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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Förderraum,
welcher saugseitig über
ein Saugventil mit einer Niederdruckkraftstoffleitung verbunden
ist und welcher druckseitig über
einen Hochdruckanschluss mit einer Hochdruckkraftstoffleitung verbunden
ist, wobei zwischen dem in einem Gehäuse angeordneten Förderraum und
dem flüssigkeitsdicht
mit dem Gehäuse
verbundenen Hochdruckanschluss ein Rückschlagventil und ein parallel
zu dem Rückschlagventil
geschaltetes Druckbegrenzungsventil angeordnet sind, und wobei das
Druckbegrenzungsventil in einer Sacklochbohrung des Gehäuses angeordnet
ist.
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Eine
solche Kraftstoffhochdruckpumpe ist aus der nachveröffentlichten
DE 103 27 411 bekannt. Vorteilhaft
an dieser Kraftstoffhochdruckpumpe ist, dass das Druckbegrenzungsventil
nicht während
des Förderhubs öffnet und
somit kurzzeitig während
des Förderhubs
der Kraftstoffhochdruckpumpe auftretende Druckspitzen den Liefergrad
der Kraftstoffhochdruckpumpe nicht verschlechtern. Lediglich während des
Saughubs, wenn im Förderraum
ein sehr viel geringerer Druck als in der Hochdruckkraftstoffleitung herrscht, öffnet das
Druckbegrenzungsventil, wenn in der Hochdruckkraftstoffleitung ein
unzulässig
hoher Druck herrscht und schützt
dadurch die Kraftstoffhochdruckpumpe und den gesamten Hochdruckbereich
des Kraftstoffeinspritzsystems wirksam vor unzulässig hohen Drücken.
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Bei
der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe
ist zusätzlich
vorgesehen, dass die Sacklochbohrung, welche das Druckbegrenzungsventil
aufnimmt, von einem von dem Hochdruckanschluss und dem Gehäuse begrenzten
Raum ausgeht.
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Vorteile der
Erfindung
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Dadurch
ist es möglich,
das Druckbegrenzungsventil ohne zusätzliche Hochdruckdichtstelle im
Hochdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe in das Gehäuse der
Kraftstoffhochdruckpumpe zu integrieren. Dadurch ergeben sich erhebliche
Kosteneinsparungen und auch die Zahl der Hochdruckdichtstellen,
da ohnehin zwischen dem Hochdruckanschluss und dem Förderraum
ein Rückschlagventil vorhanden
ist. In anderen Worten: Erfindungsgemäß können das Rückschlagventil und das Druckbegrenzungsventil
im Gehäuse
montiert werden bevor der Hochdruckanschluss Montage am Gehäuse montiert und
druckdicht mit diesem verbunden wird. Der Hochdruckanschluss kann
mit dem Gehäuse
verschweißt
oder in dieses eingeschraubt werden
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Die
erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe
ist somit sehr einfach im Aufbau und eignet sich besonders gut für eine weitestgehend
automatisierte Serienfertigung, da das Rückschlagventil und das Druckbegrenzungsventil
nahe beieinander im Gehäuse
der Kraftstoffhochdruckpumpe montiert werden und in der Regel die
Montagerichtungen des Druckbegrenzungsventils und des Rückschlagventils parallel
zueinander angeordnet sind. Alle diese Merkmale vereinfachen die
Fertigung, insbesondere die Großserienfertigung,
der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe
signifikant.
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Außerdem hat
die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe
ein sehr günstiges
Betriebsverhalten, was sich aus den nachfolgenden Erläuterungen
ergibt:
Bei dem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil
wird ein unerwünschtes Öffnen dadurch
verhindert, dass die während
des Förderhubs
von der Hochdruckpumpe verursachten Druckpulsationen das Ventilglied
von beiden Seiten, das heißt
sowohl vom Einlass als auch vom Auslass, beaufschlagen. In Folge
dessen verursachen die Druckpulsationen, deren Maximum deutlich über dem Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils liegen kann, keine resultierende hydraulische
Kraft auf das Ventilglied. Dadurch ist gewährleistet, dass das Ventilglied
während
des Förderhubs
nicht von seinem Ventilsitz abhebt und somit das Druckbegrenzungsventil
nicht öffnet.
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Andererseits
verhindert das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil
während
des Saughubs der Hochdruckpumpe das Auftreten unzulässig hoher
Drücke
im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems. Dann nämlich ist
das Rückschlagventil zwischen
dem Förderraum
der Hochdruckpumpe und dem Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems geschlossen
und ein eventuell erhöhter
Druck im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems öffnet das Ventilglied des Druckbegrenzungsventils,
so dass ein Druckabbau stattfindet.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
das Druckbegrenzungsventil ein Gehäuse mit einem Ventilsitz und
einer Federkammer aufweist, dass in der Federkammer eine Feder vorgesehen
ist, die sich einenends gegen das Gehäuse und anderenends gegen das
Ventilglied abstützt,
dass die Federkammer mit dem Auslass hydraulisch in Verbindung steht,
dass der Ventilsitz in einer Sitzhülse angeordnet ist und dass
die Sitzhülse in
einer Sacklochbohrung des Gehäuses
befestigt ist. Dieses Ausführungsbeispiel
ist fertigungstechnisch besonders einfach, da lediglich in die ohnehin
vorhandene Sacklochbohrung eine Feder, das Ventilglied und die Sitzhülse eingeführt werden
müssen.
Je nachdem, wie tief die Sitzhülse
in der Sacklochbohrung durch Schweißen, Einpressen oder Verstemmen
befestigt wird, kann der Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils eingestellt werden.
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Die
Herstellung des Druckbegrenzungsventils wird weiter vereinfacht,
wenn der Ventilsitz in einer Sitzhülse angeordnet ist und diese
Sitzhülse
in einer Sackloch-Bohrung
des Gehäuses
zum Beispiel durch Einpressen und/oder Schweißen, befestigt ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil einen
Federhalter aufweist, und dass zwischen Federhalter und Ventilsitz
eine Feder vorgesehen ist, die sich einenends gegen den Federhalter
und anderenends gegen das Ventilglied abstützt, so dass das Druckbegrenzungsventil
in verschiedenen Einbaulagen in die Kraftstoffhochdruckpumpe integriert
werden kann. Außerdem wird
die Herstellung des Druckbegrenzungsventils vereinfacht.
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Eine
weitere Ergänzung
der Erfindung sieht vor, dass der Federhalter mit der Sitzhülse verbunden
ist, so dass Herstellung, Prüfung
und Kalibrierung des Druckbegrenzungsventils außerhalb der Kraftstoffhochdruckpumpe
erfolgen können.
Außerdem
wird das Betriebsverhalten der Kraftstoffhochdruckpumpe verbessert,
wenn der Öffnungsdruck
jedes Druckbegrenzungsventils vor der Montage gemessen und justiert
wird.
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Alternativ
kann der Federhalter auch am Grund der Sacklochbohrung des Gehäuses befestigt werden,
so dass sich die Zahl der Bauteile verringert. Um ein seitliches
Ausweichen der Feder zu verhindern kann der Federhalter einen Stützdorn aufweisen.
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Das
erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil
eignet sich besonders zum Einsatz in einer Einzylinder-Kolbenpumpe.
Bei einer solchen Hochdruckpumpe sind die Förderpulsationen besonders ausgeprägt, so dass
hier das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil
sehr wirkungsvoll arbeitet.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Kraftstoffpumpe,
an die ein Druckbegrenzungsventil angebaut ist;
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2 einen
Schnitt durch einen Bereich der Hochdruckpumpe und ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Druckbegrenzungsventils von 1;
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3 ein
Diagramm, in dem der Druckverlauf im Förderraum und im Hochdruckbereich
des Kraftstoffsystems über
der Zeit dargestellt ist und
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4 bis 8 weitere
Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Druckbegrenzungsventile.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 trägt ein Kraftstoffsystem
insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Niederdruckbereich 12 und
einen Hochdruckbereich 14.
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Der
Niederdruckbereich 12 umfasst einen Vorratsbehälter 16,
in dem Kraftstoff 18 bevorratet wird. Der Kraftstoff 18 wird
aus dem Vorratsbehälter 16 von
einer ersten Kraftstoffpumpe 20 gefördert. Bei dieser handelt es
sich um eine elektrische Kraftstoffpumpe. Die elektrische Kraftstoffpumpe 20 fördert in eine
Niederdruck-Kraftstoffleitung 22.
In dieser ist nach der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 in
Strömungsrichtung
gesehen zunächst
ein Filter 24 vorgesehen. In Strömungsrichtung gesehen noch
vor dem Filter 24 zweigt von der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 eine
erste Zweigleitung 26 ab, welche zum Vorratsbehälter 16 zurückführt. In
der ersten Zweigleitung 26 ist eine Druckbegrenzungseinrichtung 28 angeordnet.
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Die
Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 führt zu einer Hochdruckpumpe 30.
Diese wird auf hier nicht näher
dargestellte Weise von der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine
(nicht dargestellt) angetrieben. Bei der Hochdruckpumpe 30 handelt
es sich um eine 1-Kolben-Hochdruckpumpe.
Stromaufwärts
von der Hochdruckpumpe 30 sind in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 noch
ein Druckdämpfer 32 und
ein Saugventil 34 angeordnet. Zwischen dem Filter 24 und
dem Druckdämpfer 32 zweigt
von der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 eine zweite Zweigleitung 36 ab,
in der ein Niederdruckregler 38 angeordnet ist. Die zweite
Zweigleitung 36 führt
ebenfalls zum Vorratsbehälter 16.
Von der Hochdruckpumpe 30 führt eine Leckageleitung 40 zur
zweiten Zweigleitung 36.
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Ausgangsseitig
fördert
die Hochdruckpumpe 30 in eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 42,
welche über
ein Rückschlagventil 44 zu
einer Kraftstoff-Sammelleitung 4b führt. An die Kraftstoff-Sammelleitung 46 sind
wiederum Kraftstoff-Einspritzventile 48 angeschlossen,
welche den Kraftstoff in einen nicht näher dargestellten Brennraum
der Brennkraftmaschine einspritzen. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 46 wird
von einem Drucksensor 50 erfasst.
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Um
das Betriebsverhalten des Hochdrucksbereichs 14 des Kraftstoffssystems 10 zu
verbessern, kann vor der Kraftstoffsammelleitung 46 in
der Hochdruckkraftstoffleitung 42 eine Drossel (nicht dargestellt)
vorgesehen sein. Die Drossel vermeidet Druckschwingungen und eine
unerwünschte
Geräuschentwicklung
im Hochdruckbereich 14.
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Der
Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 und der Kraftstoff-Sammelleitung 46,
also im Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10,
wird bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 über ein hochdruckseitiges
Mengensteuerventil 52 geregelt. Dieses verbindet den zwischen
dem Rückschlagventil 44 und
der Kraftstoff-Sammelleitung 46 gelegenen Bereich der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 mit
dem zwischen dem Saugventil 34 und dem Druckdämpfer 32 gelegenen
Bereich der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22. Die Verbindung
erfolgt über
eine dritte Zweigleitung 54. Das Mengensteuerventil 52 wird
von einer in 1 nicht dargestellten Steuer-
und Regeleinheit angesteuert, welche wiederum Signale vom Drucksensor 50 erhält. Auf
diese Weise wird ein geschlossener Regelkreis für die Regelung des Drucks im
Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10 geschaffen.
In den 4 bis 8 wird die Druckregelung im
Hochdruckbereich durch ein saugseitig angeordnetes Mengensteuerventil
geregelt.
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Um
bei einem Ausfall des Mengensteuerventils 52 einen Überdruck
in der Kraftstoff-Sammelleitung 46 zu vermeiden, welcher
die Funktionstüchtigkeit
der Einspritzventile 48 beeinträchtigen könnte, ist in die Hochdruckpumpe 30 ein
Druckbegrenzungsventil 56 integriert. Der Aufbau und die
Funktion des Druckbegrenzungsventils 56 wird nachfolgend
anhand der 2 sowie 4 bis 8 erläutert:
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56,
welches in ein Gehäuse 58 der
Hochdruckpumpe 30 integriert ist. In dem Gehäuse 58 ist
ein Förderraum 60 vorhanden,
der auf einer Seite von einem Kolben 62 der Hochdruckpumpe 30 begrenzt
wird. Der Kolben 62 oszilliert in einer Bohrung 64 des
Gehäuses 58.
Der Antrieb des Kolbens 62 ist in 2 nicht dargestellt.
Die oszillierende Bewegung des Kolbens 62 ist in 2 durch
einen Doppelpfeil 66 angedeutet.
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In
der in 2 dargestellten Schnittdarstellung der Hochdruckpumpe 30 sind
das Mengensteuerventil 52 und die hydraulische Verbindung
zwischen der Niederdruckkraftstoffleitung 22 und dem Förderraum 60 mit
dem dazwischen geschalteten Saugventil 34 nicht sichtbar.
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In 2 ist
die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckdämpfer 32 und der Niederdruckkraftstoffleitung 22 durch
eine Verbindungsbohrung 110, welche als Stufenbohrung ausgeführt ist,
gut zu erkennen.
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Die
hydraulische Verbindung zwischen dem Förderraum 60 und der
Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 erfolgt über eine Stufenbohrung 61 im
Gehäuse 58 und
einen dichtend mit dem Gehäuse 58 verbundenen
Hochdruck-Anschluss 63. Die Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 ist
mit dem Hochdruck-Anschluss 63 durch
eine Überwurfmutter 65 verbunden. Das
Rückschlagventil 44 ist
in die Stufenbohrung 61 eingepresst.
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Der
Hochdruckanschluss 63, das Gehäuse 58 und das Rückschlagventil 44 begrenzen
einen Raum 68. Von diesem Raum 68 geht eine in
das Gehäuse 58 gebohrte
Sacklochbohrung 69 aus. In dieser Sacklochbohrung, welche
einen Abschnitt 70a der vierten Zweigleitung 70 bildet,
ist das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 56 angeordnet. Zwischen
dem Förderraum 60 und
der Sacklochbohrung 69 ist eine Verbindungsbohrung vorhanden,
die einen Abschnitt 70b der vierten Zweigleitung 70 bildet.
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Die
Sacklochbohrung 69 r kann auch als Stufenbohrung ausgeführt werden
(nicht dargestellt). In diese Stufenbohrung wird die Sitzhülse 102 so
eingepresst, dass sie an einen Absatz der Stufenbohrung in axialer
Richtung fixiert ist. Dadurch wird der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils
bestimmt.
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Das
Druckbegrenzungsventil 56 ist bei dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
als Kugelventil ausgebildet. Es können jedoch erfindungsgemäß auch andere
Formen von Sitzventilen und auch Schieberventile eingesetzt werden.
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Im
unteren Teil der 2 ist das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 56 vergrößert dargestellt
und die Bauelemente des Druckbegrenzungsventils 56 sind
mit Bezugszeichen versehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Bezugszeichen
im oberen Teil der 2, in dem das Druckbegrenzungsventil 56 im
Gehäuse 58 eingebaut
dargestellt ist, nicht vollständig
dargestellt. Das Druckbegrenzungsventil 56 besteht im Wesentlichen
aus einer Feder 76, die sich einenends gegen das Gehäuse 58 und
anderenends gegen einen Federteller 94 abstützt. Der
Federteller wiederum liegt auf einem Ventilglied 74 auf,
welches von der Feder 76 in einen Ventilsitz 72 einer
Sitzhülse 102 gepresst
wird. In der Sitzhülse 102 ist
eine Bohrung 104 vorhanden. In dem Federteller 94 sind über den
Umfang verteilt mehrere Nuten 105 vorgesehen, so dass Kraftstoff durch
die Bohrung 104, am Ventilglied 74 vorbei sowie
durch die Nuten 105 des Federtellers 94 strömen kann,
sobald der Druck des in der Bohrung 104 befindlichen Kraftstoffs
(nicht dargestellt) so groß ist, dass
er die von der Feder 76 auf das Ventilglied 74 ausgeübte Federkraft überwindet.
Es ist selbstverständlich
auch möglich,
auf die Nuten 105 zu verzichten und entsprechend viel Spiel
zwischen dem Federteller 94 und der Sacklochbohrung 69 im
Gehäuse 58 vorzusehen,
so dass auf diese Weise der Kraftstoff durch das Druckbegrenzungsventil 56 hindurch in
den Förderraum 60 (siehe 2 oben)
zurückströmen kann,
sobald der Druck in der Hochdruckkraftstoffleitung 42 beziehungsweise
im Raum 68 den zulässigen
Maximaldruck während
des Saughubs des Kolbens 62 übersteigt. Je nachdem, wie
tief die Sitzhülse 102 in
die Sacklochbohrung 69 eingepresst wird, kann der Öffnungsdruck
des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 eingestellt
werden. Die Sitzhülse 102 wird
in die Sacklochbohrung 69 entweder eingepresst oder verschweißt oder
auf andere Weise sicher mit dem Gehäuse 58 verbunden und
positioniert.
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Dadurch,
dass der Federraum 78 und damit auch die Rückseite
des Ventilglieds 74 mit dem im Förderraum 60 herrschenden
Druck beaufschlagt werden, hebt das Ventilglied 74 während des
Förderhubs
der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 30 auch dann nicht vom Ventilsitz 72 ab,
wenn im Förderraum 60 oder
in der Kraftstoff-Hochdruckleitung 42 Druckpulsationen
auftreten. Während
des Förderhubs
ist nämlich
das Rückschlagventil 44 geöffnet, so
dass der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42, der vierten
Zweigleitung 70, dem Federraum 78 und dem Förderraum 60 gleich
ist und sich somit die auf das Ventilglied 74 wirkenden
hydraulischen Kräfte
aufheben.
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Erst
während
des Saughubs, wenn nämlich der
Druck im Förderraum 60 abnimmt
und das Rückschlagventil 44 schließt, entsteht
eine Druckdifferenz zwischen den Abschnitten 70a und 70b der
vierten Zweigleitung 70 und infolgedessen eine resultierende
hydraulische Kraft auf das Ventilglied 74. Wenn diese resultierende
hydraulische Kraft die von der Feder 76 auf das Ventilglied 74 ausgeübte Schließkraft überwindet, öffnet das
Druckbegrenzungsventil 56 und ein unzulässig hoher Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 wird über die
vierte Zweigleitung 70 und das Druckbegrenzungsventil 56 in den
Förderraum 60 abgebaut.
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Wie
sich aus der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels ergibt, ist
das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 56 so
einfach aufgebaut wie andere aus dem Stand der Technik bekannte Druckbegrenzungsventile.
Durch die erfindungsgemäße Verschaltung
bleibt das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 56 auch
beim Auftreten von Druckpulsationen während des Förderhubs der Kraftstoffhochdruckpumpe 30 geschlossen.
Dadurch findet der Druckaufbau in Normalbetrieb der Brennkraftmaschine
wie gewünscht
statt. Erst, wenn während des
Saughubs der Hochdruckpumpe 30 der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 den Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils 56 überschreitet, öffnet das
Druckbegrenzungsventil 56 und ermöglicht damit einen Druckabbau
in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42.
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In 3 sind
der Verlauf des Drucks im Förderraum 60 und
in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 nach dem Rückschlagventil 44 über den
Hub des Kolbens 62 der Hochdruckpumpe 30 aufgetragen.
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Eine
erste Linie 80 zeigt den Weg des Kolbens 62 in
der Bohrung 64. Die Bewegung vom unteren Totpunkt (UT)
bis zum oberen Totpunkt (OT) wird als Förderhub bezeichnet und ist
in 3 durch den Doppelpfeil 82 gekennzeichnet.
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Der
Weg des Kolbens vom OT zum UT wird als Saughub 84 bezeichnet.
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Eine
zweite durchgezogene Linie 86 zeigt den Druck im Förderraum 60.
In 3 ist deutlich zu erkennen, dass während des
Förderhubs
eine sogenannte Druckpulsation 85 entsteht. Das heißt es bildet
sich eine Druckspitze mit einem Maximalwert von Pmax,
die deutlich über
einem Öffnungsdruck
PDBV des Druckbegrenzungsventils 56 liegt.
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In 3 ist
eine gestrichelte dritte Linie 88 eingetragen, welche den
Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 hinter
dem Rückschlagventil 44 und
in dem Abschnitt 70a der vierten Zweigleitung 70 darstellt.
In 3 ist deutlich zu erkennen, dass die Linie 88,
das heißt
der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42, während des
Förderhubs 82 dem
Druck im Förderraum 60 (zweite
Linie 86) folgt, auch wenn der Druck den Öffnungsdruck
PDBV des Druckbegrenzungsventils 56 übersteigt.
Erst, wenn während
des Saughubs 84 der Druck im Förderraum 60 stark
absinkt (siehe die zweite durchgezogene Linie 86), kann
sich eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 und
dem Förderraum 60 ausbilden.
In dem in 3 dargestellten Betriebszustand
des Kraftstoffsystems bleibt der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 während des
Saughubs gleich dem Öffnungsdruck
PDBV des Druckbegrenzungsventils 56, während der
Druck im Förderraum 60 hingegen
stark absinkt. In anderen Worten: Das Druckbegrenzungsventil 56 verhindert
das Auftreten unzulässig
hoher Drücke
während
des Saughubs dadurch, dass die während
des Förderhubs
in die Kraftstoffsammelleitung 46 geförderte Kraftstoffmenge während des Saughubs
wieder in den Förderraum 60 entspannt wird.
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Das
in 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 ist
als vormontierte Baueinheit ausgeführt, bestehend aus der Sitzhülse 102 mit
einem Sitz 72 und einer Bohrung 104 sowie einem
Federhalter 106, einer Feder 76 und einem Ventilglied 74.
In 4 ist ein solches vormontiertes Druckbegrenzungsventil 56 außerhalb
des Gehäuses 58 dargestellt.
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Wie
aus 4 erkennbar ist, ist der Federhalter 106 mit
der Sitzhülse 102 durch
Bördeln
und Schweißen
(siehe die Schweißnaht 109)
fest verbunden. Die Feder 76 stützt sich einenends gegen den Federhalter 106 und
anderenends gegen das Ventilglied 74 ab. Wenn die Sitzhülse 102 und
der Federhalter 106 miteinander verbunden sind, kann der Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils 56 eingestellt werden, indem
der Federhalter 76 in Richtung seiner Längsachse noch etwas zusammengedrückt wird.
Dadurch erhöht
sich die von der Feder 76 auf das Ventilglied 74 ausgeübte Vorspannkraft
und infolgedessen auch der Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils. Dieses erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 56 kann
somit vollständig
außerhalb der
Kraftstoffhochdruckpumpe 30 montiert und justiert werden.
Dadurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich des Fertigungsaufwandes.
Außerdem
wird die Streuung des Betriebsverhaltens verschiedener erfindungsgemäßer Druckbegrenzungsventile 56 in
einer Serienfertigung deutlich reduziert.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 außerhalb
des Gehäuses 58 dargestellt.
Die Einbaulage dieses Aufführungsbeispiels
entspricht, wie bei den anderen Ausführungsbeispiele auch, der Einbaulage
des ersten Ausführungsbeispiels.
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Der
Federhalter 106 wird in die Sacklochbohrung 69 (nicht
dargestellt in 5, siehe 2) eingelegt.
Anschließend
werden die Feder 76 und die Sitzhülse 102 in der bereits
beschriebenen Weise montiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 besteht
keine unmittelbare Verbindung zwischen Sitzhülse 102 und Federhalter 106.
Damit die Feder 76 nicht seitlich ausweichen kann, ist
am Federhalter 106 ein Stützdorn 112 vorgesehen.
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In 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 dargestellt.
Gleiche Bauteile werden mit gleichen Bezugszeichen versehen, und
es gilt das betreffend der 2, 4 und 5 Gesagte
entsprechend. Im Unterschied beispielsweise zu dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist
zwischen dem Förderraum 60 und
dem Ventilglied 74 ein im Gehäuse 58 dichtend im
Federhalter 106 geführter
Trennkolben 90 vorgesehen, welcher in den Federraum 78 ragt
und auf dem Ventilglied 74 aufliegt. Der Federhalter 106 wird
bei diesem Ausführungsbeispiel
soweit vom Grund der Sacklochbohrung 69 entfernt montiert,
dass der Federhalter 106 den Federraum 78 und
die Bohrung 70b (siehe 2) hydraulisch trennt
und nur über
den Trennkolben 90 eine Kopplung erfolgt.
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Wenn
im Förderraum 60 ein
höherer
Druck als im Federraum 78 herrscht, wird der Trennkolben 90 in
Richtung des Ventilglieds 74 bewegt und presst dieses in
seinen Sitz 72. Durch die Anordnung des Trennkolbens 90 wird
das Totvolumen im Förderraum 60 reduziert
und dadurch der volumetrische Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 30 verbessert.
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Der
Federraum 78 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer drucklosen
Leckageleitung oder mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 (siehe 1)
verbunden. Dies bedeutet, dass der Trennkolben 90 während des
Förderhubs
der Hochdruckpumpe 30 auf das Ventilglied 74 drückt und
somit ein Öffnen
des Druckbegrenzungsventils 56 während des Förderhubs 82 verhindert.
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Durch
die Wahl des Durchmessers des Trennkolbens 90 und des Ventilsitzes 72 kann
auch noch eine hydraulische Verstärkung der vom Trennkolben 90 auf
das Ventilglied 74 ausgeübten hydraulischen Kraft während des
Förderhubs
erreicht werden. Durch den Trennkolben 90 wird der Liefergrad der
Kraftstoffhochdruckpumpe 30 maximiert.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 6 eines
Druckbegrenzungsventils 56 kann, wie das Ausführungsbeispiel
gemäß 4,
vollständig
außerhalb
der Hochdruckpumpe 30 hergestellt und justiert werden,
da zwischen Sitzhülse 102 und
Federhalter 106 eine Hülse 116 mit
mindestens einer Querbohrung 118 vorgesehen ist. Die Hülse 116 wird
mit dem Federhalter 106 und der Sitzhülse 102 verschweißt, wenn
die Vorspannung der Feder 76 so groß ist, dass ein gewünschter Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils 56 erreicht wurde. Selbstverständlich kann
die Hülse 116 auch
durch andere Mittel als eine Schweißnaht 109 mit dem
Federhalter 106 und/oder der Sitzhülse 102 verbunden
werden.
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Das
vormontierte und justierte Druckbegrenzungsventil 56 wird
anschließend
als kompakte Einheit in die Sacklochbohrung 69 eingepresst.
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Das
erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil
hat folgende Hauptfunktionen:
Im Normalbetrieb wird der Systemdruck
der Kraftstoffeinspritzanlage im Schubbetrieb des Motors begrenzt,
wenn der Druck in der Kraftstoffsammelleitung 46 durch
die Aufheizung des Kraftstoffs durch die Motorwärme ansteigt.
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Im
Notlaufbetrieb, wenn beispielsweise das Mengensteuerventil 52 klemmt
und zwar in einer solchen Stellung, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe 30 stets
die volle Fördermenge
fördert,
wird der Systemdruck der Kraftstoffeinspritzanlage ebenfalls begrenzt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 kann
im Schubbetrieb bei voll geöffnetem
Mengensteuerventil (Notlaufbetrieb) maximal die von der Hochdruckpumpe 30 geförderte Kraftstoffmenge
wieder in den Förderraum 60 abgelassen
werden. Eine Drucksteigerung, welche durch die Aufheizung des Kraftstoffs
in der Kraftstoffsammelleitung 46 verursacht ist, kann
nicht kompensiert werden. Deshalb wird vorgeschlagen, in diesem
Fall über
die Einspritzventile 48 so viel Kraftstoff in die Brennräume (nicht dargestellt)
einzuspritzen, dass ein unzulässiger Druckanstieg
im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems 10 verhindert
wird.
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Bei
den Druckbegrenzungsventilen 56 gemäß den 7 und 8 ist
es möglich,
sowohl im Normalbetrieb als auch im Notlaufbetrieb die komplette
Kraftstoffmenge abzuführen
und damit den Druckaufbau unter allen Umständen und ohne zusätzlichen
Eingriff des Steuergeräts
der Motorsteuerung zu realisieren. Es kann jedoch sinnvoll sein,
im Notlaufbetrieb die maximale Motordrehzahl zu reduzieren, um für den Druckabbau
in der Kraftstoffsammelleitung 46 während der Saugphase der Hochdruckpumpe 30 genügend Zeit
zu haben.
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In
der 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 im
Schnitt dargestellt. Das Ausführungsbeispiel
gemäß 9 weist Parallelen zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 auf,
so dass nur die erfindungsgemäßen Weiterbildungen
beschrieben werden und ansonsten auf das oben zu 2 Gesagte
verwiesen wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 schließt sich
an den Ventilsitz 72 ein zylindrischer Führungsabschnitt 124 in
der Sitzhülse 102 an,
der das Ventilglied 74 in axialer Richtung führt, sobald
dieses vom Ventilsitz 72 abgehoben hat.
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Der
Durchmesser des Führungsabschnitts 124 und
der Durchmesser des als Kugel ausgebildeten Ventilglieds 74 sind
so aufeinander abgestimmt, dass sich zwischen Ventilglied 74 und
Führungsabschnitt 124 ein
ringförmiger
Drosselspalt 126 ausbildet. Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils ist
wie folgt:
Wenn im Notlaufbetrieb nach Beendigung des Förderhubs
der Druck im Förderraum 60 abgebaut
wird, öffnet
das Druckbegrenzungsventil 56 bei dem sich aus Vorspannkraft
der Feder 76 und der auf das Ventilglied 64 wirkenden
hydraulischen Kraft ergebenden Öffnungsdruck.
Die zu Beginn der Öffnung
des Druckbegrenzungsventils 56 vom Abschnitt 70a der vierten
Zweigleitung in den Federraum 78 strömende Kraftstoffmenge wird
im Drosselspalt 126 angedrosselt und die gesamte projizierte
Fläche
des Ventilglieds 74 wird mit dem Staudruck beaufschlagt.
Dies führt
zu einer sehr schnellen Öffnungsbewegung
des Ventilglieds 74 und einer schlagartigen Vergrößerung des
Strömungsquerschnitts
sobald das Ventilglied 74 den Führungsabschnitt 124 in
Richtung des Federraums 78 verlassen hat, weil sich der
Führungsabschnitt 124 zu
dem Federraum 78 mit einem sehr viel größeren Durchmesser erweitert.
Aufgrund dieses schnellen Ansprechens des Druckbegrenzungsventils 56 kann
in kurzer Zeit eine große
Kraftstoffmenge aus dem Hochdruckbereich 14 in den Förderraum 60 zurückströmen. Über die
Dimensionierung des Drosselspalts 126 und die Länge des
Führungsabschnitts 124 kann
das Ansprechverhalten des Druckbegrenzungsventils 26 optimiert
und an eine bestimmte Applikation adaptiert werden. Bei der Bemessung
des Drosselspalts 126 ist jedoch zu beachten, dass beim Ansprechen
des Druckbegrenzungsventils 56 im Normalbetrieb, aufgrund
eines Druckanstiegs durch Aufheizung des Kraftstoffs im Drosselspalt 126 keine Drosselung
auftritt, da sonst der Druck in der Kraftstoffsammelleitung 46 entsprechend
der Druckstufe im Druckbegrenzungsventil 56 sprungartig
abgesenkt werden würde.
Da es sich jedoch in diesem Fall um sehr kleine Überströmmengen handelt, kann der Drosselspalt 126 so
ausgelegt werden, dass die eingangs beschriebene Funktion realisiert
wird.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 8 wird
nicht das Ventilglied 74, sondern der Federteller 94 in
einem Führungsabschnitt 124 des
Gehäuses 58 geführt. Infolgedessen
bildet sich der Drosselspalt 126 zwischen dem Führungsabschnitt 124 und
dem Federteller 94 aus. Auf diese Weise kann die mit dem Staudruck
beaufschlagte Fläche
unabhängig
vom Durchmesser des Ventilglieds gewählt werden. Damit ergibt sich
ein weiterer Freiheitsgrad bei der Optimierung des dynamischen Verhaltens
des Druckbegrenzungsventils 56. Durch diese konstruktiven
Maßnahmen
wird das Problem gelöst,
welches darin besteht, dass bei hohen Drehzahlen (im Fehlerfall
bei klemmenden Mengensteuerventil 52) die Zeit während der
Saugphase der Hochdruckpumpe 30 nicht mehr ausreicht, um
die zuvor in den Hochdruckbereich 14 geförderte Kraftstoffmenge
wieder vollständig
in den Förderraum 60 abzuführen. Speziell
im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine würde dann immer noch eine bestimmte
Kraftstoffmenge über das
Saugventil 34 angesaugt werden und infolge davon der Druck
in der Kraftstoffsammelleitung 46 unzulässig ansteigen.
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Insbesondere
durch die Ausführungsbeispiele
gemäß den 8 und 9 kann gewährleistet werden, dass es nicht
zu einer unzulässigen
Drucksteigerung in der Kraftstoffsammelleitung 46 kommt, selbst
wenn das Mengensteuerventil 52 klemmt und/oder das Steuergerät fehlerhaft
arbeitet, da die Druckbegrenzungsventile 56 einen ausreichend
großen
Rückfluss
von Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 14 in den Förderraum 60 während des Saughubs
der Hochdruckpumpe 30 ermöglichen.
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Alle
in den Zeichnungen, deren Beschreibung und den Patentansprüchen erläuterten
Merkmale können
sowohl einzeln als auch in Verbindung miteinander erfindungswesentlich
sein.