DE2047990C3

DE2047990C3 - Druckventil für Kraftstoffeinspritzpumpen für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2047990C3
Application number: DE19702047990
Authority: DE
Inventors: Steffen Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Straub
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1978-05-24
Also published as: GB1361787A; FR2108749A5; DE2047990A1; AT309149B; DE2047990B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckventil für Kraftstoffeinspritzpumpen für Brennkraftmaschinen, insbesondere für mit Steuerkantensteuerung des Förderbereichs durch einen in einem zumindest eine Steueröffnung in seiner Wand aufweisenden Pumpenzylinder geführten Pumpenkolben arbeitende Kraftstoffeinspritzpumpen, bei dem der in einer Bohrung des Ventilgehäuses geführte und beim öffnen gegen die Kraft einer Feder von seinem Sitz abhebende Ventilkörper einen mit einem Endabschnitt der Führungsbohrung zusammenwirkenden Rücksaugkolben aufweist, an den sich über einen gegenüber der Führungsbohrung im Durchmesser zurückgesetzten Ventilkörperabschnitt ein der drehzahlabhängigen Angleichung der Kraftstoffmenge dienender Steuerflächenabschnitt mit einem in Achsrichtung des Ventilkörpers so gestalteten Querschnittsverlauf anschließt, daß sich abhängig vom Hub des 5i Ventilkörpers ein vom Steuerflächenabschnitt und der Führungsbohrung begrenzter, veränderlicher und einen Kleinstwert nicht unterschreitender Drosselquerschnitt einstellt.

Durch ein solches der Leitungsdruckentlastung und der drehzahlabhängigen Angleichung dienendes Druckventil wird bei steigender Drehzahl und gleichbleibender Einstellung der Kraftstoffeinspritzpumpe eine Fördermengenreduzierung erreicht, die in der Regel dazu dient, die bei steigender Drehzahl durch die ⁶^ Drosselung an der Steueröffnung in der Wand des Pumpenzylinders ansteigende Fördermenge (Vorfördereffekt) wieder zu verringern.

Bei einem bekannten Druckventil dieser Art (CH-PS 92 773, F i g. 2) taucht der sich an den der Entlastung der Druckleitung dienenden Rücksaugkolben und an einen ringnutförmigen zurückgesetzten Ventilkörperabschnitt anschließende und zur drehzahlabhängigen Angleichung der Kraftstoffmenge einen Drosselquerschnitt mit der Führungsbohrung bildende Steuerflächenabschnitt bei niedrigen Drehzahlen bzw. bis zu einer festgelegten mittleren Drehzahl noch nicht aus der Führungsbohrung aus und bewirkt so;nit auch keine Angleichung der Fördermenge, sondern nur die gewünschte Leitungsdruckentlastung. Der Kleinstwert des Drosselquerschnitts ist bis zum Austauchen aus der Führungsbohrung wirksam und legt den Punkt bzw. die Drehzahl des Beginns der Angleichung fest. Bei höheren Drehzahlen und dabei größeren Ventilhüben taucht dann der den Drosselquerschnitt mit der Führungsbohrung bildende Steuerflächenabschnitt aus seiner Führungsbohrung aus, wobei sich der Drosselquerschnitt allerdings nur vergrößern kann. Dadurch ist neben dem Beginn der Angleichung auch ihr weiterer Verlauf in nachteiliger Weise bereits festgelegt und dahingehend eingeengt, daß keine stärkere als durch den Drosselquerschnitt festgelegte Angleichung; d. h. keine über ein bestimmtes Maß hinausgehende Fördermengenverringerung bei steigender Drehzahl mit dem bekannten Ventil aufgrund der bauartbedingten Lage und Form des Steuerflächenatschnitts steuerbar ist.

Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, ein Druckventil der eingangs beschriebenen Art so

auszubilden, daß sowohl der Beginn als auch die Steilheit der Angleichung der Kraftstoffhöchstmenge an die vom Motor verlangte — z. B. noch rauchfrei verbrennbare — Kraftstoffhöchstmenge in weiten Grenzen wählbar sind und unabhängig voneinander gesteuert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mit einer Kante an dem dem rücksaugkolbenseitigen Endabschnitt abgewandten Endabschnitt der Führungsbohrung zusammenwirkende Steuerflächenabschnitt ass ein die Steuerfläche aufweisender Steuerkolben ausgebildet ist, der am Ventilkörper axial so mit Bezug auf die Kante am Endabschnitt der Führungsbohrung angeordnet ist, und dessen Steuerfläche in Achsrichtung des Ventilkörpers einen solchen Verlauf aufweist, daß entweder sofort oder erst nach einem bestimmten Hub des Ventilkörpers beginnend der Drosselquerschnitt mit größer werdendem Hub kleiner wird.

Unter Berücksichtigung der mit zunehmendem Hub des Druckventils ansteigenden Federkraft der Ventilfeder kann damit gezielt ein konstruktiv genau festzulegender Ventilhubverlauf über der Drehzahl und eine unabhängig von ihrem Beginn bezüglich der Steilheit in weiten Grenzen frei wählbare Angleichung gesteuert werden. So kann durch die frei zu gestaltende Bemessung des beim Austauchen des Rücksaugkolbens aus der Führungsbohrung zwischen der Führu.igsbohrung und dem dann eintauchenden Steuerkolben gebildeten Drosselquerschnitts der Einsatzpunkt der Angleichung genau bestimmt werden, und durch die davon unabhängige Formgebungsmöglichkeit des den Drosselquerschnitt bildenden Steuerflächenabschnitts kann bei einer zugehörigen Drehzahl ein beliebig großer Hub des Ventilkörpers erreicht werden, wodurch eine entsprechend große Kraftstoffmenge nach Beendigung der Einspritzung wieder aus der Einspritzleitung zurückgesaugt wird, und eine beliebig steilere Angleichung als bei dem bekannten Ventil möglich ist. Der Kleinstwert des Drosselquerschnitts tritt erst am Ende des Ventilhubs auf und kann auch außerhalb des Einsatzbereichs der Angleichung gelegt werden, und durch die frei wählbare Formgebung des den Drosselquerschnitt mit der Führungsbohrung bildenden Steuerkolbens kann der Verlauf der Angleichung nicht nur linear, sondern auch einer vorgegebenen Kurve folgend gesteuert werden.

In besonders vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Druckventil derart ausgebildet, daß der mit einem der Führungsbohrung entsprechenden Durchmesser zylindrisch ausgebildete Steuerkolben eine ebene Steuerfläche aufweist, die so gegenüber der Achse des Ventilkörpers geneigt ist, daß ihr größter Abstand von dieser Achse an dem dem Pumpenarbeitsraum zugewandten Ende des Steuerkolbens liegt. Diese geneigte Steuerfläche 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 beispielsweise 3,5 bar Luftdruck in Abhängigkeit vom Ventilhub nachgeprüft werden kann. Bei der Serienfertigung kann diese Messung in sehr vorteilhafter Weise auf nur einen einzigen Meßpunkt reduziert werden.

Eine insbesondere bei großen Ventilen zweckmäßige Ausgestaltung ist derart, daß der Steuerkolben eine konzentrisch zur Achse des Ventilkörpers angeordnete, konisch verlaufende Steuerfläche aufweist, deren größter Durchmesser zum Pumpenarbeitsraum hin liegt. Diese konische Steuerfläche hat den Vorteil, daß die hydraulischen Kräfte gleichmäßig am gesamten Umfang des Steuerkolbens angreifen und somit keine eventuell störenden Seitenkräfte die Bewegung des Ven'ilkörpers behindern.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist derart, daß der, in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers gesehen, vor dem Rücksaugkolben angeordnete Steuerkolben sich bei geschlossenem Ventil außerhalb der Führungsbohrung befindet. Damit läßt sich der Einsatzpunkt der Angleichung durch entsprechend präzise Fertigung des Abstands zwischen der Oberkante des Steuerkolbens und der als Steuerkante arbeitenden Kante am Endabschnitt der Führungsbohrung in weiten Grenzen variieren.

Um die Führung des Ventilkörpers insbesondere für den Fall zu verbessern, daß der Steuerkolben in geschlossenem Zustand des Ventils aus der Führungsbohrung herausragt, weist der Ventilkörper zwischen dem Rücksaugkolben und dem Steuerkolben zusätzlich einen mit Ausnehmungen für den Kraftstoffdurchfluß versehenen Führungsbund auf.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 das erste,

F i g. 2 das zweite und

Fig. 3 das dritte Ventilbeispiel jeweils im Einbauzustand in einer im Teilschnitt dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe,

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in den F i g. 2 und 3,

Fig.6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in den Fig. 1 und 2 und die

F i g. 7 und 8 vereinfacht dargestellte Diagramme mit Ventilhub- und Fördermengenkurven für ein Druckventil der Bauart nach Fig. 1.

In einer Bohrung 10 des Pumpengehäuses 11 einer in F i g. 1 nur teilweise dargestellten Einspritzpumpe ist ein Pumpenzylinder 12 eingesetzt, in dessen Bohrung 13 ein mit einer schrägen Steuerkante 14 versehener Pumpenkolben 15 gleitet. 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.

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

Mit dem Druckventilhalter 22 wird das Ventilgehäuse 19, das in einer Erweiterung 24 der Längsbohrung 21 eingesetzt ist, unter Zwischenschaltung eines Dichtrings 25 gegen den Pumpenzylinder 12 gespannt. Dabei werden das Ventilgehäuse 19 und der Pumpenzylinder 12 an ihren sich berührenden Stirnseiten metallisch abgedichtet, und der Pumpenzylinder 12 wird gegen einen Absatz 26 in der Gehäusebohrung 10 gespannt. Durch eine Überwurfmutter 27 ist eine Kraftstoffdruckleitung 28 an den Druckventilhal'.er 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 zugleich als Saug- und Überströmbohrung 29 dienende Steueröff-

nung mit einem Saugraum 30 der Pumpe verbunden. Um die zerstörende Kraft des bei Beendigung der Einspritzung unter hohem Druck aus der Bohrung austretenden Kraftstoff Strahles abzufangen, ist dieser Bohrung 29 gegenüber in der Wandung des Saugraumes s 30 eine Prallschraube 31 eingeschraubt.

Das Ventilgehäuse 19 hat eine Führungsbohrung 32, an deren dem Pumpendruckraum 16 zugewandtem Ende sich eine Erweiterung 33 anschließt und deren anderes Ende einen Ventilsitz 34 aufweist. Die Erweiterung 33 bildet am Übergang zu der Führungsbohrung 32 eine Kante 35. An einem Absatz 38 des Teiles 37 des Ventilkörpers 20 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 39, der dichtend in die Führungsbohrung 32 eingepaßt ist und bei den Schließbewegungen des Ventilkörpers 20 nach jeder Einspritzung eine Kraftstoffmenge entsprechend seinem Durchmesser und seiner Eindringtiefe in die Führungsbohrung 32 aus der Druckleitung 28 zurücksaugt, was zu einer erwünschten schnellen Entlastung der Druckleitung 28 und infolgedessen zu einem schnellen Schließender Einspritzdüse führt.

An seinem dem Dichtkegel 36 entgegengesetztem Ende hat der Ventilkörper 20 einen Steuerkolben 40, der eine ebene Steuerfläche 41 aufweist, die so gegenüber der Achse des Ventilkörpers geneigt ist, daß ihr größter Abstand von dieser Achse an dem dem Pumpenarbeitsraum 16 zugewandten Ende des Steuerkolbens 40 liegt und so zusammen mit der Führungsbohrung 32 einen veränderlichen Drosselquerschnitt 42 bildet (Fig. 6). Die Steuerfläche 41 ist demnach so geneigt, daß bei größer werdendem Hub des Ventilkörpers 20 der Drosselquerschnitt 42 kleiner wird, bis er einen vorgeschriebenen Kleinstwert erreicht hat. Dieser 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 20 in der Führungsbohrung 32 geführt, aber die schräge Steuerfläche 41 ist so bemessen, daß erst dann eine wirksame Drosselung des Kraftstoffstromes eintritt, wenn der Rücksaugkolben 39 aus der Führungsbohrung 32 austaucht.

Das zweite Ausführungsbeispiel, das Druckventil 18b nach Fig. 2, unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 dadurch, daß sich der mit der geneigten Steuerfläche 41 versehene Steuerkolben 40 — wie gezeichnet — im geschlossenen 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 diesem Fall hat der Ventilkörper 20 zur Sicherstellung einer guten Führung zwischen Rücksaugkolben 39 und Steuerkolben 40 einen Führungsbund 44, der mit Ausnehmungen 45 für den ungehinderten Kraftstoffdurchfluß versehen ist (F i g. 5).

Im dritten Beispiel nach Fig.3 hat das Ventil 18c anstelle der geneigten Steuerfläche 41 des Steuerkolbens 40 in F i g. 1 bzw. 2 einen konischen Steuerkolben 40a, dessen größerer Durchmesser dem Pumpenarbeitsraum 16 zugewandt ist (F i g. 3 und 4). Die Wirkungsweise der zugehörigen konisch verlaufenden Steuerfläche 41a ist die gleiche wie die bei den mit den geneigten Steuerflächen 41 versehenen Steuerkolben 40 in den Fig. I und 2; hat aber den Vorteil, daß vor allem bei großen Durchflußmengen und hchen Einspritzdrücken keine Seitenkräfte auftreten. Versuche haben allerdings gezeigt, daß z. B. bei den für Fahrzeugmotoren üblichen Ventilgrößen und Einspritzdrücken die einseitige geneigte Steuerfläche 41 nach den Fig. 1 und 2 sich nicht nachteilig auswirkt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Druckventile wird im folgenden anhand der Diagramme 7 und und 8 und der F i g. 1 erläutert.

In F i g. 7 sind Kurven des Ventilhubes Hund in F i g. 8 der Fördermenge Q jeweils über der Drehzahl η aufgetragen. Sämtliche Werte verstehen sich für eine Einspritzpumpe mit Steuerkantenregelung und fest eingestelltem Fördermengenverstellglied. Eine solche Pumpe fördert mit steigender Drehzahl wegen der Drosselung an den Steueröffnungen eine ansteigende Kraftstoffmenge.

Das Ventil 18 nach F i g. 1 mit dem zylindrischen Rücksaugkolben 39 und mit dem Steuerkolben 40 und der schrägen Steuerfläche 41 hat im wesentlichen die gleiche Wirkung wie die Ventile 18fe und 18c nach den F i g. 2 und 3.

In Fig. 7 kennzeichnet die dünngestrichelte waagrechte Linie A den Hub Ho, den das Ventil 18 bei der niedrigsten Drehzahl n; der Einspritzpumpe ausführt, bei der es die eingestellte Fördermenge Qi durchläßt (s. F i g. 8). Bei jedem Hub des Ventils 18 wird ein dem Hub und dem Querschnitt des Rücksaugkolbens 39 entsprechendes Volumen aus der Druckleitung zurückgezogen, was die sogenannte Entlastung bewirkt. H₀ kann deshalb auch als Entlastungshub bezeichnet werden. Das Ventil 18 entsprechend F i g. 1 arbeitet nach der dick ausgezogenen Hubkurve B. Bekannte Ventile mit Rücksaugkolben, jedoch ohne den erfindungsgemäßen Steuerkolben 40 (nicht dargestellt) arbeiten bis zur Drehzahl /Jj nach der gleichen Kurve, und oberhalb der Drehzahl n₃ gilt für diese Ventile die dickgestrichelt gezeichnete Kurve C

F i g. 8 zeigt dementsprechend die dick ausgezogene Fördermengenkurve D für das Ventil 18 nach Fig. 1 und die gestrichelt gezeichnete Kurve E für das bekannte Ventil. Ein Ventil ohne Rücksaugkolben 39 (nicht gezeichnet) würde eine um das Rücksaugvolumen oder Entlastungsvolumen Qe vergrößerte Fördermengenkurve F aufweisen, die zum Vergleich strichpunktiert eingezeichnet ist. Die zugehörige Hubkurve G ist in F i g. 7 ebenfalls strichpunktiert eingezeichnet.

Der Anstieg der Ventilhubkurve C des bekannten Entlastungsventils hat seinen wesentlichen Grund in dem in Kurve Zfder Fig.8 gezeigten und weiter vorne 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 Motors angepaßt Die Angleichung der Fördermenge wird beim Ventil 18 nach F i g. 1 durch die schräge Fläche 41 am Steuerkolben 40 bewirkt

Diese Fläche ist so abgestimmt, daß sie zusammen mit der Kante 35 an dem dem rücksaugkolbenseitigen Endabschnitt abgewandten Endabschnitt der Führungsbohrung 32 den veränderlichen Drosselquerschnitt 42 bildet (F i g. 6). Dieser Querschnitt wird bei Drehzahlen oberhalb n₃ in einem solchen Maße enger, daß durch die dabei auftretende Drosselung das Ventil einen größeren Hub macht (siehe Kurve B in F i g. 7 zwischen n₃ und n₄). Durch diesen vergrößerten Hub des Ventils 18 und

durch den dabei enger werdenden Orosselquerschnitt 42 wird die Fördermenge Q oberhalb n₃ verkleinert (siehe Kurve D zwischen nj und n<). Das Maß dieser Fördermengenverringerung hängt von der Neigung der schrägen Fläche 41 und von dem jeweils zur Wirkung kommenden Drosselquerschnitt 42 ab. Wenn durch

vollständiges Eintauchen des Steuerkolbens 40 in die Bohrung 32 derjenige Punkt erreicht ist, an dem die Drosselung am stärksten ist, (bei /j< in den F i g. 7 und 8), dann ist oberhalb dieser Drehzahl Λ* der Kurvenanstieg sowohl für den Hub H als auch für die Fördermenge Q weniger steil.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

803 621/134

Claims

Patentansprüche:

1. Druckventil für Kraftstoffeinspritzpumpen für Brennkraftmaschinen, insbesondere für mit Steuerkantensteuerung des Förderbereichs durch einen in einem zumindest eine Steueröffnung in seiner Wand aufweisenden Pumpenzylinder geführten Pumpenkolben arbeitende Kraftstoffeinspritzpumpen, bei dem der in einer Bohrung des Ventilgehäuses geführte und beim öffnen gegen die Kraft einer Feder von seinem Sitz abhebende Ventilkörper einen mit einem Endabschnitt der Führungsbohrung zusammenwirkenden Rücksaugkolben aufweist, an den sich über einen gegenüber der Führungsbohrung im Durchmesser zurückgesetzten Ventilkörperab- is schnitt ein der drehzahlabhängigen Angleichung der Kraftstoffmenge dienender Steuerflächenabschnitt mit einem in Achsrichtung des Ventilkörpers so gestalteten Querschnittsverlauf anschließt, daß sich abhängig vom Hub des Ventilkörpers ein vom Steuerflächenabschnitt und der Führungsbohrung begrenzter, veränderlicher und einen Kleinstwert nicht unterschreitender Drosselquerschnitt einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer Kante (35) an dem dem rücksaugkolbenseiti- *5 gen Endabschnitt abgewandten Endabschnitt der Führungsbohrung (32) zusammenwirkende Steuerflächenabschnitt als ein die Steuerfläche (41, 4IaJ aufweisender Steuerkolben (40,4OaJ ausgebildet ist, der am Ventilkörper (20) axial so mit Bezug auf die Kante (35) am Endabschnitt der Führungsbohrung angeordnet ist, und dessen Steuerfläche (41, 4IaJ in Achsrichtung des Ventilkörpers einen solchen Verlauf aufweist, daß entweder sofort oder erst nach einem bestimmten Hub des Ventilkörpers (20) beginnend der Drosselquerschnitt (42) mit größer werdendem Hub kleiner wird.

2. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem der Führungsbohrung (32) entsprechenden Durchmesser zylindrisch ausgebildete Steuerkclben (40) eine ebene Steuerfläche (41) aufweist, die so gegenüber der Achse des Ventilkörpers (20) geneigt ist, daß ihr größter Abstand von dieser Achse an dem dem Pumpenarbeitsraum (16) zugewandten Ende des Steuerkolbens (40) liegt.

3. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (4OaJ eine konzentrisch zur Achse des Ventilkörpers (20) angeordnete, konisch verlaufende Steuerfläche (4IaJ aufweist, deren größter Durchmesser zum Pumpenarbeitsraum (16) hin liegt.

4. Druckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der, in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers (20) gesehen, vor dem Rücksaugkolben (39) angeordnete Steuerkolben (40, 4OaJ sich bei geschlossenem Ventil außerhalb der Führungsbohrung (32) befindet (F i g. 2 und 3).

5. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) zwischen dem Rücksaugkolben (39) und dem Steuerkolben (40,4OaJ zusätzlich einen mit Ausnehmungen (45) für den Kraftstoffdurchfluß versehenen Führungsbund (44) aufweist (F i g. 2 und 3).