in zweihundertfacher Vergrosserung, zeigend die Dichtfläche 35 mit den Rillen 36, gebildet durch das Pumpengehäuse l4, hergestellt aus Kugelgraphiteisen;

Fig. 4einephotografisehe Darstellung in zweihundertfacher Vergrosserung der Dichtfläche 35, wobei die dunkle, unregelmässige Linie eine etwa zweitausendfache Vergrosserung der Tiefe der Rillen 36 darstellt und eine zwe!hundertfache Vergrosserung ihrer Breite. Die Darstellung der Tiefe der Rille ist etwa zehnmal grosser als die Breite der Rille, da der Schnitt in einem Winkel von etwa 5 bis 6 aus der Ebene der Dichtfläche 35 heraus vorgenommen wurde. Die Vergrosserung der Tiefe der Rille ergibt sich somit durch die geometrischen Verhältnisse.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Teil einer Einspritzpumpe gezeigt. Diese Einspritzpumpe enthält eine Reihe von Kolben 12, die sich in Bohrungen 13 im Pumpengehäuse 14 bewegen. Von den vorhandenen Kolben ist nur einer dargestellt.

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In einer Zentralbohrung 16 der Pumpe ist ein axial verschiebbares Zumessventil angeordnet, das mit einer Welle verbunden ist, die drehbar mit dem Antrieb der Pumpe (nicht dargestellt) verbunden ist. Wahrend jeder Drehung dieser Welle wird auf bekannte Weise Kraftstoff in die Öffnung 17 gebracht.

Die Anzahl der Öffnungen 17 ist entsprechend der Anzahl der Kolben 12 gewählt. Jede dieser Öffnungen mündet in einen Raum l8, an den wiederum eine Bohrung 19 anschliesst. Die Bohrung 19 erstreckt sich zu einer Kammer 21 innerhalb des Pumpengehäuses 14.

Das Fliessen des Kraftstoffes vom Raum 18 durch die Kammer 21 zu dem nicht dargestellten Injektor wird durch das Ventil 22 kontrolliert, das beweglich und abdichtend in der Bohrung 19 angeordnet ist. Das Ventil ist spindelförmig aufgebaut und besitzt zwei axial im Abstand zueinander liegende Steuerbünde 23 und 24 vom gleichen Durchmesser, die durch einen Mittelabschnitt 26 mit kleinerem Durchmesser voneinander getrennt werden. Der Mittelabschnitt gibt zusammen mit der Wandung der Bohrung 19 und den angrenzenden Abschnitten der Steuerbünde eine ringförmige Kammer 27 zum Ansammeln von Kraftstoff. Ein Kanal 28 ist innerhalb des Ventiles angeo-xinet und verbindet die Kammer 27 mit dem Raum 18.

Durch den Steuerbund 23 wird der Kraftstofffluss abgeschnitten, wenn das Ventil die Position einnimmt, wie in Fig. 1 dargestellt. Bewegt sich das Ventil jedoch nach aufwärts gemäss der Anordnung in Fig. 1, so wird nach einer ausreichenden Bewegung der Steuerbund 23 aus der Bohrung 19 heraus bewegt, wodurch Flüssigkeit frei von der Kammer 27 durch den Kanal 28 in die grössere Kammer 21 fliessen kann. , <

Eine Haltering 29 besitzt eine Schulter 31 auf einer Seite und einen ringförmigen Bereich 32 auf der anderen Seite. Der Haltering 29 ist mit einem oben liegenden Stift 33 des Ventiles 22 verbunden. Eine Dichtscheibe 34 wird innerhalb des ringförmigen Bereiches aufgenommen und besitzt eine axiale Dicke, die grosser ist als die axiale Tiefe des ringförmigen Bereiches 32. Die Dichtscheibe tritt in Eingriff mit der Dichtfläche 35 des Bereiches des Ventiles, der die Bohrung 19 umgibt.

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BAD ORIGINAL

Eine Vielzahl von im wesentlichen konzentrischen, ringförmigen Mikrorillen J>6 sind in die Dichtfläche 35 eingeschnitten. Dabei hat jede Rille eine Tiefe von nicht mehr als 0,05 mm. Entsprechende Mikrorillen 37 sind an der Unterseite der Dichtscheibe 34 angeordnet, die in Eingriff mit den Mikrorillen im Gegenkörper des Ventiles kommen. Die Dichtfläche der Dichtscheibe ist weiterhin mit einem konischen Abschnitt 38 ausgerüstet, der die Aufgabe hat, zunächst die äusseren Abschnitte der Dichtscheibe im Kontakt mit dem Gegenstück der Dichtfläche zu bringen. Dadurch wird in den Aussenbereichen ein erhöhter Druck aufgebracht, wodurch die Dichtwirkung in diesen Bereichen erhöht wird. Die relative Grosse der Rillen ist in den Fig. 1 und 2 stark übertrieben dargestellt, um den Gegenstand besser erläutern zu können.

Eine Schulter 31 des Halteringes 29 bildet den Federteller für eine Ventilfeder 39· Das andere Ende der Feder stützt sich in einer tassenförmigen Bohrung 41 in einem Deckel 42 ab, der durch Schrauben mit dem Pumpengehäuse 14 verbunden ist. In diesem Bereich ist ein Anschluss 43 angebracht, der eine Bohrung 44 enthält, die dadurch eine Verbindung mit der Kammer 21 erhält. Das äussere Ende des Anschlusses 43 enthält Mittel zum Anschluss einer Leitung, die mit der Einspritzdüse, die nicht dargestellt ist, verbunden ist. Die Einspritzdüse besitzt eine bekannte F rm und bleibt geschlossen vor Erreichen eines vorherbestimmten Druckes in dem Raum l8 und der Bohrung 19·

Während der Anfangsbewegung des Kolbens 12 nach links befindet sich die nicht dargestellte Welle in der Bohrung l6 in einer Position, in der Kraftstoff vom Raum 18 durch die Öffnung 17 in die Zentralbohrung l6 treten kann. Setzt der Kolben seine Bewegung nach links fort, so dreht sich die Welle in der Bohrung l6 in eine Position, in der sie die Öffnung I7 absperrt. Dies erlaubt einen Druckaufbau für den Kraftstoff im Raum l8 gegen die Wirkung des Steuerbundes 24. Sobald die Höhe des Kraftstoffdruckes die Federkraft der Feder 39 sowie den in der Kammer 24 herrschenden Druck überwunden hat, bewegt sich das Ventil 22 nach oben, wie in Fig. 1 dargestellt. Dadurch wird der Steuerbund 23 aus der Bohrung 19 herausgeschoben, die Dichtscheibe 34 hebt ab und der Raum l8, der Kanal 28 und die Bohrungen 4l und 44 werden miteinander verbunden, so dass Kraftstoff an die Einspritzdüse gelangen kann.

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Wenn der Kolben der Pumpe den Endausschlag erreicht hat und die Rückwärtsbewegung beginnt, fällt der Druck im Raum 18 plötzlich ab. Dies ist der Fall nicht nur durch die Expansion des Kraftstoffes in die Bohrung 19 hinein sondern auch durch die Wirkung des nicht dargestellten Ventiles innerhalb der Zentralbohrung 16, das bewirkt, dass die Bohrung 17 mit der Zentralbohrung verbunden wird. Dadurch wird der Druck in der Kammer 21 und die Kraft der Ventilfeder 58 das Ventil 22 nach unten schieben und schliessen. Durch die Bewegung des Ventiles nach unten wird der Kraftstoffdruck in der Einspritzleitung 44 abfallen und ein Schliessen der nicht dargestellten Einspritzdüse erlauben. Zur selben Zeit wird die untere Kante des Steuerbundes 23 Kontakt mit der oberen Kante der Bohrung 19 bekommen und den Strom von Kraftstoff aus der Kammer zurück in den Raum l8 stoppen. Dadurch ist der Druck in der Bohrung 44 im wesentlichen der gleiche wie in der Einspritzdüse selbst.

Mit einem weiteren Abfall des Druckes im Raum l8 bewegt sich das Ventil 22 weiterhin nach unten, bis die Dichtscheibe 34 auf der entsprechenden Gegendichtung im Pumpengehäuse aufsitzt, wodurch die Mikrorillen 36 und 37 aufeinander zu liegen kommen und so eine sichere Abdichtung bewirken. Die Bewegung des Steuerbundes 23 wird nun abgestoppt.

Um sicherzustellen, dass die Mikrorillen 36 und 37 auf der Dichtfläche 35 bzw auf der Dichtscheibe 34 genau aufeinander passen,wird das nachfolgend genannte Herstellungsverfahren vorgeschlagen.

Die Mikrorillen 36 werden dadurch hineingeritzt, dass ein entsprechendes Werkzeug, zentriert durch die Bohrung 19» rotierend bewegt wird. Feines Sandpapier, das auf diese V/eise bewegt wird, ist in der Lage, die gewünschte Oberfläche herzustellen. Danach wird die bewegliche Ventileinheit, also die Teile 22, und 34, gegen die Mikrorillen 36 gedrückt und dann gedreht. Durch die Materialeigenschaften der Dichtscheibe 34 bewirken die vorhandenen Killen die Erzeugung gleichartiger Rillen in der Dichtscheibe 34. Dabei ist nur darau·" zu achten, dass die entsprechenden Teile parallel zueinander laufen, bevor die Mikrorillen 36 und 37 auf die oben angegebene Weise angebracht werden.

US-57 ,' 5. August 1970 - 7 -

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Die Dichtscheibe J-4 besteht vorzugsweise aus einen elastomerischem Material, das resistent ist gegen Kraftstoffe, wie sie bei Verbrennungskraftraaschinen verwendet werden. Das Material kann vorzugsweise Polytetrafluoraethylen sein, wie es handelsüblich unter dem Warenzeichen Teflon ist. Grundsätzlich können jedoch auch andere polymerische Materialien, so beispielsweise Polyfluorcarbone mit entsprechenden Eigenschaften benutzt werden.

Theoretisch tritt ein maximaler Abdichteffekt dann ein; wenn die Mikrorillen 36 und 37 vollständig bei der Schliessung des Ventiles aufeinander liegen. Infolge der bei der Herstellung auftretenden Toleranzen wird jedoch eine solche gleiehmässige, ideale Ausrichtung-der Mikrorillen nicht erreicht werden können. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine im wesentlichen konzentrische Anordnung der Rillen ein besseres Ergebnis zeigt als die Anordnung von entsprechenden Rillen, die in verschiedenen Richtungen verlaufen oder parallel zueinander verlaufen. Dies ist erklärlich durch die Tatsache, dass sich der erfindungsgemäss verwendete Werkstoff weitgehend auf die Struktur der Gegenfläche der Dichtung einstellt und eine entsprechende Anpassung der Pällenstruktur vorninmt.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt; vielmehr können Abwandlungen und Ausgestaltungen vorgenommen v/erden, sofern der Erfindungsgedanke nicht verlassen wird.

US-57 5. August 1970

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Claims

• Patentansprüche

1. Dichtung für ein Ventil, insbesondere für die Verwendung in Einspritzpumpen in Kraftfahrzeugen, wobei die Dichtung durch zwei aufeinander liegende Flächen einer Dichtscheibe und eines Gegenkörpers gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (34·) aus P las titanate rial hergestellt ist und eine Vielzahl von konzentrischen Mikrorillen besitzt, die korrespondieren zu entsprechenden Mikrorillen (36) in der Dichtfläche des Gegenkörpers (Ventilgehäuse).

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (34) aus polymerischem Material mit plastischen Eigenschaften, vorzugsweise aus Pclytetrafluoraethylen, während die Dichtfläche des Gegenkörpers aus metallischem Werkstoff hergestellt ist.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche der Dichtscheibe (34) kegelförmig gestaltet ist in der V/eise, dass beim Schliessen des Ventiles die Aussenfläche der Dichtfläche zuerst auf der Dichtfläche des Gegenkörpers aufsitzt und die Dichtfläche des Gegenkörpers eben ausgebildet ist.

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5. August 1970

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