DE2203259A1

DE2203259A1 - Mengenregelventil fuer Kraftstoffeinspritzduesen

Info

Publication number: DE2203259A1
Application number: DE19722203259
Authority: DE
Inventors: Simmons Harold Cuthbert
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1971-01-25
Filing date: 1972-01-24
Publication date: 1972-08-10
Also published as: JPS5777771U; GB1329350A; DE2203259C2; FR2170316A5; US3727636A; CA956201A

Description

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PASKEH-HAMIFIN CORPuRAOHON Cleveland (Chio, USA)

Mengenregelventil für Kraftstoffeinspritzdüaen

Die Erfindung betrifft ein Mengenregel- oder Dosierventil für Kraftstoffeinspritzdüsen.

Mengenregel- oder Doeierventile für Kraftstoffeinspritzdüaen und dtrgleichen besitzen als Drosselorgan im allgemeinen eine relativ dünne Nadel mit. einem 7erschlußstüclc, das an einem ^sitz angreift, der annähernd denselben Durchmeeser hat wie der Führungsschaft der Nadel, so daß relativ schwach· Betätigungekräfte auftreten und daher die Hysterese- und Reibungsverluste ins Gewicht fallen. Ferner sind die Dosierdurchlässe ringförmig, so daß ihre radiale Breite mit der StröcJingsmenge zunimmt. Derartige Ventile mit veränderlichem Durchlaßquerschnitt sind beispielsweise in den USA-Patentschriften 3 022 954, 3 042 317, 3 159 971 und 3 4+3 760 angegeben.

Es sind ferner Eosierventile mit veränderlichem Durchlaßquerschnitt bekannt, in denen ein Schieberkolben einen Dosierschlitz fortschreitend aufsteuert, der in einer den Kolben umgebenden Hülse ausgebildet ist. Die Hülse ist ihrerseits in dem Ventilgehäuse angeordnet.

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Derartige Ventile sind beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 080 885 engegeben. Sie können nicht vollständig geschlossen '«erden, weil der Schieberkolben in der Hülse im Gleiteitz angeordnet ist. Ferner muß der Raum auf der dem Druckeinlaß entgegengesetzten Seite des Kolbens mit der Auatrittsöffnung in Verbindung stehen, damit der Eintrittsdruck den Kolben in die Dosierstellung bewegen kann. Infolgedessen leckt ein Druckmittel nicht nur direkt vom Eintritt aum Austritt, sondern auch vom Eintritt über den genannten Kaum zu dem Austritt. Durch dieses Ventil fließt daher eine gewisse Strömungsmenge, auch wenn der Kolben den Dosierschlitz abdeckt.

Die Erfindung schafft nun ein Mengenregelventil mit einem Gehäuse, das von einem Kanal durchsetzt ist, der eine Bohrung aufweist, einem Drosselorgan mit einem zylindrischen Teil» der mit dem stromaufwärts von der Bohrung in dea Kanal herrschenden Druckmitteldruck beaufschlagt und in der Bohrung derart axialverschiebbar angeordnet ist, daß eine Strömung des Druckmittels zwischen dem zylindrischen Teil und der Bohrung im wesentlichen nur durch einen Umfangs-Dosierachlitz möglich ist, der zwischen dem zylindrischen Teil und der Bohrung vorhanden ist und dessen Durchlaßquerechnltt durch eine Axialbewegung des zylindrischen Teils in der Bohrung veränderbar 1st, sowie mit einer Federanordnung, die trachtet, das Drosselorgan im Sinne einer Verkleinerung des Durchlaßquerschnitts des Schlitzes zu bewegen.

Die Erfindung schafft ferner ein Mengenregelventil mit einem Gehäuse, das einen Eintritt und einen Austritt und zwischen dem Eintritt und dem Austritt einen Strömungskanal besitzt, ferner mit einer in dem Gehäuse angeordneten Führungseinrichtung mit einer durchmessergroßen Bohrung und einer mit dieser koaxialen, durch-

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Besserkleinen Bohrung, mit einem Drosselorgan, das einen großen und einen kleinen Teil hat, wobei diese Teile in je einer der Bohrungen axial geführt sind, der große Teil zylindrisch ist und eine sich axial erstreckende ümfangsnut besitzt, die mit der durchmessergroßen Bohrung einen Dosierschlitz bildet, dessen Durchlaßquerschnitt bei.einer Axialbewegung dee Yerschlußstückee verändert wird, und mit einer Federanordnung, die trachtet, das Drosselorgan axial im Sinne einer Verkleinerung des Durchlaßquerschnitte des Schlitzes zu bewegen, wobei der große Teil mit dem im Eintritt herrschenden Druckmitteldruck beaufschlagt ist, so daß dieser trachtet, das Drosselorgan in der entgegengesetzten Richtung im Sinne einer Vergrößerung des Durchlaßquerachnitts dts Schlitzes zu bewegen, wenn die von dem in dem Eintritt herrschenden Druckmitteldruck auf den großen Teil ausgeübte Kraft di· von der Federanordnung au·geübte Vorbelastungskraft Übertrifft.

Nachstehend wird ein -A-usfUhrungsbeispiel anhand der einzigen iigur der beigefügten Zeichnung beschrieben, die ein erfindungsgemäßes Ventil im zentralen Längsschnitt zeigt.

Das Kengenregel- oder Dosierventil 1 besitzt ein G-ehäuse 2 mit einem mit einem Sieb versehenen Eintritt 3 und einem Austritt 4. Wenn das Ventil 1 zum Dosieren der einer Einspritzdüse zugeführten Kraftstoffmenge dient, steht der Eintritt 3 Mit einem Kraftstoff-Verteiler 5 und der Austritt 4 beispielsweise mit der Sekundäröffnung einer Einspritzdüse mit zwei öffnungen in Verbindung.

Ein Ventilführungs- und -sitzkörper 8 ist in dem Seh'äuse 2 mittels des Dichtungsringes 6 abgedichtet und mittels der geschweißten Kappe 7 festgelegt. In dem

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Sit2körper 8 ist ein gehärtetes Rohrstück 10 beispielsweise durch Schweißen befestigt, das mit einem Sitz 9 ausgebildet ist. Ein Drosselorgan 11 besitzt ein Verschlußstück 12 mit einer kegelstumpfförmigen Fläche 14, die sich zur Anlage an dem Sitz 9 und von ihm weg bewegen kann, und mit einem der Fläche 14 benachbarten, zylindrischen Doeierteil 15, der im sehr satten Schiebesitz in der Bohrung des Rohrstücks 10 angeordnet ist und in seinem Umfang einen oder mehrere Dosierschlitze 16 besitzt, so daß bei einer Abwärtsbewegung des Drosselorgans 11 Ton dem Sitz 9 weg die Menge des durch das Ventil 1 strömenden Kraftstoffes fortschreitend zunimmt. 'Man kann die Dosierkennlinie des Ventile 1 verändern, indem man die Krümmung am Grunde Jedes Sohlitzes 16 verändert, oder indem man Schlitze 16 voreieht, deren Flanken nicht wie in dem vorliegenden Auaführungtbeispiel parallel sind, eondern aufwarte divergieren oder konvergieren, und indem man die Radien zwischen dem Grund und den Flanken jedes Schlitzes 16 verändert.

Beispielsweise kann die Durohmesserdifferenz zwiechen der Bohrung dee Rohretücke 10 und dem Dosierteil 15 0,127 μα betragen, wobei die Innenwandung des RohratUcks 10 in der dargestellten Weise genutet let, damit die Hyeteresewirkung und die Reibung möglichst gering sind.

Das Drosselorgan 11 hat einen langgestreckten Schaft 17, der im Bereich seines oberen Endes einen Teil 18 besitzt, der in einer Bohrung 19 des Führungskörpers 8 geführt ist. Infolge des relativ großen längsabstandes zwischen dem Führungsteil 18 und dem Dosierteil 15 kann die Durjchmesserdifferenz zwischen deai Schaft 17 und der Bohrung 19 etwa 8 pm betragen. Außerdem besitzt der Führungsteil 18 Vertiefungen oder Abflachungen 20, so

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daß kleine Berührungsflächen zwischen dem Schaft 17 und der Bohrung 19 vorhanden sind. Dadurch werden die Reibungs- und Hystereseverluste weiter herabgesetzt.

Der Schaft 17 hat in seinem.oberen Endteil eine Umfangsnut 21, in der ein geschlitzter Federring 23 angeordnet ist, der in einer Flachsenkung eines Federtellers 24 eitzt. Zwischen dem Federteller 24 und einer Schulter 26 des Führungskörpers 8 ist eine Druckfeder 25 zur Betätigung des Ventils eingespannt. Man erkennt, daß man die Vorspannung der Feder 25 durch Verwendung eines dünneren oder dickeren, geschlitzten Federringes 23 oder von darunter angeordneten Unterlegscheiben oder von JJnterlegschelben an einem oder beiden Widerlagern für die Feder verändern¹ kann.

Da der Durchmesser des Sitzes 9 relativ zu der Querschnittelache des oder der Dosierschlitze 16 relativ groß ist, sisd zur Betätigung des Drosselorgan 11 größere Kräfte erforderlich ala bei den bekanntan Dosierventilen, bei denen der Sitzdurchmesser allgemein dem Durohmesatr der Führungsbohrung entsprechen kann. In dem vorliegenden fall beträgt der Tentileitzdurchmeseer mehr als das Dreifache des Durchmessers der Bohrung 19, so daß die Sitzfläche etwa zehnmal so groß ist als wenn der Sitzdurchmesser annähernd ebensogroß wäre wie der Bohrungsdur chmeeser. Es ist daher eine sehr starke Vorbelastungsfeder 25 für das Ventil erforderlith. Trotzdem ist die Strecke, über die sich das Drosselorgan 11 aus der Stellung, in der das Ventil vollständig geschlossen ist, in die Stellung bewegt, in der das Ventil vollständig geöffnet ist, mit der entsprechenden Strecke in den bekannten Ventilen mit veränderlichem Durchlaßquereehnitt vergleichbar, so daß die Hysterese- und Eeibungsverluste angesichts der Betätigungskräfte minimal sind.

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Man kann den Führungsteil 18 am oberen des Dro3selorgans 11 als ein Schneidenlager ansehen, das gegenüber in dem Kraftstoff entLaltenen Schmutzteilchen und sonstigen Verunreinigungen sehr unempfindlich ist. Daher wird die Führungsfunktion des Teils 18 in der Bohrung 19 durch das Vorhandensein von Schmutzteilchen oder sonstigen Verunreinigungen nicht beeinträchtigt, die in dem Kraftstoff enthalten und durch das am Eintritt 3 vorhandene Sieb 27 hindurchgetreten sind.

Da das Verhältnis der Strecke L zu der Berührungslänge H des Dosierteils 15 zwischen etwa 10:1 (Ventil geschlossen) und 40:1 (Ventil vollständig geöffnet) veränderbar ist, kann keine Verklemmung auftreten, sofern das Diametralspiel des Teils 18 nicht mehr als etwa das Zehnfache des Diametralspiels des Dosierteils 15 beträgt. Allgemein ist diese Bedingung erfüllt, wenn das Verhältnis des Diametralspiels des Teils 18 zu dem Diametralapiel dea Dosierteils 15 kleiner ist als L/H.

Wenn der an dem Eintritt 3 herrschende, abwärts auf die fläche dee Sitzes 9 wirkende Kraftstoffdruck bo stark zunimmt, daß er die durch die feder 25 ausgeübte Vorbelastung überwindet, bewegt sioh das Drosselorgan 11 abwärts, so daß ein zunehmend größerer Durchlafiquersohnitt des Dosierschlitzes aufgesteuert wird, wie die» der gewünschten Druckabfall-Strömungsmengen-Kennlinj-e entspricht. Wenn sich das Drosselorgan abwärtsbewegt, strömt der Kraftstoff um die feder 25 herum und durch Löcher 28 in dem Führungskörper 8 sowie durch die Feder 25 hindurch und durch die Zwischenräume zwischen den Atflachungen 20 und der Bohrung 19 und durch den den Schaft 17 umgebenden Ringraum. Bei abnehmendem Kraftstoffdruck in der Eintrittsöffnung 3 nimmt der Durchlaiiquerschnitt des Dosierschlitzee ab. Wenn der Üntrittsdruck unter den der Vorbelastung

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der Peder 25 entsprechenden Wert sinkt, greift das Verschlußstück 12 an dem ^sitz 9 an, so daß- das Ventil 1 geschlossen ist.

Des hier gezeigte Ventil 1 eignet sich besonders für die Dosierung von Kraftstoff für KraftstoffEinspritzdüsen von Ore st urb inen—Triebwerken und dergleichen. Infolge der großen Abmessungen des Verschlußstückes 12 kann man identische Dosierechlitze 16 ausbilden..Da die äeibung infolge der Ausbildung der Lagerung gering ist, sind die Hystereseverluste und die Eicnungsunterschiede minimal. Bei der gegebenen Anwendung speisen die Vent'ile 1 eine Anzahl von einzelnen Kraftstoffzerstäubungsdüsen mit gleichen Kraftstoffmengen. Diese funktion wird allgemein als Mengenverteilung bezeichnet.

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Claims

- 8 Pat ent ana prü ehe:

l mit einem Gehäuse, das von einem Kanal durchsetzt ist, gekennzeichnet durch eine Bohrung (10), ein Drosselorgan (11) mit "einem zylindrischen Teil (12), der mit denjstromaufwärts von der Bohrung in dem Kanal herrschenden Druckmitteldruck beaufschlagt und in der Bohrung derart axialverschiebbar ist, daß eine Strömung des Druckmittels zwischen dem zylindrischen Teil und der Bohrung im wesentlichen nur durch einen ümfangs-Doßiersehlitz (16) möglich ist, der zwischen dem zylindrischen Teil und der Bohrung vorhanden ist und dessen Durchlaflquerschnitt durch eine Axialbewegung des zylindrischen Teils in der -Bohrung veränderbar ist, wobei eine Federanordnung (25) trachtet, das Drosselorgan im Sinne einer Verkleinerung des Durchtrittequerschnitts des Schlitzes zu bewegen.
2. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß .die Bohrung (10) und der zylindrische Teil (12) Sitzflächen (9) haben, die miteinander in Anlage gekracht werden und .dann eine Strömung von Druckmittel durch das Ventil (1) verhindern, wenn die von der Federanordnung (25) auf das Drosselorgan (11) ausgeübte Kraft größer iet ale die von dem Druckmitteldruck auf den zylindrischen Teil ausgeübte Kraft.
3. Mengenregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) eine mit der Bohrung (10) koaxiale, relativ kleine Bohrung (19) und das Dros8elorgang(11) einen Pührungsschaft (18) besitzt, der sich von dem zylindrischen Teil (12) axial weg erstreckt und axialyerechiebbar in der kleinen Bohrung angeordnet, ist, ao daß das Drosselorgan in dem Gehäuse geführt ist, ohne daß sich der zylindrische Teil in der Bohrung des Gehäuses verkanten und verklemmen kann.

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4. Mengenregelventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierschlitz eine sich axial erstreckende ümfangsnut (16) aufweist, die in dem zylindrischen' Teil (12) ausgebildet ist und deren Umfangsbreite und/oder radiale Tiefe sich über die axiale Länge der Nut verändert.
5. itenäenre^elventil mit eine_ui 3-ehäuse, das einen Eintritt und einen -Austritt und zwischen dem Eintritt und dem Austritt einen Strömun^skanal besitzt, gekennzeichnet durch eine in dem G-ehäuse (2) angeordnete Führungseinrichtung (.8) mit einer durchmesfeergroßen Bohrung (10) und einer mit dieser koaxialen, durchinesserkleinen Bohrung (19), durch ein Drosselorgan (11), das einen groben und einen kleinen Teil (12, 18) besitzt, die in je einer der Bohrungen axial geführt sir,d, wobei der große Teil zylindrisch ist und eine sich axial erstrekkende Ümfangsnut (16) besitzt, die mit der durchmessergroßen Bohrung einen ^osierschlitz bildet, dessen Durchlaßquerschnitt bei. der Axialbewegung des Drosselorgans verändert wird, und durch eine Federanordnung (25)t die trachtet, das Verschlußstück axial im ^inne einer Verkleinerung des Durchlaßquerschnitt· des Schlitzes ,zu bewegen, wobei der große Teil mit dem im Eintritt (3) herrschenden Druckmitteldruck beaufschlagt iit, so daß dieser trachtet, das Drosselorgan in der entgegengesetzten Richtung im Sinne einer Vergrößerung des Durchlaßc^uerschnitts des Schlitzes zu bewegen, wenn die infolge des in dem Eintritt herrschenden Druckmitteldruckes auf den großen Teil ausgeübte Kraft die von der Federanordnung ausgeübte Vorbelastungskraft übertrifft.
6. Mengenregelventil nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dai der große Teil (12) im wesentlichen . denselben Durchmesser; hat wie die durchmeseergroße

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Bohrung (10), so daß bei stei ertdem oder fallendem Druckmitteldruck in dein Eintritt (3) das Druckmittel im wesentlichen nur durch den querschnittsveränderlichen Schlitz (16) strömt.
7· Liengenregelventil nach Anspruch 5 or¹, sr 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Teil (1c) in Querschnitt unrund ist, so da^ relativ kleine Ber'J'orungsflachen zwischen dem kleinen Teil und der durchmc£3erkleiner. Bohrung (19) vorhanden sind.
8. Mengenregelventil nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, da3 die axiale Länge der durchmescergroSen Bohrung (1C) und des großen Teils '12) kurz ist relativ zu dem Axialabstand zwischen der durchmessergroßen und der durchiaesserkleinen Bohrung (1C, 19) und zwischen dem großen und dem kleinen Teil (12, 18), so da? ein Verkanten und Verklemmen des Drosselorgans (11) in der Führungseinrichtung (8) verhindert wird, obwohl die Durchmesstrdifferenz zwischen dem kleinen Teil und der durchmesserkleinen Bohrung größer ist als zwischen dem großen Teil und der durchmessergroßen Bohrung.
9· Mtngenregelventil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der große Teil (12) einen verbreiterten Bereich besitzt, der sich an den stromabwärtigen Rand der durchmeesergroßen Bohrung (10) anlegt und dadurch eine Strömung von Druckmittel durch das Ventil (1) verhindert, wenn die von dem Druckmitteldruck in dem Eintritt (3) auf den großen Teil ausgeübte Kraft den von der Federanordnung (25) auf das Drosselorgan (11) ausgeübte Kraft nicht überwinden kann.
10. Mengenregelventil nach einem der Ansprüche 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsein-

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richtung (8) und das Drosselorgan (11) einander gegenüberliegende Schultern (24, 26) besitzen, die Widerlager für die zwischen ihnen unter Druck vorgespannte federanordnung (25) bilden.
11. Llengenregelventil nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser das großen Teils (12) ein Mehrfaches des Durchmessers des kleinen Teils (13) beträft, so daß die auf das Drosselorgan (11) ausgeübten Betätigungskräfte groß sind und die zwischen diesen Teilen und den Bohrungen (10, 19) vorhandtne Gleitreibung gegenüber diesen Betätigungskräften Ternachlässigbar ist.
12. MengenregelYentil nach einen der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß di· axiale Länge des großen Teil· nur einen kleinen Bruchteil dea Axialabständeβ zwischen den großen und den kleinen Teil (12, 18) beträgt und die Durchmesserdifferenz »wischen den großen Teil und der durchmessergroßen Bohrung (10) nur einen kleinen Bruchteil der Durchmeeserdifferenz zwischen den kleinen Teil (18) und der durchmesserkleinen Bohrung (19) beträgt» so d*£ Druckmittel »wischen dea großen Teil und der durahmeesergroßen Bohrung im wesentlichen nur durch den Doeierechlit* (16) strömen kann, während die relativ größere Durchleseerdifferenz und der Axialabstand zwischen dem großen und dea kleinen Teil ein> Verkanten und Verklemmen des Dposselofgans (11) in der führungseinrichtung (8) rerhindern.

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