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Elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzpumpe
für Brennkraftmaschinen gemäß dem gattungsbildenden Oberbegriff des Patentanspruchs
1. Bei einer solchen, aus der US-PS 4 392 612 bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe,
die als Pumpedüse für Dieselmotoren direkt in den Zylinderkopf der zugehörigen Brennkraftmaschine
eingebaut wird und in einem gemeinsamen Gehäuse sowohl die mechanisch angetriebene
Kraftstoffeinspritzpumpe als auch die zugehörige Einspritzdüse umfaßt, wird die
beim Förderhub des Pumpenkolbens aus dem Pumpenarbeitsraum zur Einspritzdüse verdrängte
Kraftstoffeinspritzmenge durch die Einschaltdauer eines stromlos offenen, elektromagnetisch
betätigten Überströmventils bestimmt, daS in einen den Pumpenarbeitsraum mit einem
Niederdruckraum verbindenden Überströmkanal eingesetzt ist. Dieses Überströmventil
ist als ein nach außen öffnendes Schieberventil ausgebildet, das im geschlossenen
Zustand druckausgeglichen ist, weil der im Pumpenarbeitsraum unter Einspritzdruck
gesetzte Kraftstoff einen von einer Ringnut am Ventilnadelschaft gebildeten und
nach außen von der Führungsbohrung begrenzten
Druckraum beaufschlagt,
so daß keine Axialkräfte wirksam werden können. Wird dieses Ventil jedoch bei entregtem
Steilmagneten mit Hilfe einer in Öffnungsrichtung vorgespannten Druckfeder in seine
Offenstellung umgeschaltet, dann schießt der sich in den Niederdruckraum entspannende
Kraftstoff durch den engen Spalt zwischen dem konischen Ventilsitz und der entsprechenden
nach außen sich vergrößernden konischen Schließfläche an dem dem Stellglied abgewandten
Endabschnitt der Ventilnadel. Dabei werden zusätzliche, die Öffnungsbewegung unterstützende
hydraulische Kräfte wirksam, die jedoch in nachteiliger Weise aufgrund der eingeschnürten
Strömung auch Gegenkräfte erzeugen und zu dem bekannten sogenannten "Schnarren"
des Ventils führen. Dieses "Schnarren" ist eine leichte Flatterbewegung des Ventilgliedes,
die bei Einspritzventilen erwünscht, bei Steuerventilen jedoch nachteilig ist.
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Es sind auch Kraftstoffeinspritzpumpen ähnlicher Bauart bekannt, die
anstelle eines nach außen öffnenden Überströmventils ein nach innen öffnendes Magnetventil
zur Steuerung des Forderbeginns und Förderendes aufweisen (US-PS 1 664 608 und 4
129 253). Bei diesen Ventilen muß der als elektrisches Steuerglied dienende Elektromagnet
das Ventilglied gegen den zentrisch die Ventilnadelspitze belastenden Einspritzdruck
in der Schließstellung festhalten. Dieses Ventil kann nicht druckausgeglichen ausgebildet
werden und bei hohen Einspritzdrücken ist der Stellmagnet nur dann in der Lage,
das Ventil in seiner Schließstellung zu halten, wenn der Sitzdurchmesser extrem
klein gewählt wird. Dies wird bei den bekannten Kraftstoffeinspritzpumpen durch
eine vorgeschaltete Drosselbohrung zwischen Pumpenarbeitsraum und Ventilsitz erreicht.Diese
Maßnahme hat jedoch den Nachteil, daß auch die Abströmgeschwindigkeit des aus dem
Pumpenarbeitsraum bei Einspritzende ausfließenden Kraftstoffes
gedrosselt
und damit ein gewünschtes scharfes und schnelles Spritzende verhindert wird. Aus
der DE-OS 31 39 669 ist außerdem ein schnellschaltendes Magnetventil bekannt, das
auch für die Einspritzsteuerung verwendbar ist und durch zwei axial zueinander versetzte
Axialluftspalte eine sehr große Schließkraft erzeugt. Auch dieses Ventil hat den
Nachteil der beiden vorgenannten Einspritzpumpen verwendeten.Ven-.
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tilausführung, d.h. es ist im geschlossenen Zustand durch den auf
die Ventilsitzfläche wirkenden Einspritzdruck nicht druckausgeglichen und somit
nur bis zu einer begrenzten Druckhöhe, z.B. für die Steuerung einer Benzineinspritzpumpe.
einsetzbar.
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Ziel der Erfindung ist es nun, Kraftstoffeinspritzpumpen der eingangs
genannten Bauart zur exakten zeit genauen Steuerung des Förderbeginns und Förderendes
mit einem schnellschaltenden Überströmventil auszurüsten, das die vorgenannten Nachteile
nicht aufweist.
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Vorteile der Erfindung Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird durch die Bauart des
Überströmventils als nach innen öffnendes Nadelventil die Öffnungsbewegung des als
Ventilnadel ausgebildeten Ventilgliedes durch die an der Nadelspitze angreifenden
hydraulischen Kräfte unterstützt, das Ventilglied ohne Neigung zu Flatterbewegungen
in der Offenstellung gehalten, und zur Vermeidung von ungewollten,bei geschlossenem
Ventil in Öffnungsrichtung wirkenden hydraulischen Kräften ist der Kegelwinkel der
konischen Schließfläche an der Nadelspitze der Ventilnadel größer als der Kegelwinkel
des zugehörigen, sich zum Druckraum hin konisch erweiternden Ventilsitzes. Dadurch
bildet die Schließfläche mit der angrenzenden
zylindrischen Mantelfläche
am Endabschnitt -des Ventilgliedes eine genau definierte Dichtkante, deren Durchmesser
bei vollständigem Druckausgleich gleich oder bei gewünschtem nur teilweisem Druckausgleich
geringfügig kleiner ist als der Führungsdurchmesser des Führungsschaftes an der
Ventilnadel. Eine genau abgestimmte, äußerst kleine Druckstufe am Ventilnadelschaft
kann eine ansonsten notwendige, in Öffnungsrichtung wirkende Druckfeder ersetzen
oder diese zur Beschleunigung der Öffnungsbewegung der Ventilnadel unterstützen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen und Merkmal
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Patentanspruch 1 angegebenen
Kraftstoffeinspritzpumpe erzielbar. So kann durch die gemäß dem Kennzeichenteil
von Anspruch 2 mit einem rotationssymmetrischen Ansatz versehene Nadelspitze und
deren strömungsleitende Außenkontur die zuvor erwähnte beschleunigte Öffnungsbewegung
mit sehr einfachen Mitteln sehr wirkungsvoll anterstützt werden In einer vorteilhaften
Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird bereits am Hubanfang des an sich sehr
kleinen Ventilhubes durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 3 angegebene sehr
kleine Sitzwinkeldifferenz eine zusätzliche, die Öffnungsbewegung unterstützende
hydraulische Kraft erzielt außerdem wird das Aufsetzen der Ventilnadel auf den Ventilsitz
am Ende der Schließbewegung hydraulisch gedämpft. Durch den gemäß Anspruch 4 nur
wenige Zehntel Millimeter breiten konischen Ventilsitz wird ein unzuiässiger Staudruck
im Sitzbereich vermieden und zugleich verhindert, daß beim Schließen des Ventilsitzes
sich entsprechend der wirksamen Ringfläche zu große in Öffnungsrichtung wirkende
hydraulische Kräfte aufbauen.
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Bei einer gemäß Anspruch 5 ausgebildeten Kraftstoffeinspritzpumpe,
bei der, wie ebenfalls aus der eingangs beschriebenen US-PS 4 392 612 bekannt, das
elektrische Stellglied des Überströmventils von einem Hubmagneten
gebildet
ist, der eine von einem Kern aufgenommene Leiterspule und einen am Ventilglied befestigten
tellerförmigen Anker aufweist, der mit einem innerhalb der Leiterspule liegenden
inneren Kernabschnitt einen ersten Axialluftspalt und mit seinem Rand und einem
die Leiterspule umfassenden äußeren Kernabschnitt einen zweiten Axialluftspalt bildet,
werden trotz beengter Einbauverhältnisse zur Erzielung einer schnellen Schaltbewegung
des Überströmventils durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs 5 die am
Ventilglied angreifenden Radialkräfte vernachlässigbar klein und die wirksamen Axialkräfte
extrem hoch, so daß die für die Steuerung einer Kraftstoffeinspritzung bei Dieselmotoren
extrem kurze Schaltzeit auch erreichbar ist. Die beim elektrischen Stellglied für
das erfindungsgemäß verwendete Überströmventil im Kennzeichenteil des Anspruchs
5 angegebenen Merkmale sind für ein ähnliches, jedoch anders wirkendes und bereits
zuvor beschriebenes Magnetventil bereits aus der DE-OS 31 39 669 für sich bekannt.
Sie werden jedoch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten und in
seiner Funktion anders wirkenden Überströmventil beansprucht, um somit die Vorteile
des erfindungsgemäß ausgestalteten Überströmventils auch voll auszunutzen.
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Bei einer gemäß Anspruch 6 ausgestalteten Ausführungsvariante des
Erfindungsgegenstandes, bei der das Ventilglied des Überströmventils, wie bei der
Pumpedüse nach der eingangs genannten US-PS 4 392 612, durch eine Druckfeder in
Öffnungsrichtung vorgespannt ist, kann bei der gemäß den kennzeicfrnenden Merkmalen
des Anspruchs 6 ausgebildeten Nadelspitze die Druckfeder ohne Rücksicht auf andere
Ventilbauteile optimal bezüglich Federdrahtstärke und Windungsaurchmesser ausgelegt
werden. So kann auf kleinstem Bauraum eine harte Feder mit geringer Anfangs- aber
hoher
Endkraft und geringer Masse untergebracht werden, die gut
zugänglich und einstellbar ist und die Öffnungsbewegung des Ventilgliedes in gewünschter
Weise unterstützt.
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Durch die gemäß Anspruch 7 am Ventilglied angebrachte ringnutförmige
Einschnürung ist der unter Einspritzdruck setzbare Druckraum zur Beeinflussung der
Strömung des Kraftstoffes anpaßbar, und die zu bewegende Masse des Ventilgliedes
wird verringert, was sich günstig auf die erreichbare kurze Schaltzeit auswirkt.
Durch den entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 hohlgebohrten
Führungsschaft des Ventilgliedes und den zentrisch wirkenden Hub anschlag sind die
bewegten Massen des Ventilgliedes noch stärker verkleinert worden, was zusätzlich
zur Erreichung der erforderlichen, extrem kurzen Schaltzeit beiträgt. Der Hubanschlag
kann gemäß Anspruch 9 in vorteilhafter Weise bezüglich seines wirksamen Durchmessers
und der aufeinander treffenden Flächen optimiert werden, wobei eine hydraulische
Aufschlagdämpfung durch planparallele oder leicht hohlgeschliffene Berührungsflächen
erzielbar ist.
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Um im Sinne der Aufgabenstellung bei der mit einem elektrisch betätigten
Überströmventil ausgestatteten Kraftstoffeinspritzpumpe die erforderliche zeitgenaue
Steuerung des Förderbeginns auch bei sehr hohen Einspritzdrücken zu gewährleisten,
ist an den vom Pumpenarbeitsraum, Druckraum, zweiten Abschnitt des Überströmkanals
und Druckkanal bis zur Einspritzdüse gebildeten Hochdruckraum ein von einem Ausweichkolben
begrenzter Speicherraum angeschlossen. Dabei begrenzen das vom Durchmesser und von
dem entgegen der Kraft einer Druckfeder erfolgenden Hub des Ausweichkolbens festgelegte
Schluckvolumen und der dabei im Speicherraum wirksame Kraftstoffdruck den beim
Schließvorgang
des Überströmventils sich im Hoehdruckraum aufbauenden Kraftstoffdruck. Dadurch
werden den Schließvorgang des Überströmventils behindernde Druckspitzen vermieden
und die erforderliche Schließkraft des Überströmventils begrenzt bzw. die Schließgeschwindigkeit
erhöht.
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Bei einer nach Anspruch 10 ausgebildeten Kraftstoffeinspritzpumpe,
die als eine auch die Einspritzdüse umfassende Pumpedüse ausgebildet ist, ergibt
sich eine einfache Kanalführung durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 11 festgelegten
Merkmale, vor allem dann, wenn außerdem noch gemäß Anspruch 12 der Niederdruckraum
von der Förderpumpe mit unter Zulaufdruck gesetztem Kraftstoff gefüllt wird und
zugleich als Saugraum der Kraftstoffeinspritzpumpe dient.
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Der Einsatzzeitpunkt und'die Wirkungsweise des Ausweichkolbens sowie
die Druckverhältnisse im Pumpenarbeitsraum und der Standdruck in dem zur Einspritzdüse
führenden Druckkanal können auf einfache Weise und weitgehend unabhängig voneinander
auf optimale Werte eingestellt werden, wenn gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13
der Ausweichkolben vom zylinderförmigen Führungsteil eines als Zylinderventil ausgebildeten
Druckventils gebildet wird, wobei der Ausweichkolben an seiner in den Speicherraum
eintauchenden Stirnseite die in den Förderpausen die Verbindung vom Pumpenarbeitsraum
zur Einspritzdüse sperrende Ventilschließfläche trägt. Durch die im Kennzeichenteil
des Anspruchs 14 festgelegten Merkmale wird eine Druckstufe am Ventilschließglied
des Druckventils gebildet, durch die das Druckventil als Gleichdruckentlastungsventil
arbeitet und einen konstanten Standdruck in dem zur Einspritzdüse führenden Druckkanal
steuert. Die in Anspruch 15 festgelegte Winkeldifferenz zwischen den Kegelwinkeln
der
konischen Ventilschließfläche und des Ventilsitzes ergibt eine scharfkantige Dichtkante
mit einer guten Dichtwirkung und gewährleistet eine präzise Einhaltung der vorberechneten
Druckstufe. Ist das Ventilschließglied im Anschluß an die konische Ventilschließfläche
stirnseitig mit einem kurzen, in den den Pumpenarbeitsraum mit dem Speicherraum
verbindenden Kanal eintauchenden Drosselzapfen versehen, kann die Öffnungscharakteristik
des Druckventils und damit zugleich der zeitliche Verlauf des Ausweichhubes des
Ausweichkolbens an die erforderlichen Werte angepaßt werden.
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Da der Durchströmquerschnitt und der zugehörige Ventilhub am elektromagnetisch
betätigten Überströmventil zur Begrenzung der erforderlichen Magnetstellkraft und
zur Verringerung der Baugröße des gesamten Aggregats so klein als möglich festgelegt
werden, ist es für eine einwandfreie Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
und zur Erzielung eines schnellen Spritzendes von allergrößter Wichtigkeit, daß
die Öffnungsbewegung der Ventilnadel durch zusätzliche hydraulische Mittel unterstützt
wird.. So wird bei einer erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 2 ausgestalteten
Kraftstoffeinspritzpumpe, bei der der Ansatz an der Nadelspitze des Ventilgliedes
mit einer strömungsleitenden Außenkontur versehen isto durch die im Kennzeichenteil
des Anspruchs 17 angegebenen Merkmale eine zusätzliche, in Öffnungsrichtung wirksam
werdende Impulsreaktionskraft durch die Umlenkung des abströmenden Kraftstoffes
erzeugt. Da wegen des annähernd gleichbleibenden Durchströmquerschnittes eine Drosselung
vermieden wird, kann der Kraftstoff zur Beendigung der Einspritzung in gewünschter
Weise sehr schnell abströmen.
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Eine noch stärkere Erhöhung der auf die Ventilnadel in Öffnungsrichtung
einwirkenden hydraulischen Kräfte wird gemäß
den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 18 durch den dort angegebenen, am Übergang von der Schließfläche
zur konkaven Außenkontur angebrachten kurzen Absatz erzielt. Dadurch wird nur beim
ersten Hubteil des Ventilhubes ein die Öffnungsbewegung des Ventilgliedes beschleunigender
Staudruck wirksam, so daß anschließend sehr schnell der volle Öffnungshub durchlaufen
und der Durchgangsquerschnitt freigegeben wird.
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Wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 19 der die strömungsleitende
Außenkontur aufweisende Ansatz an der Nadelspitze des Ventilgliedes von einem in
den erweiterten Übergangsbereich zwischen Ventilsitz und Rückströmöffnung eintauchenden
ringwulstartigen Vorsprung gebildet, dann wird zusätzlich zu einer aus der Umlenkung
in Abströmrichtung resultierenden Impulsreaktionskraft der Druck des Kraft stoffes
nochmals zur Beschleunigung der Öffnungsbewegung ausgenutzt, weil der Kraftstoffstrahl
vor Eintritt in die Durchgangsöffnung nochmals zum Ventilglied hin umgelenkt wird
Besteht der Ansatz an der Nadelspitze des Ventilgliedes gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 20 aus einer mit ihren einzelnen Merkmalen dort festgelegten
linsenartigen Kuppe, dann treten in wünschenswerter Weise geringe Strömungsverluste
auf. Ist gemäß Anspruch 21 zusätzlich auch der Übergangsbereich vom Ventilsitz zur
Durchströmöffnung so ausgestaltet, daß sich in der Offenstellung des Ventilgliedes
ein progressiv zur Durchströmöffnung hin erweiternder Durchströmquerschnitt ergibt,
dann werden negative, die Öffnungsbewegung des Ventilgliedes behindernde ansonsten
an Abrißkanten entstehende Kräfte vermieden.
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Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäß ausgestalteten
Kraftstoffeinspritzpumpe sind in der Zeichnung dargestellt und werden anschließend
näher beschrieben. Es zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch das erste, als Pumpedüse
ausgestaltete Ausführungsbeispiel, Figur 2 einen Längsschnitt durch das in Figur
1 verwendete, den Förderbeginn und die Fördermenge steuernde Überströmventil in
vergroßerter Darstellung, Figur 2a einen in vergrößertem Maßstab dargestellten Ausschnitt
aus Figur 2 im Bereich des Ventilsitzes, Figur 3 einen die von Figur 2 abweichenden
Merkmale darstellenden Teillängsschnitt durch das beim zweiten Ausführungsbeispiel
verwendete Überströmventill Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 im
Bereich des Druckventils für eine bevorzugte Ausführungsvariante des beim ersten
Ausführungsbeispiel verwendeten Druckventils und die Figuren 5a bis 5d je einen
vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2a mit zusätzlichen Gestaltungsvarianten des Ansatzes
an der Ventilnadelspitze und des zugehörigen Ventilsitzbereiches.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Das in Figur 1 dargestellte
erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzpumpe
ist eine in nicht näher dargestellter, jedoch bekannter Weise von einer Nockenwelle
mechanisch angetriebene Pumpedüse 10, deren mit 11 bezeichnetes Pumpengehäuse einen
mit konstantem Hub angetriebenen und in einem Pumpenzylinder 12 geführten Pumpenkolben
13 aufnimmt und stirnseitig eine mittels einer Schraubhülse 14 unter Zwischenschaltung
eines Druckventils 15 befestigte Einspritzdüse 16 bekannter und deshalb nicht näher
dargstellter Bauart
trägt. Der Pumpenkolben 13 wird von bekannten,
deshalb nur durch einen Pfeil A angedeuten Antriebsmitteln über einen Pumpenstößel
17 entgegen der Rückstellkraft einer Stößelfeder 18 angetrieben. Er begrenzt mit
seiner Stirnfläche 19 einen im Pumpenzylinder 12 befindlichen Pumpenarbeitsraum
21, der einspritzdüsenseitig vom Druckventil 15 abgeschlossen und über einen Druckkanal
53 mit der Einspritzdüse 16 verbindbar ist. Nähere Einzelheiten zur Ausbildung und
Funktion des Druckventils 15 sind weiter hinten zu Figur 4 beschrieben.
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Dem Pumpenarbeitsraum 21 wird in der gezeichneten äußeren Totpunktlage
des Pumpenkolbens 13 von einer Förderpumpe 22 unter niedrigem Zulaufdruck von z.B.
4 bar stehender Kraftstoff zugeführt. Dieser Kraftstoff gelangt dabei von der Förderpumpe
22 über eine Förderleitung 23 und mindestens eine Öffnung 24 in der Wand der Schraubhülse
14 in einen das Druckventil 15 umgebenden Niederdruckraum 25 innerhalb der Schraubhülse
14 und von dort über einen Zulaufkanal 26 und deren Zulauföffnung 26a in den Pumpenarbeitsraum
21. Der Niederdruckraum 25 und'der Pumpenarbeitsraum 21 sind außerdem über einen
von einem Überströmventil 27 steuerbaren Überströmkanal 28 in der gezeichneten Offenstellung
dieses Ventils miteinander verbunden.
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Der Zulaufiruck des dem Niederdruckraum 25 von der Förderpumpe 22
über die Förderleitung 23 zugeführten Kraftstoffes ist durch ein Druckbegrenzungsventil
29 bestimmt, das in eine Rücklaufleitung 31 eingesetzt ist. Diese Rücklaufleitung
31 ist als Teil einer zu den weiteren Pumpedüsen der gleichen Brennkraftmaschine
führenden Ringleitung unterbrochen gezeichnet und führt letztlich den überschüssigen
Kraftstoff zu einem Tank 32 zurück.
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Das als 2/2-Wegeventil arbeitende Überströmventil 27 ist ein Magnetventil,
das in Figur 1 zur Darstellung seiner Steuerfunktion nur teilweise geschnitten eingezeichnet
ist, zur Darstellung seiner einzelnen Bauteile jedoch in den Figuren 2 und 2a in
vergrößertem Maßstab gezeichnet ist.
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Das Überströmventil 27 ist als Nadelventil ausgebildet, dessen Ventilglied
33 durch ein von einem Elektromagneten gebildetes elektrisches Stellglied 34 betätigt
wird und im Bereich seines dem Stellglied 34 abgewandten Endabschnittes 33a von
einem Druckraum 35 umgeben ist. Dieser Druckraum 35 ist einerseits über einen gestrichelt
in Figur 1 eingezeichneten ersten Abschnitt 28a des Überströmkanals 28 mit dem Niederdruckraum
25 verbindbar und andererseits über einen zweiten Abschnitt 28b des Uberströmkanals
28 dauernd mit dem Pumpenarbeitsraum 21 verbunden. Die in Figur 1 offene Verbindung
vom Druckraum 35 zum Niederdruckraum 25 trägt am Übergang vom Druckraum 35 zu dem
ersten Abschnitt 28a des Überströmkanals 28 einen von einer konischen Schließfläche
33b am Endabschnitt 33a des Ventilgliedes 33 verschließbaren konischen Ventilsitz
36. Das als nach innen, zu dem unter Einspritzdruck setzbaren Druckraum 35 hin öffnende
Ventilnadel ausgebildete Ventilglied 33 trägt abströmseitig an seinem Endabschnitt
33a eine Nadelspitze 37, die radial von der konischen Schließfläche 33b begrenzt
ist.
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Die Nadelspitze 37 weist im Anschluß an die Schließfläche 33b einen
rotationssymmetrischen Ansatz 37a auf, der mit einer eine Unterstützung der Nadelhubbewegung
in Öffnungsrichtung bewirkenden strömungsleitenden Außenkontur 37b in Form eines
konkaven Kegelmantels versehen ist (siehe Figur 2a). Weitere Gestaltungsvarianten
dieser strömungsleitenden Außenkontur und des zugehörigen Ventilsitzbereiches sind
weiter hinten anhand mehrerer, in den Figuren 5a bis 5d dargestellter Lösungsvorschläge
beschrieben.
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Bei der Direkteinspritzung von Dieselbrennkraftmaschinen treten sehr
hohe, über 1000 bar liegende Einspritzdrücke auf. Damit das Überströmventil 27 diese
hohen Drück einwandfrei beherrscht, wird erfindungsgemäß das vorstehend beschriebene,
elektromagnetisch betätigte und nach innen öffnende Nadelventil zur Sperrung des
aus dem Pumpenarbeitsraum 21 abfließenden Kraftstoffes eingesetzt. Dieses Ventil
arbeitet nur einwandfrei, wenn es folgende Bedingungen erfüllt (siehe dazu Figur
2a): a) Der Kegelwinkel OC der konischen Schließfläche 33b am Endabschnitt 33a des
Ventilgliedes 33 ist größer als der Kegelwinkel ß des zugehörigen, sich zum Druckraum
35 hin konisch erweiternden Ventilsitzes 36, und um bei kleinen Ventilhüben einen
großen Durchgangsquerschnitt zu erhalten, wird ein sehr flacher Kegelwinkeld von
z. B. 1400 gewählt; b) die Schließfläche 33b bildet mit einer angrenzenden zylindrischen
Mantelfläche 33c am Endabschnitt 33a des Ventilgliedes 33 eine Dichtkante 33d, deren
Durchmesser d gleich oder nur geringfügig kleiner ist als der Führungsdurchmesser
dF eines den Endabschnitt 33a des Ventilgliedes 33 mit dem Stellglied 34 verbindenden
Führungsschaftes 38; c) der konische Ventilsitz 36 wiest eine nur wenige Zehntel
Millimeter breite, von der Schließfläche 33b an der Nadelspitze 37 der Ventilnadel
33 im geschlossenen Zustand des Überströnventils 27 abgedeckte wirksame Sitzfläche
auf, die nach innen, zur Nadelspitze 37 hin vom Durchmesser D einer Durchströmöffnung
39 begrenzt ist.
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Durch die Verwendung dieser sehr schmalen wirksamen Sitzfläche wird
der Durchströmquerschnitt nicht unzulässig stark eingeschnürt und eine ungewollte
Abströmdrosselung verhindert. Das Überströmventil 27 ist im geschlossenen Zustand
völlig bzw. bei Durchmesserunterschieden zwischen den Durchmessern dF und dD nahezu
völlig druckausgeglichen.
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Als weitere Maßnahme zur Unterstützung der notwendigen schnellen
Öffnungsbewegung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn noch die nachfolgende
Bedingung erfüllt werden: d) die zu a) genannte S.itzwinkeldifferenz oL - ß ist
sehr klein und liegt im Bereich von 0,5°, um bereits am Hubanfang eine möglichst
große, bei Durchströmung des Ventils in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft
zu erzielen und um eine hydraulische Dämpfung beim Aufsetzen des Ventilgliedes 33
auf seinen Ventilsitz 36 am Ende der Schließbewegung zu erreichen; e) durch die
zu Figur 2a näher beschriebene, mit einer strömungsleitenden Außenkontur 37b versehene
Nadelspitze 37 werden zusätzliche, in Öffnungsrichtung wirksame Kräfte in das Ventilglied
33 eingeleitet, Weitere Möglichkeiten zur Vergrößerung dieser Impulsreaktionskraft
sind weiter hinten zu den Figuren 5a bis 5d angegeben.
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Das von einem Hubmagneten gebildete elektrische Stellglied 34 (siehe
hierzu Figur 2) weist eine von einem Kern 41 aufgenommene Leiterspule 42 und einen
am Führungsschaft 38 des Ventilgliedes 33 befestigten tellerförmigen Anker 43 auf.
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Der die Leiterspule 42 enthaltende Kern 41 des Stellgliedes 34 umgibt
einen eine Führungsbohrung 44 für den Führungsschaft 38 des Ventilgliedes 33 enthaltenden
Gehäuseabschnitt 45 und bildet mit einem innerhalb der Leiterspule 42 liegenden
inneren Kernabschnitt 41a, der einem axial vorstehenden zylindrischen Stutzen 43a
am Anker 43 gegenüberliegt, einen ersten Axialluftspalt S1. Ein die Leiterspule
42 außen und auch stirnseitig teilweise umfassender
äußerer Kernabschnitt
41b bildet zusammen mii einem Randbereich 43b des Ankers 43 einen zweiten Axialluftspalt
S2. 2 Beide Axialluftspalte S1 und S2 weisen sowohl einen radialen als auch einen
axialen Abstand zueinander auf, könnten bei entsprechend abgeänderter Form der beiden
Kernabschnitte 41a und 41b aber auch in einer Ebene liegen.
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In einen radial vom Führungsschaft 38 des Ventilgliedes 33, vom zylindrischen
Stutzen 43a des Ankers 43 und vom inneren Kernabschnitt 41a des Kernes 41 und axial
vom Anker 43 und vom Gehäuseabschnitt 45 umgrenzten Hohlraum 46 ist eine als Ventilöffnungsfeder
wirkende Druckfeder 47 eingesetzt, die das Ventilglied 33 bei stromloser Leiterspule
42 in seine in Figur 1 und Figur 2a gezeichnete Offenstellung drückt.
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Um das Gewicht der bewegten Massen zu reduzieren, ist der Führungsschaft
38 des Ventilgliedes 33 von seinem stellgliedseitigen Ende her mit einer einen Hohlraum
bildenden Sacklochbohrung 48 versehen, die durch einen gehärteten, einen Hubanschlag
für das Ventilglied 33 bildenden Stopfen 49 verschlossen ist, der bei in Offenstellung
stehendem Ventilglied 33 an einem einstellbaren Gegenanschlag 50 anliegt. Dieser
Gegenanschlag 50 ist von einer lagegesichert eingeschraubten Anschlagschraube gebildet,
dessen Stirnfläche 50a wie auch die Stirnfläche 49a des gehärteten Stopfens 49 plangeschliffen
oder konkav bzw.
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leicht hohlgeschliffen ist, um so auch eine hydraulische Hubdämpfung
zu erzielen. Wegen der zentrisch liegenden Anschläge können sowohl der Durchmesser
als auch die Form der aufeinandertreffenden Flächen optimal für eine entsprechende
Hubdämpfung ausgelegt werden. Falls der Gegenanschlag 50 von außen einstellbar sein
soll, kann er auch nach außen hin durchgeführt und dort gesichert und abgedichtet
werden.
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Die'den Kern 41 mit Leiterspule 42 und den Anker 43 aufnehmenden Bauräume
sind über eine Entlastungsbohrung 52 (siehe Figur 2 und andeutungsweise auch Figur
1) mit der Niederdruckseite des Ventils verbunden, die an den mit dem Niederdruckraum
25 verbundenen ersten Abschnitt 28a des Überströmkanals 28 angeschlossen ist.
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Eine ringnutartige Einschnürung 33e am Endabschnitt 33a des Ventilgliedes
33 zwischen seinem Führungsschaft 38 und der die Schließfläche 33b tragenden Nadelspitze
37 vergrößert das Volumen des Druckraums 35, hat auch eine strömungsleitende Funktion
und verringert die zu bewegende Masse des Ventilgliedes 33.
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Das zweite, in Figur 3 nur teilweise anhand eines Ausschnittes des
hier mit 127 bezeichneten Überströmventils dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich nur im Bereich der Nadelspitze des Ventilgliedes vom ersten Ausführungsbeispiel
(geringfügig abgewandelte, jedoch gleichwirkende Teile sind deshalb mit einer um
100 erhöhten Bezugszahl versehen).
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Das Ventilglied 133 des in geschlossenem Zustand dargestellten Überströmventils
127 ist durch eine Druckfeder 147 in Öffnungsrichtung vorgespannt, die stirnseitig
an der Nadelspitze 137 des Ventilgliedes 133 angreift. Dazu weist die Nadelspitze
137 einen ein erstes Federwiderlager für die Druckfeder 147 bildenden Absatz 61
auf. Ein zweites Federwiderlager 62 für die Druckfeder 147 ist in dem ersten Abschnitt
28a des Überströmkanals 28 eingesetzt.
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Das zweite Federwiderlager 62 hat die Form einer flachen Ringschraube,
durch die eine zur Einstellung der Federvorspannung in verschiedenen Längen bereitgestellte
Abstandshülse 63 in einem erweiterten Abschnitt einer Längsbohrung 64 befestigt
ist. Die Längsbohrung 64 ist Teil des ersten Abschnittes 28a des Überströmkanals
28.Die Außenkontur 137b der Nadelspitze .137 hat auch hier eine strömungsleitende
Funktion.
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Der in Figur 4 gezeigte Ausschnitt aus Figur 1 im Bereich des Druckventils
15 zeigt eine bevorzugte, praktisch ausgeführte Ausführungsvariante dieses Druckventils
in seiner Offenstellung, in der vom Pumpenkolben 13 unter Einspritzdruck gesetzter
Kraftstoff vom Pumpenarbeitsraum 21 über einen Kanal 71 und einen geöffneten Ventilsitz
72 in die zur Einspritzdüse 16 führende Druckleitung 53 verdrängt wird.
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Das Druckventil 15 ist als ein Zylinderventil ausgebildet, dessen
mit 73 bezeichnetes Ventilschließglied mit einem zylinderförmigen Führungsteil in
einer Führungsbohrung 74 eines Ventilgehäuses 75 geführt ist. Das zylinderförmige
Führungsteil dient als ein in einen ringraumförmigen Speicherraum 76 eintauchender
und diesen Speicherraum 76 begrenzender Ausweichkolben und ist deshalb auch als
Ausweichkolben 77 bezeichnet. Der Ausweichkolben 77 trägt an seinem in den Speicherraum
76 eintauchenden Endabschnitt eine Ventilschließfläche 78.
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Die Ventilschließfläche 78 ist konisch ausgebildet und in Verlängung
eines zylindrischen Zapfens 79, dessen Durchmesser d kleiner ist als der Außendurchmesser
D des Ausweichkolbens 77, stirnseitig am Ausweichkolben 77 angebracht. Die konische
Ventilschließfläche 78 verschließt in der Schließstellung des Ventilschließgliedes
73 den zugehörigen, sich zum Speicherraum 76 hin konisch erweiternden Ventilsitz
72 Zur Sicherstellung einer immer gleichen Druckstufe und der dabei wirksamen Drücke
ist der Kegelwinkel z der konischen Ventilschließfläche 78 geringfügig, d, h. etwa
0,5 bis 2 Grad, größer als der Kegelwinkel t des Ventilsitzes 72.
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Zur Steuerung der Öffnungsgeschwindigkeit und dabei erfolgenden Druckabsenkung
im Pumpenarbeitsraum 21 und in den an diesen Raum angeschlossenen Kanälen weist
in einer weiteren Ausführungsvariante das Ventilschließglied 73 im Anschluß
an
die konische Ventilschließfläche 78 stirnseitig einen kurzen, in den den Pumpenarbeitsraum
21 mit dem Speicherraum 76 verbindenden Kanal eintauchenden, strichpunktiert angedeuteten
Drosselzapfen 81 auf. Damit in der Offenstellung des Ventilschließgliedes 73 ein
genügend großer Durchgangsquerschnitt freigegeben wird, ist die Länge 1 des Drosselzapfens
81 kleiner ausgelegt als der Ventilhub h des Ventilschließgliedes 73.
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Abweichend von bekannten Gleichdruckentlastungsventilen ist für die
Funktion der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe der durch den Ventilhub
h festgelegte Ausweichhub des Ausweichkolbens 77 von allergrößter Bedeutung, da
der Ausweichkolben 77 bei seiner Hubbewegung eine durch den Ventilhub h und seinen
Außendurchmesser DA bestimmte Kraftstoffmenge aus einem von dem Pumpenarbeitsraum
21, dem Druckraum 35, dem zweiten Abschnitt 28b des Überströmkanals 28 und dem Druckkanal
53 gebildeten Hochdruckraum 82 entnimmt. Der Ausweichkolben 77 liegt vor der Einleitung
einer jeden Einspritzung unter der Kraftwirkung einer in einem Federraum 83 aufgenommenen
Druckfeder 84 an einem im dargestellten Beispiel vom Ventilsitz 72 gebildeten ersten
Anschlag an und sein dem Ventilhub h entsprechender Ausweichhub ist durch einen
im Federraum 83 befindlichen zweiten Anschlag 85 festgelegt. Da der Federraum 83
über einen ständig offenen Kanal 86 mit einem vom Druckkanal 53 getrennten, immer
unter sehr niedrigem Kraftstoffdruck stehenden Entlastungsraum 87 verbunden ist,
entnimmt das Ventilschließglied 73 mit seinem Ausweichkolben 77 bei jedem Ventilhub
h bzw. Ausweichhub ein entsprechendes Schluckvolumen aus dem Speicherraum 76.
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Obwohl die erfindungsgemäße Anordnung eines Ausweichkolbens auch bei
Kraftstoffeinspritzpumpen anderer Bauart im Zusammenhang mit einem nach innen öffnenden
Nadelventil als Überströmventil besonders große Vorteile bringt, ergibt
sich
bei der als Ausführungsbeispiel dargestellten Pumpedüse 10 eine besonders günstige,
raumsparende und bezüglich der Kanalführung einfache Lösung, da hier als Entlastungsraum
87 ein eine Ventilschließfeder 88 der Einspritzdüse 16 aufnehmender Ventilfederraum
dient, der über eine Querbohrung 89 und einen Spalt 91 zwischen dem Ventilgehäuse
75 und der die Einspritzdüse 16 befestigenden Schraubhülse 14 in ständiger Verbindung
mit dem Niederdruckraum 25 steht. Wie Figur 1 zeigt, wird der Niederdruckraum 25
von der Förderpumpe 22 mit unter Zulaufdruck gesetztem Kraftstoff gefüllt und dient
somit zugleich als Saugraum der Kraftstoffeinspritzpumpe, Zur Steuerung bzw. Dämpfung
der Hubbewegung des Ausweichkolbens 77 bzw. des diesen Ausweichkolben 77 tragenden
Ventilschließgliedes 73 können der ständig offene Kanal 86 undloder die Querbohrung
89 als Drosselbohrungen ausgebildet werden, deren Durchmesser dann durch Berechnungen
oder Versuche festzulegen ist.
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Obwohl der Ausweichkolben 77 in der bevorzugten Ausführungsvariante
Teil eines Druckventils ist, könnte er auch zur Erfüllung seiner Funktion an einer
anderen beliebigen Stelle im Bereich des Hochdruckraumes 82 mit seinem Speicherraum
76 angeschlossen werden. Wie im dargestellten Beispiel entnimmt er auch dann beim
Beginn der Schließbewegung des Ventilgliedes 33 des als Nadelventil ausgebildeten
Überströmventil 27 ein seinem jeweiligen Hub entsprechendes Schluckvolumen und begrenzt
damit den bis zum Schließzeitpunkt des Ventilgliedes 33 im Hochdruckraum 82 ansteigenden
Kraftstoffdruck auf einen Wert, der ein schnelles Schließen des Überströmventils
27 erlaubt. Dies ist zur Steuerung einer Hochdruckeinspritzung und Einleitung des
Förderbeginns von allergrößter Bedeutung. Diese Wirkungsweise des Ausweichkolbens
77 ist auch bei Kraftstoffeinspritzpumpen von Vorteil, bei denen das Überströmventil
als nach außen öffnendes Tellerventil ausgebildet ist. Auch dort wird die Schließfunktion
des Ventilgliedes durch die Begrenzung des Druckanstiegs zur Erreichung eines schnelleren
Sperrens des abströmenden Kraftstoffes und einer Begrenzung der notwendigen Schließkraft
verbessert.
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In den äe einen vergrößerten Ausschnitt B aus Figur 2a darstellenden
Figuren 5a bis 5d sind Gestaltungsvarianten zu dem sich in Figur 2a an die Schließfläche
33b des Ventilgliedes 33 anschließenden Ansatz 37a dargestellt, deren Außenkonturen
eine strömungsleitende Funktion haben und somit die Ventilfunktion zur Unterstützung
der Öffnungsbewegung in günstiger Weise beeinflussen. Da sich die in den Figuren
5a bis 5d gezeigten Ausführungsvarianten nur im Ventilsitzbereich von dem in Figur
2a bereits in vergrößertem Maßstab dargestellten ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden,
erhalten die verwendeten Teilebezeichnungen eine jeweils um 200 bzw. 300, 400 oder
500 erhöhte Bezugszahl.
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Bei der Ausführungsvariante nach Figur 5a ist der Ansatz 237a an der
Nadelspitze 237 des Ventilgliedes 33 von einem kurzen Zapfen gebildet, dessen dem
Ventilsitz 36 zugewandte Áußenkontur 237b zur Umlenkung des abströmenden Kraftstoffes
im Anschluß an die Schließfläche 33b konkav geformt ist. Der Abstand dieser Außenkontur
237b vom Ventilsitz 36 und der Wandung der sich anschließenden Durchströmöffnung
39 ist im Übergangsbereich 54 vom Ventilsitz 36 zur Durchströmöffnung 39 und in
der Offenstellung des Ventilgliedes 33 so festgelegt, daß er einen mindestens annähernd
gleichbleibenden Durchströmquerschnitt sicherstellt. Mit einem kurzen Pfeil P1 und
einem in Öffnungsrichtung weisenden längeren Pfeil P2 ist angedeutet, daß die Axialkomponenten
der auf das Ventilglied 33 einwirkenden hydraulischen Kräfte einen großen Überschuß
in Öffnungsrichtung aufweisen, d. h. P2 ist wesentlich größer als Pl.
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Bei der in Figur 5b gezeigten zweiten Gestaltungsvariante einer Nadelspitze
337 des Ventilgliedes 33 ist abweichend von der zuvor beschriebenen und in Figur
5a dargestellten Gestaltungsvariante am Übergang von der Schließfläche 33b zu einer
konkaven Außenkontur 337b eines Ansatzes 337a ein kurzer zylindrischer Absatz 55
vorhanden, dessen Außendurchmesser dA etwa gleich dem Innendurchmesser D der Durchströmöffnung
39 ist. Der Absatz 55 reicht in der Schließstellung des Ventilgliedes 33 bis zu
einer am Übergang vom Ventilsitz 36 zur Durchströmöffnung 39 gebildeten Kante 56.
Gegebenenfalls kann eine geringe Überschneidung mit dieser Kante 56 von Vorteil
sein, da sich dann beim Beginn der Öffnungsbewegung der unter die Schließfläche
33b greifende Kraftstoffdruck voll zur Beschleunigung der Öffnungsbewegung des Ventilgliedes
33 ausnutzen läßt. Durch diese Kante 55 wird im ersten Teil des Öffnungshubes der
volle Kraftstoffdruck an der Schließfläche 33b wirksam, und anschließend tritt dann
noch die durch die Umlenkung des Kraftstoffstrahles an der Außenkontur 337b erzeugte
Impulsreaktionskraft hinzu, so daß das Ventilglied 33 in dieser in Figur 5b gezeigten
Gestaltungsvariante extrem schnell in seine Offenstellung gelangt.
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Die in Figur 5c vergrößert darstellte Gestaltungsvariante im Bereich
des Ventilsitzes 36 hat an der Nadelspitze 437 des Ventilgliedes 33 einen Ansatz
437a, der sich in Form eines ringwulstartigen Vorsprungs in einen erweiterten Übergangsbereich
57 zwischen dem Ventilsitz 36 und der Durchströmöffnung 39 hinein erstreckt. Die
Außenkontur 437b dieses Ansatzes 437a ist zur Umlenkung des abströmenden Kraft stoffes
im Anschluß an die Schließfläche 33b zuerst konkav und dann stirnseitig konvex geformt
Diese Außenkontur 437b weist in der dargestellten Offenstellung des Ventilgliedes
33 zu der Wandung einer den Übergangsbereich 57 gehäuseseitig teilweise umschließenden,
konkav
geformten Stirnringnut 58 einen solchen Abstand auf, daß auch hier ein annähernd
gleichbleibender Durchströmquerschnitt sichergestellt ist. Durch die zweimalige
Umlenkung des abströmenden Kraftstoffstrahles wird zuerst in dem an die Schließfläche
33b anschließenden konkav geformten Bereich, wie bei den vorhergehenden Gestaltungsvarianten,
eine in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 33 einwirkende Impulsreaktionskraft
erzeugt, zu der anschließend nach nochmaliger Umlenkung des Kraftstoffstromes der
Strahldruck an der Stirnfläche des Ventilgliedes wirksam wird und eine zusätzliche
Kraft P3 erzeugt.
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Die vierte, in Figur 5d dargestellte Gestaltungsvariante unterscheidet
sich von den vorhergehenden Varianten insbesondere dadurch, daß die Außenkontur
537b an der Nadelspitze 537 des Ventilgliedes 33 und der zugehörige Sitzbereich
so geformt sind, daß möglichst keine Strahlablösung mit daraus resultierender Unterdruckbildung
auftreten kann. Die Nadelspitze 537 des Ventilgliedes 33 hat deshalb einen Ansatz
537a, der aus einer linsenartigen Kuppe besteht. Die Außenkontur 537b dieses Ansatzes
537a weist einen ersten, sich an die Schließfläche 33b mit mindestens annähernd
gleichbleibendem Neigungswinkel anschließenden konischen Teilbereich 59a auf, an
den sich zur Mittelachse AV der Nadelspitze 537 hin ein zweiter, konvex gekrümmter
oder abgeflachter Teilbereich 59b anschließt. Damit entstehen an der Nadelspitze
537 keine Ablösekanten, durch die in Schließrichtung wirksame Kräfte erzeugt werden
könnten.
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Die mit der vorerwähnten Gestaltung der Außenkontur 537b erreichbaren
Vorteile können noch verstärkt werden, wenn entsprechend der Darstellung in Figur
5b eine gehäuseseitige Wandung 39a im Übergangsbereich 54 vom Ventilsitz 36 zu einer
Durchgangsöffnung 39 im ersten Abschnitt 28a des in Figur 1 dargestellten Überströmkanals
28 konvex
geformt ist. Damit ergibt sich in der gezeigten Offenstellung
des Ventilgliedes 33 ein sich progressiv zur Durchströmöffnung 39 hin erweiternder
Durchströmquerschnitt für den abströmenden Kraftstoff, Die konvex geformte Wandung
39a kann zur Fertigungsvereinfachung auch aus mehreren Hohlkegelabschnitten und
einer Zylinderbohrung zusammengesetzt werden (nicht dargestellt), Die bei dieser
Gestaltungsvariante in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied einwirkende Kraftkomponente
P2 ist etwas geringer als diejenige bei den Gestaltungsvarianten in den Figuren
5a bis 5c. Durch die diffusorartige Formung des Durchströmquerschnittes werden jedoch
in Schließrichtung wirkende Kraftkomponenten weitgehend ausgeschaltet, so daß sich
insgesamt eine gewünschte beschleunigte Öffnungsbewegung des Ventilgliedes 33 ergibt.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzpumpe
ist folgende: Beginnt der Pumpenkolben -13, ausgehend von seiner in'Figur 1 dargestellten
äußeren Totpunktlage seinen Druckhub, dann wird der von der Förderpumpe 22 dem Pumpenarbeitsraum
21 zugeführte Kraftstcff beim ersten Hubteil sowohl über den Zulaufkanal 26 als
auch über den bei stromlosem Überströmventil 27 offenen Überströmkanal 28 in den
Niederdruckraum 25 zurückgedrückt. Nach Verschließen der Zulauföffnung 26a des Zulaufkanals
26 wird so lange noch Kraftstoff über den Überströmkanal 28 verdrängt, bis zur Einleitung
des wirksamen Förderbeginns das Überströmventil 27 mittels des Ventilgliedes 33
seinen Ventilsitz 36 abschließt. Der jetzt schlagartig sich im Pumpenarbeitsraum
21 aufbauende Kraftstoffdruck öffnet das Druckventil 15, und der Kraftstoff wird
über den Druckkanal 53 zur Einspritzdüse 16 gefördert.
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Von dort gelangt er nach Überwindung des Ventilöffnungsdruckes der
Einspritzdüse 16 in bekannter Weise in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
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Da bereits während der Schließbewegung des Ventilgliedes 33 des Überströmventils
27 der Kraftstoffdruck im Pumpenarbeitsraum 21 ansteigt, beginnt bereits aufgrund
der entsprechend ausgelegten Vorspannkraft seiner Druckfeder 84 das Ventilschließglied
73 des Druckventils 15 mit seiner Hubbewegung. Das als Ausweichkolben 77 arbeitende
Führungsteil entnimmt dabei eine durch den jeweils zurückgelegten Ventilhub und
den Außendurchmesser DA festgelegte Kraftstoffmenge aus dem Hochdruckraum 82. Durch
diese Maßnahme schließt das an sich in geöffnetem Zustand nicht druckausgeglichene
Überströmventil seinen Ventilsitz 36 bei allen vorkommenden Fördermengen und Hubgeschwindigkeiten
schnell und sicher ab.
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Zur Beendigung der Kraftstofförderung wird die Stromzufuhr zum Stellglied
34 des Überströmventils 27 entsprechend den in einem elektronischen Regelgerät ermittelten
Betriebsdaten abgeschaltet. Das Überströmventil 27 wird dabei durch seine Druckfeder
47 und vor allem durch den Druck des im Druckraum 35 befindlichen Kraftstoffs in
seine in Figur 1 und Figur 2a gezeichnete Offenstellung umgeschaltet.
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Dadurch fällt der Druck im Pumpenarbeitsraum 21 schlagartig ab, und
die Einspritzdüse 16 und das Druckventil 15 schließen, so daß die Einspritzung beendet
ist.
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Für eine schnelle Beendigung der Kraftstofförderung hat es sich als
besonders wichtig herausgestellt, daß die Öffnungskraft der Druckfeder 47 durch
den hydraulischen Druck des abströmenden Kraftstoffs unterstützt wird.
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Dies wird durch die spezielle Ausgestaltung der an der Nadelspitze
37 befindlichen strömungsleitenden Außenkontur 37b erreicht (siehe Figur 2a). Weitere
Ausgestaltungen dieser Außenkontur (237b, 337b, 437b und 537b) zeigen die Figuren
5a bis 5d, und die erreichbaren Vorteile wurden in der vorangehenden Beschreibung
zu diesen Figuren ausführlich dargelegt.
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Durch die gewählte Bauart des Überströmventils 27 und insbesondere
durch den Einsatz des zu Figur 4 mit seiner Wirkung beschriebenen Ausweichkolbens
77 werden sehr kurze, exakt steuerbare Einspritzzeiten auch bei sehr hohen Einspritzdrücken
erreicht, wie sie gerade für Direkteinspritzmotoren erforderlich sind. Das bevorzugte
Ausführungsbeispiel in Figur 1 ist eine Pumpedüse, selbstverständlich können die
erfindungsgemäßen Merkmale auch bei Einzel- oder Reiheneinspritzpumpen verwirklicht
werden, bei denen jedem Pumpenelement ein Überströmventil 27 zugeordnet ist. Das
gleiche gilt auch für Verteilereinspritzpumpen, bei denen dann ein einziges, zentrales
Überströmventil der vorgeschlagenen Bauart die Kraftstofförderung zu den vom Verteiler
gesteuerten Auslässen bzw.
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Druckleitungen steuert.
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