EP0817914A1 - Druckventil - Google Patents

Druckventil

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EP0817914A1
EP0817914A1 EP96945711A EP96945711A EP0817914A1 EP 0817914 A1 EP0817914 A1 EP 0817914A1 EP 96945711 A EP96945711 A EP 96945711A EP 96945711 A EP96945711 A EP 96945711A EP 0817914 A1 EP0817914 A1 EP 0817914A1
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EP
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pressure
valve
valve member
control
pressure valve
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Helmut Simon
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/46—Valves
    • F02M59/462—Delivery valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M59/46—Valves

Definitions

  • the invention is based on a pressure valve according to the preamble of claim 1.
  • pressure valves known from DE 40 37 465 AI are used in delivery lines between a high-pressure chamber having a high-pressure chamber and an injection point, preferably between an injection pump and an injection valve of an internal combustion engine.
  • the pressure valve should ensure that the medium to be pumped, e.g. Fuel, reaches the injection point, or when the injection ends, the pressure supply to the injection point is interrupted when the pressure drops below the necessary injection pressure.
  • the medium to be pumped e.g. Fuel
  • the known pressure valve has a valve member which is axially displaceable in a pressure or pipe socket and which is held by a valve spring with its valve sealing surface in contact with a stationary valve seat.
  • the opening movement of the valve member takes place through the high fuel pressure built up in the high-pressure chamber, there in the pump work chamber of an injection pump, which lifts the valve member against the restoring force of the valve spring from the valve seat, so that a flow cross-section at the pressure valve is opened, via which the fuel reaches the injection valve.
  • a backflow throttle bore is also provided in the valve member, which is formed at least by a longitudinal bore.
  • the known pressure valve has the disadvantage that the timing of the opening of the maximum flow cross-section at the pressure valve cannot be set precisely and reproducibly due to the changing hydraulic conditions, so that the injection timing at the injection point cannot be determined precisely enough, which the Quality of the mixture preparation and combustion in the combustion chamber of an internal combustion engine to be supplied can significantly affect.
  • the 2-stage opening stroke movement of the valve member is controlled in a simple manner via
  • the throttle bore 31 in the valve member 15 is cut by a control bore 33 forming a control recess in the valve member 15, which is designed as a transverse bore in the exemplary embodiment.
  • the control bore 33 the edges of which in the axial direction toward the valve member 15 form control edges at the two outlet openings, acts to control the stroke movement of the valve member 15

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Abstract

Druckventil zum Einbau in eine Förderleitung zwischen einem Hochdruckraum und einer Einspritzstelle, mit einem eine zylindrische Ausnehmung (5) aufweisenden Druckstutzen (3), in der ein Druckventilglied (15) axial verschiebbar angeordnet ist, das eine Ventildichtfläche (29) aufweist, mit der es zur Steuerung eines Durchflußquerschnittes mit einem ortsfesten Ventilsitz (27) zusammenwirkt und von dem es durch den in Strömungsrichtung (1) anstehenden Förderdruck entgegen der Kraft einer Ventilfeder (23) abhebbar ist, wobei im Ventilglied (15) ein Rückströmdrosselkanal vorgesehen ist, über den bei Schließlage des Druckventils ein Druckausgleich erfolgt. Für ein genaues Einstellen des Aufsteuerns des maximalen Durchflußquerschnittes am Druckventil ist der Öffnungshubverlauf des Ventilgliedes 2-stufig ausgebildet, wobei das Aufsteuern des maximalen Durchflußquerschnittes nach Durchlaufen eines bestimmten Vorhubweges sprunghaft erfolgt.

Description

Druckventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Druckventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Derartige aus der DE 40 37 465 AI bekannte Druckventile sind in Förderleitungen zwischen einer, einen Hochdruckraum aufweisenden Hochdruckquelle und einer Einspritzstelle, vorzugsweise zwischen eine Einspritzpumpe und ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Dabei soll das Druckventil gewährleisten, daß erst ab Erreichen eines bestimmten Einspritzdruckes das zu fördernde Medium, z.B. Kraftstoff, zur Einspritzstelle gelangt, bzw. bei Beendigung der Einspritzung die Druckzufuhr zur Einspritzstelle bei Absinken des Druckes unter den notwendigen Einspritzdruck unterbrochen wird. Um dabei ein Nacheinspritzen an der Einspritzstelle infolge von reflektierenden Druckwellen im eingeschlossenen Volumen zwischen Einspritzstelle und
Druckventil sicher zu vermeiden und zur Druckentlastung in diesem Leitungsabschnitt weist das bekannte Druckventil zudem eine Rückströmdrossel auf, über die sich der Hochdruck im Leitungsabschnitt zwischen Einspritzstelle und Druckventil in den Pausen zwischen den einzelnen Einspritzphasen entspannen kann.
Das bekannte Druckventil weist dazu einen in einem Druck¬ bzw. Rohrstutzen axial verschiebbares Ventilglied auf, das von einer Ventilfeder mit seiner Ventildichtfläche in Anlage an einem ortsfesten Ventilsitz gehalten wird. Die Öffnungsbewegung des Ventilgliedes erfolgt dabei durch den im Hochdruckraum, dort im Pumpenarbeitsraum einer Einspritzpumpe, aufgebauten Kraftstoffhochdruck, der das Ventilglied entgegen der Rückstellkraft der Ventilfeder vom Ventilsitz abhebt, so daß ein Durchflußquerschnitt am Druckventil aufgesteuert wird, über den der Kraftstoff zum Einspritzventil gelangt. Zur Druckentlastung des einspritzseitigen Förderleitungsteils während der Einspritzpausen ist zudem eine Rückströmdrosselbohrung im Ventilglied vorgesehen, die wenigstens durch eine Längsbohrung gebildet ist.
Dabei weist das bekannte Druckventil jedoch den Nachteil auf, daß sich der Zeitpunkt des Aufsteuerns des maximalen Durchflußquerschnittes am Druckventil aufgrund der wechselnden hydraulischen Verhältnisse nicht präzise und reproduzierbar einstellen läßt, so daß sich auch der Einspritzzeitpunkt an der Einspritzstelle nicht genau genug festlegen läßt, was die Qualität der Gemischaufbereitung und Verbrennung im Brennraum einer zu versorgenden Brennkraftmaschine erheblich beeinträchtigen kann.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Druckventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Öffnungsbewegung des Ventilgliedes des Druckventiles und insbesondere der Zeitpunkt des Aufsteuerns des maximalen Durchflußquerschnittes am Druckventil durch die hydraulischen Verhältnisse, z.B. ein hydraulisches Kleben des Ventilgliedes nicht beeinträchtigt wird, wobei das hydraulische Kleben nunmehr bewußt genutzt werden kann. Somit läßt sich ein konstanter, gut reproduzierbarer
Öffnungsdruck bzw. Einspritzdruck am Druckventil präzise einstellen. Dies wird in vorteilhafter Weise durch einen 2- stufigen Öffnungshub des Ventilgliedes des Druckventils erreicht, der eine Sprungfunktion im Öffnungshubverlauf des Ventilgliedes ermöglicht.
Dazu wird nach dem Durchlaufen eines definierten Vorhubes des Ventilgliedes schlagartig die Anströmfläche in Öffnungsrichtung am Ventilglied vergrößert, was eine sehr schnelle Resthubbewegung des Ventilgliedes auslöst, so daß der maximale Öffnungsquerschnitt sehr schnell aufgesteuert wird.
Die Steuerung der 2-stufigen Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes erfolgt dabei in einfacher Weise über
Steuerausnehmungen im Ventilglied, die in vorteilhafter Weise durch Steuerbohrungen gebildet sind, deren axiale Enden der Austrittsöffnungen an der Mantelfläche des Ventilgliedes Steuerkanten bilden, die mit entsprechenden ortsfesten Steuerausnehmungen zusammenwirken. Diese ortsfesten Steuerausnehmungen sind dabei in vorteilhafter Weise in einer in den Druckstutzen eingesetzten Steuerhülse angeordnet, die sich leicht fertigen und montieren läßt.
Der zusätzlich in Offnungsrichtung angeströmte Querschnitt am Ventilglied wird dabei in einfacher Weise durch einen
Ringbund gebildet, der einen mit den Steuerausnehmungen der Steuerhülse verbindbaren Druckraum begrenzt.
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Sprungfunktion am Druckventil mittels einer hydraulisch gesteuerten 2-stufigen Öffnungshubbewegung sind alternativ zu der in der Beschreibung gezeigten Ausführungsvariante auch andere Steuergeometrien möglich. Zudem kann das erfindungsgemäße Druckventil neben der bevorzugten Anwendung in einer Einspritzleitung zwischen einer Einspritzpumpe und einem Einspritzventil auch in andere Förderleitungen zwischen einer Hochdruckquelle und einer Austrittsstelle eingesetzt sein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen deε Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckventils ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt die Figur 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Druckventil in seiner geschlossenen Position. Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein als Rückströmdrosselventil ausgebildetes Druckventil, das in eine nicht näher dargestellte Förderleitung zwischen einem Hochdruckraum und einer Einspritzleitung eingesetzt ist, wobei die Durchströmrichtung bei geöffnetem Druckventil vom Hochdruckraum zur Einspritzstelle mit dem Pfeil 1 gekennzeichnet ist.
Das Druckventil weist dabei einen rohrförmigen Druckstutzen 3 auf, dessen Durchgangsbohrung sich zu einer zylindrischen Ausnehmung 5 erweitert, die an ihrem größeren, dem Hochdruckraum zugewandten Ende durch ein zylindrisches
Anschlußstück mit einer Durchgangsbohrung 9 begrenzt ist. In die Ausnehmung 5 ist eine Steuerhülse 11 eingesetzt, deren Innendurchmesser über einen Ringabsatz 13 in zwei Bereiche unterschiedlicher Größe unterteilt ist. In der Steuerhülse 11 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 15 axial verschiebbar geführt, das an seinem oberen, der Einspritzstelle zugewandten Ende einen Ringbund 17 aufweist. Dabei gleitet der im Durchmesser geringere Schaftteil des Ventilgliedes im unteren, dem Anschlußstück 7 zugewandten Teilbereich mit der Steuerhülse 11 verkleinertem Durchmesser und der Ringbund 17 mit seiner Umfangsflache im größeren Innendurchmesserteil der Steuerhülse 11, wobei der Ringabsatz 13 der Steuerhülse 11 im Zusammenwirken mit einer am Ringbund 17 gebildeten unteren Ringstirnfläche 19 die Eintauchtiefe des Ventilgliedes 15 in die Steuerhülse 11 begrenzt. Ein zwischen der unteren Ringstirnfläche 19 und dem Ringabsatz 13 gebildeter Ringraum bildet dabei einen Druckraum 22.
An einer oberen am Ringbund 17 gebildeten Ringstirnfläche 21 greift eine Ventilfeder 23 an, die sich andererseits an einem Bohrungsabsatz 25 im Druckstutzen 3 abstützt und die das Ventilglied 15 mit seiner unteren Ringstirnfläche 19 in Anlage gegen den ortsfesten Ringabsatz 13 der Steuerhülse gepreßt hält.
Dabei bildet der im Durchmesser größere Bereich der Steuerhülse 11 einen Ventilsitz 27, mit dem eine durch die Umfangsflache des Ringbundes 17 gebildeten Ventildichtfläche 29 am Ventilglied 15 zur Steuerung eines
Durchflußquerschnittes am Druckventil zusammenwirkt.
Für einen Druckausgleich in den an das Druckventil angrenzenden Leitungsteilen der Förderleitung bei geschlossenem Druckventil ist ein Rückströmdrosselkanal im Ventilglied 15 vorgesehen, der als das Ventilglied 15 axial durchdringende Drosselbohrung 31 ausgebildet ist.
Die Drosselbohrung 31 im Ventilglied 15 wird von einer, eine Steuerausnehmung im Ventilglied 15 bildenden Steuerbohrung 33 geschnitten, die im Ausführungsbeispiel als Querbohrung ausgebildet ist. Die Steuerbohrung 33, deren in Achsrichtung zum Ventilglied 15 gerichtete Kanten an den beiden Austrittsöffnungen jeweils Steuerkanten bilden, wirkt dabei zur Steuerung der Hubbewegung des Ventilgliedes 15 mit
Steuerausnehmungen in der Steuerhülse 11 zusammen. Diese Steuerausnehmungen in der Steuerhülse 11 wird dabei zunächst durch eine erste Ringnut 35 in dem im Durchmesser kleineren Innenwandbereich der Steuerhülse 11 gebildet, die im Ausführungsbeispiel durch zwei Längsbohrungen 37 angeschnitten wird, die ausgehend von der unteren Ringstirnfläche 39 der Steuerhülse 11 in den Ringabsatz 13 im Bereich des Druckraumes 22 münden und die am unteren Ende mittels einer Kugel 41 verschlossen sind.
Am unteren dem Anschlußstück 7 zugewandten Ende ist eine weitere Ringnut 43 in der Innenwand der Steuerhülse 11 angeordnet, die mit einer unteren, an der unteren Stirnfläche 47 des Ventilgliedes 15 gebildeten Kante 45 des Ventilgliedes 15 zusammenwirkt. Dabei sind die Ringnuten 35 und 43 vorzugsweise so in der Steuerhülse 11 angeordnet, daß sie während der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 15 zeitgleich von der Steuerbohrung 33 und der Kante 45 des Ventilgliedes 15 überfahren werden.
Für eine vereinfachte Montage und zur Verringerung der hydraulischen Einflüsse weisen die Übergänge zwischen der unteren Ringstirnfläche 19 zur Ventildichtfläche 29 und der unteren Stirnfläche 47 zum Ventilgliedschaft Anschrägungen auf.
Das erfindungsgemäße Druckventil arbeitet in folgender Weise.
Vor Beginn der Hochdruckzufuhr zum Druckventil (Einspritzpause) hält die Ventilfeder 23 das Ventilglied 15 mit dem Ringbund 17 in Anlage am Ringabsatz 13 der
Steuerhülse 11, wobei in dieser Position das Ventilglied 15 mit seiner Ventildichtfläche 29 am Ventilsitz 27 anliegt und den Durchflußquerschnitt verschließt. Ein Druckausgleich zwischen den Leitungsteilen der Förderleitung erfolgt in diesem Zustand lediglich in begrenztem Umfang über die Drosselbohrung 31 im Ventilglied 15.
Mit Beginn der Hochdruckförderung baut sich über das Anschlußstück 7 ein Hochdruck am Druckventil auf, der das Ventilglied 15 an seiner unteren Stirnfläche 47 in Öffnungsrichtung entgegen der Rückstellkraft der Ventilfeder 23 beaufschlagt. Dabei gelangt ein Teil dieses unter hohem Druck stehenden Mediums (vorzugsweise Kraftstoff) über die Drosselbohrung 31 auch in den dem Anschlußstück 7 abgewandten Teil der zylindrischen Ausnehmung 5 und beaufschlagt dort die gesamte obere Stirnfläche des Ventilgliedes 15 einschließlich der oberen Ringstirnfläche 21, so daß die erste Phase der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 15 nur sehr verzögert erfolgt.
Nach Zurücklegen eines bestimmten Vorhubweges s des Ventilgliedes 15 gelangen die Steuerbohrung 33 und die Kante 45 des Ventilgliedes 15 in Überdeckung mit den Ringnuten 35 und 43, so daß sich nun der Hochdruck schlagartig über die Längsbohrungen 37 in den Druckraum 22 fortsetzt und dort zusätzlich die untere Ringstirnfläche 19 am Ventilglied 15 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Dabei können die
Steuerbohrung 33 und die Kante 45 wie im Ausführungsbeispiel gezeigt gleichzeitig oder alternativ auch nacheinander aufgesteuert werden.
Diese plötzliche Querschnittsvergrößerung des
Anströmquerschnittes am Ventilglied 15 in Öffnungsrichtung bewirkt nun einen plötzlichen Anstieg der Öffnungskraft und weiter ein sehr rasches Durchfahren des Resthubes des Ventilgliedes 15, so daß das Ventilglied 15 mit der Ventildichtfläche 29 nun rasch aus der Überdeckung mit dem Ventilsitz 27 austaucht und den maximalen Durchflußquerschnitt vom Druckraum 22 zur Ausnehmung 5 freigibt.
Das anschließende Schließen des Druckventils erfolgt in bekannter Weise durch die Beendigung der Hochdruckzufuhr zum Druckventil, in dessen Folge das Ventilglied 15 von der
Ventilfeder 23 wieder in Anlage an den ortsfesten Ringabsatz 13 zurückverschoben wird, so daß auch die Ventildichtfläche 29 wieder in Überdeckung mit der Ventilsitzfläche 27 gelangt. Ein Druckausgleich am Druckventil erfolgt dabei nur noch über die Drosselbohrung 31.

Claims

Patentansprüche
1. Druckventil zum Einbau in eine Förderleitung zwischen einem Hochdruckraum und einer Einspritzstelle, mit einem eine zylindrische Ausnehmung (5) aufweisenden Druckstutzen (3), in der ein Druckventilglied (15) axial verschiebbar angeordnet ist, das eine Ventildichtfläche (29) aufweist, mit der es zur Steuerung eines Durchflußquerschnittes mit einem ortsfesten Ventilsitz (27) zusammenwirkt und von dem es durch den in Strömungsrichtung (1) anstehenden Förderdruck entgegen der Kraft einer Ventilfeder (23) abhebbar ist, wobei im Ventilglied (15) ein
Rückströmdrosselkanal vorgesehen ist, über den bei Schließlage des Druckventils ein Druckausgleich erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilglied (15) Steuerausnehmungen vorgesehen sind, die nach Durchlaufen eines bestimmten Vorhubweges des Ventilgliedes (15) in Öffnungsrichtung einen im Querschnitt vergrößerten Anströmquerschnitt am Ventilglied (15) in Öffnungsrichtung freigeben.
2. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kolbenförmige Ventilglied (15) einen Ringbund (17) aufweiεt, dessen Umfangsflache die Ventildichtfläche (29) bildet, wobei das Ventilglied (15) in einer in die zylindrische Ausnehmung (5) des Druckstutzens (3) eingesetzten Steuerhülse (11) geführt ist, die mit einem Teil ihrer axialen Innenwand den Ventilsitz (27) bildet.
3. Druckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (15) wenigstens eine Steuerbohrung (33) aufweist, die den Rückstrδmdrosselkanal (31) schneidend an der Mantelfläche des Ventilgliedes (15) austritt und nach Durchlaufen einer bestimmten Ventilgliedhubbewegung in
Überdeckung mit einem Steuerkanal in der Steuerhülse (11) gelangt, der in einen vom Ringbund (17) begrenzten Druckraum (22) mündet.
4. Druckventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (11) einen gestuften Innendurchmesser ausweist, wobei ein Ringabsatz (13) am Querschnittsübergang eine Anlagefläche für die entgegen der Durchströmrichtung (1) bei geöffnetem Druckventil weisende untere Ringstirnfläche (19) des Ringbundes (17) am Ventilglied (15) bildet.
5. Druckventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal in der Steuerhülse (11) durch wenigstens eine Längsbohrung (37) gebildet ist, die ausgehend von der unteren, der Durchströmrichtung (1) bei geöffnetem Druckventil entgegenweisenden Ringstirnfläche (39) der Steuerhülse (11) in den Druckraum (22) am Ringabsatz (13) mündet und die von wenigstens einer Ringnut (35) am Innendurchmesser der Steuerhülse (11) angeschnitten wird, die ihrerseits von der Steuerbohrung (33) im Ventilglied (15) überfahrbar ist.
6. Druckventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrung (37) an ihrem unteren, der Stirnfläche (39) zugewandten Ende verschlosεen ist.
7. Druckventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrung (37) mittels einer eingesetzten Kugel (41) verschlossen ist.
8. Druckventil nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß am der unteren Stirnfläche (39) nahen Ende eine weitere Ringnut (43) am Innendurchmesser der Steuerhülse (11) vorgesehen ist, die die Längsbohrung (37) anschneidend mit einer unteren Kante (45) am Ventilglied (15) zusammenwirkt, wobei beim Eintauchen der unteren Kante (45) in die weitere Ringnut (43) ein zusätzlicher Überströmquerschnitt zum Druckraum (22) aufgesteuert wird.
9. Druckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Durchströmrichtung (1) bei geöffnetem Druckventil weisende obere Ringstirnfläche (21) des Ringbundes (17) am Ventilglied (15) von der Ventilfeder (23) beaufschlagt ist, die sich andererseits an einem ortsfesten Anschlag (25) im Druckstutzen (3) abstützt.
10. Druckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang zwischen der unteren Stirnfläche (47) des Ventilgliedes (15) zum Ventilgliedschaft und am Übergang zwischen der unteren Ringstirnfläche (19) zum Ringbund (17) eine Anschrägung vorgesehen ist.
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JP (1) JP2000500838A (de)
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