DE10124238A1 - Hochdruck-Kraftstoffpumpe, insbesondere für direkteinspritzende Brennkraftmaschinen, sowie Kraftstoffsystem und Brennkraftmaschine - Google Patents
Hochdruck-Kraftstoffpumpe, insbesondere für direkteinspritzende Brennkraftmaschinen, sowie Kraftstoffsystem und BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10), welche insbesondere für direkteinspritzende Brennkraftmaschinen verwendet wird, umfasst ein Gehäuse (12), welches einen Niederdruck-Einlass (20) und einen Hochdruck-Auslass (22) aufweist. In dem Gehäuse (12) ist ein Pumpraum (34) vorhanden, welcher mit dem Niederdruck-Einlass (20) und dem Hochdruck-Auslass (22) verbindbar ist. Ferner ist ein Steuerventil (38) vorgesehen, welches den Pumpraum (34) mit dem Niederdruck-Einlass (20) verbinden kann und zum Niederdruck-Einlass (20) hin öffnet. Auch ein Rückschlagventil (36) mit einem vom Steuerventil (38) separaten Ventilelement (76) ist vorhanden, welches zwischen Niederdruck-Einlass (20) und Pumpraum (34) angeordnet ist und zum Pumpraum (34) hin öffnet. Um den Aufbau der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass das Rückschlagventil (36) und das Steuerventil (38) in einem gemeinsamen Ventilmodul (44) untergebracht sind, welches wenigstens bereichsweise in das Pumpengehäuse (12) eingesetzt ist und für das Steuerventil (38) und das Rückschlagventil (36) einen gemeinsamen Anschluss (64) zum Niederdruck-Einlass (20) hin aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe,
insbesondere für direkteinspritzende Brennkraftmaschinen,
mit einem Gehäuse, welches einen Niederdruck-Einlass und
einen Hochdruck-Auslass aufweist, mit einem in dem Gehäuse
vorhandenen Pumpraum, welcher mit dem Niederdruck-Einlass
und dem Hochdruck-Auslass verbindbar ist, mit einem
Steuerventil, welches den Pumpraum mit dem Niederdruck-
Einlass verbinden kann und zum Niederdruck-Einlass hin
öffnet, und mit einem Rückschlagventil mit einem vom
Steuerventil separaten Ventilelement, welches zwischen
Niederdruck-Einlass und Pumpraum angeordnet ist und zum
Pumpraum hin öffnet.
Eine solche Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist aus der DE 198 34 120 A1
bekannt. Diese Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird bei
Kraftstoffversorgungsanlagen mit zwei in Reihe geschalteten
Kraftstoffpumpen eingesetzt. Vom Pumpraum zweigt zum einen
ein Strömungskanal ab, welcher über ein Rückschlagventil zu
einem Niederdruck-Einlass führt. Zum anderen führt ein
weiterer Strömungskanal vom Pumpraum zu einem Steuerventil,
welches mit einem weiteren Strömungskanal im Gehäuse der
Hochdruck-Kraftstoffpumpe verbunden ist, der ebenfalls zum
Niederdruck-Einlass führt. Auslassseitig ist der Pumpraum
ebenfalls über ein Rückschlagventil mit einem Hochdruck-
Auslass verbunden.
Bei der bekannten Hochdruck-Kraftstoffpumpe handelt es sich
um eine Kolbenpumpe. Um die zum Hochdruck-Auslass
geförderte Menge an Kraftstoff steuern zu können, kann das
Steuerventil während eines Förderhubes des Pumpenkolbens
geöffnet werden. Hierdurch wird der Pumpraum zum
Niederdruck-Einlass hin geöffnet und kein Kraftstoff mehr
zum Hochdruck-Auslass hin gefördert.
Alternativ könnte das Steuerventil auch zu Beginn eines
Förderhubes des Pumpenkolbens geöffnet werden. Die
Steuerung der Fördermenge durch eine Variation des
Förderendes hat jedoch mehrere Vorteile:
Zum einen kann das Steuerventil einfacher ausgeführt werden, da der zu steuernde Strömungsquerschnitt erheblich kleiner ausgeführt werden kann. Da der Pumpenkolben zumeist von einem Antriebsnocken angetrieben wird, fällt die Belastung des Antriebsnockens geringer aus, da die Förderung vor dem oberen Totpunkt des Pumpenkolbens beendet wird (im oberen Totpunkt des Pumpenkolbens tritt aufgrund des kleinen Krümmungsradius die höchste Hertzsche Pressung auf). Schließlich ergibt sich noch ein Kostenvorteil dadurch, dass die Ansteuerung des Steuerventils über eine Schaltendstufe erfolgen kann.
Zum einen kann das Steuerventil einfacher ausgeführt werden, da der zu steuernde Strömungsquerschnitt erheblich kleiner ausgeführt werden kann. Da der Pumpenkolben zumeist von einem Antriebsnocken angetrieben wird, fällt die Belastung des Antriebsnockens geringer aus, da die Förderung vor dem oberen Totpunkt des Pumpenkolbens beendet wird (im oberen Totpunkt des Pumpenkolbens tritt aufgrund des kleinen Krümmungsradius die höchste Hertzsche Pressung auf). Schließlich ergibt sich noch ein Kostenvorteil dadurch, dass die Ansteuerung des Steuerventils über eine Schaltendstufe erfolgen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruck-
Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Art so
weiterzubilden, dass sie insgesamt einfacher baut und somit
preiswerter hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das
Rückschlagventil und das Steuerventil in einem gemeinsamen
Ventilmodul untergebracht sind, welches wenigstens
bereichsweise in das Pumpengehäuse eingesetzt ist und für
das Steuerventil und das Rückschlagventil einen gemeinsamen
Anschluss zum Niederdruck-Einlass hin aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Hochdruck-Kraftstoffpumpe sind
das Einlassventil, durch welches der Kraftstoff vom
Niederdruck-Einlass in den Pumpraum während eines Saughubs
strömt, und das Steuerventil, welches gegen Ende eines
Förderhubes des Pumpenkolbens öffnet, in eine gemeinsame
Einheit integriert. Diese Einheit kann vorab montiert
werden. Aufgrund der besseren Zugänglichkeit ist eine
solche Montage leichter durchzuführen, was zu einem
Kostenvorteil, aber auch zu einem Qualitätszuwachs führt.
Darüber hinaus sind im Gehäuse der erfindungsgemäßen
Hochdruck-Kraftstoffpumpe nur noch wenige Strömungskanäle
erforderlich, da das gemeinsame Ventilmodul für das
Rückschlagventil und das Steuerventil einen gemeinsamen
Anschluss zum Niederdruck-Einlass hin aufweist. Zur
Herstellung des Gehäuses der Hochdruck-Kraftstoffpumpe sind
somit weniger Bearbeitungsschritte erforderlich, was die
Herstellungskosten für die erfindungsgemäße Hochdruck-
Kraftstoffpumpe senkt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in
Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung ist genannt, dass die
Elemente des Rückschlagventils und die Elemente des
Steuerventils nebeneinander in dem Ventilmodul angeordnet
sind. Dies ist baulich besonders einfach und somit
preiswert zu realisieren.
Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Elemente des
Rückschlagventils und die Elemente des Steuerventils
zueinander koaxial in dem Ventilmodul angeordnet sind. Eine
solche Anordnung baut besonders klein. Darüber hinaus wird
bei ihr der zur Verfügung stehende Raum besonders gut
ausgenützt, so dass insbesondere für das Rückschlagventil
ein großer und somit günstiger Strömungsquerschnitt zu
erreichen ist.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass das
Steuerventil radial innen liegt und das Rückschlagventil
eine Mehrzahl von Strömungskanälen umfasst, welche radial
außen um mindestens einen Bereich des Steuerventils im
Ventilmodul vorgesehen sind. Durch diese Mehrzahl von
Strömungskanälen wird ein vergleichsweise großer
Strömungsquerschnitt für das Rückschlagventil geschaffen,
so dass während eines Ansaughubes des Pumpenkolbens eine
rasche Füllung des Pumpraumes möglich ist. Zum Niederdruck-
Einlass hin sind die Strömungskanäle vorzugsweise durch
einen Ringraum miteinander verbunden. Das Steuerventil
wiederum liegt zumindest mit seinem Ventilelement radial
innerhalb der Strömungskanäle. Eine solche Hochdruck-
Kraftstoffpumpe ist sehr effektiv und baut dennoch sehr
kompakt.
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Rückschlagventil
ein scheibenringförmiges Ventilelement umfasst. Ein solches
Ventilelement ist ebenso wie der dazu gehörige Ventilsitz
einfach zu fertigen.
Die Ventildynamik des Rückschlagventils wird umso besser,
je geringer die Masse des Ventilelements des
Rückschlagventils ist. Dem wird bei jener Weiterbildung
Rechnung getragen, bei der das Ventilelement des
Rückschlagventils ein dünnes Plättchen umfasst.
Auch kann das Rückschlagventil als Doppelsitzventil
ausgebildet sein. In diesem Fall steht bereits bei geringem
Ventilhub ein großer Strömungsquerschnitt zur Verfügung.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Hochdruck-Kraftstoffpumpe umfasst das
Ventilmodul zum Pumpraum hin mindestens einen
Stützabschnitt, an dem sich ein Vorspannelement abstützt,
welches das Ventilelement des Rückschlagventils gegen den
zugehörigen Ventilsitz beaufschlagt. Die Vorspannung des
Vorspannelements ist bevorzugterweise gerade so stark, dass
das Ventilelement des Rückschlagventils bereits bei einer
geringen Druckdifferenz vom zugehörigen Ventilsitz abhebt.
Ist der Stützabschnitt, wie vorgeschlagen wird, am
Ventilmodul angeordnet, kann die komplette Einheit aus
Rückschlagventil und Steuerventil vorab montiert werden,
was die Herstellkosten nochmals senkt.
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn der Stützabschnitt
einstückig mit einem gemeinsamen Ventilgehäuse ausgebildet
ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftstoffsystem mit einem
Kraftstoffbehälter, mit mindestens einer Kraftstoff-
Einspritzvorrichtung, welche den Kraftstoff direkt in den
Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt, mit
mindestens einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, und mit einer
Kraftstoff-Sammelleitung, an die die Kraftstoff-
Einspritzvorrichtung angeschlossen ist.
Ein solches Kraftstoffsystem kommt bei Brennkraftmaschinen
mit Kraftstoff-Direkteinspritzung zum Einsatz. Der Druck in
der Kraftstoff-Sammelleitung, welche gemeinhin auch als
"Rail" bezeichnet wird, wird von der Hochdruck-
Kraftstoffpumpe aufgebracht.
Damit das Kraftstoffsystem insgesamt einfacher aufgebaut
ist und preiswerter hergestellt werden kann, wird
vorgeschlagen, dass die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in der
obigen Art ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft ferner noch eine Brennkraftmaschine
mit mindestens einem Brennraum, in den der Kraftstoff
direkt eingespritzt wird. Um die Brennkraftmaschine
insgesamt einfacher aufbauen zu können und ihre Herstellung
preiswerter zu machen, sowie um den Betrieb der
Brennkraftmaschine zuverlässiger zu machen, wird
vorgeschlagen, dass sie ein Kraftstoffsystem der oben
genannten Art aufweist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch einen Bereich
eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Hochdruck-Kraftstoffpumpe;
Fig. 2 bis 4 eine stark vereinfachte Darstellung des Bereichs
von Fig. 1 zu unterschiedlichen Zeitpunkten
während des Betriebs der Hochdruck-
Kraftstoffpumpe;
Fig. 5 ein Diagramm, in dem das Fördervolumen der
Hochdruck-Kraftstoffpumpe der Fig. 1-4 über der
Zeit aufgetragen ist;
Fig. 6 ein Diagramm, in dem der Öffnungszustand eines
Steuerventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe der
Fig. 1-4 über der Zeit aufgetragen ist;
Fig. 7 eine schematisierte und teilweise geschnittene
Darstellung eines Bereichs eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer Hochdruck-
Kraftstoffpumpe; und
Fig. 8 ein schematisiertes Blockschaltbild einer
Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem und
einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 trägt eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe insgesamt
das Bezugszeichen 10. Von ihr ist in der Figur nur ein
Endbereich dargestellt. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10
umfasst ein Gehäuse 12, in welches eine Stufenbohrung 14
eingebracht ist. Transversal zur Längsachse der
Stufenbohrung 14 sind im Gehäuse 12 ferner zwei
Strömungskanäle 16 und 18 vorhanden. Der in Fig. 1 obere
Strömungskanal 16 führt zu einem Niederdruck-Einlass 20 für
den Kraftstoff. Der in Fig. 1 untere Strömungskanal 18
führt zu einem Hochdruck-Auslass 22. In einem unteren
Bereich 24 der Stufenbohrung 14 ist ein Pumpenkolben 26
axial beweglich geführt. In einen oberen Bereich 28 der
Stufenbohrung 14 ist ein Ventilgehäuse 30 eingesetzt.
Dieses ist gegenüber der Stufenbohrung 14 durch eine O-
Ringdichtung 32 abgedichtet, welche in eine Ringnut (ohne
Bezugszeichen) in der Wand der Stufenbohrung 14 eingelegt
ist. Zwischen dem Ventilgehäuse 30 und dem Pumpenkolben 26
ist ein Pumpraum 34 vorhanden.
In dem Ventilgehäuse 30 sind ein Rückschlagventil 36 und
ein Steuerventil 38 untergebracht. Auf deren genaue
Ausbildung wird weiter unten im Detail Bezug genommen. Auf
das Ventilgehäuse 30 ist eine Betätigungseinheit 40
aufgesetzt. Die Betätigungseinheit 40 ist gegenüber dem
Pumpengehäuse 12 durch eine O-Ringdichtung 42 abgedichtet,
die in eine Ringnut (ohne Bezugszeichen) in der Oberseite
des Pumpengehäuses 12 eingelegt ist. Die Betätigungseinheit
40 ist über Schrauben (ohne Bezugszeichen) am Pumpengehäuse
12 befestigt. Ihre Aufgabe ist weiter unten im Detail
erläutert. Die Befestigung der Betätigungseinheit 40 am
Ventilgehäuse 30 erfolgt unlösbar über einen Bördel 41. Die
Betätigungseinheit 40, das Steuerventil 38, das
Rückschlagventil 36 und das Ventilgehäuse 30 bilden
zusammen ein Ventilmodul 44.
Das Ventilgehäuse 30 hat insgesamt zylindrische Getalt. Es
wird in seiner Längsrichtung von einer zentrischen
Stufenbohrung 46 durchsetzt. In die Stufenbohrung 46 ist in
Fig. 1 von oben her ein stangenförmiges Ventilelement 48
eingeführt, welches mit einem abgerundeten Ende mit einem
in Fig. 1 unteren Bereich der Stufenbohrung 36 vorhandenen
Ventilsitz 50 zusammenarbeitet. Das Ventilelement 48 und
der Ventilsitz 50 sind Teil des Steuerventils 38.
Das Ventilelement 48 erstreckt sich nach oben aus dem
Ventilgehäuse 30 heraus in die Betätigungseinheit 40
hinein. An dem vom Ventilsitz 50 entfernten Ende des
Ventilelements 48 ist ein zylindrischer Anker 52 befestigt.
Ein Deckel 56 schließt die Betätigungseinheit 40 nach oben
hin ab. Ferner ist in der Betätigungseinheit 40 ein
ringförmiger Magnet 86 vorgesehen, welcher bei einer
Bestromung den Anker 52 in Fig. 1 nach unten bewegt, so
dass das Ventilelement 48 in den Ventilsitz 50 gedrückt
wird.
Unterhalb des Ventilsitzes 50 bildet die Stufenbohrung 46
einen Strömungskanal 58, der in den Pumpraum 34 mündet.
Oberhalb des Ventilsitzes 50 hat die Stufenbohrung 46 einen
größeren Durchmesser als das Ventilelement 48, so dass ein
Ventilraum 60 gebildet wird. Dieser ist über eine Mehrzahl
von radial verlaufenden Strömungskanälen 62 mit einer
umlaufenden Nut 64 verbunden, welche in die Außenwand des
Ventilgehäuses 30 eingebracht ist. In der in Fig. 1
dargestellten Einbaulage liegt die Nut 64 auf Höhe eines
erweiterten Abschnitts 66 der Stufenbohrung 14 im
Pumpengehäuse 12. Hierdurch wird ein Ringraum 68 gebildet.
Von diesem zweigt zum Niederdruck-Einlass 20 hin der
bereits oben eingeführte Stömungskanal 16 ab.
Das Rückschlagventil 36 ist folgendermaßen aufgebaut:
Im Ventilgehäuse 30 verlaufen von der umlaufenden Nut 64
mehrere im Wesentlichen axiale Strömungskanäle 70 schräg
nach unten und etwas radial nach innen. Bei dem in Fig. 1
dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier in
Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete
Strömungskanäle 70 vorgehen, von denen in Fig. 1 zwei
sichtbar sind. Die Strömungskanäle 70 münden in die
Unterseite des Ventilgehäuses 30. Die Öffnungen der
Strömungskanäle 70 in der Unterseite des Ventilgehäuses 30
sind dort von einem ringförmigen Ventilsitz 72 umgeben.
Dieser besteht aus einem zum Ventilgehäuse 30 koaxialen und
radial inneren Ringsteg 72a und einem ebenfalls zum
Ventilgehäuse 30 koaxialen und radial äußeren Ringsteg 72b.
Auf den ringförmigen Ventilsitz 72 auf der Unterseite des
Ventilgehäuses 30 wird mit geringer Kraft von einer
Druckfeder 74 ein scheibenringförmiges Ventilelement 76
gedrückt. Bei dem scheibenringförmigen Ventilelement 76
handelt es sich um ein dünnes Metallplättchen. Die
Druckfeder 74 stützt sich an einem axial verlaufenden
ringförmigen Stützelement 78 ab. Dieses ist mit seinem
oberen Rand an das Ventilgehäuse 30 angeschweißt. An seinem
in Fig. 1 unteren Ende weist das Stützelement 78 einen
radial nach innen weisenden Ringsteg 80 auf, an dem die
Druckfeder 74 anliegt. An dem scheibenringförmigen
Ventilelement 76 des Rückschlagventils 36 sind über den
Umfang verteilt radiale Ausnehmungen 82 vorhanden. Im
Stützelement 78 sind entsprechende, in der Figur nicht
sichtbare Öffnungen vorgesehen.
Wie ohne Weiteres aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind
einerseits die Elemente des Rückschlagventils 36, also die
Mehrzahl axialer Strömungskanäle 70 und ringförmiger
Ventilsitze 72, die Druckfeder 74, das scheibenringförmige
Ventilelement 76 und das Stützelement 78, koaxial zu den
Elementen des Steuerventils 38, also insbesondere der
Stufenbohrung 46 im Ventilgehäuse 30, dem Ventilelement 48
und dem Ventilsitz 50, angeordnet. Des Weiteren erkennt
man, dass die umlaufende Nut 64 einen gemeinsamen Anschluss
des Rückschlagventils 36 und des Steuerventils 38 zum
Niederdruck-Einlass hin bildet.
Als weiteres Element der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 sei
noch ein Rückschlagventil 84 erwähnt, welches im unteren
Strömungskanal 18 zwischen dem Pumpraum 34 und dem
Hochdruck-Auslass 22 vorhanden ist. Bei diesem
Rückschlagventil 84 handelt es sich um ein normales
federbelastetes Kugelventil, welches zum Hochdruck-Auslass
22 hin öffnet.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 arbeitet folgendermaßen
(vgl. auch Fig. 2-6; es sei darauf hingewiesen, dass
insbesondere in den Fig. 2-4 aus Darstellungsgründen
nicht alle Teile und Bezugszeichen eingezeichnet sind;
ferner sind in den Fig. 2 bis 4 das Steuerventil 38 und
das Rückschlagventil 36 in einer von Fig. 1
unterschiedlichen Ausrichtung gegenüber der Längsachse des
Kolbens 26 dargestellt):
Wie aus den Fig. 2-4 ersichtlich ist, wird der Pumpenkolben 26 von einem Nocken 88 angetrieben, welcher auf einer sich im Uhrzeigersinn drehenden Welle 90 befestigt ist. Im Allgemeinen wird die Welle 90 direkt von einer Kurbelwelle einer zugehörigen Brennkraftmaschine angetrieben. In dem in Fig. 2 dargestellten Betriebszustand der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 bewegt sich der Pumpenkolben 26 nach unten (Saughub, vgl. Fig. 5). Hierdurch vergrößert sich der Pumpraum 34. Der Druck im Pumpraum 34 ist in diesem Betriebszustand der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 10 niedriger als der Druck am Hochdruck- Auslass 22, so dass das Rückschlagventil 84 geschlossen ist. Der Magnet 86 des Steuerventils 38 ist in diesem Betriebszustand der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 bestromt. Somit wird das Ventilelement 48 gegen den Ventilsitz 50 gedrückt; das Steuerventil 38 ist also geschlossen (vgl. Fig. 6, linker Bereich)
Wie aus den Fig. 2-4 ersichtlich ist, wird der Pumpenkolben 26 von einem Nocken 88 angetrieben, welcher auf einer sich im Uhrzeigersinn drehenden Welle 90 befestigt ist. Im Allgemeinen wird die Welle 90 direkt von einer Kurbelwelle einer zugehörigen Brennkraftmaschine angetrieben. In dem in Fig. 2 dargestellten Betriebszustand der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 bewegt sich der Pumpenkolben 26 nach unten (Saughub, vgl. Fig. 5). Hierdurch vergrößert sich der Pumpraum 34. Der Druck im Pumpraum 34 ist in diesem Betriebszustand der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 10 niedriger als der Druck am Hochdruck- Auslass 22, so dass das Rückschlagventil 84 geschlossen ist. Der Magnet 86 des Steuerventils 38 ist in diesem Betriebszustand der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 bestromt. Somit wird das Ventilelement 48 gegen den Ventilsitz 50 gedrückt; das Steuerventil 38 ist also geschlossen (vgl. Fig. 6, linker Bereich)
Wenn die Druckdifferenz zwischen dem Pumpraum 34 und dem
Niederdruck-Einlass 20 ein bestimmtes Maß übersteigt, hebt
das scheibenringförmige Ventilelement 76 des
Rückschlagventils 36 von der Unterseite des Ventilgehäuses
30 und dem dort vorhandenen Ventilsitz 72 ab. Somit kann
Kraftstoff vom Niederdruck-Einlass 20 über den oberen
Strömungskanal 16, den Ringraum 68 und die axialen
Strömungskanäle 70 in den Pumpraum 34 strömen, wodurch
dieser mit Kraftstoff befüllt wird.
Der Kraftstoff strömt dabei zum einen zwischen dem
scheibenringförmigen Ventilelement 76 und dem radial
inneren Ringsteg 72a und die zentrale Öffnung (ohne
Bezugszeichen) im scheibenringförmigen Ventilelement 76 zum
Pumpraum 34. Andererseits strömt Kraftstoff auch zwischen
dem radial äußeren Ringsteg 72b und dem
scheibenringförmigen Ventilelement 76 durch die radialen
Ausnehmungen 82 und die entsprechenden Ausnehmungen im
Stützelement 78 in den Pumpraum 34. Insoweit ist das
Rückschlagventil 36 also als Doppelsitzventil ausgebildet.
Dies hat den Vorteil, dass sich ein geringerer Ventilhub
einstellt, was besonders bei hoher Drehzahl und somit
schnellen Bewegungen des Pumpenkolbens 76 im Hinblick auf
die gewünschte Ventildynamik von Vorteil ist.
Nach dem Erreichen des unteren Totpunktes wird der
Pumpenkolben 26 vom Nocken 88 wieder nach oben gedrückt
(vgl. Fig. 3). Diese Bewegung wird auch als Förderhub
bezeichnet (vgl. Fig. 5). Da sich im Pumpraum 34 nun ein
höherer Druck einstellt als im Niederdruck-Einlass 20, wird
das scheibenringförmige Ventilelement 76 des
Rückschlagventils 36 gegen den Ventilsitz 72 an der
Unterseite des Ventilsgehäuses 30 gepresst. Das
Rückschlagventil 36 ist somit geschlossen. Das
Ventilelement 48 des Steuerventils 38 wird weiterhin über
den Magnet 86 gegen den Ventilsitz 50 gedrückt. Auch das
Steuerventil 38 ist also geschlossen.
Somit erhöht sich der Druck des im Pumpraum 34
eingeschlossenen Kraftstoffes. Dies geschieht so lange, bis
die Druckdifferenz zwischen dem im Pumpraum 34
eingeschlossenen Kraftstoff und dem Kraftstoff am
Hochdruck-Auslass 22 so groß ist, dass das Rückschlagventil
84 öffnet. Dann strömt der Kraftstoff aus dem Pumpraum 34
durch den unteren Strömungskanal 18 zum Hochdruck-Auslass
22 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 hin.
Damit der Druck des Kraftstoffs am Hochdruck-Auslass 22
einen bestimmten Wert nicht übersteigt, muss die von der
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 zum Hochdruck-Auslass 22 hin
geförderte Kraftstoffmenge gesteuert werden. Dies erfolgt
dadurch, dass während des Förderhubs der Magnet 86 des
Steuerventils 38 abgeschaltet wird. Hierdurch wird der
Anker 52 durch den Druck im Pumpraum 34 in Fig. 1 nach oben
bewegt. Somit hebt das Ventilelement 48 vom Ventilsitz 50
ab (vgl. Fig. 6, Mitte), so dass Kraftstoff aus dem
Pumpraum 34 über die Stufenbohrung 46 und den Ringraum 68
zum oberen Strömungskanal 16 und zum Niederdruck-Einlass 20
hin abströmen kann. Da nun der Druck im Pumpraum 34
(schlagartig) wieder absinkt, schließt das Rückschlagventil
84, so dass kein Kraftstoff vom Hochdruck-Auslass 22 über
den Pumpraum 34 zum Niederdruck-Einlass 20 hin strömen
kann.
Das Öffnen des Steuerventils 38 gegen Ende eines Förderhubs
ist im Übrigen in Fig. 4 dargestellt. Durch eine geeignete
Wahl des Zeitpunkts, zu dem das Steuerventil 38 während
eines Förderhubs öffnet, kann die während eines Förderhubs
vom Pumpraum 34 zum Hochdruck-Auslass 22 hin geförderte
Kraftstoffmenge eingestellt werden.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 dargestellt. Solche Elemente,
Bereiche und Bauteile, welche funktionsäquivalent zu
Elementen, Bereichen und Bauteilen des in den Fig. 1-6
beschriebenen Ausführungsbeispiels sind, tragen die
gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail
erläutert.
Der Unterschied zu dem oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel betrifft die Anordnung des
Rückschlagventils 36 und des Steuerventils 38. Während bei
dem in den Fig. 1-6 gezeigten Ausführungsbeispiel einer
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 das Rückschlagventil 36 und
das Steuerventil 38 koaxial zueinander angeordnet waren,
ist bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel das
Steuerventil 38 neben dem Rückschlagventil 36 angeordnet.
Fig. 8 zeigt eine Brennkraftmaschine 92, in die ein
Kraftstoffsystem 94 eingebaut ist. Dieses umfasst einen
Kraftstoffbehälter 96, aus dem eine elektrische
Kraftstoffpumpe 98 den Kraftstoff zu einem Niederdruck-
Einlass 20 einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 fördert. Die
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 ist in der in den Fig. 1-6
bzw. in Fig. 7 dargestellten Art aufgebaut.
Von einem Hochdruck-Auslass 22 der Hochdruck-
Kraftstoffpumpe 10 wird der Kraftstoff zu einer Kraftstoff-
Sammelleitung, gemeinhin auch als "Rail" bezeichnet,
gefördert. Die Kraftstoff-Sammelleitung hat das
Bezugszeichen 100. An die Kraftstoff-Sammelleitung 100 sind
mehrere Hochdruck-Einspritzventile, beispielsweise
Injektoren 102, angeschlossen. Diese spritzen den
Kraftstoff direkt in entsprechende Brennräume 104 ein. Der
Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 100 wird von einem
Drucksensor 106 erfasst. Dieser liefert entsprechende
Signale an ein Steuer- und/oder Regelgerät 108. Dieses
wiederum steuert das magnetische Steuerventil (in Fig. 8
ohne Bezugszeichen) der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 an, um
den Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 100 im Sinne
einer geschlossenen Regelstrecke auf einem gewünschten
Niveau zu halten.
Claims (11)
1. Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10), insbesondere für
direkteinspritzende Brennkraftmaschinen (92), mit einem
Gehäuse (12), welches einen Niederdruck-Einlass (20) und
einen Hochdruck-Auslass (22) aufweist, mit einem in dem
Gehäuse (12) vorhandenen Pumpraum (34), welcher mit dem
Niederdruck-Einlass (20) und dem Hochdruck-Auslass (22)
verbindbar ist, mit einem Steuerventil (38), welches den
Pumpraum (34) mit dem Niederdruck-Einlass (20) verbinden
kann und zum Niederdruck-Einlass (20) hin öffnet, und mit
einem Rückschlagventil (36) mit einem vom Steuerventil (38)
separaten Ventilelement (76), welches zwischen Niederdruck-
Einlass (20) und Pumpraum (34) angeordnet ist und zum
Pumpraum (34) hin öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass das
Rückschlagventil (36) und das Steuerventil (38) in einem
gemeinsamen Ventilmodul (44) untergebracht sind, welches
wenigstens bereichsweise in das Pumpengehäuse (12)
eingesetzt ist und für das Steuerventil (38) und das
Rückschlagventil (36) einen gemeinsamen Anschluss (64) zum
Niederdruck-Einlass (20) hin aufweist.
2. Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des
Rückschlagventils (36) und die Elemente des Steuerventils
(38) nebeneinander in dem Ventilmodul (44) angeordnet sind.
3. Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des
Rückschlagventils (36) und die Elemente des Steuerventils
(38) zueinander koaxial in dem Ventilmodul (44) angeordnet
sind.
4. Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (38) radial
innen liegt und das Rückschlagventil (36) eine Mehrzahl von
Strömungskanälen (70) umfasst, welche radial außen um
mindestens einen Bereich des Steuerventils (38) im
Ventilmodul (44) vorgesehen sind.
5. Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (36) ein
scheibenringförmiges Ventilelement (76) umfasst.
6. Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Ventilelement des Rückschlagventils (36) ein dünnes
Plättchen (76) umfasst.
7. Hochdruck-Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Rückschlagventil (36) als Doppelsitzventil ausgebildet ist.
8. Hochdruck-Kraftstoffpumpe nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Ventilmodul (44) zum Pumpraum (34) hin mindestens einen
Stützabschnitt (78) umfasst, an dem sich ein
Vorspannelement (74) abstützt, welches das Ventilelement
(76) des Rückschlagventils (36) gegen den zugehörigen
Ventilsitz (72) beaufschlagt.
9. Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stützabschnitt (78)
einstückig mit einem gemeinsamen Ventilgehäuse (30)
ausgebildet ist.
10. Kraftstoffsystem (94) mit einem Kraftstoffbehälter
(96), mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
(102), welche den Kraftstoff direkt in den Brennraum (104)
einer Brennkraftmaschine (92) einspritzt, mit mindestens
einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10), und mit einer
Kraftstoff-Sammelleitung (100), an die die Kraftstoff-
Einspritzvorrichtung (102) angeschlossen ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10)
nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
11. Brennkraftmaschine (92) mit mindestens einem Brennraum
(104), in den der Kraftstoff direkt eingespritzt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Kraftstoffsystem (94)
nach Anspruch 10 aufweist.
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