DE19725472A1 - Mengenregelventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Mengenregelventil für ein in Brennkraftmaschinen eingesetztes Kraftstoffeinspritzsystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs aus.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 195 49 108.4 ist u. a. ein Mengenregelventil bekannt, das einen in einem Ventilge­ häuse zwischen einem Rückstellfederraum und einem Steuerraum beweglichen, gegen die Wirkung einer Rückstellfeder öffnenden Längsschieber hat. Der hohl ausgebildete Längsschieber wird über den Rückstellfederraum mit Kraftstoff aus einer Nieder­ druckpumpe beaufschlagt. Durch eine im Längsschieber angeord­ nete Drosselstelle gelangt der Kraftstoff in den Steuerraum. Sobald dort der Kraftstoffdruck einen bestimmten Wert über­ steigt öffnet der Längsschieber gegen die Wirkung der Rück­ stellfeder, wodurch der Kraftstoff durch den Längsschieber über eine freigegebene Ablaufbohrung zur Hochdruckpumpe ge­ langt. Die Öffnung des Ventils wird zusätzlich mit Hilfe eines direkt auf den Längsschieber wirkenden elektromagnetischen An­ triebs unterstützt.

Ferner ist durch die EP 0 299 337 ein Mengenregelventil be­ kannt, das einen Druckschieber zur Steuerung des Durch­ flußquerschnittes zur Hochdruckpumpe aufweist. Ein solches Ventil läßt sich zu ungenau steuern und bedarf einer aufwendi­ gen Hebelanordnung zu seiner Betätigung.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Mengenregelventil teilt den von minde­ stens einer Niederdruckpumpe zuströmenden Kraftstoff minde­ stens einer Hochdruckpumpe zu. Zum Antrieb des Längsschiebers wird in den Steuerraum der zuströmende Kraftstoff über ein Drossel- oder Blendenventil am Längsschieber vorbei zugeführt. In Schließstellung sperrt zum einen ein beidseitig durch Ringnuten begrenzter zylindrischen Führungsbereich des Längsschiebers eine Zulaufbohrung. Dabei ist der Führungsbe­ reich breiter als der Durchmesser der Zulaufbohrung. Zum ande­ ren überdeckt er eine Ablaufbohrung bis auf eine teilweise Überschneidung mit der in Öffnungsrichtung des Längsschiebers gelegenen in den Rücklauf entlasteten Ringnut.

Dieses Mengenregelventil benötigt keinen elektromechanischen Fremdantrieb. Der Längsschieberantrieb erfolgt ausschließlich über den von der vorgeschalteten Niederdruckpumpe geförderten Kraftstoff. Im Ventil wird bei einem in Offenstellung positio­ nierten Längsschieber der Kraftstoff auf kürzestem Weg durch den Schieberbereich geführt, so daß sich bei der Ventildurch­ strömung nur eine minimale Drosselwirkung ergibt. Bei ge­ schlossenem Mengenregelventil ist die an der Ablaufbohrung des Ventils angeschlossene Saugleitung der Hochdruckpumpe aufgrund der Längsschieberkontur mit dem Rücklauf verbunden. Die Lecka­ gekraftstoffmenge des am Längsschieber über die Druckleitung der Niederdruckkraftstoffpumpe anstehenden Kraftstoffes fließt im Spalt zwischen dem Längsschieber und der ihn führenden Bohrung in denjenigen Führungsbereich, der zugleich die Zu­ laufbohrung versperrt, über die Ablaufbohrung in den Rücklauf ab. Dadurch kann sich in der Leitung zur Hochdruckpumpe kein Druck aufbauen. Somit wird die Hochdruckförderung vollständig unterbunden.

Bei der konstruktiven Ausführung des Mengenregelventils kann der Längsschieber mit oder ohne Führungshülse gegenüber dem Ventilgehäuse gelagert sein. Die Lage der beiden Schnittkurven zwischen der den Längsschieber lagernden Bohrung und der Zu­ laufbohrung sowie der Ablaufbohrung ist davon unabhängig.

Mit einem Mengenregelventil können mehrere Hochdruckpumpen un­ abhängig voneinander versorgt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den hier nicht zitierten Unteransprüchen und den Figurenbeschreibungen.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 schema­ tisch dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert:

Fig. 1: Mengenregelventil mit einander annähernd gegen­ überliegenden Zu- und Abläufen;

Fig. 2: Mengenregelventil mit versetzt angeordneten Zu- und Abläufen in Patronenbauweise.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein Ventilgehäuse (21) mit einer Zentralboh­ rung (22), in der eine Führungshülse (29) angeordnet ist. In der Führungshülse (29) ist ein Längsschieber (50) in einer Schieberbohrung (30) gelagert, in die eine Zulaufbohrung (31), eine Ablaufbohrung (33), eine Steuerbohrung (32) und eine hier durch den Steuerschieber in Form eines Längsschiebers (50) verdeckte Rücklaufbohrung (34) münden. Die Führungshülse (29) hat gegenüber den Einmündungen der Bohrungen (31), (33) und (34) in die Zentralbohrung (22) entsprechende Querbohrungen (25), (26) und (27). Vor der Zulauf- (31) und der Steuerbohrung (32) ist ein gemeinsamer Zulaufanschluß (41) angeordnet. Am Zulaufanschluß (31) ist die Druckseite der den Kraftstoff durch das Mengenregelventil fördernden Niederdruckpumpe angeschlossen. Die Ablaufbohrung (33) führt zur Saugseite mindestens einer nachgeordneten Hochdruckpumpe. Die Rücklaufbohrung (34) endet im Tank.

In der Steuerbohrung (32) sitzt eine Drossel (66). Sie ist beispielsweise als Schraube mit einem zylindrischen Kopf (68) ausgebildet. Die Schraube hat in ihrem Gewindebereich eine zentrale, hier nicht dargestellte Drosselbohrung, die in eine Querbohrung (67) mündet. Zur Querbohrung (67) gelangt der Kraftstoff durch den zwischen der Wandung der Steuerboh­ rung (32) und der Außenkontur des Schraubenkopfes (68) gelege­ nen Ringspaltes. Der eine Filterwirkung aufweisende Ringspalt hat quer zur Steuerbohrung (32) eine Spaltbreite, die kleiner ist als der Durchmesser der Drosselbohrung.

Die Steuerbohrung (32) mündet in den Steuerraum (23), an den auch eine Sitzbohrung (28) angrenzt. In der Sitzbohrung (28) ist ein Magnetventil (70) eingeschraubt. Das Magnetventil (70) ist ein elektromagnetisch betätigtes 2/2-Wegeventil, das über eine Bohrung (35) in den Rücklauf mündet. Das 2/2-We­ geventil (70) verfügt beispielsweise über eine Sperr- und eine Durchflußstellung, wobei es im unbestromten Zustand über eine Rückstellfeder in der Sperrstellung gehalten wird. Ggf. kann der Ventildurchfluß auch proportional zum Ventilhub gesteuert werden.

Am anderen Ende des Ventilgehäuses (21) ist die Zentralboh­ rung (22) mit einem eingeschraubten und abgedichteten Gehäuse­ deckel (46) verschlossen. Der Gehäusedeckel (46) fixiert zum einen die Führungshülse (29) in der Zentralbohrung (22) und stützt zum anderen eine Rückstellfeder (65) des Längsschie­ bers (50) ab. Die Rückstellfeder (65) wird von einem Steuer­ raum (24) umgeben.

Der Längsschieber (50) hat im Ausführungsbeispiel einen im we­ sentlichen zylindrischen Schaft, der im Steuerraum (24) in einem bezüglich des Durchmessers erweiterten Kopf (59) endet, auf dem die Rückstellfeder (65) aufliegt. Der Kopf (59) be­ findet sich innerhalb der Führungshülse (29) in einer An­ schlagbohrung (37), deren Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Schieberbohrung (30) und des Rückstellfe­ derraumes (24), so daß der Längsschieberhub durch die Länge der Anschlagbohrung (37) begrenzt ist.

Der Schaft des Längsschiebers (50) hat u. a. zwei zylindrische Führungs- bzw. Kolbenbereiche (53) und (54), die dicht glei­ tend in der Schieberbohrung (30) anliegen. An den beiderseits Steuerkanten bildenden Führungsbereich (53) grenzen die Ring­ nuten (60) und (61) an.

In Sperrstellung des Mengenregelventils hat die eine der Steu­ erkanten des Führungsbereiches (53) den Ablauf (26) und den Zulauf (25) ganz überfahren, so daß der Führungsbereich (53) ganz vor dem Zulauf (25) und dem Ablauf (26) liegt. Hierbei wird der Zulauf (25) vollständig versperrt, während der Ab­ lauf (26) zur Ringnut (60) hin durch eine andere der Steuer­ kanten des Führungsbereiches (53) teilweise wieder geöffnet ist. Folglich ist in Sperrstellung des Längsschiebers (50) die Ablaufbohrung (33) mit der Rücklaufbohrung (34) hydraulisch verbunden. Der Kraftstoffdruck wird in den Tank entlastet.

Grundsätzlich kann der Zulauf (25) aber auch so liegen, daß er in ständiger Verbindung mit der Ringnut (61) ist. In diesem Fall besteht die Möglichkeit anstelle der Drossel (66) den Führungs- bzw. Kolbenbereich (54) mit einer Längskerbe, einer Abflachung oder dergleichen zu versehen, die die Aufgabe einer Drosselstelle übernehmen, vgl. Fig. 2.

Die unterschiedlich großen Querbohrungen (25) und (26) sind beispielsweise so angeordnet, daß ihre Bohrungswandungen eine normal zur gedachten Mittellinie der Zentralbohrung (22) ge­ legene Querebene im Idealfall berühren, also nicht schneiden. Diese Querebene schneidet den Längsschieber (50) im Führungs­ bereich (53) in einer Zone zwischen der Mitte dieses Führungs­ bereichs und der zur Ringnut (61) orientierten Steuerkante. Bei dieser Querbohrungsanordnung wird der in den Raum der Ringnut (61) einströmende Kraftstoff bei der Öffnungsbewegung des Längsschiebers (50) ohne wesentliche Strömungsumlenkung in die Ablaufbohrung zur Hochdruckpumpe gefördert. Da die Ab­ laufquerbohrung (26) einen größeren Durchmesser hat als die Zulaufquerbohrung (25), ist der freiwerdende Öffnungsquer­ schnitt bei der Ablaufquerbohrung (26) immer größer als bei der Zulaufquerbohrung (25). Damit tritt hier nur eine unwe­ sentliche Drosselung auf.

Der Durchmesser der Ablaufquerbohrung (26) ist so ;groß ge­ wählt, daß die Ablaufquerbohrung (26) bei der Sperrstellung des Längsschiebers (50) ca. 0,5 mm bereichsweise über die zwischen dem Führungsbereich (53) und der Ringnut (60) gele­ gene Steuerkante übersteht. Folglich ist die die Ablaufboh­ rung (33) bis zu einem Öffnungshub des Längsschiebers (50) von 0,5 mm mit der Ringnut (60) und somit mit der Rücklaufboh­ rung (34) verbunden.

In diesem Ausführungsbeispiel wird die genaue Lage von Quer­ bohrungen (25, 26) beschrieben, die in die Führungshülse (29) eingearbeitet sind. Für den Fall, daß bei einer anderen kon­ struktiven Ausführung - mit oder ohne Führungshülse - statt der Querbohrungen mindestens eine Bohrung die Schieberboh­ rung (30) schräg schneidet oder windschief trifft, tangieren die gemeinsame Querebene nur die Durchdringungskurven, die sich beim Schnitt zwischen der Schieberbohrung (30) und den betreffenden Bohrungen (25, 26) bzw. (31, 33) oder Kanälen er­ geben.

Bei der Darstellung in Fig. 1 befindet sich der Längsschie­ ber (50) in der Sperrstellung. Es wird kein Kraftstoff zur Hochdruckpumpe gefördert. Wird der Längsschieber (50) gegen die Wirkung der Rückstellfeder vollständig geöffnet, durch­ strömt der maximale Volumenstrom die Zulauf- und Ablaufboh­ rungen (31, 32). Dieser Volumenstrom ist eine Funktion des Zulaufdrucks des von der Niederdruckpumpe (1) geförderten Kraftstoffs, von den Bohrungsquerschnitten der Bohrungen (31, 32) bzw. (25, 26) sowie vom Durchflußquerschnitt in der Ring­ nut (61) des Längsschiebers (50).

Das Mengenregelventil öffnet bei geschlossenem Magnetven­ til (70) sobald sich durch den über die Drossel (66) strömen­ den Kraftstoff im Steuerraum (23) ein Druck aufgebaut hat, der multipliziert mit der wirksamen Stirnfläche (51) eine Kraft ergibt, die größer ist als die Federkraft der Rückstellfe­ der (65). Die Federrate kann hierbei eine lineare, progressive oder degressive Kennlinie haben. Der Kraftstoffdruck im Steuerraum (23) wird durch das Magnetventil (70) reguliert.

Fig. 2 zeigt eine Variante in Patronenbauweise. Hierbei wird die Führungshülse (29) und der Gehäusedeckel (46) aus Fig. 1 zu einer Patrone (47) zusammengefaßt. Die Patrone (47) enthält fertig montiert und eingestellt den Längsschieber (50), die Rückstellfeder (65) und einen mit einer Dichtung versehenen, eingeschraubten Federteller (64). Sie bildet somit eine kom­ plette Zumeßeinheit. Die Patrone (47) sitzt beispielsweise über einen Querpreßsitz in der Zentralbohrung (22). Beidseits der versetzt liegenden Zu- und Abläufe (25, 26) sind auf der Patrone (47) montierte Dichtringe (48) angeordnet. Über das den Federteller (64) haltende Gewinde (49) kann zu Austausch- oder Wartungszwecken die Patrone (47) aus dem Ventilge­ häuse (21) gezogen werden.

Die Patrone (47) kann außerhalb des Ventilgehäuses kostengün­ stig vormontiert und eingestellt werden. Durch ihren modul­ artigen Aufbau kann sie als Zumeßeinheit auch in anderen Venti­ len verwendet werden.

Claims (9)

1. Mengenregelventil für die Zufuhr von Kraftstoff von einer Niederdruckquelle zu einer Hochdruckpumpe, die der Versorgung eines Kraftstoffhochdruckraumes eines Kraftstoffeinspritz­ systems für Brennkraftmaschinen dient mit einem Ventil­ glied (50), das in Abhängigkeit von einem Steuerdruck gegen die Kraft einer Feder (65) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilglied ein Steuerschieber (50) dient, der in ei­ ner Schieberbohrung (30) verschiebbar angeordnet ist und mit seiner einen Stirnseite (51) einen Steuerraum (23) begrenzt, in dem der Steuerdruck herrscht und zwei eine Ringnut (61) zwischen sich einschließende Kolbenbereiche (53, 54) hat, wel­ che Ringnut (61) über den Zulauf (25) mit der Niederdruck­ quelle und über einen Ablauf (26) mit dem Hochdruckraum verbindbar ist, wobei die Verbindung zum Ablauf (26) durch eine an dem einen (53) der Kolbenbereiche gebildete Steuer­ kante mit der Verschiebung des Steuerschiebers (50) gegen die Feder (65) zunehmend aufgesteuert wird.

2. Mengenregelventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Steuerdruckes der Steuerraum (23) über eine Drossel (66) ständig mit der Druckquelle verbunden ist und über eine durch ein elektrisch gesteuertes Ventil (70) in Abhängigkeit von Betriebsparametern gesteuerte Entlastungsöff­ nung (35) mit einem Entlastungsraum verbindbar ist.

3. Mengenregelventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (50) durch die Feder (65) bis zu einem Anschlag (37) verschiebbar ist und in dieser Stellung die Ver­ bindung zwischen Ringnut (61) und Ablauf (26) unterbrochen ist.

4. Mengenregelventil gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den einen der Kolbenbereiche (53) der Zu­ lauf (25) bei am Anschlag (37) befindlichen Steuerschie­ ber (50) verschlossen ist und der Ablauf (26) über eine andere Steuerkante an dem einen der Kolbenbereiche (53) mit einem Entlastungsraum (24, 34, 27) verbunden ist.

5. Mengenregelventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (65) in einem mit dem Entlastungsraum verbundenen Federraum (24) angeordnet ist und der Ablauf (26) durch die andere Steuerkante über die Schieberbohrung (30) mit dem Entlastungsraum verbindbar ist.

6. Mengenregelventil gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zulauf (25) ständig mit der Ringnut (61) verbunden ist.

7. Mengenregelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle, mit der der Steuer­ raum (23) verbunden ist, die Niederdruckquelle ist.

8. Mengenregelventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Sperrstellung des Längsschiebers (50) die Ab­ laufbohrung (26, 33), gemessen in Längsschieberlängsrichtung, bereichsweise um annähernd 0,5 mm mit der Ringnut (60) über­ deckt.

9. Mengenregelventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschieber (50) in einer Führungshülse (29) gela­ gert ist, in der mindestens vor der Zulaufbohrung (31), vor der Ablaufbohrung (33) und vor einer Rücklaufbohrung (34) je­ weils eine Querbohrung (25), (26) und (27) angeordnet ist.