DE3928315A1 - Absteuerventil fuer die kraftstoffeinspritzpumpe einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Absteuerventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei einem aus der DE-OS 35 11 492, F 02 M 51/04, bekannten Absteuerventils die­ ses Aufbaus ist eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung so ausgebildet bzw. so angesteuert, daß sie das Ventilschließglied in seine zweite Axialstellung bewegt, in der es also eine Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Absteuerauslaß freigibt, wäh­ rend zum Bewegen des Ventilschließglieds in seine erste Stellung, in der es diese Ver­ bindung unterbricht, eine Druckfeder dient. Zwecks Minimierung der von der Betätigungs­ vorrichtung zum Bewegen des Ventilschließglieds in seine zweite Axialstellung aufzu­ bringenden Kraft sowie zur Minimierung der zum Bewegen des Ventilschließglieds in sei­ ne erste Axialstellung erforderlichen Federkraft ist das Ventilschließglied bzw. sein Ventilsitz so ausgebildet, daß das Ventilschließglied in seiner ersten Axialstellung keine dem Kraftstoffdruck in axialer Richtung ausgesetzten Flächen aufweist (druckausgegli­ chenes Ventilschließglied). Unmittelbar nach Abheben des Ventilschließglieds von seinem Ventilsitz gibt dieser aber derartige Druckflächen frei, so daß die elektromagnetische Kraft der Betätigungsvorrichtung nunmehr durch den Kraftstoffdruck letztlich im Druck­ raum, der mit einem Arbeitsraum der Kraftstoffpumpe in Verbindung steht, unterstützt wird.

Statt einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung kann auch eine piezoelektrische Einsatz finden.

Ein derartiges Absteuerventil bietet die vorteilhafte Möglichkeit, bereits vor Beendigung des Arbeitshubs des eigentlichen Pumpenkolbens durch Verringerung des Kraftstoffdrucks im Druckraum, der mit den Kraftstoffeinspritzventilen der Brennkraftmaschine in Verbin­ dung steht, den Einspritzvorgang zu beenden. Das erneute Absperren des Absteuerven­ tils, also das Bewegen seines Ventilschließglieds in seine erste Axialstellung, erfolgt durch die zugeordnete Feder bei aberregter Betätigungsvorrichtung nach dem Ende des Arbeitshubs des eigentlichen Pumpenkolbens, also nach dem Ende des Pumpenförderhubs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absteuerventil der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß mit einfachen Mitteln die Arbeitsgeschwindigkeit des Ventils erhöht ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Un­ teransprüche.

Bei der Erfindung wird also in vorteilhafter Weise die Axialbewegung des Servoschie­ bers in seine den zusätzlichen Absteuerquerschnitt freigebende Stellung durch die elek­ tromagnetische Betätigungsvorrichtung über die Bewegung des Ventilschließglieds aus seiner ersten Axialstellung nur eingeleitet, nämlich insofern, als dann die eigentliche Axialbewegung des Servoschiebers durch den auf jetzt freiliegende Druckflächen an diesem einwirkenden Kraftstoffdruck hervorgerufen wird. Der hierzu erforderliche Kraftstoffdruck wird durch die Größe dieser Druckflächen und die Auslegung der Feder bestimmt. Außer der Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Druckraum einerseits und dem Absteuerauslaß andererseits, wodurch der Beginn des jeweiligen Einspritzvor­ ganges definiert wird, stellt das erfindungsgemäße Absteuerventil also zwei Abströmquer­ schnitte ein, nämlich zunächst einen kleineren Absteuerquerschnitt allein durch Abheben des Ventilschließglieds von seinem Ventilsitz, wobei der Servoschieber noch am Anschlag auf dem Ventilschließglied aufliegt und der Einspritzvorgang praktisch nicht beeinflußt wird, sowie einen größeren Absteuerquerschnitt durch kraftstoffdruckabhängige Axialbe­ wegung des Servoschiebers, wodurch der zusätzliche Absteuerquerschnitt, d. h. der zu­ mindest eine Querkanal im Ventilschließglied, freigegeben wird. Diese Stellung von Ven­ tilschließglied und Servoschieber bestimmt infolge des damit auftretenden Kraftstoff­ druckeinbruchs die Beendigung des jeweiligen Einspritzvorganges. Da demgemäß das massearme Ventilschließglied nur einen kleinen Hub auszuführen braucht, kann die elektrische Betätigungsvorrichtung sehr schnelle Bewegungen desselben hervorrufen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die Axialschnitte durch das Absteuerventil bei verschiedenen Betriebszuständen wieder­ gibt. Dabei sind in allen Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet. Durch Pfeile sind in verschiedenen Figuren die Kraftstoffströmungsrichtungen angedeutet.

Betrachtet man zunächst die Gesamtdarstellung des Absteuerventils in Fig. 1, so ist bei 1 die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung des Ventils mit Elektromagnetspu­ le 2 und Anker 3 angedeutet. Mit 4 ist der elektrische Anschluß, mit 5 der Kraftstoff­ zulauf des Absteuerventils bezeichnet.

ln dem an die nicht dargestellte Kraftstoffpumpe anschraubbaren Ventilkörper 6 er­ kennt man als wesentliche Ventilbestandteile das Ventilschließglied 7 mit dem Axial­ kanal 8 und den oberen bzw. unteren Querkanälen 9 bzw. 10, den auf diesem entgegen der Wirkung der Druckfeder 11 in der druckentlasteten Federkammer 12 verschiebbar angeordneten Servorschieber 13, den Druckraum 14 im Bereich des der Betätigungs­ vorrichtung 1 abgekehrten Endes des Ventilschließglieds 7 und die Abschlußplatte 15, die Ventilsitze 16 und 17 für den Ventilschließkörper 7 und den Servoschieber 13 in solcher Ausbildung trägt, daß in dem in Fig. 1 dargestellten Zustand des Ventils, also bei Aufsitzen des Ventilschließglieds 7 und des Servoschiebers 13 auf den Ventilsitzen 16 und 17, diese beiden Ventilbauteile keine dem Kraftstoffdruck im Druckraum 14 in axialer Richtung ausgesetzten Druckflächen besitzen. Beide Bauteile 7 und 13 sind al­ so druckentlastet.

Die Abschlußplatte 15 weist ferner zum Druckraum führende Kraftstoffeinlässe 18 und den Absteuerauslaß 19 auf, der koaxial in Fortsetzung des Axialkanals 8 sowie koaxial zu den Ventilsitzen 16 und 17 verläuft. Die Öffnungen 18 und 19 münden hoch- bzw. niederdruckseitig in die eigentliche Kraftstoffpumpe ein. Da diese einen an sich bekann­ ten Aufbau besitzt, wie er im Prinzip auch in der zitierten DE-OS 35 11 492 angegeben ist, braucht hierauf im einzelnen nicht eingegangen zu werden.

An seinem der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 1 zugekehrten Ende ist das Ventilschließglied 7 durch die Membran 20 hindurchgeführt, die zwischen der Stützschei­ be 21 und dem Membrananschlag 22 eingespannt ist und den Federraum 12 abdichtet.

Die Arbeitsweise dieses Absteuerventils wird nun anhand der Fig. 2 bis 6 erläutert:

In Fig. 2 ist angenommen, daß das Ventilschließglied 7 sich in seiner zweiten Axialstel­ lung befindet, also den Absteuerauslaß 19 freigibt, allerdings mit einem infolge der dar­ gestellten Lage des Servoschiebers 13 an seinem Anschlag 23 begrenzten Absteuerquer­ schnitt. Der Kraftstoffdruck im Druckraum 14 liegt unterhalb des zum Verschieben des Servorschiebers 13 in Richtung nach oben entgegen der Wirkung der Feder 11 erforder­ lichen Mindestwerts.

In Fig. 3 ist durch Abschalten der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 1 das Ventilschließglied 7 in seine erste Axialstellung verschoben, in der es durch Auflage auf seinem Ventilsitz 16 den Absteuerauslaß 19 verschließt, d. h. seine Verbindung mit dem Druckraum 14 und damit letztlich mit der Druckseite der Kraftstoffpumpe unterbindet. Unter der Wirkung der Feder 11 ist auch der Servoschieber 13 unter Auflage auf seinem Anschlag 23 bis zur Abstützung auf seinem Ventilsitz 17 dieser Bewegung des Ventil­ schließglieds 7 gefolgt. Damit ist jegliche Verbindung zwischen Absteuerauslaß 19 und Druckraum 14 unterbrochen, so daß das Drucksystem hydraulisch abgeschlossen ist und der Kraftstoffdruck an den Kraftstoffeinspritzventilen einen so hohen Wert erreicht, daß diese öffnen; damit bestimmt das Absteuerventil (während des Förderhubs der Kraft­ stoffpumpe) den Einspritzbeginn.

In Fig. 4 ist angenommen, daß durch Erregung der Betätigungsvorrichtung 1 der Ventil­ schließkörper 7 aus seiner in Fig. 3 dargestellten ersten Axialstellung in seine zweite Axialstellung bewegt worden ist, in der er unter Bildung eines kleinen Absteuerquer­ schnitts von seinem Ventilsitz 16 abgehoben hat. Der Beginn dieser Bewegung erfordert zwar eine gewisse Mindestkraft der Betätigungsvorrichtung, da das Ventilschließglied 7 über den Anschlag 23 auch den Servoschieber 13 zunächst allein entgegen der (aller­ dings recht geringen) Kraft der Feder 11 anheben muß; sobald aber der Servoschieber etwas von seinem Ventilsitz abgehoben ist, werden die der Abschlußplatte 15 zugekehr­ ten unteren Flächen der beiden Ventilteile 7 und 13 frei, so daß der Kraftstoffdruck im Druckraum 14 die Ventilteile 7 und 13 in Richtung nach oben beschleunigt.

Ist der Kraftstoffdruck in dem Druckraum 14 groß genug, so bewirkt er, wie in Fig. 5 dargestellt, eine Verschiebung des Servoschiebers 13 relativ zum Ventilschließglied 7 in Richtung nach oben, so daß durch Freigabe der unteren Querkanäle 10 im Ventilschließ­ glied 7 ein zusätzlicher Abströmquerschnitt, d. h. eine zusätzliche Strömungsverbindung zwischen Druckraum 14 einerseits und Absteuerauslaß 19 andererseits, gebildet wird. Dies hat einen Druckeinbruch im Hochdrucksystem zur Folge, der das Schließen der Ein­ spritzventile und damit das Einspritzende zur Folge hat. Da die Zeit zwischen Einspritz­ beginn (Fig. 3) und Einspritzende (Fig. 5) die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt, ermöglicht das erfindungsgemäße Absteuerventil also während des Förderhubs der Ein­ spritzpumpe in weiten Grenzen eine vollständige Bestimmung des Einspritzvorganges. Zu diesem Zweck wird in vorteilhafter Weise die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung von einem Mikroprozessor entsprechend den verschiedenen Arbeitsparametern der Brenn­ kraftmaschine angesteuert.

Sobald nun der Kraftstoffdruck im Druckraum 14 einen Mindestwert unterschreitet, schiebt die Druckfeder 11 den Servoschieber 13 wieder in den Figuren nach unten ge­ gen seinen Anschlag 23, so daß sich, wie in Fig. 6 dargestellt, wieder die Ausgangs­ lage der verschiedenen Bauteile einstellt.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine durch Ausnutzung der Druckverhältnisse nur gerin­ ge Steuerenergie erfordernde Konstruktion für ein Absteuerventil einer Kraftstoffpumpe geschaffen, das weitgehende Freiheit hinsichtlich der zeitlichen Einstellung von Ein­ spritzvorgängen während des Förderhubs der Kraftstoffpumpe bietet und mit hoher Ge­ schwindigkeit arbeitet.

Claims (4)

1. Absteuerventil für die Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem unter Mitwirkung einer elektrischen Betätigungsvorrichtung axial zwischen zwei Stel­ lungen verschiebbaren, einen Axialkanal aufweisenden Ventilschließglied, das mit sei­ nem der Betätigungsvorrichtung abgekehrten freien Ende, in das der Axialkanal aus­ läuft, im Bereich eines Druckraums in einer ersten Axialstellung auf einem Ventilsitz dichtend aufsitzt und dabei den Druckraum von einem Absteuerauslaß trennt, dagegen in seiner zweiten, bei Erregung der Betätigungsvorrichtung eingenommenen Axialstel­ lung eine Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Absteuerauslaß freigibt, wo­ bei das Ventilschließglied in seiner ersten Axialstellung praktisch keine dem Kraft­ stoffdruck in Axialrichtung ausgesetzten Flächen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ventilschließglied (7) verschiebbar ein durch eine Feder (11) in Richtung auf einen Ventilsitz (17) gegen einen Anschlag (23) nahe dem freien Ende des Ventil­ schließglieds (7) vorgespannter hülsenförmiger Servoschieber (13) angeordnet ist, der nur durch einen Mindestdruck im Druckraum (14) bei in seine zweite Axialstellung bewegtem Ventilschließglied (7) von dem Anschlag (23) abhebt und zumindest einen Querkanal (10) im Ventilschließglied (7) zur Bildung eines zusätzlichen Absteuerquer­ schnitts zwischen dem Absteuerauslaß (19) und dem Druckraum (14) freigibt.

2. Absteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absteuerauslaß (19) koaxial zum Ventilschließglied (7) und zum Auslauf des Axialkanals (8) verläuft und konzentrisch von den Ventilsitzen (16, 17) umschlossen ist.

3. Absteuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (16) für das Ventilschließglied (7) von dem dem Servoschieber (13) zugeordneten weiteren Ven­ tilsitz (17) solcher Ausbildung umschlossen ist, daß auch dieser (13) bei Auflage auf seinem Ventilsitz (17) praktisch keine dem Kraftstoffdruck in Axialrichtung ausge­ setzten Flächen besitzt.

4. Absteuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Feder (11) aufnehmender druckentlasteter Federraum (12) zur Leckölabfuhr über zumindest einen kalibrierten Querkanal (9) im Ventilschließglied (7) dauernd mit dem Axialkanal (8) in Verbindung steht.