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Druckventil, insbesondere für Einspritzpumpen von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung des Druckventils einer gegen überdrücke
arbeitenden Pumpe, insbesondere einer Einspritzpumpe für Brennkraftmaschinen.
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Bei den bekannten Pumpen dieser Art wird die Schließbewegung des Druckventils
meistens herbeigeführt durch die Kraft einer Schließfeder.
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Die Anwendung einer solchen Feder bedingt aber die Anordnung eines
besonderen Raumes zum Unterbringen der Feder, wodurch entweder der schädliche Raum
der Pumpe vergrößert wird, sofern die Feder auf der dem Pumpenraum zugekehrten Seite
des beweglichen Ventilgliedes angreift, oder das Volumen der Druckleitung, wenn
die Feder an der der Druckleitung zugekehrten Seite des beweglichen Ventilgliedes
angreift. Außerdem neigen die mitunter stark gespannten Ventilschließfedern zum
Bruch, und zwar besonders bei sehr schnell laufenden Pumpen. Eine gebrochene Schließfeder
besorgt aber die Schließbewegung nicht mehr pünktlich.
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In vielen Fällen begnügt man sich mit der Schwerkraft des beweglichen
Ventilgliedes als Schließkraft. Hierbei ist es aber notwendig, das bewegliche Ventil
ziemlich schwer auszubilden, damit die notwendige Schließkraft vorhanden ist. Vor
allem muß man dann aber den Einbau so vornehmen, @ daß die Schließrichtung mit der
Richtung der Schwerkraft zusammenfällt, also senkrecht verläurt.` Der senkrechte
Ventileinbau ist aber nicht immer möglich. Auch ist es, besonders bei rasch laufenden
Pumpen, selbst dort, wo ,das Druckventil senkrecht eingebaut ist, nicht angängig,
das Gewicht des beweglichen Ventilgliedes zu erhöhen. Man strebt hier im Gegenteil
an, das bewegliche Ventilglied möglichst leicht zu bauen, damit seine sehr rasch
aufeinanderfolgenden Offnungs- und Schließhübe nicht durch Massenwirkungen gestört
werden.
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Die Erfindung ermöglicht es, auf eine Schließfeder oder auf die Schließwirkung
durch die Schwerkraft des beweglichen Ventilgliedes zu verzichten und damit die
Kachteile dieser Ventilschließarten zu vermeiden, indem die Angriffsfläche des beweglichen
Teils des Druckventils, das durch den Förderleitungsdruck im Schließsinn belastet
ist, größer ausgebildet wird als diejenige Angriffsfläche, an der das Fördergut
sowohl bei geschlossenem als auch bei geöffnetem Ventil im Öffnungssinn angreift.
Dadurch wird das bewegliche Ventilglied allein durch die Einwirkung des Fördergutes
auf seine verschieden großen Öffnungs- und Schließflächen geöffnet und hauptsächlich
auch ohne Zuhilfenahme besonderer mechanischer Schließmittel, wie Federn oder der
Schwerkraft, geschlossen, sobald das Fördern durch das Druckventil aufhört.
Auf
der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt,
und zwar zeigen Abb. i eine Einspritzpumpe mit geschlossenem Druckventil im Längsschnitt,
Abb.2 das herausgezeichnete Druckventil geöffnet im Schema und Abb. 3 das zweite
Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Schiebers, ebenfalls in schematischer
Darstellung.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Abb. i und 2 ist l ein Kolben
der Einspritzpumpe, der in einer Zylinderbüchse b hin und her geschoben wird, die
in dem Pumpengehäuse a eingesetzt ist. Die Zylinderbüchse hat nahe ihrem oberen
Ende zwei Querbohrungen c, die mit einem die Büchse umgebenden Ringraum d verbünden
sind, in den die Brennstoffzuleitung mündet. Der Kolben trägt an seinem oberen Ende
eine gegen die Büchsenwand anliegende Steuerfläche e, die mit dem Kolben durch einen
Stiel f verbunden ist, der zwischen sich und der Zylinderwand einen Ringraum g frei
läßt. Eine Längsnut h in der Steuerfläche sorgt dafür, daß in diesem Ringraum stets
der gleiche Druck wie im Pumpenarbeitsraum i herrscht. Am oberen Ende der Zylinderbüchse
b ist gleichachsig zu ihr das Druckventil angeordnet, das aus dem beweglichen, die
Ventilsitzfläche (Ventilkegel) tragenden Teil (Ventilschaft) k besteht, der in dem
Ventilsitz ,»b geführt ist. Dieser wird durch einen in das obere Ende des Pumpengehäuses
eingeschraubten Nippeln fest gegen die Zylinderbüchse b gedrückt. Der Ventilschaft
k hat mehrere Längsnuten p, so daß der Schaft im Querschnitt eine Sternform erhält:
Diese Längsnuten münden am unteren Ende des Ventilschaftes in einen Raum q. Dieser
Raum ist über mindestens eine der Längsnuten p und einen daran sich anschließenden
Quer- und Längskanal r, s im Ventilkörper in ständig mit dem Pumpenarbeitsraum
i verbunden. Der Ventilschaft trägt an seinem unteren Ende einen kolbenartigen,
im Durchmesser kleineren, Fortsatz t, der gleichachsig zum Schaft angeordnet und
in einer entsprechenden Bohrung w dicht geführt ist. Die Bohrung zu ist durch eine
Querbohrung v im Ventilkörper in, welche in eine aus der Einsatzbohrung des Pumpengehäuses
herausgestochene Ringnut x mündet, ständig verbunden mit dem Saugraum d- Bei- Pumpe,
also mit einem Raum, in welchem Atmosphärendruck herrscht. Der Schaftfortsatz-t
verringert die in den Raum g ragende, dem vom Pumpenraum i - kommenden Brennstoffdruck
ausgesetzte Angriffsfläche am Ventilschaft. Diese Angriffsfläche, welche das bewegliche
Ventilglied dem im Öffnungssinn wirkenden Brennstoffdruck darbietet, ist somit kleiner
als die der Druckleitung zugekehrte, im Raum o liegende Angriffsfläche des beweglichen
Ventilgliedes, an welcher der in dieser Leitung herrschende Brennstoffdruck im Schließsinn
angreifen kann.
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Der Ventilfortsatz t ist gemäß Abb. i gebildet durch einen Kolben,
der von oben her das bewegliche Ventilglied durchsetzt und mit einem Bund.y auf
einer Ringschulter im Ventilkegel aufliegt, auf die er mittels eines Schraubstopfens
z festgedrückt wird.
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Die beschriebene Brennstoffeinspritzpumpe wirkt wie folgt: Der in
seiner unteren Umkehrlage dargestellte Kolben L saugt beim Hergang Brennstoff aus
dem Ringraum d in den Pumpenarbeitsräum i. Beim Hingang wird zunächst im ersten
Teil des Förderhubs ein Teil des Brennstoffs aus dem Pumpenraum durch die beiden
Querkanäle c wieder in den Raum d zurückgedrückt, - bis die Steuerfläche e des Kolbens
sie überdeckt hat. Sobald dies eingetreten ist, wird der vor dem Kolben befindliche
Brennstoff durch den Längskanal s, den Querkanal r und weiter am Ventilschaft k
entlang in den Raum q gedrückt, wo er an der in ihn eintauchenden unteren, um den
Querschnitt des Fortsatzes t verringerten Endfläche des Ventilschaftes angreift,
so daß der "Ventilkegel von seinem Sitz abgehoben wird. Der Brennstoff wird nunmehr
durch die Längsnut p am Ventilschaft hindurch in den Raum o hinter das Ventil gedrückt,
von wo er weiter durch den gegabelten Kanal k im Nippel au in die daran angeschlossene,
zur Einspritzdüse führende Druckleitung gelangt. Sobald die Steuerfläche e mit ihrer
unteren: schräg zur Kolbenachse verlaufenden Kante den einen Querkanal c in der
Zylinderbüchse b aufdeckt, wird der Druckraum i über die Längsnut in der Steuerfläche
und dem Barunterliegenden Raum g mit dem Pumpenansaugraum d verbunden, in welchem
nahezu Atmosphärendruck herrscht. Der Druck im Raum q sinkt dann sofort ab, und
der im restlichen Teil des Förderhubes des Kolbens vor diesem befindliche Brennstoff
wird zurück in den Ansaugraum d gefördert. Da die auf dem dein Kolben l zugekehrten
Ende des Ventilschaftes k liegende Angriffsfläche für den Brennstoff immerhin um
den Durchmesser des Ventilfortsatzes t kleiner ist als die abgekehrte, im Raum o
des Nippels liegende Ventilendfläche, wird sofort nach Aufsteuern des einen Querkanals
in der Zylinderbüchse durch die Steuerfläche e der von der Druckleitung her beim
Schließen der Düse auf diese größere Ventilendfläche zurückwirkende Brennsfoffdruck
den Ventilkegel des Druckventils auf seinen Sitz drücken. Das Druckv
entil
nimmt damit wieder die in Abb. i dargestellte Schließlage ein. Es wird erst dann
wieder geöffnet, wenn der beim Hergang des Kolbens erneut angesaugte Brennstoff
nach Abdecken der Querkanäle c durch die Kanäle s, r hindurch nach dem Ringraum
q unter die kleinere Ventilendfläche gedrückt wird.
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Der Zeitpunkt des Aufsteuerns des einen Querkanals c in der Zylinderbüchse
durch die untere schräge Kante der Steuerfläche e kann in üblicher Weise durch Verdrehen
des Pumpenkolbens beliebig verlegt werden.
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Bei der Ausführungsform in Abb. i ist der untere Fortsatz t am Schaft
k des Druckventils gebildet durch einen getrennt hergestellten Kolben, der den ganzen
Ventilschaft durchsetzt. Es ist aber ohne weiteres denkbar, diesen Fortsatz auch
durch Abdrehen einer entsprechenden Stufe vom Ventilschaft selbst zu bilden, ähnlich
wie dies in Abb. 2 dargestellt ist.
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Die Erfindung kann, abgesehen von Anlagen mit Druckventilen, natürlich
auch bei Steuerschiebern verwirklicht werden, wie dies beispielsweise in Abb. 3
schematisch dargestellt ist. Hierin ist A der Schieber, dessen eines Stirnende mit
dem Raum C und dessen gegenüberliegendes Stirnende mit dem Raum D verbunden ist.
Der Raum C entspricht hierbei dem Raum q und der Raum D
dem Raum o
in Abb. i. Die im Raum C liegende Endfläche des Schiebers ist die kleinere, indem
sie mit einem kolbenförmigen Fortsatz E versehen ist, der ebenso wie der Fortsatz
t in Abb. i in eine Zylinderbohrung dicht hineinsticht, die mit einem Raum geringen
Druckes (Atmosphärendruck) verbunden ist. Der Schieber besitzt am Umfang eine Längsaussparung
F, die ständig mit dem Pumpenarbeitsraum i verbunden ist. Die Längsaussparung mündet
in einen im Schieber vorgesehenen Längskaral, der am einen Ende in den Raum C mündet
und am anderen Ende in einen Querkanal G ausläuft, welcher beim Ansaughub und uriwirksamen
Förderhub des Pumpenkolbens l durch die Zylinderwand abgedeckt ist (s. Abb. 3).
Sobald der Pumpenraum i gegen die Querkanäle c abgeschlossen ist, wird die vom Kolben
verdrängte Flüssigkeit durch die seitliche Ausspartriig p in den Längskanal B und
schließlich in den Raum C gedrückt, w o sie an der darin liegenden kleineren Endfläche
des Schiebers angreift, so daß dieser nach rechts verschoben wird. Die Querbohrung
G gelangt dabei aus der Schieberführung heraus, so daß der Raum D durch den
Schieber A hindurch mit dem Pumpenarbeitsraum i verbunden wird. Die beim
weiteren Förderhub des Kolbens verdrängte Flüssigkeit gelangt dann in den Raum D
und von dort weiter nach der Verbraucherstelle. Sobald die untere schräge Steuerkante
des Kolbenkopfes den einen Querkanal c aufsteuert, hört das wirksame Fördern von
Flüssigkeit auf, und der Öffnungsdruck auf die im Raum C liegende Schieberendfläche
sinkt sofort ab. Nach Absinken des Öffnungsdruckes verschiebt der von der Verbrauchsstelle
her auf die größere Schieberendfläche wirkende Rückdruck den Schieber sofort nach
links, wobei der Querkanal G durch die Schieberführung wieder abgedeckt wird. Die
Verbindung des Pumpenarbeitsraums i mit dem Raum D ist damit wieder
bis zum nächsten Förderhub des Kolbens l aufgehoben.
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Die Erfindung läßt sich bei jeder Art von Absperrvorrichtungen verwirklichen,
die vorübergehend durch irgendein Druckmedium geöffnet werden. Auch ist die Erfindung
nicht an eine bestimmte Form der baulichen Einzelheiten der Fördervorrichtung und
der Absperrvorrichtung gebunden.