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Diese
Erfindung betrifft ein Reduzier- oder Dämpfungsventil zur Verwendung
im Kraftstoffsystem eines Verbrennungsmotors mit Verdichtungszündung.
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Reduzier-
oder Dämpfungsventile
werden üblicherweise
in den Auslässen
einer Kraftstoffpumpe angeordnet und sind dazu bestimmt, während der Kraftstoffabgabe
einen im Wesentlichen ungehinderten Fluss von Kraftstoff von der
Pumpe zu einem zugehörigen
Einspritzventil zu ermöglichen
und eine kontrollierte Druckentlastung der Kraftstoffleitung zwischen
dem Reduzier- oder Dämpfungsventil
und dem Einspritzventil zu erlauben, um die nachteiligen Kavitationseffekte
zu verringern.
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Das
Dokument
DE 4037465
A offenbart ein Reduzier- oder Dämpfungsventil zur Verwendung
in einer Kraftstoffeinspritzpumpe, in welcher das Ventilelement
veranlasst wird, sich unter Abgabedruck gegen die Kraft einer Druckventilfeder
von seinem Sitz abzuheben. Das Ventilelement weist eine Drosselbohrung
zur Druckentlastung auf.
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1 veranschaulicht
eine bekannte Reduzier- oder Dämpfungsventilanordnung,
die sich in einem Auslass einer Pumpe 1 befindet und durch
die Verbindung des Endes eines Leitungsverbinders 2 für eine Hochdruckkraftstoffleitung
mit der Pumpe 1 in seiner Position gehalten wird. Der Pumpenauslass umfasst
eine Bohrung 3, von welcher ein Teil ein Schraubgewinde
aufweist, wobei die Bohrung 3 durch einen Kanal (nicht
dargestellt) mit einer Pumpenkammer in Verbindung steht. Innerhalb
der Bohrung 3 befindet sich ein Reduzier- oder Dämpfungsventilkörper 4,
wobei der Körper 4 zwischen
dem Körper
der Pumpe 1 und dem Ende des Leitungsverbinders 2,
der sich mit dem Gewindeteil der Bohrung 3 in Schraubgewinde-Eingriff
befindet, eingeschlossen ist. Eine Dichtungsscheibe 5 ist
zwischen dem Körper der
Pumpe 1 und dem Ventilkörper 4 angeordnet.
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Der
Ventilkörper 4 umfasst
eine Bohrung, innerhalb der ein Ventilelement 6 verschieblich
ist, wobei das Ventilelement 6 einen Bereich 7 mit
vergrößertem Durchmesser
zur Anlage an einem Sitz umfasst, der rund um ein Ende der Bohrung
ausgebildet ist. Das Ventilelement 6 wird durch eine Feder 8 in Anlage
mit einem Sitz gespannt, die zwischen dem Ventilelement 6 und
einem Anschlag 9 in Eingriff steht, welcher in einem Teil 2a der
Bohrung des Verbinders 2 mit vergrößertem Durchmesser angeordnet ist.
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Das
Ventilelement 6 ist mit einer ringförmigen Nut versehen, welche
zusammen mit dem Pumpenkörper
eine Kammer 10 bildet, die über auf dem Ventilelement 6 vorhandene
Nuten oder Rillen 11 mit der Bohrung 3 in Verbindung
steht. Das Ventilelement 6 umfasst auch einen sich axial
erstreckenden Kanal 12, der einen Bereich 13 mit
reduziertem Durchmesser aufweist, welcher die Wirkung besitzt, den
Fluss durch den Kanal 12 zu beschränken. Der Anschlag 9 umfasst
einen sich axial erstreckenden Kanal 14, der mit einer
Mehrzahl von sich radial erstreckenden Kanälen 15 in Verbindung
steht.
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In
der dargestellten Position befinden sich die Bohrung 3 und
der Leitungsverbinder 2 der Hochdruckkraftstoffleitung
unter niedrigem Druck, und das Ventilelement 6 ist durch
die Feder 8 in Anlage mit seinem Sitz gespannt. Wenn die
Einspritzung beginnen soll, steigt der Kraftstoffdruck innerhalb
der Bohrung 3 an und übt
eine Kraft auf das Ventilelement 6 aus, welche gegen die
Wirkung der Feder 8 wirkt, wobei die Kraft eine Größe aufweist,
die ausreicht, um das Ventilelement 6 aus seinem Sitz zu
heben. Der Kraftstoff kann dann von der Bohrung 3 durch
die Rillen 11 und die Kammer 10 am Sitz des Teils 2a des Leitungsverbinder 2 der
Hochdruckkraftstoffleitung vorbei fließen. Der Kraftstoff fließt über und
rund um die Feder 8 und durch die Kanäle 15, 14 in
Richtung des Einspritzventils. Eine kleine Menge an Kraftstoff fließt auch
durch den Kanal 12, aber die Kraftstoffmenge, welche auf
diese Weise fließt,
ist durch das Vorhandensein des Bereichs 13 beschränkt.
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Wenn
die Einspritzung beendet werden soll, wird der Kraftstoffdruck in
der Bohrung 3 schnell reduziert. Der verringerte Druck
innerhalb der Bohrung 3 reicht nicht aus, um das Ventilelement 6 in
seiner angehobenen Position zu halten, und der Kraftstoffdruck innerhalb
des Verbinders 2 bewirkt zusammen mit der Feder 8,
dass das Ventilelement 6 in Anlage mit seinem Sitz zurückkehrt.
Da kein Kraftstoff mehr am Sitz vorbei fließen kann und da es ein Druckungleichgewicht über das
Ventilelement 6 hinweg gibt, fließt Kraftstoff in beschränkter Menge,
die durch die Abmessungen des Bereichs 13 bestimmt wird,
vom Leitungsverbinder 2 für die Hochdruckkraftstoffleitung
durch den Kanal 12. Die Menge des Kraftstoffflusses wird
auf ein Niveau beschränkt,
das niedrig genug ist, um die Gefahr zu verringern, dass im Verbinder 2 und
dem Hochdruckkraftstoffrohr und der Einspritzvorrichtung, die mit
ihm verbunden sind, Kavitationsblasen angesaugt werden.
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Die
in 1 veranschaulichte Anordnung weist mehrere Nachteile
auf. Der Teil 2a der Leitung 2 besitzt ein verhältnismäßig großes Volumen,
das jedes Mal, wenn eine Einspritzung erfolgen soll, eine Druckbeaufschlagung
benötigt,
was dazu führt,
dass das Kraftstoffsystem verhältnismäßig unrationell
ist. Außerdem
kann der Fluss von Kraftstoff über
und rund um die Feder 8 zur Beschädigung der Feder infolge von
Werkstofferosion führen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Reduzier- oder Dämpfungsventil
bereitzustellen, in welchem die Wirkung dieser Nachteile verringert
wird.
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Als
weiterer Stand der Technik beschreibt
US 4
080 988 ein Rückschlagventil
zur Verwendung in Gasstromanwendungen, auch wenn es nicht zum Einsatz
in Hochdruckkraftstoffpumpenanwendungen geeignet ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Reduzier- oder Dämpfungsventil zur Verwendung
innerhalb eines Auslasskanals einer Hochdruckkraftstoffeinspritzpumpe
für einen
Verbrennungsmotor mit Verdichtungszündung bereitgestellt, wobei
das Ventil ein Ventilelement, das innerhalb einer in einem Ventilkörper vorhandenen
Bohrung verschieblich angeordnet ist und ein erstes und ein zweites
Ende aufweist, wobei die Bohrung einen Sitz bildet, an dem ein erster
Bereich des Ventilelements zur Anlage gebracht werden kann, und
das Ventilelement mit Hilfe einer Feder, die an einem Federanlagebereich
des Ventilelements angreift, in Anlage mit dem Sitz gespannt wird,
wobei das Ventilelement und die Bohrung einen Durchflussweg zwischen
dem Sitz und dem ersten Ende des Ventilelements definieren und das
Ventilelement ein Durchtrittsmittel aufweist, das sich von dessen
zweitem Ende bis zu einem zwischen dem ersten Bereich und dem Federanlagebereich
befindlichen Teil der Außenseite
des Ventilelements erstreckt, und ein verengtes Umgehungskanalmittel
umfasst, das einen verengten Durchflussweg zwischen dem ersten und
dem zweiten Ende des Ventilelements zur Verfügung stellt, wobei die Feder
innerhalb einer Kammer mit einer Stirnwand angeordnet ist, an der
das zweite Ende des Ventils anstoßen kann, um die Bewegung des
Ventilelements weg von seinem Sitz zu begrenzen, wobei dann, wenn
der erste Bereich des Ventilelements weg von seinem Sitz gedrückt wird,
um zu bewirken, dass das zweite Ende des Ventilelements an der Stirnwand
der Kammer anstößt, der
Fluss von Kraftstoff über
und rund um die Feder vermieden wird.
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Das
Vorhandensein des Kanals zwischen dem zweiten Ende des Ventilelements
und einem Teil des Ventilelements zwischen dessen erstem Bereich und
Federanlagebereich verringert im Betrieb den Fluss von Kraftstoff über und
rund um die Feder, wodurch die Gefahr einer Beschädigung der
Feder infolge von Werkstofferosion verringert wird.
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Das
verengte Umgehungskanalmittel kann zum Teil durch einen Teil des
Durchflussweges zwischen dem Sitz und dem ersten Ende des Ventilelements
gebildet werden.
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Da
keine Notwendigkeit besteht, einen Durchflussraum rund um die Feder
bereitzustellen, ist das Hochdruckvolumen reduziert, und der Wirkungsgrad
des Kraftstoffsystems wird erhöht.
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Die
Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
Schnittansicht ist, welche ein bekanntes Reduzier- oder Dämpfungsventil
veranschaulicht; und
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2 eine
Schnittansicht ist, welche ein Reduzier- oder Dämpfungsventil gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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2 veranschaulicht
ein Reduzier- oder Dämpfungsventil,
das sich innerhalb einer Auslassbohrung 20 befindet, die
im Körper 21 einer
Pumpe vorgesehen ist. Die Bohrung 20 steht durch einen
Kanal (nicht dargestellt) mit einer Pumpenkammer der Pumpe sowie
mit Mitteln zum schnellen Reduzieren des Kraftstoffdrucks zum Beendigen
der Einspritzung in Verbindung. Ein Teil der Bohrung 20 ist
mit Schraubwindungen versehen, welche mit entsprechenden Schraubwindungen
zusammenwirken, die auf der Außenfläche eines
Endes eines Leitungsverbinders 22 einer Hochdruckkraftstoffleitung
vorgesehen sind, der mit einem Hochdruckrohr und einem Kraftstoffeinspritzventil
in Verbindung steht. Innerhalb der Auslassbohrung 20 befindet
sich ein Ventilkörper 23,
wobei eine Dichtungsscheibe 24 zwischen dem Ventilkörper 23 und
einer Wand, welche die Bohrung 20 bildet, eingeschlossen
ist und ein Ende des Leitungsverbinders 22 für die Hochdruckkraftstoffleitung
den Ventilkörper 23 angreift,
was dazu führt,
dass der Ventilkörper 23 innerhalb
der Auslassbohrung 20 starr in seiner Position gesichert
ist.
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Der
Ventilkörper 23 umfasst
eine sich axial erstreckende Durchgangsbohrung, innerhalb der ein Ventilelement 25 verschieblich
ist. Das Ventilelement 25 umfasst einen Bereich 26 mit
vergrößertem Durchmesser,
welcher eine Außenfläche 26a umfasst,
die einen ersten Bereich bildet, welcher während des Betriebs in Anlage
mit einem Sitz gebracht werden kann, der um einen Endteil der Bohrung
ausgebildet ist, die in dem Ventilkörper 23 vorgesehen ist.
Der Bereich 26 mit vergrößertem Durchmesser umfasst
auch eine Fläche 26b,
welche einen Federanlagebereich bildet, gegen den eine Feder 27 drückt, um
das Ventilelement 25 in Anlage mit seinem Sitz zu spannen.
Wie in 2 veranschaulicht, ist die Feder 27 zwischen
der Fläche 26b und
einer Stirnwand einer Kammer 28 eingeschlossen, die sich
innerhalb eines Endes des Leitungsverbinders 22 der Hochdruckkraftstoffleitung
befindet.
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Das
Ventilelement 25 ist mit einem sich axial erstreckenden
Kanal 29 versehen, welcher mit sich radial erstreckenden
Kanälen 30 in
Verbindung steht, wobei die Kanäle 30 an
Positionen, die sich zwischen der Fläche 26a und der Federanlagefläche 26b befinden,
mit der Außenseite
des Ventilelements 25 in Verbindung stehen. Der Kanal 29 umfasst
einen verengten Bereich 31, der sich zwischen dem Punkt,
an dem die Kanäle 30 mit
dem Kanal 29 in Verbindung stehen, und einem ersten Ende
des Ventilelements 25 befindet. Es ist zu erkennen, dass
der Kanal 29 und der Bereich 31 zusammen einen
Umgehungskanal bilden, der den Sitz umgeht.
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Derjenige
Teil des Ventilelements 25, der sich innerhalb des Ventilkörpers 23 befindet,
umfasst eine ringförmige
Aussparung, welche zusammen mit der Bohrung eine Kammer 32 bildet,
die mit Hilfe von Rillen 33, die auf der Außenseite
des Ventilelements 25 vorgesehen sind, mit dem ersten Ende
des Ventilelements 25 in Verbindung steht. Die Rillen 33 und die
ringförmige
Kammer 32 stellen einen Durchflussweg zwischen dem ersten
Ende des Ventilelements 25 und dem Sitz bereit, wobei die
sich radial erstreckenden Kanäle 30 und
ein Teil des Kanals 29 einen Durchflussweg zwischen dem
Sitz und dem zweiten Ende des Ventilelements 25 bereitstellen.
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Im
Betrieb befinden sich die Bohrung 20 und der Kanal 22a des
Leitungsverbinders 22 der Hochdruckkraftstoffleitung in
der in 2 veranschaulichten Stellung beide unter niedrigem
Druck, und das Ventilelement 25 ist mit Hilfe der Feder 27 in
Anlage mit dem Sitz gespannt. Wenn eine Einspritzung beginnen soll,
wird der Bohrung 20 durch die Pumpe unter Hochdruck stehender
Kraftstoff zugeführt,
was zur Einwirkung einer großen
Kraft auf das Ventilelement 25 führt, welche gegen die Wirkung
der Feder 27 wirkt. Die Kraft weist eine Größe auf,
die groß genug
ist, um das Ventilelement 25 so zu bewegen, dass die Fläche 26a dadurch
vom Sitz abgehoben wird, wobei die Bewegung des Ventilelements 25 in dieser
Richtung durch die Anlage des zweiten Endes des Ventilelements 25 an
der Stirnfläche
der Kammer 28 begrenzt wird. Es ist zu erkennen, dass die
Bewegung des Ventilelements 25 es ermöglicht, dass Kraftstoff von
der Bohrung 20 durch die Rillen 33 und die Kammer 32 am
Sitz vorbei zur Kammer 28 und von der Kammer 28 durch
die sich radial erstreckenden Kanäle 30 und einen Teil
des Kanals 29 zum Kanal 22a des Leitungsverbinders 22 der
Hochdruckkraftstoffleitung fließt.
Die verfügbaren
Durchflusswege für
den Kraftstoff durch das Reduzier- oder Dämpfungsventil weisen eine Fläche auf,
die groß genug ist,
so dass die Zufuhr von Kraftstoff zum Leitungsverbinder 22 der
Hochdruckkraftstoffleitung im Wesentlichen uneingeschränkt ist.
Somit wird dem Einspritzventil unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt, wodurch
es möglich
wird, dass sich das Einspritzventil öffnet, was dazu führt, dass
Kraftstoff dem Zylinder zugeführt
wird, mit dem das Einspritzventil verbunden ist.
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Zum
Beenden der Einspritzung wird der Kraftstoffdruck innerhalb der
Pumpe schnell reduziert. Die resultierende Verringerung des Drucks
innerhalb der Auslassbohrung 20 führt zu einem Druckungleichgewicht über das
Ventilelement 25 hinweg und zu einer Abnahme der Größe der Kraft,
welche gegen die Wirkung der Feder 27 auf das Ventilelement 25 wirkt,
wodurch ermöglicht
wird, dass sich das Ventilelement 25 sowohl unter der Wirkung
der Feder 27 als auch dem Druckunterschied so bewegt, dass
die Fläche 26a in
Anlage mit dem Sitz gebracht wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kraftstoffdruck
innerhalb des Verbinders 22 größer als derjenige innerhalb
der Auslassbohrung 20, und Kraftstoff vom Verbinder 22 fließt durch
den Kanal 29 durch den verengten Bereich 31 zur
Auslassbohrung 20. Es ist zu erkennen, dass die Abmessungen
des verengten Bereichs 31 die Menge steuern, in welcher
der Kraftstoff vom Leitungsverbinder 22 der Hochdruckkraftstoffleitung
durch das Reduzier- oder Dämpfungsventil
fließen
kann. Die Abmessungen des verengten Bereichs 31 sind so
gewählt,
dass gewährleistet
ist, dass die Menge, in welcher der Kraftstoff durch das Reduzier-
oder Dämpfungsventil
fließen
kann, gering genug ist, um die Gefahr des Ansaugens von Kavitationsblasen
innerhalb des Verbinders 22 und des Kraftstoffrohrs und
der Einspritzvorrichtung, die mit diesem verbunden sind, auf ein
annehmbares Niveau zu verringern.
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Aus 2 ist
ersichtlich, dass die sich radial erstreckenden Kanäle 30 und
der Kanal 29 einen Durchflussweg für Kraftstoff bereitstellen,
welcher es vermeidet, dass Kraftstoff über und rund um die Feder 27 fließt. Die
Verringerung des Flusses von Kraftstoff über und rund um die Feder 27 verringert
die Gefahr, dass die Feder 27 infolge von Werkstofferosion
beschädigt
wird. Ferner ist in 2 zu erkennen, dass das Volumen
der Kammer 28 wesentlich kleiner als das Volumen der entsprechenden
Kammer der in 1 veranschaulichten Anordnung
ist. Die Verkleinerung des Volumens verringert die Kraftstoffmenge,
welche zur Einspritzung unter Druck gesetzt werden muss, so dass
die Verkleinerung des Volumens der Kammer 28 den Wirkungsgrad
des Kraftstoffsystems verbessert.
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Ein
weiterer Vorteil der in 2 veranschaulichten Anordnung
gegenüber
derjenigen von 1 ist, dass die Anzahl der Teile
geringer ist. In der Anordnung der 1 sind das
Ventilelement und der Ventilanschlag getrennte Einheiten. In der
Anordnung der vorliegenden Erfindung ist der separate Ventilanschlag
weggelassen, während
die Bewegung des Ventilelements 25 von seinem Sitz weg durch
die Anlage des zweiten Endes des Ventilelements an der Fläche, welche
das Ende der Kammer 28 bildet, begrenzt wird. Die Verringerung
der Anzahl von Teilen vereinfacht den Zusammenbau und verringert
die Kosten des Reduzier- und Dämpfungsventils.
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In
einer Abwandlung der veranschaulichten Ausführungsform erstreckt sich der
Kanal 29 vom zweiten Ende des Ventilelements 25 zu
einer Zwischenposition und steht durch einen oder mehrere sich radial
erstreckende Kanäle
mit der Kammer 32 in Verbindung. Der Bereich 31 kann
entweder in dem sich axial erstreckenden Teil des Kanals 29 oder
in dem einen oder jedem der sich radial erstreckenden Kanäle angeordnet
werden. Es ist zu erkennen, dass bei dieser Abwandlung der Umgehungskanal
zum Teil durch den Durchflussweg gebildet wird, der durch die Rillen 33 gebildet
wird.