Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Druckventil nach der Gattung des Pa
tentanspruchs 1 aus. Dabei ist der Querschnittsübergang von der
Ringnut des Führungskörpers des Druckventilschließgliedes zu dessen
Dichtfläche ein wichtiges Kriterium für das Strömungsverhalten des
Mediums an dieser Stelle. Durch die EP-B-01 43 296, Fig. 2 ist ein
Druckventil dieser Art bekannt, bei dem die eine seitliche Begren
zungswand der Ringnut durch die kegelförmig verlaufende Dichtfläche
des Druckventilschließgliedes gebildet wird. Diese Ausführungsart
weist gute Strömungseigenschaften auf, da der Kraftstoff laminar
zwischen Ventilkörper und Druckventilschließglied durchströmen kann,
ohne auf eine eine turbulente Strömung verursachende Kante zu sto
ßen. Der Nachteil dieses Querschnittsübergangs liegt jedoch in sei
nem zeitlichen Öffnungsquerschnittsverlauf. So wird während des Hubs
des Druckventilschließgliedes durch den Kraftstoff, nicht genügend
Durchtrittsfläche freigegeben. Dieser Nachteil wurde in anderen be
kannten Druckventilen, z. B. DE-B-3 56 35 533, durch einen Absatz ver
mieden. Hier geht die seitliche Begrenzungswand der Ringnut, die ei
nen rechteckigen Querschnitt aufweist unmittelbar in die kegelförmig
verlaufende Dichtfläche über. Diese Ausführungsform bringt zwar ei
nen raschen Öffnungsquerschnitt durch das schnelle Auseinanderlaufen
der Berührungskanten der Dichtflächen mit sich, ist aber sehr strö
mungsungünstig, da es am Übergang zwischen Ringnut und Dichtfläche
zu einer Kante mit starker Strömungsumlenkung kommt. An dieser Kante
treten starke Turbulenzen im Kraftstofffluß auf, die einen Energie
verlust, sowie verstärkte Kavitations- und Erosionsneigungen zur
Folge haben können.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Druckventil mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß ohne eine Drosselung des
Kraftstoffstromes im Ventilsitzbereich und der damit verbundenen
günstigen Strömungsführung ein rasches Öffnen eines großen Durch
trittsquerschnitts gewährleistet werden kann. Über eine Quer
schnittsänderung in Form eines Radius, einer Parabel oder einer Kom
bination aus schräger Kante und Radius werden die Nachteile der be
kannten Lösungen vermieden. Diese erfindungsgemäße Lösung ermöglicht
somit einen störungsfreien Einsatz in Kraftstoffeinspritzpumpen und
ist vor allem für solche mit hohen Kraftstoffdrücken interessant, da
sich die beschriebenen Nachteile der bekannten Lösungen bei hohen
Kraftstoffdrücken besonders deutlich zeigen. Weitere Vorteile und
vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der
nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen ent
nehmbar.
Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar
gestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigen die Fig. 1
einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Druckventil in ge
schlossenem Zustand, die Fig. 2 den Querschnittsübergang von der
Ringnut zur Dichtfläche des Druckventilschließgliedes in Form eines
Radius, die Fig. 3 den Querschnittsübergang in Form einer Parabel
und die Fig. 4 den Querschnittsübergang entsprechend der Fig. 2
aus einer Kombination aus schräger Kante und einem Radius. Die Fig.
2, 3 und 4 beschränken sich dabei auf die Darstellung des we
sentlichen Teils der Patentanmeldung.
Beschreibung
Die Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Druckventil, wobei durch den
markierten Kreis die erfindungsgemäße Ausgestaltung vergrößert in
den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist. Das Druckventil befindet sich
in einer nicht dargestellten Förderleitung zwischen einem Pumpenar
beitsraum einer Kraftstoffeinspritzpumpe und einem Einspritzventil.
Es wird in einem ebenfalls nicht näher dargestellten Gehäuse geführt
und besteht aus einem rohrförmigen, in diesem Ausführungsbeispiel
mit einem Bund 11 versehenen Ventilkörper 1, der an seiner dem Bund
11 abgewandten Seite, des einen Durchgangskanal 3 bildenden Innen
durchmessers einen kegelförmigen Ventilsitz 2 aufweist und einem zy
linderförmigen Druckventilschließglied 4, das im Durchgangskanal 3
axial beweglich geführt ist. Das Druckventilschließglied 4 besteht
auf seiner in den Durchgangskanal 3 des Ventilkörpers 1 ragenden
Seite aus einem Führungskörper 6 mit vier Führungsflügeln 12, zwi
schen denen Durchtrittsquerschnitte in Verbindung mit dem Durch
gangskanal 3 gebildet werden. Im Anschluß an diesen Führungskörper 6
bildet das Ventilschließglied 4 über eine Querschnittserweiterung
eine kegelförmige Dichtfläche 8 und in weiterer axialer Fortführung
verjüngt sich dessen Durchmesser wieder und bildet dabei einen
rechtwinkligen Absatz 13 an der Umfangsfläche des Ventilschließglie
des 4. Dieser Absatz 13 bildet eine Auflagefläche für eine als Ring
feder ausgebildete Druckfeder 5, die das Druckventilschließglied 4
umfaßt, sich andererseits ortsfest am Druckventilgehäuse abstützt
und das Druckventilschließglied 4 axial belastet. In den Führungs
körper 6 des Ventilschließgliedes 4 ist eine direkt an die Dichtflä
che 8 des Druckventilschließgliedes 4 angrenzende Ringnut 7 angeord
net, die die Führungsflügel 12 und die Dichtfläche 8 voneinander
trennt und dabei einen Übergangs- oder Sammelbereich zwischen dem
Durchtrittsquerschnitt im Führungsflügelbereich und dem Durchtritts
querschnitt zwischen dem Ventilsitz 2 und der Dichtfläche 8 des
Druckventilschließgliedes 4 bildet. Der Kegelwinkel der Dichtfläche
8 des Druckventilschließgliedes 4 ist größer ausgeführt, als der ei
ner Dichtfläche 10 auf dem Ventilsitz 2. Somit erfolgt das Ver
schließen des Druckventils über ein Aufsetzen der Dichtfläche 8 des
Ventilschließgliedes 4 auf eine die Dichtfläche 10 in Richtung
Druckfeder 5 begrenzende Kante 20 des Ventilsitzes 2. Dabei ist der
Durchmesser des Kantenverlaufes 20 größer als der des Durchgangska
nals 3, wogegen der Durchmesser einer an die Ringnut 7 grenzenden
Kante 9 der Ventildichtfläche 8 geringfügig kleiner ist als der des
Durchgangskanals 3. Die Form der an die Dichtfläche 8 angrenzenden
seitlichen Begrenzungswand 14 der Ringnut 7 vom Innendurchmesser der
Ringnut 7 zum Durchmesser der Kante 9 hat dabei einen wesentlichen
Einfluß auf den Strömungsverlauf des übertretenden Kraftstoffes und
auf den zeitlichen Verlauf des Ventilöffnungsquerschnittes. Am er
findungsgemäßen Druckventil ist eine Form einer seitlichen Begren
zungswand 14, die den Querschnittsübergangsbereich von der Ringnut 7
zur Dichtfläche 8 kennzeichnet, gemäß Fig. 2 im Längsschnitt durch
die Längsachse des Druckventils kreisbogenförmig mit einem Radius 16
ausgebildet, der an der dem Führungskörper 6 zugewandten Kante 9 der
kegelförmigen Dichtfläche 8 des Druckventilschließgliedes 4 beginnt.
Eine Ausführungsform, die der Forderung nach günstigen Strömungsver
läufen und einem raschen Öffnen des Ventilquerschnittes sehr gut
nachkommt, wird erreicht, wenn der Radius 16 der seitlichen Begren
zungswand 14 als Betrag der Differenz zwischen dem Radius des Durch
gangskanals 3 und dem Querschnittsradius der Ringnut 7 ausgeführt
ist. Eine weitere Ausgestaltung des Querschnittsüberganges zeigt die
Fig. 3, bei der die seitliche Begrenzungswand 14 im Längsschnitt
parabelförmig ausgeführt ist. Analog zur Fig. 2 zeigt die Fig. 4
eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung des Querschnittsübergan
ges von der Ringnut 7 zur Dichtfläche 8. Hier beginnt die seitliche
Begrenzungswand 14 an der Kante 9 der Dichtfläche 8 mit einer schrä
gen Kante 17 die im weiteren Verlauf in einen Radius 16 übergeht.
Mit den in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ist
es möglich, trotz eines günstigen zeitlich raschen, großen Öffnungs
querschnitts eine gute Strömungsführung des durchtretenden Kraft
stoffes zu erreichen und Drosselungen bzw. Verwirbelungen im Ventil
sitzbereich zu vermeiden, was wiederum die Reduzierung von Ero
sions- und Kavitationsschäden zur Folge hat. Das beschriebene Druck
ventil arbeitet wie bekannt, in dem der durch den Führungskörper 6
gegen die Dichtfläche 8 des Ventilschließgliedes 4 anströmende
Kraftstoff dieses gegen die Kraft der Druckfeder 5 von dem Ventil
sitz 2 hebt, wobei ein Öffnungsquerschnitt zwischen dem Ventilsitz 2
und der Dichtfläche 8 am Ventilschließglied 4 freigesetzt wird, über
den der Kraftstoff ins Druckventilgehäuse und von dort in eine Ein
spritzleitung strömt. Mit Hilfe eines strömungsgünstigen Quer
schnittsüberganges an Druckventilen für Kraftstoffeinspritzpumpen
zwischen der Dichtfläche 8 des Druckventilschließgliedes 4 und dem
Führungskörper 6, sind somit hohe Einspritzdrücke und kurze Ventil
öffnungszeiten möglich, ohne damit die Lebensdauer der Druckventile
zu verkürzen.