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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem von einer Pumpenwelle betätigten Pumpenkolben, der in einem von einem Pumpenzylinderkopf abgedeckten Pumpenzylinder unter Bildung eines Arbeitsraums translatorisch bewegbar ist, wobei der Arbeitsraum über ein Saugventil mit einem Kraftstoffniederdrucksystem und über ein ein Schließelement aufweisendes Rückschlagventil mit einem Hochdruckspeicher verschaltet ist.
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Stand der Technik
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Eine derartige Kraftstoffpumpe ist aus der
DE 10 2008 017 824 A1 bekannt. Bei dieser Kraftstoffpumpe wird der Pumpenkolben von der als Pumpenockenwelle ausgebildeten Pumpenwelle unter Zwischenschaltung eines Rollenstößels betätigt. Bei dieser Kraftstoffpumpe ist die Rollenstößelbaugruppe in der Form verbessert, dass mit dieser Hochdruckpumpe auch bei hohen Pumpendrücken ein zuverlässiger und präziser Betrieb ermöglicht wird und dabei ein möglichst geringer Verschleiß auftritt.
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Einer solchen Kraftstoffpumpe wird im Allgemeinen von einer Niederdruckpumpe aus einem Kraftstofftank angesaugter Kraftstoff über eine Filtereinrichtung und eine Zumesseinheit über das in die Kraftstoffpumpe integrierte Saugventil zugeführt. Bei einem Förderhub des Pumpenkolbens wird der Kraftstoff in dem Pumpenarbeitsraum komprimiert und über das Rückschlagventil in den Hochdruckspeicher gefördert. Aus diesem entnehmen Kraftstoffinjektoren den unter einem Systemdruck von bis zu 3000 bar bestehenden Kraftstoff gezielt zur Einspritzung in einen zugeordneten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Aus der
DE 10 2006 038 533 A1 ist weiterhin ein Kraftstoff-Überströmventil zur Druckbegrenzung in einem Niederdruckbereich eines Kraftstoffsystems bekannt. Dieses Kraftstoff-Überströmventil weist ein Ventilelement in Form einer Ventilscheibe auf, die mit einem ventilträgerseitigen Flach- oder Schrägsitz zusammenarbeitet. Dabei ist dieses Kraftstoff-Überströmventil für einen Betriebsdruck von ca. 6 bar ausgebildet und entsprechend spanlos aus Blechformteilen gefertigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kraftstoffpumpe und insbesondere ein Rückschlagventil der Kraftstoffpumpe kostengünstig bezüglich des Schwingungsverhaltens zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Schließelement eine Ventilplatte ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass das Funktionsverhalten eines Ventils bzw. eines Rückschlagventils im Wesentlichen durch die auftretenden Schwingungen und die Öffnungs- und Schließzeiten bestimmt wird. Das Schwingungsverhalten wird unter anderem beeinflusst durch die Führung des bewegten Schließelements. Das Schließelement ist normalerweise eine Kugel oder ein aufwendig gestaltetes zylinderförmiges Dichtelement. Die Herstellung von geführten Elementen ist technisch aufwendig und kostenintensiv. Eine ungeführte Kugel hat ein schlechtes Einschwingverhalten, da die Kugel im Normalbetrieb nicht genau ausgerichtet auf den zugehörigen Kugelventilsitz bei einem Schließvorgang auftrifft. Durch diesen Einschwingvorgang beim Schließvorgang des Rückschlagventils gelangt Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher zurück in den Pumpenarbeitsraum der Kraftstoffpumpe, was zu einem negativen Drehmoment in der Kraftstoffpumpe führt. Dieses negative Drehmoment beeinträchtigt die Funktion der Kraftstoffpumpe bzw. des Gesamtsystems. Dadurch, dass das Schließelement eine Ventilplatte ist, ist ein einfacher Ventilsitz geschaffen, bei dem die Problematik des Einschwingens mit den damit verbundenen Problemen nicht auftritt. Da darüber hinaus ein solches Rückschlagventil mit einem als Ventilplatte ausgebildeten Schließelement konstruktiv und fertigungstechnisch einfach hergestellt werden kann, ist die erfindungsgemäße Lösung kostengünstig umsetzbar.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Ventilplatte eine Ventilscheibe. Grundsätzlich sind auch andere geometrische Ausgestaltungen, zum Beispiel ein Viereck oder ein Vieleck für die Ventilplatte darstellbar, eine Ventilscheibe ist aber konstruktiv und kostenmäßig günstig umsetzbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Ventilscheibe drei seitliche Außenausnehmungen auf. Durch diese Außenausnehmungen strömt bei geöffnetem Rückschlagventil der von dem Pumpenkolben geförderte Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum in den Hochdruckspeicher. Die Außenausnehmungen einfassende Stege der Ventilplatte gewährleisten eine zuverlässige Führung der Ventilscheibe in der umgebenden Ventilausnehmung.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Ventilscheibe vier seitliche Außenausnehmungen auf. Dies stellt eine sinnvolle Variante zu der vorherigen Ausführungsform dar, wobei durch diese Ausgestaltung insbesondere die Führung durch die Stege optimiert werden kann. Es ist im Rahmen der Erfindung auch denkbar die Ventilscheibe mit mehr als vier Außenausnehmungen auszugestalten, wenn dies im Rahmen spezieller Anforderungen sinnvoll erscheint.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Ventilscheibe zumindest eine am äußeren Umfang angeordnete Bohrung auf. Diese zumindest eine Bohrung ist ebenso wie die Außenausnehmungen selbstverständlich außerhalb des Dichtbereichs der Ventilscheibe angeordnet und zur problemlosen Kraftstoffweiterführung vorhanden. Vorteilhaft ist eine Ausführungsform mit vier Bohrungen, wobei der oder die Bohrungsdurchmesser auf die Menge des durchzuführenden Kraftstoffs abgestimmt ist/sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ventilplatte in einen Auslassstutzen des Pumpenzylinderkopfs angeordnet. In diesen Auslassstutzen ist die entsprechende Ventilausnehmung eingelassen, beispielsweise eingebohrt. Die Ventilausnehmung weist einen größeren Durchmesser als die mit dem Pumpenarbeitsraum kommunizierende Kraftstoffleitung auf. In diese Ventilausnehmung wird die Ventilplatte eingesetzt und wirkt dementsprechend mit einer planen, stirnseitigen Kontaktfläche im Bereich des Übergangs von der Ventilausnehmung zu der Kraftstoffleitung zusammen. Eine solche plane Kontaktfläche kann problemlos gefertigt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Ventilplatte federbelastet und wird dementsprechend von einer Feder gegen die plane Kontaktfläche gedrückt. Durch eine solche Feder erfolgt der Schließvorgang schneller als bei einer unbelasteten Ventilplatte. Dabei ist in weiterer Ausgestaltung die Ventilplatte und/oder die Feder von einer beabstandet zu der Ventilplatte in den Auslassstutzen eingesetzten Sicherung gehalten. Eine solche Sicherung kann ein Sicherungsring sein, der in eine entsprechende umlaufende Nut in die Ventilausnehmung bzw. den Auslassstutzen eingearbeitet ist. Alternativ kann die Sicherung aber auch als eine Halteklammer ausgebildet sein, die eine Abstützfläche für die Feder und eine Anlagefläche für die Ventilplatte aufweist. Dabei sind die Abstützfläche und die Anlagefläche getrennt voneinander angeordnet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Feder durch eine solche Ausgestaltung nur um einen geringen Betrag zusammengedrückt wird und die Ventilplatte die Feder in der geöffneten Stellung nicht übermäßig belastet, da die Ventilplatte an der Anlagefläche anliegt. Befestigt wird die so ausgebildete Halteklammer durch eine umlaufende Kerbe in den Anschlussstutzen, in die aus der Halteklammer auskragende Haltearme bei Einsetzen des Rückschlagventils in die Ventilausnehmung eingreifen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung einer Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Rückschlagventil,
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2 eine Ausschnittsvergrößerung eines Rückschlagventils gemäß 1,
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3 eine Variante eines Rückschlagventils zu 2,
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4a–4c verschiedene Ausführungsformen eines Schließelementes eines Rückschlagventils.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die in 1 dargestellte Hochdruckpumpe ist insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem einer mit Dieselkraftstoff betriebenen selbstzündenden Brennkraftmaschine konzipiert. Die Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse 1 auf, in dem eine als Pumpennockenwelle 2 ausgebildete Pumpenwelle drehbar gelagert ist. Die Pumpennockenwelle 2 weist im Ausführungsbeispiel zwei Nocken 3 auf, die zusammenwirkend mit einem Rollenstößel 4 und einem Pumpenkolben 5 eine translatorische auf und ab Bewegung des Pumpenkolbens 5 bewirken.
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Ein Pumpenarbeitsraum 6 ist in einen Pumpenzylinderkopf 7 der Hochdruckpumpe eingelassen, wobei der Pumpenzylinderkopf 7 weiterhin einstückig mit einem Pumpenzylinder 8 ausgebildet ist. Der Pumpenzylinder 8 ragt in eine Ausnehmung 9 des Pumpengehäuses 1 hinein und ist zu der Mittelachse der Pumpennockenwelle 2 ausgerichtet.
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Der Rollenstößel 4 weist einen Stößelkörper 10 auf, der an dem Pumpenzylinder 8 geführt ist und gegenüber diesem mittels einer Verdrehsicherung 11 verdrehgesichert ist. Weiterhin weist der Stößelkörper 10 eine pumpennockenwellenseitige Ausnehmung auf, in die ein Rollenschuh 12 eingesetzt ist. Der Rollenschuh 12 weist eine Zylinderausnehmung 13 auf, in die eine Laufrolle 14 verliersicher eingesetzt ist. Die Laufrolle 14 läuft bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 2 auf der Nockenlaufbahn ab und überträgt so die Drehbewegung der Nockenwelle 2 in eine translatorische Bewegung des Pumpenkolbens 5. Der Pumpenkolben 5 weist einen Pumpenkolbenfuss 15 auf, der über eine Klemmeinrichtung 16 mit dem Stößelkörper 10 verbunden ist. Nicht dargestellt ist in der Figur eine Pumpenfeder, die den Rollenstößel in Richtung zu der Nockenwelle 2 drückt. Die Pumpenfeder ist beispielsweise in den Raum unterhalb des Pumpenzylinders 8 zwischen diesen und den inneren Ringflansch des Stößelkörpers 10 angeordnet.
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Der Pumpenarbeitsraum 6 steht in Verbindung mit einen Saugventil 17, über das Kraftstoff von dem Niederdrucksystem zugeführt wird und wobei das Saugventil 17 bei einem Saughub (Abwärtsbewegung) des Pumpenkolbens 5 öffnet und somit Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 6 eingelassen wird. Bei dem Förderhub (Aufwärtsbewegung) des Pumpenkolbens 5 schließt das Saugventil 17 und Kraftstoff wird aus dem Pumpenarbeitsraum 6 über eine Kraftstoffleitung 19, ein Rückschlagventil 18 und eine weiterführende Leitung in einen Hochdruckspeicher gefördert. Das in 2 noch detailliert beschriebene Rückschlagventil 18 ist in eine in einen Anschlussstutzen 20 eingelassene Ventilausnehmung 21 eingesetzt, wobei in die Ventilausnehmung 211 weiterhin ein Anschlussgewinde 22 zum Anschluss einer weiterführenden Leitung eingearbeitet ist.
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Das in 2 ausschnittsweise vergrößert dargestellte Rückschlagventil 18 gemäß 1 weist eine Ventilscheibe 23 auf die in die Ventilausnehmung 21 eingesetzt ist und von einem Sicherungsring 24, der in eine umlaufende Nut 25 in den Anschlussstutzen 20 eingesetzt ist, gesichert ist. Alternativ ist es auch möglich, anstelle des die Nut 25 eingesetzten Sicherungsrings 24 einen Begrenzer direkt in die Ventilausnehmung 21 einzupressen. Dabei ist der Sicherungsring 24 beziehungsweise der Begrenzer so weit entfernt von einer planen Kontaktfläche 26 beabstandet, dass die Ventilscheibe 23 zur Freigabe eines genügend weiten Strömungskanals zwischen der Kontaktfläche 26 und der Ventilscheibe 23 verbleibt. Mögliche Ausführungsformen der Ventilscheibe 23 sind in den nachfolgenden 4a bis 4c erläutert. Der Übergang von der Kontaktfläche 26 zu der Wandfläche der Ventilausnehmung 21 ist mit einem Einstich 27 versehen, um einerseits die Kontaktfläche 26 problemlos bearbeiten zu können und um andererseits eine in jedem Fall sichergestellte Anlage der Ventilscheibe 23 an der Kontaktfläche 26 im geschlossenen Zustand des Rückschlagventils 18 zu gewährleisten.
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Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 2 erfolgt die Sicherung der Ventilscheibe 23 gemäß 3 durch einen Sicherungskörper 28. Der Sicherungskörper 28 weist eine Abstützfläche 29 für eine Feder 31 sowie eine Anlagefläche 30 für die Ventilscheibe 23 auf. Die Feder 31 ist zwischen der Abstützfläche 29 und der Ventilscheibe 23 verspannt und drückt die Ventilscheibe 23 im Ruhezustand gegen die Kontaktfläche 26. Wird das Rückschlagventil 18 durch den anstehenden Kraftstoffdruck geöffnet, kommt die Ventilscheibe 23 zur Anlage an die Anlagefläche 30. Dadurch wird die Feder 31 nur geringfügig verformt und belastet. Der Sicherungskörper 28 weist auskragende Halteklammern 32 auf, die in eine umlaufende Kerbe 33 in dem Anschlussstutzen 20 eingreifen. Der Sicherungskörper 28 ist bevorzugt als ein rohrförmiger Körper aus einem metallischen oder Kunststoffwerkstoff hergestellt.
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4a zeigt eine Ventilscheibe 23a die vier kreisbogenabschnittsförmige Außenausnehmungen 34 aufweist. Durch die Außenausnehmungen 34 strömt bei geöffnetem Rückschlagventil 18 der Kraftstoff entlang der Wandung des Kanals 21. Geführt in der Ventilausnehmung 21 ist die Ventilscheibe 23a von die Außenausnehmungen einfassende Stegen 35, die angenähert den Innendurchmesser der Ventilausnehmung 21 aufweisen. In 4b ist eine Ventilscheibe 23b mit drei Außenausnehmungen 34 dargestellt. 4c zeigt schließlich eine Ventilscheibe 23c ohne Außenausnehmung. Anstelle solcher Außenausnehmungen sind in diese Ventilscheibe 23c vier Bohrungen 36 zur Weiterführung des Kraftstoffs in geöffneten Zustand des Rückschlagventils 18 eingearbeitet.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind beliebige Kombinationen der einzelnen dargestellten Ausführungsformen denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008017824 A1 [0002]
- DE 102006038533 A1 [0004]
