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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Überdruckventil für eine Kraftstoffpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind Kraftstoffeinspritzsysteme, z. B. Common-Rail-Systeme, bekannt, die eine Hochdruckpumpe zum Bereitstellen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff an einen Kraftstoffspeicher und eine Vorförderpumpe aufweisen, welche den Kraftstoff von einem Kraftstofftank zu der Hochdruckpumpe fördert.
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Eine aus dem Stand der Technik bekannte und zu diesem Zweck eingesetzte Vorförderpumpe ist beispielsweise in
DE 10 2006 048 356 A1 beschrieben. Die Vorförderpumpe ist als Innenzahnradpumpe oder Außenzahnradpumpe ausgebildet und fördert Kraftstoff zu einem Kraftstoffzulauf einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine.
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Allgemein werden in Anordnungen aus dem Stand der Technik bekannter Kraftstoffeinspritzsysteme Druckbegrenzungsventile bzw. Überdruckventile eingesetzt, um Filter oder andere druckseitige Komponenten im System vor Zerstörung durch Überdruck zu schützen.
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Beispielsweise ist in einer in
DE 600 34 024 T2 beschriebenen Kraftstoffzuführeinrichtung ein Überdruckventil vor der Hochdruckpumpe angeordnet, welches mit der Förderseite der Förderpumpe in Verbindung steht.
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Nachteilig ist hierbei jedoch, dass es durch interne Druckspitzen in der Förderpumpe bei den konventionellen Überdruckventilen funktionsbedingt zu kleinen Leckagen und zum Verschleiß durch Mikrobewegungen kommt. Diese Druckspitzen sind in ihrer Amplitude und Form drehzahlabgängig. Steigt der Systemdruck und es kommt zum Öffnen des Überdruckventils, bewirken diese Mikrobewegungen je nach Amplitude eine Verschiebung des Öffnungs- und des Maximaldrucks. Dadurch ergibt sich eine von der Drehzahl (Druckspitzen) abhängige Ventilkennlinie. Diese Verschiebung bewirkt auch eine Vergrößerung der Bandbreite zwischen kleinstem Öffnungsdruck und größtem Maximaldruck.
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Daher ist es wünschenswert, ein Überdruckventil für eine Kraftstoffpumpe zu schaffen, wobei nach dem Öffnen des Überdruckventils der Differenzdruck über das Ventil absinkt, wodurch der Einfluss des Maximaldrucks auf die Bandbreite zwischen kleinstem Öffnungsdruck und größtem Maximaldruck entfällt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Kraftstoffpumpe zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Common-Rail-System, bereitgestellt, welche Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter fördert und einer Hochdruckpumpe zuführt, wobei die Kraftstoffpumpe ein Überdruckventil mit einem an einer Ventilsitzhülse ausgebildeten Ventilsitz und einer in einem Gehäuse ausgebildeten Ventilkörperführung aufweist, wobei ein Querschnittverhältnis von einem Durchmesser der Ventilsitzhülse und einem Durchmesser der Ventilkörperführung derartig ausgewählt ist, dass bei geöffnetem Überdruckventil ein Druck bei maximaler Überströmmenge kleiner ist als ein Öffnungsdruck des Überdruckventils. Nach dem Öffnen des Überdruckventils sinkt der Differenzdruck über das Ventil ab, wodurch der Einfluss des Maximaldrucks auf die Bandbreite zwischen kleinstem Öffnungsdruck und größtem Maximaldruck entfällt. Damit kann bei einem gegebenen zulässigen Maximaldruck ein möglichst hoher Systemdruck erzielt werden. Darüber hinaus kann durch die kleinere Bandbreite zwischen kleinstem Öffnungsdruck und größtem Maximaldruck der Öffnungsdruck des Ventils zu größeren Drücken verschoben werden. Dies führt zu verspätetem Auftreten von Mikrobewegungen und demzufolge zu einem geringeren Verschleiß des Überdruckventils und der druckseitig angeordneten Komponenten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Querschnittverhältnis kleiner als 0,6.
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Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kraftstoffpumpe als Zahnradpumpe ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Kraftstoffpumpe eine Verbindung zwischen einer Saugseite und einer Druckseite auf.
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Vorzugsweise ist das Überdruckventil in der Verbindung angeordnet. Zum Anordnen des Überdruckventils zwischen der Saug- und Druckseite kann auch eine bestehende Verbindung genutzt werden, welche dann durch das Überdruckventil verschließbar ist.
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Es ist darüber hinaus bevorzugt, wenn in dem Gehäuse zumindest eine Überströmnut ausgebildet ist.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Querschnittverhältnis in Abhängigkeit von der Position der zumindest einen Überströmnut variabel.
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Vorzugsweise weist das Überdruckventil einen Ventilkörper auf, der als Kugel ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Überdruckventil eine Ventilfeder auf.
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Vorzugsweise ist der Durchmesser der Ventilkörperführung ein Kugelführungsdurchmesser.
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Erfindungsgemäß wird auch ein Überdruckventil für eine Kraftstoffpumpe, insbesondere für eine Zahnradpumpe, bereitgestellt, welches einen an einer Ventilsitzhülse ausgebildeten Ventilsitz und eine in einem Gehäuse ausgebildete Ventilkörperführung aufweist, wobei ein Querschnittverhältnis von einem Durchmesser der Ventilsitzhülse und einem Durchmesser der Ventilkörperführung derartig ausgewählt ist, dass bei geöffnetem Überdruckventil ein Druck bei maximaler Überströmmenge kleiner ist als ein Öffnungsdruck des Überdruckventils, wobei das Querschnittverhältnis insbesondere kleiner als 0,6 ist. Das Querschnittverhältnis kann dabei an das erfindungsgemäße Querschnittverhältnis lediglich durch Verringern des Durchmessers des Ventilsitzes bzw. des Durchmessers der Ventilsitzhülse erzielt werden, wodurch dann die progressive Auslegung des Überdruckventils und die damit verbunden Vorteile realisiert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine Schnittansicht eines Überdruckventils gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine Schnittansicht eines Überdruckventils gemäß einer Ausführungsform;
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3 eine Darstellung der Öffnungscharakteristik des in 1 dargestellten Überdruckventils gemäß dem Stand der Technik;
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4 eine Darstellung der Öffnungscharakteristik des in 2 dargestellten Überdruckventils gemäß einer Ausführungsform;
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5 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Überdruckventils in einem Hydrauliksystem; und
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6A, 6B jeweilige Schnittansichten eines Überdruckventils gemäß einer Ausführungsform zur Erläuterung des Wirkprinzips.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Schnittansicht eines Überdruckventils 1 gemäß dem Stand der Technik, welches in einem Gehäuse 2 einer Kraftstoffpumpe 3, welche hier nicht weiter im Detail dargestellt ist, angeordnet ist. In dem Gehäuse 2 ist weiterhin eine erste Verbindung 4, welche eine Verbindung des Überdruckventils 1 zu einer Saugseite 16 der Kraftstoffpumpe 3 darstellt, und eine zweite Verbindung 5, welche eine Verbindung des Überdruckventils 1 zu einer Druckseite 17 der Kraftstoffpumpe 3 darstellt, vorgesehen. Eine vorgespannte Ventilfeder 6, welche an einem ersten Ende 7 an einem Federhaltekörper 8 und an einem zweiten Ende 9 an einem Ventilkörper 10 festgelegt ist, drückt diesen in einem geschlossenen Zustand des Überdruckventils 1 fest auf einen Ventilsitz 11, der an einer Ventilsitzhülse 12 gebildet ist. Der Ventilkörper 10 ist als Kugel ausgebildet. Eine umlaufende Dichtlinie 13 wird an dem Ventilsitz 11 durch Prägen der Ventilsitzhülse 12 erreicht. Weiterhin sind in dem Gehäuse 2 Überströmnuten 14, 14' zum Erzielen einer gewünschten Ventilcharakteristik ausgebildet.
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2 zeigt eine Schnittansicht eines Überdruckventils 1 gemäß einer Ausführungsform. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Überdruckventil 1 ist die Ventilsitzhülse 12 mit einem deutlich kleineren Innendurchmesser DH,innen ausgebildet, so dass das Querschnittverhältnis zwischen dem Durchmesser DV der Ventilkörperführung 15 und dem Ventilsitz 11 bzw. der Ventilsitzhülse 12 deutlich verringert wird.
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3 zeigt eine Darstellung der Öffnungscharakteristik des in 1 dargestellten Überdruckventils 1 gemäß dem Stand der Technik. In dem Diagramm kennzeichnet die Y-Achse eine Überströmmenge V über das Ventil und die X-Achse kennzeichnet einen Druck P. In dem Diagramm dargestellt sind drei Ventilkennlinien n1, n2, n3 eines konventionellen Überdruckventils 1. Durch interne Druckspitzen in der Kraftstoffpumpe 3, die in ihrer Amplitude und Form abhängig von der Drehzahl sind, kommt es bei dem konventionellen Überdruckventil 1 zu kleinen Leckagen und Verschleiß durch Mikrobewegungen. Steigt der Systemdruck und es kommt zum Öffnen des Überdruckventils 1, bewirken diese Mikrobewegungen je nach Amplitude eine Verschiebung des Öffnungsdrucks, hier der jeweiligen Öffnungsdrücke p1, p2, p3 sowie des Maximaldrucks, hier der jeweilige Maximaldruck p4, p5, p6. Dadurch ergibt sich eine von der Drehzahl (Druckspitzen) abhängige Ventilkennline n1, n2, n3. Diese Verschiebung bewirkt auch eine Vergrößerung der Bandbreite, welche in dem Diagramm durch den Doppelpfeil gekennzeichnet ist, zwischen dem kleinsten Öffnungsdruck p1 und dem größten Maximaldruck p6.
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4 zeigt eine Darstellung der Öffnungscharakteristik des in 2 dargestellten Überdruckventils 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei im Gegensatz zu dem konventionellen Überdruckventil 1 von 1 die Bandbreite, gekennzeichnet durch den Doppelpfeil, deutlich verringert ist, da die jeweiligen Öffnungsdrücke den jeweiligen Maximaldrücken entsprechen. Hierbei sinkt nach dem Öffnen des Überdruckventils 1 der Differenzdruck über das Überdruckventil 1 ab, wodurch der Einfluss des Maximaldrucks auf die Bandbreite zwischen kleinstem Öffnungsdruck und größtem Maximaldruck entfällt. Dabei kann bei einem gegebenen zulässigen Maximaldruck ein möglichst hoher Systemdruck erzielt werden. Auch ist erkennbar, dass die jeweiligen Öffnungsdrücke p7, p8, p9 im Vergleich zu den in 3 dargestellten Ventilkennlinien zu höheren Drücken verschoben sind, was zu einem verspäteten Auftreten von Mikrobewegungen und damit zu einem geringeren Verschleiß des Überdruckventils 1 führt.
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5 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung eines Überdruckventils 1 in einem Hydrauliksystem. Hierbei ist das Überdruckventil 1 in einer Verbindung 18 bzw. einem Bypass zwischen der Saugseite 16 der Kraftstoffpumpe 3 und der Druckseite 17 der Kraftstoffpumpe 3 angeordnet.
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6A und 6B zeigen jeweilige Schnittansichten eines Überdruckventils 1 gemäß einer Ausführungsform, dessen prinzipieller Aufbau in 2 dargestellt ist, zur Erläuterung des Wirkprinzips. Im in 6A gezeigten Zustand des Überdruckventils 1 ist das Überdruckventil 1 geschlossen (x = 0). Die gepunktete Fläche stellt den Saugdruck 19 dar und die schraffierte Fläche stellt den Gegendruck 20 dar, der über den klein gestalteten Durchmesser DH,innen der Ventilsitzhülse 12 am Ventilsitz 11 wirkt. Der Saugdruck 19 wirkt bedingt durch den kleinen Spalt 21 zwischen dem Ventilkörper 10 und der Ventilkörperführung 15 an der restlichen Kugeloberfläche des Ventilkörpers 10. Bedingt durch den kleinen Durchmesser des Ventilsitzes ist die erzeugte Druckkraft aus dem Gegendruck 20 klein im Vergleich zu der entsprechenden Situation bei einem konventionellen Überdruckventil 1. Dadurch kann bei gleichbleibendem Öffnungsdruck – verglichen mit konventionellen Überdruckventilen 1 – eine weichere Feder verwendet werden, was sich im Hinblick auf Einstelltoleranzen (Toleranzen im Vorspannweg) vorteilhaft auswirkt. Die in 6A dargestellte Situation bzw. die wirkenden Kräfte lassen sich durch die folgenden mathematischen Beziehungen beschreiben: FGegendruck = FFeder + FSaugdruck DH,innen 2 π / 4·PGegen = FFeder + (DH,innen 2 π / 4·PSaug)
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Steigt der Gegendruck 20 an und die durch den Gegendruck 20 ausgeübte Kraft überschreitet die entgegenwirkenden Kräfte aus Saugdruck 19 und Federvorspannung, so dass der Öffnungsdruck erreicht wird, wird der Ventilkörper 10 aus dem Ventilsitz 11 gehoben, wie in 6B dargestellt ist. Der Gegendruck 20 wirkt nun über den gesamten Kugeldurchmesser und damit erhöht sich die hydraulische Kraft aus dem Gegendruck schlagartig um das Querschnittverhältnis zwischen dem Durchmesser der Ventilkörperführung 15 und des Ventilsitzes 11 bzw. de Ventilsitzhülse 12. Das Überdruckventil 1 wird schlagartig geöffnet, bis der das Überdruckventil 1 durchströmende Kraftstoff über die Überströmnuten 14, 14' entweichen kann. Diese Situation entspricht im in 4 dargestellten Diagramm dem Bereich der Kennlinien n1, n2, n3, in dem der Druck P abfällt. Ist der Ventilhub erst so groß, dass das Medium bzw. der Kraftstoff über die Überströmnuten 14, 14' entweichen kann, steigt der Druck wieder an, um den Überströmquerschnitt weiter freizugeben. Die in 4B dargestellte Situation wird durch die folgende mathematische Beziehung beschrieben: DV 2 π / 4·PGegen = FFeder + (DV 2 π / 4·PSaug)
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Insgesamt betrachtet wird durch die erfindungsgemäße Konfiguration der Verschleiß des Überdruckventils 1 auf einfache und effektive Art und Weise verringert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006048356 A1 [0003]
- DE 60034024 T2 [0005]
