DE3644595A1 - Druckentlastungsventil fuer kraftstoffeinspritzpumpen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Druckentlastungsventil für Kraftstoffeinspritzpumpen nach der Gattung des Hauptan­ spruchs.

Auf die Qualität der Kraftstoffeinspritzung hat das Druckentlastungsventil einen erheblichen Einfluß. Das Druckentlastungsventil ist zwischen dem Pumpenarbeitsraum der Kraftstoffeinspritzpumpe und der an der Brennkraftma­ schine vorhandenen Einspritzdüse in der Druckleitung angeordnet und wirkt somit auf die bereits zugemessene Kraftstoffeinspritzmenge. Dem Druckventil kommt dabei eine doppelte Aufgabe zu.

Einerseits dient das Druckentlastungsventil als Rück­ schlagventil, um zu vermeiden, daß während des Saughubes des Pumpenkolbens der in der Druckleitung befindliche Kraftstoff zurück zum Pumpenarbeitsraum gesogen wird. Andererseits jedoch wird durch den Entlastungskolben des Druckentlastungsventils bewirkt, daß in dem zwischen Druckentlastungsventil und Einspritzdüse befindlichen Leitungsabschnitt eine Entlastung des Hochdrucks ent­ steht, indem der Entlastungskolben durch Eintauchen in die Führungsbohrung ein entsprechendes Volumen aus der Druckleitung abzieht. Diese Entlastung ist vor allem deshalb notwendig, um zu vermeiden, daß ein in der Druck­ leitung verbleibender hoher Kraftstoffdruck, insbesondere in Verbindung mit Druckwellen, dazu führt, daß die Kraft­ stoffeinspritzdüse noch einmal öffnet und ein Nachspritzen von Kraftstoff in den Brennraum stattfindet. Ein solches Nachspritzen führt zu einer wesentlichen Verschlechterung der Abgase, sowie zu sonstigen Nachteilen, wie beispiels­ weise Verkoken der Spritzöffnungen der Einspritzdüse.

Mit Hilfe des Entlastungskolbens kann auch eine soge­ nannte Angleichung erzielt werden, d.h. eine Anpassung der eingespritzten Kraftstoffmenge an die Menge, die noch russfrei von der Brennkraftmaschine verbrannt werden kann. Im allgemeinen nimmt nämlich diese russfrei verbrenn­ bare Menge für ein bestimmtes Lastverhältnis mit zunehmen­ der Drehzahl ab, wofür dann an dem Entlastungskolben ein Anschliff vorhanden sein kann, der beim Eintauchen des Entlastungskolbens in die Führungsbohrung als Drossel wirkt.

Das Hubvolumen des Entlastungskolbens ist den zugeordne­ ten Elementen der Einspritzanlage sehr genau angepaßt. Dies gilt besonders für die Länge der Druckleitung in Verbindung mit deren Querschnitt und für die Konstruk­ tion der Einspritzdüse. Bei jeder Einspritzanlage ist somit das Druckentlastungsventil sehr genau den Gegeben­ heiten angepaßt. Bei der Großserienherstellung wird die Lage und Breite des Entlastungskolbens und damit dessen Hubvolumen- oder auch das Berücksichtigen eines Angleichanschliffes - gemäß den individuellen motorspezi­ fischen Forderungen durch entsprechende Steuerungen der Bearbeitungswerkzeuge in der Fertigungsautomation berücksichtigt.

Aufgrund der sensiblen Steuerwirkung des Druckentlastungs­ ventils ist die radiale Führung des Ventilgliedes in der Führungsbohrung von besonderer Bedeutung. Je länger der Schaft ist, desto besser ist die Führung, wobei für eine ausreichende Steuerungsqualität eine Mindestfüh­ rungslänge erforderlich ist. Ist beispielsweise die Führungslänge zu kurz, so wirkt sich beim Rütteln der Brennkraftmaschine und damit der Einspritzpumpe dieses in Form eines leichten Verkantens aus, was zu einem der obengenannten Fehler bei der Entlastung führen kann.

Der US-PS 21 83 313 sind verschiedene Beispiele eines solchen Druckventils entnehmbar. Eine nähere Beschreibung eines solches Druckventils, wie es in Millionen Stückzah­ len hergestellt wird, ist der Bosch-Druckschrift "Tech­ nische Unterrichtung Diesel Einspritzpumpen PE und PS", Ausgabe Juni 1981 entnehmbar - Bestellnummer: VDT-U2/1.

Besonders der US-PS ist entnehmbar, daß zwischen Ventil­ sitz und Schaftbeginn ein erheblicher Abstand vorhanden ist, der zur Anordnung des Entlastungskolbens verwendet wird. Dieser Abstand ist besonders dann groß, wenn ein großes Entlastungsvolumen vorgesehen ist, wobei je nach Breite des Entlastungskolbens letztlich in Extremfällen nur noch die Hälfte der Ventillänge für den Schaft zur Verfügung steht. Da jedoch ein solcher Schaft eine Mindest­ länge zur Erhaltung der Führungsqualität aufweisen muß, ergeben sich insbesondere für solche Fälle mit großem Entlastungsvolumen Druckentlastungsventile mit überlangen beweglichen Ventilgliedern. Da für die Gesamtventillänge auch die erforderliche Schließfederlänge berücksichtigt werden muß, ergeben sich bei großen Entlastungsvolumina räumlich schlecht unterbringbare Ventillängen. Außerdem erfordert dieser eine Typenzahlerhöhung, beispielsweise für die Ventilträger, was zu erhöhten Fertigungs- sowie Lagerhaltungskosten führt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Druckentlastungsventil für Kraft­ stoffeinspritzpumpen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Führung des Ventils über den Schaft hinaus wesentlich verlängert wird, nämlich bis zu der Bundkante des Entla­ stungskolbens, die den Ausnehmungen abgewandt ist. Diese Verlängerung wird vor allem durch das Wegfallen des Einstichs zwischen dem Entlastungsbund und den Ausnehmun­ gen erzielt. Bei einem Entlastungsventil für eine größere Rücksaugmenge, beispielsweise 50 mm³ wird die Führungs­ länge um 60% verlängert. Die Stirnwände der Ausnehmungen bilden gleichzeitig die Ringstirnwand des Entlastungskol­ bens, unterbrochen durch die verbleibenden Führungsstege des Schaftes. Weitere Vorteile bestehen auch darin, daß ein Fertigungsgang, nämlich der zur Herstellung des Einstichs wegfällt und daß die Typenzahl vermindert wird, d.h. daß für verschiedene Motoren und damit ver­ schiedene Entlastungsvolumina manche Teile wie beispiels­ weise die Ventilträger gleich sind ganz abgesehen von dem Vorteil der kleineren Baugeräte des gesamten Druckent­ lastungsventils bei großen Entlastungsvolumina.

Es sollten jedoch mindestens drei Ausnehmungen vorhanden sein, damit durch die verbleibenden drei Führungsstege eine gute radiale Führung des Ventilgliedes in der Führungs­ bohrung gewährleistet ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Ausnehmungen gleichmäßig auf den Umfang des Schaftes verteilt und es sind maximal sechs solcher Ausnehmungen vorhanden. Eine Optimierung des Ventils in Bezug auf Durchgangsquerschnitt der Ausnehmungen, der radialen Führung über die verbleibenden Stege und den Aufwand bei der Herstellung, wird erreicht, wenn nur drei bzw. vier Ausnehmungen vorhanden sind.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das bewegliche Ventilglied spanabhebend hergestellt, wobei das Werkzeug quer zur Ventilachse spanabhebend betätigt wird und die Entlastungskolbenseite vom Anschliff abhängt. Einerseits kann hierdurch sehr einfach eine parallel zum Ventilsitz verlaufende Abschluß­ kante der Ausnehmungen erzielt werden, so daß damit der Rücksaug sehr genau mit der axialen Stellung beim Eintauchen dieser Kante in die Führungsbohrung beginnt und andererseits können die Herstellungskosten verringert werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung der Zeich­ nung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist der Zeichnung entnehmbar und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 stark vereinfacht die Anordnung eines Druckentlastungsventils in einer teil­ weise und im Längsschnitt gezeigten Verteilereinspritz­ pumpe und Fig. 2 das erfindungsgemäße Druckentlastungsven­ til aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der in der Zeichnung dargestellten Verteilereinspritz­ pumpe von der als Ausschnitt nur der Verteilerkopf darge­ stellt ist, wird ein Pumpenkolben 1 entsprechend den angedeuteten Pfeilen durch nicht dargestellte Mittel in eine hin- und hergehende und gleichzeitig rotierende Bewegung angetrieben. Mit seiner dem Antrieb abgewandten Stirnseite 2 begrenzt er die eine Seite eines in einer Zylinderbüchse 3 vorhandenen Pumpenarbeitsraums 4. In den Pumpenarbeitsraum 4 mündet ein Saugkanal 5, der über im Pumpenkolben vorgesehene Längsnuten 6 steuer­ bar ist. Der Pumpenkolben 1 weist eine zentrale Axialboh­ rung 7 auf, von der eine Radialbohrung 8 abzweigt, die in eine ebenfalls im Pumpenkolben 1 angeordnete, in dessen Mantelfläche mündende Verteilernut 9 übergeht. Durch diese als Längsnut ausgebildete Verteilernut 9 werden nacheinander bei der Drehbewegung des Pumpenkol­ bens 1 in der Zylinderbüchse 3 beginnende Druckleitungen 11 mit dem Pumpenarbeitsraum 4 verbunden, wobei die Eingänge dieser Druckleitungen 11 gleichmäßig in der Zylinder­ büchse 3 um den Pumpenkolben 1 verteilt angeordnet sind und in der Anzahl der Anzahl der Hubbewegungen des Pumpen­ kolbens 1 während einer Umdrehung und damit der Anzahl der zu versorgenden Motorzylinder entsprechen. Auf dem Pumpenkolben 1 ist axial verschiebbar ein Regelschieber 12 angeordnet, der durch einen nicht dargestellten Drehzahl­ regler, der mit mechanischen oder elektrischen Mitteln arbeiten kann, axial auf den Pumpenkolben 1 verschiebbar ist. Mit dem Regelschieber 12 wird eine Querbohrung 13 der Axialbohrung 7 gesteuert, die in die Mantelfläche des Pumpenkolbens 1 mündet und nach Zurücklegung eines bestimmten, von der Lage des Regelschiebers abhängigen, Hubes des Pumpenkolbens 1 vom Regelschieber 12 freigelegt wird, so daß der Pumpenarbeitsraum 4 mit einem unter Förderpumpendruck stehenden Saugraum 14 verbunden ist, von dem auch der Saugkanal 5 abzweigt.

In den Druckleitungen 11, die zu je einer Einspritzdüse 15 am Motor führen, ist jeweils ein Druckentlastungsventil 16 angeordnet.

Wie vor allem Fig. 2 entnehmbar ist, weist das Druckven­ til 16 ein bewegliches Ventilglied 17 auf, dessen Schaft 18 in einer Führungsbohrung 19 eines Ventilträgers 21 geführt ist und in Schließrichtung durch eine Schließ­ feder 22 mit ihrem Schließkegel 23 zu einem Ventilsitz 24 hin belastet ist. Im Schaft 18 sind längsnutartige Ausneh­ mungen 25 vorgesehen, wobei der Schaft 18 für die Führung in der Führungsbohrung 19 radiale Führungsflächen 26 an den verbleibenden Stegen 27 aufweist. Diese Stege gehen in einem Bund stromauf des Schließkegels 23 über, der als Entlastungskolben 28 radial passend in der Führungs­ bohrung 19 gleitet und eine untere Stirnkante 31 aufweist, die in ihrem Kreisumlauf um das Ventilglied 17 um die Breite der Führungsflächen 26 der Stege 27 unterbrochen ist. Zwischen Schließkegel 23 und diesem Entlastungskolben 28 ist ein ringnutartiger Einstich 29 vorhanden.

Die Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet wie folgt: Während des nach unten gerichteten Saughubs des Pumpenkolbens 1 saugt dieser aus dem Saugraum 14 über den Saugkanal 5 und eine der Längsnuten 6 Kraftstoff in den Pumpenar­ beitsraum 4. Die Axialbohrung 7 und Querbohrung 13, sowie die Radialbohrung 8 und die Verteilernut 9 sind hierbei einerseits durch den Regelschieber 12 und anderer­ seits durch die Zylinderbüchse 3 gesperrt. Bei dem sich anschließend nach oben gerichteten Druckhub, bei dem der Pumpenkolben um einen entsprechenden Winkel verdreht wird, beispielsweise bei einer 6-Zylinderpumpe um 30°, ist dann durch den Pumpenkolben 1 der Saugkanal 5 gesperrt und die Radialbohrung 8 bzw. Verteilernut 9 durch eine der Druckleitungen 11 aufgesteuert, so daß der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 4 unter Druck über die Axialboh­ rung 7, die Radialbohrung 8, die Verteilernut 9 und die Druckleitung 11 zur Einspritzdüse 15 gefördert wird. Der Kraftstoff strömt dabei in dieser Druckleitung 11 über das Druckentlastungsventil 16. Zu Beginn der Druckför­ derung wird das bewegliche Ventilglied 17 dieses Druckent­ lastungsventils 16 entgegen der Schließfeder 22 verscho­ ben, wobei der Schließkegel 23 vom Ventilsitz 24 abhebt, so daß nach Zurücklegung eines bestimmten "Entlastungshu­ bes" der Entlastungskolben 28 aus der Führungsbohrung 19 austaucht und der geförderte Kraftstoff über die Ausnehmungen 27 zur Einspritzdüse 15 strömen kann. Nach Zurücklegung eines bestimmten Förderhubes des Pumpenkol­ bens 1 wird die Querbohrung 13 durch den Regelschieber 12 freigelegt, so daß der restliche Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 4 direkt zurück in den Saugraum 14 strömen kann. Je länger dieser Hub ist, also je höher der Regelschieber 12 nach oben geschoben ist, desto größer ist die zur Einspritzung gelangende Menge und umgekehrt. Nach Beendigung der Druckförderung schließt die Einspritzdüse 15 und nahezu gleichzeitig das Druckent­ lastungsventil 16. Bei der Schließbewegung des Druckent­ lastungsventils 16 gleiten die Führungsflächen 26 der Stege 27 in der Führungsbohrung 19, wobei nach Zurückle­ gung eines Vorhubes der Entlastungskolben 28 mit seiner unteren Stirnkante 31 in die Führungsbohrung 19 taucht, so daß der Entlastungskolben ab diesem Passieren der Stirnkante 31 am Ventilsitz 24, aus dem Druckleitungsab­ schnitt zwischen Druckentlastungsventil 16 und Einspritz­ düse 15 eine bestimmte Menge Kraftstoff aus diesem Leitungs­ abschnitt zurücksaugt, wodurch eine Druckentlastung stattfindet. Diese Entlastung ist beendet, wenn der Schließkegel 23 auf dem Ventilsitz 24 aufliegt. Das Entlastungsvolumen entspricht dem Querschnitt des Entla­ stungskolbens 28 mal dessen Höhe, wobei sich die Höhe bei geschlossenem Ventil von dem Abstand der Steuer­ kante 31 des Entlastungskolbens 28 bis zur Dichtstelle des Schließkegels 23 auf dem Ventilsitz 24 ergibt. Hier­ durch ist die Führungsfläche des Ventilgliedes über den Schaft 18 hinaus um die Breite des Entlastungskolbens 28 verlängert.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (6)

1. Druckentlastungsventil für Kraftstoffeinspritzpumpen

• - mit einem in einer Führungsbohrung (19) eines Ventil­ trägers (21) geführten, durch eine Schließfeder (22) in Schließrichtung belasteten und mit seinem Schließkegel (23) mit einem Ventilsitz (24) des Ventilträgers (21) zusammenwirkenden beweglichen Ventilglied (17),
• - mit einem Entlastungskolben (28) am Ventilglied (17), der beim Schließvorgang des Ventils radial passend in die Führungsbohrung (19) taucht und beim Fördervorgang austaucht
• - und mit einem stromauf oder stromab des Entlastungs­ kolbens (28) am Ventilglied (17) vorhandenen Schaft (18) der radial in der Führungsbohrung (19) geführt ist und in axialer Richtung verlaufende Ausnehmungen (25) für die Kraftstoffleitung bei geöffnetem Ventil aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (25) über die ganze Länge den gleichen Querschnitt aufwei­ sen,

• - daß mindestens drei Ausnehmungen (25) vorhanden sind,
• - daß die Längsstirnwand der Ausnehmungen (25) gleich­ zeitig als Entlastungskolbenstirnseite dient, so daß der Entlastungskolben (28) als Verlängerung des Führungsschaftes (18) ohne Unterbrechung der Führung wirkt.

2. Druckentlastungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmungen (25) gleichmäßig auf den Umfang des Schaftes (18) verteilt sind und auf maximal sechs beschränkt sind.

3. Druckentlastungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkegel (23) stromab des Entlastungskolbens (28) angeordnet ist und zwischen Schließkegel (23) und Entlastungskolben (28) ein ringnutförmiger Einstich (29) vorhanden ist.

4. Druckentlastungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein spanabhebendes Herstellungsverfahren, bei dem das Werkzeug quer zur Ventilachse spanabhebend betätigt wird.

5. Druckentlastungsventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß drei Ausnehmungen (25) vorhanden sind und daß diese durch drei gleichzeitig bearbeitende rotierende Werkzeuge (Schleifscheiben) erzeugt werden.