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Überdruckventil für Flüs*keiten veränderlicher Viskosität Die Erfindung
bezieht sich auf ein überdruckventil für Flüssigkeiten veränderlicher Viskosität,
beispielsweise öl oder Dieselkraftstoff, zur Konstanthaltung des auf der
Druckseite des Ventiles herrschendes Druckes unabhängig von Viskositätsschwankungen
der Flüssigkeiten.
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Es ist seit langem bekannt, in Drucksystemen zur Konstanthaltung des
Druckes überdruck- bzw. überströmventile einzubauen. Diese Ventile sprechen bei
Erreichen eines bestimmten einstellbaren Druckes an und verhindern so eine unzulässige
Erhöhung desselben. Die Wirkung der Ventile wird allerdings durch die Viskosität
der Flüssigkeit dahingehend beeinflußt, daß bei hohen Viskositätsgraden höhere Drücke
im Drucksystem entstehen können, weil in diesem Falle der hohe Durchflußwiderstand
durch dasVentil einenDruckabbau auf den voreingestellten öffnungsdruck des Ventils
nicht erlaubt. Der konstant zu haltende Druck wird also bei diesen Ventilen in störender
Weise von der Viskosität der in dem Drucksystem vorhandenen Flüssigkeit beeinflußt.
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Dieser Einfluß der Viskosität wird erfindungsgemäß dadurch vermieden,
daß das Drosselorgan, z. B. ein Rohrschieber mit radialen Steueröffnungen, von einem
in Schließrichtung federbelasteten Stufenkolben bewegt wird, dessen Schulter mit
dem Gehäuse einen Ringraum einschließt, der in Strömungsrichtung hinter dem vom
Kolben bewegten Drosselorgan liegt, und daß der Ringraum durch eine Drosselstelle
unveränderlichen Querschnitts mit der Abflußseite verbunden ist.
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Bei einem solchen erfindungsgemäßen überdruckventil wird der Stufenkolben
von der Druckseite her auf der Seite des kleineren Durchmessers beaufschlagt und
gibt bei Erreichen eines vorher festzulegenden Druckes die radialen Steueröffnungen
in dem Rohrschieber zu dem durch die Schulter des Stufenkolbens mit dem Gehäuse
gebildeten Ringraum frei. Dadurch erhält die Flüssigkeit Zutritt zu dem Ringraum,
aus dem sie über die feste DrosseIstelle abfließen kann. Der durch die Viskosität
bestimmte Durchflußwiderstand an der Drosselstelle unveränderlichen Querschnitts
wirkt dann als Druck auf die Schulter des Stufenkolbens, wodurch der als Drosselorgan
wirkende Rohrschieber gegen die Kraft der Feder verschoben wird, so daß ein größerer
Durchtrittsquerschnitt des Drosselorgans freigegeben wird. Bei niederen Viskositätsgraden
ist der Durchflußwiderstand an der festen Drosselstelle klein und dadurch auch der
Durchtrittsquerschnitt des Drosselorgans. Bei hohen Viskositätsgraden wird sich
der Durchtrittsquerschnitt des Drosselorgans entsprechend der kleineren Durchflußmenge
vergrößern. Der Druck auf der Druckseite des Ventils wird daher nahezu unabhängig
von der Viskosität der Flüssigkeit konstant gehalten.
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Als zweckmäßig erweist es sich, daß die Drosselstelle unveränderlichen
Querschnitts durch einen Spalt zwischen dem Stufenkolben und seiner Führung gebildet
wird. Diese Ausführung des überdruckventils ist fertigungstechnisch besonders einfach
und insbesondere für gereinigte Flüssigkeiten verwendbar.
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Bei verunreinigten Flüssigkeiten kann es vorteilhaft sein, daß die
feste Drosselstelle durch eine Längsnut auf der Außenseite des Stufenkolbens oder
durch eine Längsnut auf der Innenseite der Führung des Stufenkolbens gebildet wird.
Die Längsnut kann hierbei parallel zur Längsachse des Kolbens angeordnet sein oder
schräglaufend den durch die Schulter des Stufenkolbens mit dem Gehäuse gebildeten
Ringraum mit der Abflußseite verbinden. Die Länge des dadurch gebildeten Kanals
in Verbindung mit dessen Querschnitt läßt eine feinfühlige Bestimmung der Durchflußmenge
zu.
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In der Zeichnung ist in Form eines schematischen Längsschnittes ein
Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
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In einem Gehäuse 1 ist ein abgesetzter Zylinderraum 2 vorgesehen,
dessen im Durchmesser kleineres Ende 3 mit der Druckleitung (in der Zeichnung
nicht dargestellt) in Verbindung steht. Das im Durchmesser größere Ende des Zylinderraumes
ist über eine Leitung 4 mit dem Abfluß verbunden. Im abgesetzten Zylinderraum 2
ist ein entsprechend abgesetzter Kolben 5 axial verschiebbar. In dem Kolbenteil
kleineren Durchmessers ist eine Axialbohrung 6 vorgesehen, in die die Flüssigkeit
aus der Druckleitung eintreten kann, die durch die Wirkung des Überdruckventils
zur Abflußseite geleitet werden soll. In der Zylinderbohrung größeren Durchmessers
2 ist eine Druckfeder
7 angeordnet, die auf den größeren
Kolbenteil drückt. In der Nähe des übergangs zwischen den Kolbenteilen kleineren
und größeren Durchmessers ist im ersteren eine Radialbohrung8 vorgesehen, die mit
der Axialbohrung6 in Verbindung steht und durch die die Flüssigkeit in den größeren
Zylinderraum in mehr oder minder großer Menge eintreten kann, je nachdem,
welche axiale Stellung der abgesetzte Kolben 5 einnimmt. Bei fehlendem oder
sehr kleinem Druck in der Druckleitung drückt die Druckfeder 7 den Kolben
in eine Stellung, in der die kadialbohrung 8 durch die Wand des Zylinderraumes
kleineren Durchmessers abgeschlossen ist.
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Zwischen dem Kolbenteil größeren Durchmessers und dem zugehörigen
Zylinderraum ist ein ausreichend bemessenes radiales Spiel 9 vorhanden, so
daß die zur Abflußseh zurückzuleitende Flüssigkeit zwischen Kolben und Zylinderwand
hindurchtreten kann. Die Länge des Kolbenteils größeren Durchmessers ist so bemessen,
daß der zugehörige Durchtrittsspalt dem Durchfluß des Kraftstoffes einen ausreichenden
Durchflußwiderstand entgegensetzt, wodurch ein von der jeweiligen Viskosität des
Kraftstoffes abhängiger Durchflußwiderstand erzeugt wird.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Oberdruckventils soll bei
seiner Verwendung in Verbindung mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
erläutert werden. Einer solchen Kraftstoffeinspritzpumpe ist eine Kraftstofförderpumpe
vorgeschaltet, die je nach der Drehzahl, aber auch abhängig von der Viskosität
des zur Verwendung kommenden Kraftstoffes, beispielsweise Dieselöl, eine bestimmte
Menge Kraftstoff mit einem bestimmten Druck an die Kraftstoffeinspritzpumpe liefert.
Die Viskositätsänderung des verwendeten Kraftstoffes kann daher rühren, daß Dieselöle
verschiedener Provenienz verwendet werden, oder daher, daß sich die Viskosität eines
bestimmten Dieselkraftstoffes mit der Temperatur beträchtlich ändert. Diese Druck-
und Mengenänderung auszuschalten, ist Aufgabe des erfindungsgemäßen überdruckventils.
Hierbei ist die Druckseite des Ventils, also der Zylinderraum mit dem kleineren
Durchmesser 3, mit der Druckleitung der Kraftstofförderpumpe und die Abflußseite
des überdruckventils mit der Eintrittsseite der Kraftstofffürderpumpe verbunden.
Der wirksame Durchflußquerschnitt für den Kraftstoff durch die Radialbohrung
8 und dementsprechend die zum Förderpumpeneintritt zurückfließende Kraftstoffmenge
ändert sich mit der Druckänderung in der Kraftstoffdruckleitung, da das Maß der
Verschiebung des Kolb-2ns bei einer solchen Druckänderung vom Anstieg der Federkraft
der Druckfeder 7 abhängig ist. Die Radialbohrung8 bleibt also geschlossen,
bis ein bestimmter Minimaldruck erreicht ist. Ist dieser Druck erreicht, ist also
der Stufenkolben gegen die Belastung der Feder so weit verschoben, daß die radiale
Steueröffnung 8 den Weg der Flüssigkeit in den durch die Schulter des Stufenkolbens
mit dem Gehäuse gebildeten Ringraum freigibt, erfolgt eine weitere Vergrößerung
des Durchtrittsquerschnittes durch die Vergrößerung der wirksamen Kolbenfläche.
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Bei großer Viskosität des Kraftstoffes ist auch der Durchflußwiderstand
durch den Ringspalt 9 entsprechend groß, und infolgedessen wirkt ein erhöhter
Druck auf die Stimfläche des größeren Kolbenteils, was wiederum zur Folge hat, daß
der Kolben 5 gegen die Kraft der Feder 7 noch weiter axial verschoben
wird und damit der Durchtrittsquerschnitt der Radialbohrung 8 weiter vergrößert
wird. Bei kleinerer Viskosität wird dementsprechend der Durchtrittsquerschnitt der
Radialbohrung 8 und damit die Rückflußmenge kleiner sein. Auf diese Weise
gelingt es, das Durchfluß-Druck-Gesetz in der Kraftstoffdruckleitung weitgehend
unabhängig von den Viskositätsänderungen zu machen.
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Selbstverständlich ist der Erfindungsgegenstand nicht auf die vorstehend
beschriebene Anwendung im Rahmen einer bestimmten Kraftstoffeinspritzpumpe beschränkt,
sondern kann in gleicher Weise auch für andere Pumpen oder auch ganz allgemein für
andere Zwecke verwendet werden, wo die Forderung gestellt ist, daß das Oberdruckventil
Viskositätsänderungen der geförderten Flüssigkeit wenigstens teilweise ausgleichen
soll.