DE4240303A1 - Druckventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Druckventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen aus der US-A-4577606, Fig. 3, bekannten Druckventil, das in einer Förderleitung zwischen einem Pumpenarbeitsraum und einer Einspritzstelle angeordnet ist, wird durch ein unter hohem Druck stehendes Medium, das dem Druckventil aus dem Pumpenarbeitsraum über die Förderleitung zugeführt wird, ein Flachsitzventilschließglied gegen die Kraft einer Feder von seinem Ventilsitz abgehoben, wodurch das Druckventil in Richtung Einspritz­ stelle öffnet. Am Ende der Hochdruckförderung im Pumpenarbeitsraum kehrt das Flachsitzventilschließglied auf seinen Sitz zurück. Zu­ gleich schließt ein Einspritzventil an der Einspritzstelle, wodurch in dem eingeschlossenen Volumen zwischen Druckventil und Einspritz­ stelle Druckwellen hin- und herlaufen, die in der Lage sind das Ein­ spritzventil erneut zu öffnen. Um dies zu vermeiden, ist im Inneren des Flachsitzventilschließgliedes eine Durchgangsöffnung angeordnet, die einen Ventilsitz für ein in Richtung Pumpenarbeitsraum öffnendes Rücklaufventil bildet, über das sich das Druckniveau in der Förderleitung auch nach dem Schließen des Flachsitzventilschließgliedes auf einen Standdruck abbauen kann, der durch die Vorspannung der Rückstellfeder des Rücklaufventils bestimmt ist.

Dabei tritt bei dem bekannten Druckventil der Nachteil auf, daß durch die Verwendung eines in das Pumpengehäuse eingesetzten Ventil­ halters dieser zusätzlich gegenüber der Förderleitung abgedichtet werden muß, was neben einem erhöhten Bauraum und Bauaufwand auch eine hohe Fertigungsgenauigkeit erfordert.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Druckventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, daß durch die direkte Führung des Rücklaufventilgliedes in einer Bohrung in der Zylinderbüchse auf einen zusätzlichen Ventilhalter verzichtet werden kann, was eine kompakte, symmetrische und im Bauraum verringerte Ausführung des Druckventils mit seinen Kostenvorteilen zur Folge hat. Durch dieses direkte Einbringen des Druckventils in eine Bohrung des Pumpengehäuses kann zudem auf zusätzliche Bauteile und Dichtflächen, außer den rein funktionalen des Druckventils ver­ zichtet werden, was den Fertigungsaufwand senkt und wegen des geringeren Platzbedarfs im Pumpengehäuse zudem die Festigkeit und damit die Haltbarkeit der das Druckventil aufnehmenden Bauteile erhöht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, das zylinderförmige Rücklaufventilglied in der Bohrung des Gehäuses oder der Zylinder­ büchse gleiten zu lassen und das Flachsitzventilglied wiederum mit einer Innenbohrung auf der zylinderförmigen Umfangsfläche des Rück­ laufventilgliedes anzuordnen, da somit eine Auflage des Flachsitz­ ventilgliedes auf einem axialen Ventilsitz der Bohrung in der Zylinderbüchse als auch die Anlage des Rücklaufventilgliedes an einem Ventilsitz innerhalb des Flachsitzventilgliedes möglich ist, ohne für das Flachsitzventilglied eine zusätzliche Führungsfläche innerhalb der das Druckventil aufnehmenden Bohrung bearbeiten zu müssen. Die das Druckventil aufnehmende Bohrung in der Zylinder­ büchse bildet dabei in vorteilhafter Weise gemäß Anspruch 2 einen Absatz über eine Durchmesserverringerung, der als Flachsitz für die axiale Dichtfläche des Flachsitzventils dient. Durch die vorteil­ hafte Ausgestaltung des Rücklaufventilgliedes gemäß Anspruch 3 ist es bei einer sicheren Schließfunktion über die kegelförmige Dicht­ fläche möglich, über die Sacklochbohrung einen möglichst großen Anströmquerschnitt zum Aufstoßen des Flachsitzventilgliedes zu erreichen und über die Radialbohrungen den Durchtrittsquerschnitt des überströmenden Kraftstoffes trotzdem sehr groß zu gestalten. Um den Durchflußwiderstand in Richtung zur Einspritzstelle zu ver­ ringern sind zudem Abflachungen am Rücklaufventilglied in Höhe der Austritte der Radialbohrungen angeordnet. Der Anschlag für die Öffnungsbewegung des Rücklaufventils und die Anlagefläche für die auf dieses wirkende Rückstellfeder sind gemäß Anspruch 4 und 5 durch Absätze gebildet, die durch einfach herzustellende Durchmesserver­ ringerungen der das Druckventil führenden Bohrung entstanden sind. Die das Druckventil aufnehmende Bohrung in der Zylinderbüchse ist von der dem Pumpenarbeitsraum abgewandten Seite gemäß Anspruch 8 in vorteilhafter Weise in axialer Verlängerung der den Pumpenkolben aufnehmenden Zylinderbohrung in das Pumpengehäuse eingebracht und wird dort gemäß Anspruch 6 und 7 von einer Verschlußschraube im Gehäuse verschlossen, die ein problemloses Einsetzen des Druck­ ventils ermöglicht und zudem einen in die Bohrung ragenden Ansatz aufweist, der die Öffnungsbewegung des Flachsitzventils begrenzt, wobei der Bund der Verschlußschraube zugleich als Anlagefläche für die auf das Flachsitzventil wirkende Ventilfeder dient. Der Hoch­ druckanschluß ist als in die Bohrung mündende Radialbohrung ausgeführt, was eine hohe Flexibilität hinsichtlich seiner Lage zur Folge hat.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungs­ gemäßen Druckventils sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen das erfindungsgemäße Druckventil aufnehmenden Teil einer Kraftstoffeinspritzpumpe und die Fig. 2 einen Schnitt durch das Druckventil der Fig. 1, in dem die Anordnung der Abflachungen an dessen Umfangsfläche dargestellt ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer Kraft­ stoffeinspritzpumpe, in deren Gehäuse 1 eine Zylinderbüchse 3 mit einer als Sackloch ausgebildeten Zylinderbohrung 5 eingesetzt ist, in der ein Pumpenkolben 7 axial geführt ist und einen Pumpenarbeits­ raum g begrenzt, der über eine Förderleitung 11 mit einer aus einem Einspritzventil 13 gebildeten Einspritzstelle in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine verbunden ist. In diese Förder­ leitung 11 ist in einer sich an die Zylinderbohrung 5 axial an­ schließenden Bohrung 15 in der Zylinderbüchse 3 ein als Gleichdruck­ ventil ausgeführtes Druckventil 17 angeordnet, das ein in Richtung Einspritzventil 13 öffnendes Flachsitzventilglied 19 und ein in Richtung Pumpenarbeitsraum g öffnendes Rücklaufventil 21 aufweist. Zur Aufnahme des Druckventils 17 ist die Bohrung 15 als Stufen­ bohrung ausgeführt, deren Durchmesser sich in Richtung Pumpen­ arbeitsraum g über mehrere Absätze verringert. Der pumpenarbeits­ raumnahe Teil des Rücklaufventilgliedes 21 ist zylinderförmig und mit seiner Umfangsfläche in einem mittleren Bereich 23 der Bohrung 15 axial geführt. Die dem Pumpenarbeitsraum 9 abgewandte Stirnseite des Rücklaufventilgliedes 21 verjüngt sich konisch und bildet so eine kegelförmige Dichtfläche 25. Das Flachsitzventilglied 19 ist ebenfalls zylinderförmig ausgebildet, weist jedoch einen größeren Außendurchmesser als das Rücklaufventilglied 21 auf und ist in einem Bereich 27 mit entsprechend größerem Durchmesser der gestuften Bohrung 15 angeordnet, die mit einem Absatz 45 in den im Durchmesser kleineren, mittleren Bereich 23 übergeht. Die Umfangsfläche des Flachsitzventilgliedes 19 berührt die Wand der gestuften Bohrung 15 nicht. Das Flachsitzventilglied 19 hat eine gestufte Durchgangs­ bohrung 29, die von der pumpenarbeitsraumnahen Stirnseite mit einem großen Durchmesser beginnt, sich dann konisch unter Bildung eines Ventilsitzes 31 verjüngt, mit einem mittleren Durchmesser weiter­ verläuft und sich dann noch einmal auf einen sehr kleinen Durch­ messer verringert, der an dieser Stelle eine Drosselstelle 33 bildet. An seinem Außenumfang weist das Flachsitzventilglied 19 auf seiner dem Pumpenarbeitsraum 9 abgewandten Seite einen Ringabsatz 35 auf, an dem eine erste Ventilfeder 37 angreift, die sich anderer­ seits an einem Bund 39 einer den Bereich 27 der gestuften Bohrung 15 an dem dem Pumpenarbeitsraum 9 abgewandten Ende verschließenden Verschlußschraube 41 abstützt und so das Flachsitzventilglied 19 mit seiner, eine axial weisende Dichtfläche 43 bildenden, pumpenarbeits­ raumnahen ringförmigen Stirnseite in Anlage an den einen Flach­ ventilsitz bildenden Absatz 45 gepreßt hält. Die Dichtfläche 43 ist dabei gegenüber der zylindrischen Wand des Bereichs 27 der Stufen­ bohrung durch einen Einstich abgesetzt, um eine einwandfrei zu bearbeitende Dichtfläche zur Verfügung zu stellen. Das Flachsitz­ ventilglied 19 ist mit seinem großen Durchmesser der Durchgangs­ öffnung 29 auf der dem Pumpenarbeitsraum 9 zugewandten Seite gleitend auf dem aus dem das Rücklaufventilglied 21 führenden Bohrungsteil 23 ragenden Bereich des zylindrischen Außenumfangs des Rücklaufventilgliedes 21 geführt. Dabei wird das Rücklaufventilglied 21 mit seiner kegelförmigen Dichtfläche 25 von einer zweiten Ventil­ feder 47, die schwächer ist als die Ventilfeder 37 in Anlage an dem konischen Ventilsitz 31 des Flachsitzventilgliedes 19 gehalten, wobei sich diese Ventilfeder 47 zum einen an einem Ringabsatz 48 an der dem Pumpenarbeitsraum 9 zugewandten Stirnseite des Rücklauf­ ventilgliedes 21 und zum anderen an einem durch eine Durchmesserver­ ringerung der gestuften Bohrung 15 im pumpenarbeitsraumseitigen An­ schluß an deren mittleren Bereich 23, entstandenen Absatz 49 abstützt.

Um den Durchtritt des im Pumpenarbeitsraum 9 auf einen hohen Druck verdichteten Kraftstoffs durch das Druckventil 17 zu ermöglichen, weist das Rücklaufventilglied 21 eine von der dem Pumpenarbeitsraum 9 zugewandten Stirnseite ausgehende axiale Sackbohrung 51 auf, in die vier Radialbohrungen 53 münden. Um einen ungehinderten Kraft­ stoffdurchfluß zum Flachsitzventilglied 19 und zugleich eine sichere Gleitführung zu gewährleisten, weist das Rücklaufventilglied 21, wie in der Fig. 2 dargestellt, zudem Abflachungen 55 an seiner Umfangsfläche auf, die sich vom Austritt der Radialbohrungen 53 bis zum Beginn der Dichtfläche 25 erstrecken. Zur Begrenzung der Öffnungsbewegung des Druckventils 17 sind Anschläge vorgesehen, wobei ein in die Bohrung 15 ragender zylindrischer Ansatz 57 der Verschlußschraube 41 mit seiner Stirnseite einen Anschlag 59 für das Flachsitzventilglied 19 und ein zwischen dem Absatz 49 und dem mittleren Bohrungsabschnitt 23 angeordneter, durch einen gestuften Bohrungsdurchmesser gebildeter weiterer Absatz einen Anschlag 61 für das Rücklaufventilglied 21 bildet. Die Weiterführung der Förder­ leitung 11 nach dem Druckventil 17 erfolgt über einen Hochdruck­ anschluß 63 der im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine in die Bohrung 15 mündende Querbohrung gebildet wird, wobei hier auch eine axiale Verlängerung der gestuften Bohrung 15 möglich wäre, indem der Hochdruckanschluß aus einer Buchse gebildet wird, die in axialer Verlängerung der gestuften Bohrung 15 über einen mit dem Gehäuse verspannten Flansch in Anlage gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Druckventil 17 arbeitet folgendermaßen. Während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzpumpe, in deren Förderleitung 11 zum Einspritzventil 13 das Druckventil 17 eingesetzt ist, wird der im Pumpenarbeitsraum 9 befindliche Kraftstoff auf einen hohen Druck komprimiert. Durch diesen hohen Kraftstoffdruck, der auch auf das über die Bohrung 15 mit dem Pumpenarbeitsraum 9 verbundene Rücklauf­ ventilglied 21 wirkt, wird das Flachsitzventilglied 19, das am Ventilsitz 45 aufsitzt und an dem das Rücklaufventilglied 21 anliegt und das während des Öffnungsvorganges mit diesem eine Einheit bildet, entgegen der Rückstellkraft der Ventilfeder 37 von seinem Ventilsitz 45 abgehoben, so daß der Kraftstoff über die Sackbohrung 51, die Radialbohrungen 53 und den geöffneten Durchtrittsquerschnitt am Flachsitzventilglied 19 in den erweiterten Bohrungsbereich 27 der Bohrung 15 und von dort über den Hochdruckanschluß und die Förder­ leitung 11 zum Einspritzventil 13 strömen kann. Sinkt am Ende der Hochdruckförderung der Kraftstoffdruck im Pumpenarbeitsraum 9, reicht der Druck des anströmenden Kraftstoffes nicht mehr aus um das Flachsitzventilglied 19 gegen die Kraft der Ventilfeder 37 geöffnet zu halten, das Flachsitzventilglied 19 kehrt auf seinen Ventilsitz 45 zurück und das Druckventil 17 und in Folge dessen auch das Ein­ spritzventil 13 schließen. Im Anschluß an dieses schlagartige Unter­ brechen der Förderung laufen in dem eingeschlossenen Volumen zwi­ schen Einspritzventil 13 und Druckventil 17 Druckwellen hin und her. Ein dadurch verursachtes, erneutes Öffnen des Einspritzventils 13 vermeidend, wird das Druckniveau der Druckwellenspitzendrücke in der Förderleitung 11 nun über das Rücklaufventil 21 auf einen bestimmten Betrag abgebaut, in dem der durch die Durchgangsöffnung 29 im Flach­ sitzventilglied 19 gegen das Rücklaufventilglied 21 anströmende Kraftstoff dieses gegen die Kraft der Ventilfeder 47 von seinem Ventilsitz 31 abhebt und weiter über die Abflachungen 55, die Radialbohrungen 53 und die Sackbohrung 51 in den Pumpenarbeitsraum 9 zurückströmt, bis der Druck des abströmenden Kraftstoffes nicht mehr ausreicht, das Rücklaufventilglied 21 gegen die Kraft der Ventil­ feder 47 geöffnet zu halten und das Rücklaufventilglied 21 auf seinen Sitz 31 zurückkehrt. Dieser Zeitpunkt des Schließens und damit die Größe des verbleibenden Restdruckes ist, wie der Öffnungs­ zeitpunkt beim Flachsitzventilglied 19, über die Federvorspannung der Ventilfedern 37, 47 einstellbar, die z. B. über eingelegte Zwischenscheiben verändert werden kann. Um ein zu weites Aufstoßen des Rücklaufventilgliedes 21, verbunden mit einer hohen Feder­ belastung, zu vermeiden, wird der Kraftstoffstrom während des Abströmens über das Rücklaufventilglied 21 an der Drosselstelle 33 der Durchgangsöffnung 29 durch das Flachsitzventilglied 19 gedros­ selt.

Es ist somit durch die erfindungsgemäße Führung des Rücklaufventil­ gliedes 21 direkt in der Bohrung 15 der Zylinderbüchse 3 und des Flachsitzventilgliedes 19 auf dem Rücklaufventilglied 21 möglich, bei voller Beibehaltung der Funktionseigenschaften des Druckventils auf zusätzliche ventilführende Bauteile zu verzichten, was den Fertigungsaufwand erheblich reduziert. Dabei lassen sich vor allem der Flachsitz und die als Anschläge dienenden Absätze der gestuften Bohrung 15 besonders vorteilhaft in einer einzigen Einspannung fertigen, wobei durch diese geringstmögliche Teilezahl neben der vereinfachten Montage auch eine nur geringe Wandschwächung des Elements erreicht wird. Zudem läßt sich der erfindungsgemäße Aufbau des Druckventils auch in anders aufgebauten Pumpengehäusen ver­ wirklichen.

Claims (8)

1. Druckventil zum Einbau in eine im Pumpengehäuse verlaufende Förderleitung (11) zwischen einem Pumpenarbeitsraum (9) einer Kraft­ stoffeinspritzpumpe und einer Einspritzstelle (13) an der von dieser zu versorgenden Brennkraftmaschine, mit einem in Richtung Einspritz­ stelle (13) entgegen einer Federkraft öffnenden Flachsitzventilglied (19), mit einer gestuften Durchgangsbohrung (29), deren pumpen­ arbeitsraumseitiger Austritt als konischer Ventilsitz (31) für ein entgegen einer Federkraft zum Pumpenarbeitsraum (9) hin öffnendes Rücklaufventilglied (21) ausgebildet ist, dessen Öffnungsbewegung durch die Anlage an einem Anschlag (61) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rücklaufventilglied (21) im Anschluß an seine Dichtfläche (25) einen zylinderförmig ausgebildeten Teil aufweist, von dem ein dem Pumpenarbeitsraum (9) zugewandter Teil mit seiner zylinderförmigen Umfangsfläche direkt in einem im Durchmesser kleineren pumpenarbeitsraumseitigen Bohrungsteil (23) einer gestuften Bohrung (15, 27, 23) in dem dem Pumpenarbeitsraum (9) aufnehmenden Pumpengehäuse (3) geführt ist, wobei die gestufte Bohrung (15) an ihrem Übergang vom im Durchmesser größeren Teil (27) zum im Durchmesser kleineren Teil (23) einen Flachsitz (45) für das Flachsitzventilglied (19) aufweist, und daß das die gestufte Durch­ gangsbohrung (29) des Flachsitzventilgliedes (19) im Anschluß an den konischen Ventilsitz (31) in einen zusätzlichen im Durchmesser größeren Stufenbohrungsteil übergeht, der auf einem dem Pumpen­ arbeitsraum (9) abgewandten Teil der zylinderförmigen Umfangsfläche des Rücklaufventilgliedes (21) axial geführt ist.

2. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachsitzventilglied (19) an seiner dem Pumpenarbeitsraum (9) zugewandten Stirnseite eine ringförmige, ebene axiale Dichtfläche (43) aufweist, mit der es von einer Ventilfeder (37) an dem Flach­ sitz (45) gehalten wird, der gegenüber der Wand des im Durchmesser größeren Teils (27) der gestuften Bohrung (15) durch eine Ringnut abgegrenzt ist.

3. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Flachsitzventilglied 19 zusammenwirkende Dichtfläche (25) des Rücklaufventilglieds (21) auf der dem Pumpenarbeitsraum (9) abge­ wandten Seite kegelförmig ausgebildet ist und, daß in dessen, dem Pumpenarbeitsraum (9) zugewandter Stirnseite, eine axiale Sackloch­ bohrung (51) eingebracht ist, in die mehrere, vorzugsweise vier Radialbohrungen (53) einmünden, wobei das Rücklaufventilglied (21) im Bereich des Austritts der Radialbohrungen (53) Abflachungen (55) an seinem zylindrischen Umfang aufweist, die sich bis an die kegel­ förmige Ventildichtfläche (25) erstrecken.

4. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die gestufte Bohrung (15) in Richtung Pumpenarbeitsraum (9) unter Bildung eines Absatzes (61) nochmals im Durchmesser verringert, wobei dieser Absatz (61) den Anschlag des Rücklaufventilgliedes (21) bildet und wobei sich in einem nochmals im Durchmesser verringerten gestuften Bohrungsteil (65) eine das Rücklaufventilglied (21) belastende Druckfeder (47) abstützt.

5. Druckventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gestufte Bohrung (15, 27, 65) in einem, den Pumpenarbeitsraum (9) als Pumpenzylindersackbohrung aufnehmenden Pumpenelement angeordnet ist und, daß der zusätzliche gestufte Bohrungsteil (65) unter Bildung einer Stützschulter (49) für die Druckfeder (47) des Rück­ laufventilgliedes (21) in eine in den Pumpenarbeitsraum (9) mündende Bohrung (66) übergeht.

6. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Druckventil aufnehmende gestufte Bohrung (15, 23, 65) in der Zylinderbüchse (3) auf der dem Pumpenarbeitsraum (9) abgewandten Seite durch eine Verschlußschraube (41) abgedichtet ist, die einen in die Bohrung (15) ragenden zylindrischen Ansatz (57) aufweist, dessen Stirnseite einen Anschlag (59) für die Öffnungsbewegung des Flachsitzventilgliedes (19) bildet.

7. Druckventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine auf das Flachsitzventilglied (19) wirkende Ventilfeder (37) andererseits am Bund (39) der Verschlußschraube (41) abstützt.

8. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Druckventil aufnehmende gestufte Bohrung (15) axial und in Ver­ längerung der Zylinderbohrung (5) in der Zylinderbüchse (3) ange­ ordnet ist und daß eine einen Hochdruckanschluß (63) bildende Radialbohrung in den die Ventilfeder (37) des Flachsitzventilgliedes (19) aufnehmenden Bereich (27) der Bohrung (15) mündet.