DE2047990A1

DE2047990A1 - Druckventil für Kraftstoffein spritzpumpen

Info

Publication number: DE2047990A1
Application number: DE19702047990
Authority: DE
Inventors: Steffen Dipl Ing 7000 Stutt gart Sträub
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1972-04-06
Also published as: FR2108749A5; DE2047990C3; GB1361787A; DE2047990B2; AT309149B

Description

20A799Ö

3. 22
24.9.1970 Ks/Ln

Anlage zur

Patent- und

GeorauchsnusterhiifsAnmeldung

ROBERT 3OjCH GIvJBIt, 7 Stuttgart

Druckventil für Kraftstoffein

Die Erfindung betrifft ein Druckventil für Kraftstoffeinspritzpuiipen von Brennkraftmaschinen mit einem in einer Führungsbohrung des Ventilgehäuses entgegen der Kraft einer Ventilfeder beweglichen Ventilkörper, der als Entlastungseinrichtung einen mit dem einen Endabschnitt der Führungsbohrung zu s am:.. en/v.'iriC eilten liücksaugkolben und auJJierde::_t einen, während des Austauchens des Hücksaugkclbens aus der iührungöbohrung in ihren anderen Sndabschnitt eintauchenden Steuerkolben hat«,

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Hubert Bosch Gir.bH ₉ R. 22 Ks/Lr,

Bei einem bekannten Druckventil dieser Art (deutsche Patentschrift 758 776) vergrößert der Rücksaugkolben nach Beendigung einer jeden Einspritzung das Volumen der Einspritzleitun.;; um einer. 'Betrag, der durch den Querschnitt und den hub des Rücksaugkolbens bestimr.t ist. Diese Volumenvergrößerung bewirkt eine Herabsetzung des Kraftstoffdruckes in der Leitung zwischen Pumpe und Düse und verhindert das gefürchtete Kachtropfen des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine. Der Steuerkolben dieses Ventils, der während des Austauchens des Rücksaugkolbens aus der ?ührungsbohrung in diese eintaucht, verschließt die Führungsbohrung bei einer vorbestimmten Drehzahl der Maschine bzw. bei einer entsprechenden Hubzahl des Ventils und "beendet somit die Kraftstofförderung. Dieses bekannte Ventil arbeitet also außer als Entlastungs- auch als Regelventil, das das Überschreiten einer vorbestimmten IJaschinendrehzahl verhindert.

Die vorliegende Erfindung hat jedoch den Zweck, über einen' möglichst großen Drehzahlbereich die von der Pumpe geförderte Einspritzmenge an die vom Motor verlangte und noch rauchfrei verbrennbare Kraftstoffhöchstmenge anzupassen (Angleichung) , und zwar vorzugsweise bei solchen Kraftstoffeinspritzpumpen, die mit einem hydraulischen Regler versehen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckventil der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, da8 sowohl der Kraftstoffdruck in der Einspritzleitung (Standdruck) auf einen gewünschten Restdruck abgesenkt wird, als auch in einfacher 'Weise die Kraftstoffhöchstmenge innerhalb des vorgeschriebenen Drehzahlbereichs an die vom Motor verlangte noch rauchfrei verbrennbare Kraftstoffhöchstmenge angeglichen v.'ird.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Steuerkolben als Angleicheinrichtung mit der Führungsbohrung einen veränderlichen Drosselquerschnitt bildet.

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Robert Bosch GmbH , It. 22 Ks/Lm

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•Des weiteren wird zweckmäßig der wirksame veränderliche Drosselquerschnitt des Steuerkolbens im Ber.,eich mindestens eines großen Teils des Druckhubes mit großer werdendem Hub des Ventilkörpers kleiner, bis er einen vorbestimmten Kleinstwert erreicht hat.

In besonders vorteilhafter Y/.eise ist das Entlastungsdruckventil derart ausgebildet, daß der Steuerkolben eine den Drosselquerschnitt bildende schräge Fläche hat, deren senkrechter Abstand zur Mantelfläche an dem dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Ende kleiner ist als an dem dem Pumpenarbeitsraum abgewandten Ende.

Eine weitere Ausgestaltung ist derart, daß der Steierkolben eine konische Form hat, und daß sein dem Pumpenarbeitsraum ztigev/andter Durchmesser größer ist als sein dem Pumpenarbeitsraum angewandter Durchmesser.

Um die Starteigenschaften des Motors zu verbessern, weist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Rücksaugkolben eine an sich bekannte zusätzliche Drosselstelle auf.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Entlastungsdruckventils ist derart, daß der Steuerkolben in Förderrichtung gesehen vor dem Rücksaugkolben angeordnet ist und bei geschlossenem Ventil mindestens mit seinem größten Teil aus der Führungsbohrung herausragt.

Um die Führung des Ventilkörpers zu verbessern, insbesondere wenn der Steuerkolben in geschlossenem Zustand des Ventils aus der Führungsbohrung herausragt, hat der Ventilkörper zwischen üüeksaugkolben und Steuerkolben als Führungsbund einen dritten Kolbenabschnitt mit Ausnehmungen für den Kraftstoffdurchfluß.

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Robert Bosch GmbH . R. 22 Ka/lra

In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. 1 zeigt das erste und

Fig. 1a das zweite Beispiel,

Fig. 2 das dritte Beispiel,

Fig. 3 das vierte Beispiel;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV

in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig.

fe Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in den

Fig. 2 und 3,
Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in

Fig. 1 und 2;
Fig. 8 bis 11 sind vereinfacht dargestellte Diagramme

mit Ventilhub- und Fördermengenkurveifür

Druckventile bekannter und erfindungsgemäßer

Bauart, die in
Fig. 12a bis 12d dargestellt sind.

In einer Bohrung 10 des Pumpengehäuses 11 einer in Fig. 1 nur teilweise dargestellten Einspritzpumpe ist eine Zylinderbuchse 12 eingesetzt, in deren Bohrung 13 ein mit einer

^i ρ schrägen Steuerkante 14 versehener Purcpenkolbenlgleitet.

Die an sich bekannten Teile des Nockentriebes und der Verdreheinrichtung für die Mengenänderung sind nicht gezeigt. Die Bohrung 13 enthält einen Pumpenarbeitsraum 16, der einerseits von der Stirnseite 17 des Kolbens 15 und andererseits von einem Druckventil 18 begrenzt wird.

'D^J

Das Druckventil 18 besteht aus einem Ventilgehäuse 19» einem beweglichen Ventilkörper 20 und einer in einer Längsbohrung 21 eines Schraubverschlusses 22 aufgenommenen Druckfeder 23.

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Robert Bosch GmbH _r H.22 Ks/Lm

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Mit dem Schraubverschluß 22 wird das Ventilgehäuse 19, das in einer Erweiterung 24 der'Längsbohrung 21 eingesetzt ist, unter Zwischenschaltung eines Dichtrings 25 gegen die Zylinderbuchse 12 gespannt. Dabei werden das Ventilgehäuse 19 und die Zylinderbuchse 12 an ihren sich berührenden Stirnseiten metallisch abgedichtet, und die Zylinderbuchse 12 wird gegen einen Absatz 26 in der Gehäusebohrung 10 gespannt. Durch eine Überwurfmutter 27 ist eine Kraftstoffdruckleitung 28 an den Schraubverschluß 22 angeschlossen. Über diese Leitung 28 wird der von der Einspritzpumpe geförderte Kraftstoff zu einer nicht dargestellten Einspritzdüse geleitet.

Der Pumpenarbeitsraum 16 ist über eine Saug- und Überströmbohrung 29 mit einem Saugraum 30 der Pumpe verbunden. Um die zerstörende Kraft des bei Beendigung der Einspritzung unter hohem Druck aus der Bohrung austretenden Kraftstoffstrahles abzufangen, ist dieser Bohrung 29 gegenüber in der Wandung des Saugraumes 30 eine Prallschraube 31 eingeschraubt.

Da3 Ventilgehäuse 19 hat eine Führungsbohrung 32, an deren dem Pumpendruckraum zugewandtem Ende sich eine Erweiterung 33 anschließt und deren anderes Ende einen Ventilsitz 34 hat. Die Erweiterung 33 bildet am Übergang zu der Führungsbohrung 32 eine Kante35. An einem Absatz 38 des Teiles 37 stützt sich die Druckfeder 23 ab und hält in der gezeichneten Schließstellung den mit einem Dichtkegel 36 versehenen Teil 37 des Ventilkörpers 20 auf seinem Sitz 34. Der Ventilkörper 20 hat unterhalb des Dichtkegels 36 einen an sich bekannten Rücksaugkolben 391 der dichtend in die Führungsbohrung 32 eingepaßt ist und bei den Schließbewegungen des Ventiikörpera 20 nach jeder Einspritzung eine Kraftstofl'mcnge entsprechend seinen Durchmesser und seiner Eindringtiefe in die Pührungsbohrung 32 aus der Druckleitung 28 zurücksaugt, was zu einer erwünschten schnellen Entlastung der Druckleitung 28 und infolgedessen zu einem schnellen Schließen der Einspritzdüse führt.

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Robert Bosch Gmbii r R. 22 Ks/Lm

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An seinem dem Dichtkegel 36 entgegengesetzten Ende hat der Ventilkörper 20 einen Steuerkolben 40, der eine schräge PIiI-che 41 hat, die zusammen mit der Führungsbohrung 32 einen veränderlichen Drosselquerschnitt 42 bildet (Fig. 7). Die Fläche 41 ist so geneigt, daß bei größer werdendem Hub des Ventilkörpers 20 der Drosselquerschnitt 42 kleiner wird, bis er einen vorgeschriebenen Kleinstwert erreicht hat. Dieaer Kleinstwert ist im gezeigten Beispiel erreicht, wenn der Steuerkolben 40 ganz in die Führungsbohrung 32 eingetaucht ist. Er kann aber auch durch Begrenzen des Ventilhubes festgelegt werden.

In Fig. 1 ist der Steuerkolben 40 schon in geschlossenem Zustand des Ventilkörpers 20in der Führungsbohrung 32 geführt, aber die schräge Fläche 41 ist so bemessen, daß erst dann eine v/irksame Drosselung des Kraftstoffstromes eintritt, wenn der Rücksaugkolben 39 aus der Führungsbohrung 32 austaucht.

Im zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a, hat das für diese Beispiel mit 18a bezeichnete Ventil am Rücksaugkolben 39a eine zusätzliche Drosselstelle 46 (siehe auch Fig. 5)> die in an sich bekannter. Weise bei niedrigen Drehzahlen den Rücksaugkolben 39a nicht zur Wirkung kommen läßt und eine Startmehrmenge ermöglicht.

Diese Drosselstelle 46, die aus einem genau bemessenen Anschliff am Umfang des Rücksaugkolbens 39a besteht, drosselt bei Drehzahlen oberhalb der Startdrehzahl den Kraftstoffdurchfluß so stark, daß der Rücksaugkolben 39 wieder austaucht und in bekannter Weise zur Wirkung kommt. Die Y/irkungen von Rücksaugkolben 39a, Steuerkolben 40 und Drosselstelle 46 allein und in Kombination werden weiter hinten zu den Fig. 8 bis 11 und 12a bis 12d näher beschrieben.

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Robert 3o.-:ch GmbH _₇_ R.22,Ks/ln

Stuttgart ' ■ 20A7990

Das dritte Ausführungsbeispiel, aas Druckventil 18b nach Fig. 2, unterscheidet sich von dem nach Pig· 1 dadurch, daß sich der mit der schragen Fläche 41a versehene Steuerkolben 40a v;ie gezeichnet im geschlossen Zustand des Ventilkörpers 20 außerhalb der Führungsbohrung 32 befindet und erst in diese Bohrung eintaucht, wenn der Ventilkörper 20 einen Teil seines Hubes ausgeführt hat. In diesen. Fall hat der Ventilkörper 20 zur Sicherstellung einer guten Führung als Führungsbund einen dritten Kolbenabschnitt 44, der mit Ausnehmungen 45 versehen ist, um einen ungehinderten Kraftstoffdurchfluß zu ermöglichen (Fig. 6).

Im vierten Beispiel nach Fig. 3 hat das Ventil 18c an Stelle der schrägen Fläche 41, 41a des Steuerkolbens 40 bzw, 40a in Fig. 1 bzw. 2 einen konischen Steuerkolben 40b, dessen größerer Durchmesser den Pumpenarbeitsrau© zugewandt ist. (Fig. 3 und 4). Die Wirkungsweise dieses konischen Kolbens ist die gleiche wie die bei den mit den schrägen Flächen 41 und 41a versehenen Kolben 40 und 40a in den Fig. 1 und 2, hat aber den Vorteil, daß vor allem bei großen Durchflußmengen und hohen Einspritzdrücken keine Seitenkräfte auftreten. Versuche haben allerdings gezeigt, daß z.B. bei den für Fahrzeugmotoren üblichen Ventilgrößen und Einspritzdrücken die einseitige schräge Fläche 41, 41a sich nicht nachteilig auswirkt. Die schräge Fläche 41, 41a läßt sich leicht herstellen, da der Neigungswinkel sehr genau in Bruchteilen von Winkelgraden an der Werkzeugmaschine eingestellt werden kann und danach die Tiefe der geschliffenen Fläche durch eine Durchflußmessung mit beispielsv/eise 2,5 atü Luftdruck in Abhängigkeit vom Ventilhub nachgeprüft v/erden kan.·.. Bei der Serienfertigung kann diese Messung in sehr vorteilhafter V/eise auf nur einen einzigen Ließ punk t reduziert werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Druckventile wird in folgenden ar^^ni £_er 7jia_;jra::..-.en ο bis 11 urA der Fig. 12a bis 12d erläutert.

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Robert Bosch GmbE _„_ R.22 Ks/lm

Stuttgart

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In den Fig. 8 und 10 sind die Kurven des Ventilhubs H und in den Pig. 9 und 11 der Fördermenge Q jeweils über der Drehzahl η aufgetragen, wobei den Fig. 8 und 9 die Fig. 12a und 12b und den Fig. 10 und 11 die Fig. 12c und 12d zugeordnet sind. Sämtliche Werte verstehen sich für eine Einspritzpumpe mit Steuerkantenregelung und fest eingestellten Fördermengenverstellglied. Eine solche Pumpe fördert mit steigender Drehzahl wegen der Drosselung an den Steueröffnungen eine ansteigende Kraftstoffmenge.

Die Fig. 12a bis 12d zeigen folgende Ventile in vereinfachter Darstellung:

Fig. 12a zeigt das Ventil 18 nach Fig. 1 mit zylindrischein Rücksaugkolben 39 und mit Steuerkolben 40 und schräger Fläche 41. Ks hat die gleiche Wirkung wie die Ventile 18b und 18c nach den Fig. 2 und 3.

Fig. 12b/zeigt im Vergleich dazu ein bekanntes Ventil mit zylindrischem Rücksaugkolben.

Fig. 12c zeigt das Ventil 18a nach Fig. 1a mit dem Steuerkolben 40 und der schrägen Fläche 41 und mit dem Rücksaugkolben 39a, der die zusätzliche Drosselstelle 46 hat. Fig. 12d zeigt im Vergleich zu dem Ventil nach Fig. 12c ein bekanntes Ventil, dessen Rücksaugkolben eine Drosselstelle hat.

In Fig. 8 kennzeichnet die dünngestrichelte waagrechte Linie A den Hub Ho, den das Ventil bei der niedrigsten Drehzahl* der Einspritzpumpe ausführt, bei der es die eingestellte Fördermenge Q₁ durchläßt. Bei jedem Hub des Ventils wird ein dem Hub und dem Querschnitt des Rücksaugkolbens entsprechendes Volumen aus der Druckleitung zurückgezogen, was die sogenannte Entlastung bewirkt. Ho kann deshalb IaIs Entlastungsnub bezeichnet werden. Das Ventil entsprechend Fig. 12a hat die dick ausgezogene Hubkurve B und das bekannte Ventil nach Fig. 12b bis zur Drehzahl n.

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die gleiche Kurve und oberhalb der Drehzahl η^ die dickgestrichelt gezeichnete Kurve G.

Fig. 9 zeigt dementsprechend die dick ausgezogene Fördermengenkurve D für das Ventil nach Fig. 12a und die gestrichelt gezeichnete Kurve E für das Ventil nach Fig. 12b. Bin Ventil ohne Rücksaugkolben 39 (nicht gezeichnet) würde eine um das Rücksaugvolumen oder Entlastungsvolunen ^e vergrößerte Fördermengenkurve F aufweisen, die zum Vergleich strichpunktiert eingezeichnet ist. Die zugehörige ,Hubkurve G ist in Fig. 8 ebenfalls strichpunktiert eingezeichnet.

Der Anstieg der Ventilhubkurve G des Ventils nach Fig. 12b hat seinen wesentlichen Grund- in dem in Kurve D der Fig. 9 gezeigten und oben beschriebenen Fördermengenanstieg. Dieser Fördermengenanstieg ist vor allem im oberen Drehzahlbereich der Motoren in den meisten Fällen unerwünscht und wird durch die sogenannte Angleichung an die Charakteristik des IuQtors angepaßt.

Die Angleichung der Fördermenge wird beim Ventil 18 nach Fig. 12a bzw. Fig. 1 durch die schräge Flache 41 am Steuerkolben 40 bewirkt. Diese Fläche ist so abgestimmt, daß sie zusammen mit der Kante 35 in der Führungsbohrung 32 den veränderlichen Drosselquerschnitt 42 bildet (Fig. 7). Dieser Querschnitt wird bei Drehzahlen oberhalb n, in einem solchen Maße enger, daß durch die dabei auftretende Drosselung das Ventil einen größeren Hub macht (siehe Kurve B in Fig. 8 zwischen n^ und n.). Durch diesen vergrößerten Hub des Ventils 18 und durch den dabei enger werdenden Drosselquerschnitt 42 wird die Fördermenge Q oberhalb Yi₇, verkleinert (sine Kurve E zwischen n-, und n«). Das Laß dieser Fördermengenverringerung hängt von der Neigung der-schrägen Fläche 41 und von dem jeweils zur 'Wirkung kommenden Drosselquerschnitt 42 ab. Wenn durch vollständiges Eintauchen

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des Steuerkolbens 40 in die Bohrung 32 derjenige Funkt erreicht ist, an dem die Drosselung am stärksten ist, (bei n. in den Pig. 8 bis 11), dann ist oberhalb dieser Drehzahl

n. der Kurvenanstieg sowohl für den Hub H als auch für die 4

Fördermenge Q weniger steil.

In den Pig. 10, 11, 12c und 12d haben die Ventile eine zusätzliche Drosselstelle 46 am Rücksaugkolben 39a. Das Ventil nach Fig. 12c entspricht damit dem Ventil 18a in Pig. 1a.

Das Ventil 18a nach Pig. 12c hat die dick gezeichnete Ventilhubkurve H in Pig. 10 und das Ventil nach Fig. 12d die dick gestrichelt gezeichnete Kurve I. Die entsprechenden Pördermengenkurven K und L in Fig. 11 sind ebenfalls dick ausgezogen bzw. dick gestrichelt gezeichnet.

Die Kurven in den Fig. 10 und 11 unterscheiden sich von denen in Pig. 8 und 9 durch den Startdrehzahlbereich zwischen n.. und np, in dem die Ventile durch die zusätzliche Drosselstelle 46 am Rücksaugkolben 39a keinen Entlastungshub ausführen und deshalb in diesem Bereich eine vergrößerte sogenannte Startmehrmenge Qa fördern. Die weiteren Kurvenverläufe zwischen n₂,n, und n. entsprechen denen in Fig. 8 und 9.

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Claims

Robert Bosch GmbH ₁₁ R.22 Ks/Lm

Ansprüche

(1./Druckventil für Kraftstoffeinspritzpumpen von Brennkraftmaschinen mit einem in einer Führungsbohrung des Ventilgehäuses entgegen der Kraft einer Ventilfeder beweglichen Ventilkörper, der als Entlastungseinrichtung einen mit dem einen Endabschnitt der Führungsbohrung zusammen-'wirkenden Rücksaügkolben und außerdem einen, während des Austauchens des Rücksaugkolbens aus der Pührungsbohrung in ihren anderen Endabschnitt eintauchenden Steuerkolben hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (40,' 40a, 40b) als Angleicheinrichtung mit der Führungsbohrung (32) einen veränderlichen Drosselquerschni.tt (42) bildet.
2. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 'wirksame veränderliche Drosselquerschnitt (42) des Steuerkolbens (40, 40a, 40b) im Dereich mindestens eines großen Teils des Druckhubs mit größer werdendem Hub des Ventilkörpers (20) kleiner wird, bis er einen vorbestimmten Kleinstwert erreicht hat.

• ,
3. Druckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (40, 40a) eine den Drosselquerschnitt. (42) bildende schräge Fläche (41, 41a) hat,

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Robert Bosch GmbH ₁₂_ R.22 Ks/Lm

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deren senkrechter Abstand (a in Pig. 7) zur kantelfläche an dem dem Pumpenarbeitsraum (16) zugewandten Ende kleiner ist' als an dem dem,Pumpenarbeitsraum abgewandten Ende.
4. Druckventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (40b in Fig. 3) eine konische Form hat, und äa.i sein dem Pumpenarbeitsraum (16) zugewandter Durchmesser größer ist, als sein dera Pumpenarbeitsraum abgöwandter Durchmesser (Fig. 3) .
5. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pöicksaugkolben (39) eine zusätzliche Drosselstelle (46) aufweist (Fig. 1a).
6. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß der Steuerkolben (40, 40a, 40b) in Förderrichtung gesehen vor dem Rücksaugkolben (39) angeordnet ist und bei geschlossenem Ventil mindestens mit seinem größten Teil aus der Führungsbohrung (32) herausragt (Fig. 2 und 3).
7. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) zwischen Kücksaugkolben (39) und Steuerkolben (40, 40a, 40b) als i⁽¹ühr;un^sbund einen dritten Kolbenabschnitt (44) mit AuRnaiium_::,-!-_: (4 5) für den KraftstoffdurehfIu3 hat (Fig. 2 und '¹J) .

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