DE4216068A1 - Gleichdruckventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Gleichdruckventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen durch die EP 0 261 102 B1 bekannten Gleichdruckventil, das in einer Förderleitung zwischen einem Pumpenarbeitsraum und einer Einspritzstelle angeordnet ist, sind in dessen Inneren zwei parallel zueinander verlaufende, in den gleichen Raum vor und hinter dem Gleichdruckventil mündende Durch­ gangskanäle angeordnet, die jeweils ein Druckventil aufweisen, das in entgegengesetzter Richtung zum anderen öffnet, so daß die Durch­ gangskanäle jeweils einen Zuströmkanal zur Einspritzstelle und einen Rückströmkanal bilden.

Dabei wird durch ein unter hohem Druck stehendes Medium, das dem Druckventil im Zuströmkanal aus dem Pumpenarbeitsraum zugeführt wird, ein Ventilschließglied gegen die Kraft einer Feder von seinem Ventilsitz abgehoben, wodurch das Druckventil im Zuströmkanal öffnet und das Medium zur Einspritzstelle gelangt. Am Ende der Hochdruck­ förderung sinkt der Druck im Pumpenarbeitsraum und das Druckventil­ schließglied des Druckventils im Zuströmkanal kehrt auf seinen Sitz zurück. Kurz darauf schließt ein Einspritzventil an der Einspritzstelle, wodurch in dem eingeschlossenen Volumen zwischen dem Gleichdruckventil und dem Einspritzventil Druckwellen hin- und herlaufen, die in der Lage sind, das Einspritzventil nochmals zu öffnen. Um dies zu vermeiden, ist das Druckventil im Rückströmkanal angeordnet, über das sich das Druckniveau in der Förderleitung zum Einspritzventil auch nach dem Schließen des Druckventils im Zuström­ kanal auf einen Standdruck abbauen kann, der durch die Vorspannkraft der Rückstellfeder des Druckventils im Rückströmkanal und die Wirk­ fläche des Druckventils bestimmt ist.

Dabei kommt es bei der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe durch die mit hoher Energie rücklaufende Druckwelle zu einer sehr schnellen Öffnungsbewegung des Ventilschließgliedes des Druckventils im Rück­ strömkanal bis zu dessen Anlage an ein diese Öffnungsbewegung be­ grenzendes Füllstück im Ventilraum, wodurch die Rückstellfeder des Druckventils mechanisch hoch belastet wird.

Um diese rasche Öffnungsbewegung zu verzögern und die Haltbarkeit der Rückstellfeder somit zu erhöhen sind dem Druckventil Drossel­ stellen vorgeschaltet, wie sie z. B. aus der US-PS 398 513 bekannt sind, in der diese Drosselstelle durch eine Querschnittsverringerung des Rückströmkanals unmittelbar vor dem Druckventil gebildet ist. Die Variationsmöglichkeiten des Öffnungsdruckes des Druckventils in der Rückströmleitung und des Durchmessers der vorgeschalteten Drossel sind Bestandteil der Anpassung des gesamten Kraftstoffein­ spritzsystems an die Erfordernisse der zu versorgenden Brennkraft­ maschine, wobei der Durchmesser der Drosselbohrung bei diesen Anpassungen meist mehrmals geändert werden muß, was bei der bestehenden Ausführung jeweils einen hohen Fertigungaufwand zur Folge hat. Zudem verursacht die Drosselbohrung einen schmalen Strahl, der auf die Ventilkugel auftrifft und somit deren gleichmäßiges Abheben vom Ventilsitz beeinträchtigt, so daß Unregelmäßigkeiten zwischen den einzelnen Einspritzungen entstehen können.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Gleichdruckventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Anordnung der Drosselstelle hinter dem Druckventil der Rückströmleitung ein Abströmstrahl geringerer Strahlstärke auf das Ventilschließglied bei dessen gleichzeitig verzögerter Öffnungs­ bewegung erreicht wird. Dabei kann die Drosselstelle gemäß Anspruch 5 durch eine Querschnittsverringerung in dem durch das Ventilgehäuse führenden Bereich der Rückströmleitung gebildet werden, wodurch ein Rückstau des Mediums in den Ventilraum des Druckventils verursacht wird, der die Öffnungsbewegung des Ventilschließgliedes gegen die Kraft der Rückstellfeder verzögert. Zudem sind die Anpassungs­ arbeiten bei einer Drosselstelle in diesem Bereich weniger auf­ wendig, als bei einer Drosselstelle im ersten Teil des Ventil­ gehäuses, der die Federn und Schließglieder der Druckventile aufnimmt. Dieser Fertigungs- und Montageaufwand während des Anpassungsvorganges kann gemäß Anspruch 6 noch reduziert werden, wenn die Drosselstelle in der Rückströmleitung durch eine in diese eingesetzte Hülse gebildet wird.

Eine weitere Möglichkeit den Montage- und Fertigungsaufwand der Drosselstelle während der Anpassungsarbeiten zu minimieren und trotzdem eine sichere Verzögerung der Öffnungsbewegung des Ventil­ schließgliedes zu gewährleisten, kann gemäß Anspruch 2 bis 4 durch die Anordnung von Drosselbohrungen im, den Öffnungsweg des Ventil­ schließgliedes begrenzenden Füllstück erreicht werden. Diese Anordnung hat dabei den Vorteil, daß die Anpassungsarbeiten durch ein vorhandenes und wiederverwendbares Sortiment an Füllstücken mit verschiedenen Drosselbohrungsdurchmessern kostengünstiger und schneller durchgeführt werden können, ohne dabei Veränderungen am Ventilgehäuse vornehmen zu müssen. Eine solchermaßen ausgeführte Anordnung kann auch vorteilhaft in Gleichdruckventilen Anwendung finden, bei denen die Rückströmleitung durch das Ventilschließglied des Druckventils in der Zuströmleitung führt und das Schließglied sowie Feder und Füllstück des Druckventils in der Rückströmleitung wie bekannt innerhalb dieses Ventilschließgliedes angeordnet sind. Zudem ist die Prüfung des Bohrungsdurchmessers auf Geometrie und Durchfluß bei dieser Anordnung wesentlich einfacher.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Fünf Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines als Gleichdruckventil ausgebildeten Druckventils, bei dem die Drosselstelle als Radialbohrung im Füll­ stück ausgebildet ist, die Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel analog zur Fig. 1, bei dem die Drosselstelle durch eine Quer­ schnittsverringerung der Axialbohrung des Füllstückes gebildet wird, die Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Drossel­ bohrung im Rückströmkanal im Bereich des Ventilgehäuses, die Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem sich die Drosselbohrung durch das gesamte Ventilgehäuse erstreckt und die Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel mit einer in die Rückströmleitung eingesetzten Drosselhülse.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Gleichdruckventil 1, das in ein nicht dargestelltes Gehäuse einer Kraftstoffeinspritz­ pumpe eingesetzt ist und in einer Förderleitung 3 zwischen einem Pumpenarbeitsraum 5 der Kraftstoffeinspritzpumpe und einer Ein­ spritzstelle in Form eines Einspritzventils 7, der zu versorgenden, ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine sitzt.

Das Gehäuse des Gleichdruckventils 1 setzt sich aus einem ersten Teil, einem Druckventilhalter 11 und einem zweiten Teil, einem an den Pumpenarbeitsraum 5 anschließenden Ventilkörper 9 zusammen, die dichtend zusammen auf das Pumpengehäuse geschraubt sind und auf denen auf der dem Ventilkörper 9 abgewandten Seite des Druckventil­ halters 11 der als Einspritzleitung zum Einspritzventil 7 dienende Teil der Förderleitung 3 aufgeschraubt ist. In seinem Inneren weist das Gleichdruckventil 1 zwei parallel zueinander angeordnete Durch­ gangskanäle auf, die gemeinsam in den Pumpenarbeitsraum 5, bzw. in die Förderleitung 3 münden und die eine Zuströmleitung 13 in Richtung Einspritzventil 7 und eine Rückströmleitung 15 in der entgegengesetzten Richtung bilden. Dazu ist ein Druckventil in jedem Durchgangskanal angeordnet, wobei das in der Zuströmleitung 13 angeordnete Druckventil 17 in Richtung Einspritzventil 7 und das in der Rückströmleitung 15 angeordnete Druckventil ein Rückschlagventil 19 ist, das in Richtung Pumpenarbeitsraum 5 öffnet. Diese Druck­ ventile können dabei sowohl als Kugelventile als auch als Ventile mit Ventilschließgliedern mit konusförmigen oder mit ebenen Dicht­ flächen ausgebildet sein.

Das Druckventil 17 ist in einer einen Federraum 21 bildenden Durch­ messererweiterung der Zuströmleitung 13 angeordnet und besteht aus einem Ventilschließglied 23 mit einer konusförmigen oder ebenen Dichtfläche 25, mit der es von einer Ventilfeder 27 auf einen Ventil­ sitz 29 im Ventilkörper 9 gepreßt wird, der durch eine konusförmige Querschnittserweiterung oder eine ebene Dichtfläche des im Ventil­ körper 9 verlaufenden Teils 31 der Zuströmleitung 13, der in den Pumpenarbeitsraum 5 mündet, gebildet wird. Die durch den im Pumpenarbeitsraum 5 komprimierten und unter hohem Druck stehenden Kraftstoff ausgelöste Öffnungs­ bewegung des Ventilschließgliedes 23 des Druckventils 17 wird dabei durch eine Anschlaghülse 33 im Federraum 21 auf einen bestimmten Wert begrenzt, wobei die Anschlaghülse 33, die in ihrem oberen Anlagebereich am Druckventilhalter 11 für einen besseren Kraftstoff­ durchfluß kreuzförmig geschlitzt ist, auch der Führung der Ventil­ feder 27 und der Ventilführung des Ventilschließgliedes 23 dient. Das in der Rückströmleitung 15 angeordnete Rückschlagventil 19 befindet sich ebenfalls in einer einen zweiten Federraum 37 bilden­ den Querschnittserweiterung der Rückströmleitung 15 im Bereich des Druckventilhalters 11, wobei diesem eine geringe, die Kraftstoff­ strömung nicht drosselnde Durchmesserverringerung 39 der Rückström­ leitung 15 vorgelagert ist, die sich zum Federraum 37 hin wieder konisch erweitert und somit einen Ventilsitz 41 für das als Ventil­ kugel 43 ausgebildete Ventilschließglied des Rückschlagventils 19 bildet. Die Ventilkugel 43 wird andererseits von einem Federteller 45 geführt, an den eine Rückstellfeder 47 angreift, die die Ventil­ kugel 43 auf den Ventilsitz 41 gepreßt hält. Diese Rückstellfeder 47 stützt sich auf der dem Federteller 45 abgewandten Seite an einem Absatz eines zylindrischen, zentrisch im zweiten Federraum 37 ange­ ordneten Füllstückes 49 ab, das die Rückstellfeder 47 im Federraum 37 führt und zudem mit seiner dem Federteller 45 zugewandten Stirn­ seite dessen Bewegung und somit den Öffnungsweg der Ventilkugel 43 des Rückschlagventils 19 begrenzt. Mit seiner der Ventilkugel 43 abgewandten Stirnseite liegt das Füllstück 49 dichtend an der dem Pumpenarbeitsraum 5 abgewandten Stirnseite des Ventilkörpers 9 an, wobei die Rückstellfeder 47 das Füllstück 49 in Anlage am Ventil­ körper 9 hält. Der im Ventilkörper 9 verlaufende Teil 51 der Rück­ strömleitung 15 weist dabei einen geringeren Querschnitt als der Teil im Druckventilhalter 11 auf, so daß das Füllstück 49 um den Teil 51 der Rückströmleitung 15 herum genug Auflagefläche am Ventilkörper 9 hat, um sicher anliegen zu können. In seinem Inneren weist das Füllstück 49 eine von der am Ventilkörper 9 anliegenden Stirnseite ausgehende axiale Sackbohrung 53 auf, die im eingebauten Zustand in den Teil 51 der Rückströmleitung 15 mündet. Um eine Verbindung zwischen dem Federraum 37, in den der rück­ strömende Kraftstoff nach Passieren des Rückschlagventils 19 zunächst fließt, und über den Teil 51 der Rückströmleitung 15 mit dem Pumpenarbeitsraum 5 herzustellen sind radiale Querbohrungen 55 in das Füllstück 49 eingebracht, die in die Sackbohrung 53 münden. Diesen radialen Querbohrungen 55 kommt im in der Fig. 1 dar­ gestellten ersten Ausführungsbeispiel eine besondere Bedeutung zu. Sie übernehmen aufgrund ihres geringen Querschnitts die Drossel­ wirkung des abströmenden Kraftstoffes im Federraum 37, so daß die Öffnungsbewegung der Ventilkugel 43 und des Federtellers 45 verzögert wird, da der im Federraum 37 befindliche Kraftstoff nicht schnell genug verdrängt werden kann.

Das in der Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist analog zu dem in der Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungs­ beispiel aufgebaut und unterscheidet sich lediglich in der Anordnung der Drosselstelle nach dem Rückschlagventil 19. Dabei ist hier die axiale Sackbohrung 53 aus der Fig. 1 als axiale Durchgangsbohrung 57 ausgeführt, deren Durchmesser sich auf der an den Ventilkörper 9 angrenzenden Seite stark verjüngt, so daß der aus dem Federraum 37 abströmende Kraftstoff innerhalb der in den im Ventilkörper 9 ver­ laufenden Teil 51 der Rückströmleitung 15 mündenden, axialen Durch­ gangsbohrung 57 des Füllstücks 49 gedrosselt wird, wobei der Quer­ schnitt der radialen Querbohrungen 55 groß genug ausgebildet ist, eine Drosselung des Kraftstoffstromes an dieser Stelle zu vermeiden.

Die Fig. 3 bis 5 sind ebenfalls wie in der Fig. 1 beschrieben aufgebaut und unterscheiden sich ebenfalls nur in der Art und Anordnung der Drosselstelle nach dem Rückschlagventil 19, weshalb bei der Darstellung der Fig. 4 und 5 auf eine vollständige Darstellung des Gleichdruckventils 1 verzichtet wird.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel wird der abströmende Kraftstoff durch eine Querschnittsverringerung 59 des durch den Ventilkörper 9 führenden Teils 51 der Rückström­ leitung 15 im Bereich des Füllstückes 49 gebildet, wobei auch hier eine Drosselwirkung des aus dem Federraum 37 abströmenden Kraft­ stoffes erreicht wird, der eine Verzögerung der Öffnungsbewegung des Rückschlagventils 19 zur Folge hat. Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei weitere Varianten der Ausgestaltung der Drossel innerhalb der Rück­ strömleitung 15, wobei sich die Querschnittsverringerung 59 in der Fig. 4 über den gesamten Bereich des im Ventilkörper 9 verlaufenden Teils 51 der Rückströmleitung erstreckt, während die Drosselstelle in der Fig. 5 durch eine in die Rückströmleitung 15 eingesetzte Buchse 61 gebildet wird. Diese Buchse 61 weist an ihrem dem Rück­ schlagventil 19 zugewandten Ende eine starke Querschnittsver­ ringerung 59 auf, die sich im weiteren Verlauf über einen Absatz wieder erweitert, ist über ein Außengewinde in den Teil 51 der Rück­ strömleitung 15 eingeschraubt und gegen ein selbständiges Ver­ drehen gesichert. Dabei hat diese fünfte Ausführungsform besonders den Vorteil, daß bei Anpassungsarbeiten des Drosselquerschnittes Buchsen 61 mit verschiedenen Drosselmaßen schnell und ohne großen Aufwand ausgewechselt werden können.

Das erfindungsgemäße Gleichdruckventil 1 arbeitet folgendermaßen. Wird beim Betrieb einer Kraftstoffeinspritzpumpe, in die das oben beschriebene Gleichdruckventil 1 eingebaut ist, Kraftstoff vom Pumpenarbeitsraum 5 zum Einspritzventil 7 der Brennkraftmaschine gefördert, so wird unter dem Druck des aus dem Pumpenarbeitsraum 5 strömenden Kraftstoffes das Druckventilschließglied 23 entgegen der Kraft der Ventilfeder 27 und des vorhandenen Standdruckes in der Förderleitung 3 vom Ventilsitz 29 des Ventilkörpers 9 abgehoben, das Druckventil 17 öffnet, der Kraftstoff strömt zum Einspritzventil 7 und gelangt dort zur Einspritzung in den Brennraum der zu versorgen­ den Brennkraftmaschine. Sinkt am Ende der Kraftstofförderung der Förderdruck des Kraftstoffes im Pumpenarbeitsraum 5, reicht die Kraft des anströmenden Kraftstoffes nicht mehr aus, das Druckventil­ schließglied 23 gegen die Kraft der Ventilfeder 27 geöffnet zu halten, das Druckventilschließglied 23 kehrt auf seinen Ventilsitz 29 zurück, das Druckventil 17 und in Folge dessen auch das Ein­ spritzventil 7 schließt. Im Anschluß an dieses schlagartige Unter­ brechen der Förderung laufen in dem eingeschlossenen Volumen zwischen dem Gleichdruckventil 1 und dem Einspritzventil 7 Druck­ wellen hin und her. Um ein dadurch verursachtes Nacheinspritzen an der Einspritzstelle durch ein erneutes Aufstoßen des Einspritz­ ventils 7 zu vermeiden, wird das Druckniveau der Druckwellenspitzen­ drücke in der Förderleitung 3 nun über das Rückschlagventil 19 bis auf einen bestimmten Betrag abgebaut, indem der Kraftstoff die Ventilkugel 43 gegen die Kraft der Rückstellfeder 47 von ihrem Ventilsitz 41 abhebt und über den Federraum 37, das Füllstück 49 und den im Ventilkörper 9 verlaufenden Teil 51 der Rückströmleitung 15 in den jetzt bei Ende der Hochdruckförderphase entlasteten Pumpen­ arbeitsraum 5 zurückströmt. Um dabei ein zu weites Aufstoßen des Rückschlagventiles 19 und eine damit verbundene zu hohe Feder­ beanspruchung zu vermeiden, läßt es sich nur bis zur Anlage des Federtellers 45 an das Füllstück 49 öffnen. Um ein zu schnelles Öffnen des Rückschlagventils 19 und eine damit verbundene hohe mechanische Beanspruchung der Rückstellfeder 47 zu vermeiden, ist dem Rückschlagventil 19 eine Drosselstelle nachgeschaltet, durch die das Abströmen das Kraftstoffes aus dem Federraum 37 gedrosselt wird, was wiederum eine verzögerte Öffnungsbewegung des Rückschlagventils 19 zur Folge hat. Der Querschnitt dieser den Abströmvorgang aus dem Federraum 37 verzögernden Drosselstelle, die durch eine Querschnitts­ verringerung 59 der Querbohrungen 55 bzw. der Sackbohrung 53 im Füllstück 49 oder in dem durch den Ventilkörper 9 führenden Teil 51 der Rückströmleitung 15 gebildet wird, muß den Erfordernissen der zu versorgenden Brennkraftmaschine angepaßt werden, wobei die beschriebene Anordnung der Drosselstellen dabei den Vorteil einer leichten Austauschbarkeit hat.

Claims (7)

1. Gleichdruckventil zum Einbau in eine Förderleitung (3) zwischen einem Pumpenarbeitsraum (5) einer Kraftstoffeinspritzpumpe und einer Einspritzstelle (7) an der von dieser zu versorgenden Brennkraft­ maschine, bestehend aus einem Ventilgehäuse, mit darin parallel zueinander angeordneten Durchgangskanälen, die durch jeweils ein darin angeordnetes, entgegen einer Federkraft und in entgegen­ gesetzter Richtung zum anderen öffnendes Druckventilschließglied (23, 43) eine Zuströmleitung (13) zur Einspritzstelle (7) und eine Rückströmleitung (15) zum Pumpenarbeitsraum (5) bilden, wobei diese vor und nach dem Gleichdruckventil (1) in den gleichen Raum münden, dadurch gekennzeichnet, daß dem in Richtung Pumpenarbeitsraum (5) hin öffnenden Druckventilschließglied (43) in der Rückstromleitung (15) eine Drosselstelle nachgeschaltet ist.

2. Gleichdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsweg eines, das in Richtung Pumpenarbeitsraum (5) hin öffnende Ventilschließglied (43) aufnehmenden Federtellers (45) des Druckventils (19) in der Rückströmleitung (15), durch ein in einem Federraum (37) angeordnetes zylindrisches Füllstück (49) begrenzt wird (Fig. 1).

3. Gleichdruckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse zweiteilig ist, bestehend aus einem ersten, die Ventilschließglieder (23, 43) aufnehmenden Teil, einem Druckventil­ halter (11) und einem zweiten pumpenarbeitsraumseitig liegenden mit dem ersten Teil und dem Gehäuse der Kraftstoffeinspritzpumpe dicht verspannten Teil, einem Ventilkörper (9), und daß die Drosselstelle durch Querbohrungen (55) geringen Durchmessers im Füllstück (49) gebildet wird, die in eine axiale, mit einem Teil (51) der Rück­ strömleitung (15) im Ventilkörper (9) verbundene Sackbohrung (53) im Füllstück (49) münden (Fig. 1).

4. Gleichdruckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle durch eine Querschnittsverringerung (59) einer axialen Durchgangsbohrung (57) im Füllstück (49) auf der dem Ventil­ körper (9) zugewandten Seite gebildet wird (Fig. 2).

5. Gleichdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle durch eine Querschnittsverringerung (59) des sich an das Druckventil (19) pumpenarbeitsraumseitig anschließenden, durch den zweiten Teil (9) des Ventilgehäuses führenden Teils (51) der Rückstromleitung (15) gebildet wird (Fig. 3, 4).

6. Gleichdruckventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle in dem durch den Ventilkörper (9) führenden Teil (51) der Rückströmleitung (15) durch eine in diesen eingesetzte Büchse (61) gebildet wird, deren Durchtrittsquerschnitt auf der dem Rückschlagventil (19) zugewandten Seite geringer ist, als der des Teils (51) der Rückströmleitung (15) im Ventilkörper (9) und dessen Durchströmquerschnitt nach dieser Querschnittsverringerung (59) größer ist, als der des Teils (51) (Fig. 5).

7. Gleichdruckventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (61) in den Teil (51) der Rückströmleitung (15) ein­ geschraubt und gegen ein selbständiges Verdrehen gesichert ist (Fig. 5).