DE102010061783A1 - Exhaust valve i.e. return valve, for common-rail-high pressure pump utilized in common-rail-fuel injection system, has valve element comprising casing and ball that is connected with casing in fixed manner and guided indirectly over casing - Google Patents
Exhaust valve i.e. return valve, for common-rail-high pressure pump utilized in common-rail-fuel injection system, has valve element comprising casing and ball that is connected with casing in fixed manner and guided indirectly over casing Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Auslassventil für eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Auslassventil, beispielsweise eine Benzin- oder Diesel-Einspritzpumpe, insbesondere eine Common-Rail-Hochdruckpumpe.The invention relates to an outlet valve for a high pressure pump having the features of the preamble of
Stand der TechnikState of the art
In periodisch arbeitenden Pumpen, wie beispielsweise in Kolbenpumpen für die Hochdruckerzeugung in Common-Rail-Einspritzsystemen, werden als Rückschlagventile ausgebildete Hochdruck- bzw. Auslassventile eingesetzt, deren Ventilelement die Form einer Kugel, eines Plättchens oder eine sonstige Gestalt aufweisen kann. Auf das Ventilelement einwirkende hydraulische Kräfte bewirken ein Öffnen und Schließen des Ventils, wobei das Ventilelement mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Zur Unterstützung der Schließbewegung wird das Ventilelement in der Regel zudem von der Federkraft einer Schließfeder beaufschlagt. Für das Funktionsverhalten des Ventils ist wesentlich, dass das Ventilelement während der Öffnungsphase keine zu starken Schwingbewegungen in axialer oder radialer Richtung ausführt. Denn über die notwendige Öffnungsbewegung hinaus gehende Schwingungen bewirken schwankende und im Mittel unnötig hohe Durchströmwiderstände. Darüber hinaus wird der Verschleiß im Bereich des Ventilsitzes und am Ventilelement erhöht, wenn das Ventilelement beim Schließen aus unterschiedlichen Richtungen kommend gegen den Ventilsitz schlägt. Im Extremfall öffnet das Ventil während der gewünschten Durchströmungsperiode nicht kontinuierlich und das Ventilelement schlägt mehrfach zurück gegen den Ventilsitz oder gegen umgebende Bauteile. Ferner belasten derartige Schwingbewegungen des Ventilelementes die Schließfeder und führen auf diesem Wege indirekt zu einer Auslegungsgrenze hinsichtlich der maximalen Durchströmrate.In periodically operating pumps, such as in piston pumps for high-pressure generation in common-rail injection systems, designed as check valves high-pressure or exhaust valves are used, the valve element may have the shape of a ball, a small plate or other shape. Hydraulic forces acting on the valve element cause the valve to open and close, the valve element cooperating with a valve seat. To assist the closing movement, the valve element is usually also acted upon by the spring force of a closing spring. For the functional behavior of the valve is essential that the valve element during the opening phase does not perform too strong oscillatory movements in the axial or radial direction. For beyond the necessary opening movement going vibrations cause fluctuating and on average unnecessarily high flow resistance. In addition, the wear in the region of the valve seat and the valve element is increased when the valve element strikes when closing from different directions coming against the valve seat. In extreme cases, the valve does not open continuously during the desired flow-through period and the valve element bounces back several times against the valve seat or against surrounding components. Furthermore, such oscillating movements of the valve element load the closing spring and lead in this way indirectly to a design limit with respect to the maximum flow rate.
Die nachteilig wirkenden Schwingbewegungen des Ventilelementes begrenzen den Einsatz einer Kugel als Ventilelement hinsichtlich der maximalen Durchströmrate. Ein weiterer begrenzender Faktor sind die mit zunehmender Durchströmrate steigenden Strömungskräfte, die in Schließrichtung wirken und zu einer Schwingbewegung in axialer Richtung führen. Diese Strömungskräfte entstehen aufgrund eines Druckverlustes im Spalt zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement. Darüber hinaus regt die Umströmung des als Kugel ausgebildeten Ventilelementes dieses zu einer Schwingbewegung in radialer Richtung an.The disadvantageously acting oscillatory movements of the valve element limit the use of a ball as a valve element with respect to the maximum flow rate. Another limiting factor is the increasing with increasing flow rate flow forces that act in the closing direction and lead to a swinging movement in the axial direction. These flow forces arise due to a pressure loss in the gap between the valve seat and the valve element. In addition, the flow around the designed as a ball valve element stimulates this to a swinging movement in the radial direction.
Es hat daher im Stand der Technik bereits Vorschläge gegeben, das als Kugel ausgebildete Ventilelement während seiner Öffnungs- und Schließbewegung zu führen. Hierzu kann das als Kugel ausgebildete Ventilelement zumindest teilweise in einem hülsenförmigen Führungskörper aufgenommen sein. Dieser Ansatz verringert jedoch nur Schwingbewegungen in radialer Richtung und verbessert nicht das Durchströmverhalten.There has therefore already been proposals in the prior art to guide the ball valve element formed during its opening and closing movement. For this purpose, the formed as a ball valve element may be at least partially received in a sleeve-shaped guide body. However, this approach only reduces swinging motions in the radial direction and does not improve the flow through behavior.
Ferner sind Hochdruck- bzw. Auslassventile bekannt, deren Ventilsitz mit einer Abrisskante für die Strömung versehen ist, um den Druckverlust auf der dem Ventilsitz zugewandten Seite des Ventilelementes zu mindern.Further, high-pressure or exhaust valves are known, the valve seat is provided with a trailing edge for the flow to reduce the pressure loss on the valve seat facing side of the valve element.
Aus der
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Auslassventil für hohe Durchströmraten anzugeben, das die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere einfach und kostengünstig herstellbar ist.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide an outlet valve for high flow rates, which does not have the disadvantages mentioned above and in particular is simple and inexpensive to produce.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Auslassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen.To solve the problem, an exhaust valve having the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das vorgeschlagene Auslassventil weist ein in einer Auslassbohrung verschiebbar geführtes Ventilelement auf, das eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende kalottenförmige Dichtfläche besitzt und über die Federkraft einer Druckfeder gegen den Ventilsitz axial vorgespannt ist. Erfindungsgemäß umfasst das Ventilelement eine innerhalb der Auslassbohrung verschiebbar geführte Hülse und eine als Schließkörper dienende Kugel, wobei die Kugel fest mit der Hülse verbunden und somit indirekt über die Hülse geführt ist. Die indirekte Führung über die Hülse bewirkt, dass die fest mit der Hülse verbundene Kugel während der Öffnungs- und Schließbewegung zumindest in radialer Richtung keine Schwingbewegungen ausführt. Die Kugel als Schließkörper weist ferner den Vorteil auf, dass sie mit der für Dichtsitze erforderlichen hohen Oberflächengüte und mit geringen Formabweichungen kostengünstiger herstellbar ist als alternative Ventilelemente. Die Verwendung der Kugel als Schließkörper führt demnach zu einem einfach und kostengünstig herstellbaren Ventil.The proposed outlet valve has a valve element displaceably guided in an outlet bore, which has a dome-shaped sealing surface cooperating with a valve seat and is axially biased against the valve seat via the spring force of a compression spring. According to the invention, the valve element comprises a sleeve guided displaceably within the outlet bore and a ball serving as a closing body, wherein the ball is firmly connected to the sleeve and thus guided indirectly over the sleeve. The indirect guidance over the sleeve causes the ball firmly connected to the sleeve during the opening and closing movement, at least in the radial direction no oscillatory movements. The ball as a closing body also has the advantage that it can be produced more cost-effectively with the high surface quality required for sealing seats and with small deviations in shape than alternative valve elements. The use of the ball as a closing body thus leads to a simple and inexpensive to produce valve.
Im Unterschied zu einer direkt geführten Kugel, welche gegenüber einer in die Auslassbohrung eingesetzten Führungshülse axial verschiebbar ist, vermag sich die indirekt geführte Kugel nur gemeinsam mit der Hülse zu bewegen. Denn die Kugel und die Hülse sind vorliegend fest miteinander verbunden und die Führung wird indirekt über den Außenumfang der Hülse bewirkt. Zumindest in einem Außenumfangsbereich weist die Hülse demnach einen an die Auslassbohrung angepassten Außendurchmesser auf.In contrast to a directly guided ball, which is axially displaceable relative to a guide sleeve inserted into the outlet bore, the indirectly guided ball can only move together with the sleeve. Because the ball and the sleeve are presently firmly connected and the guide is effected indirectly over the outer circumference of the sleeve. At least in an outer peripheral region, the sleeve therefore has an outer diameter adapted to the outlet bore.
Bevorzugt ist die Kugel kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit der Hülse verbunden ist. Weiterhin bevorzugt erfolgt die Verbindung mittels Einpressen. Mangels eines radialen Spiels kann die Kugel während ihrer Öffnungs- und Schließbewegung keine Schwingbewegungen in radialer Richtung ausführen. Der Kraftschluss verhindert ferner eine Relativbewegung der Kugel gegenüber der Hülse.Preferably, the ball is positively, positively and / or cohesively connected to the sleeve. Further preferably, the connection is effected by means of pressing. Lack of a radial clearance, the ball can perform during its opening and closing movement no oscillatory movements in the radial direction. The frictional engagement also prevents a relative movement of the ball relative to the sleeve.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kugel in einem Endabschnitt der Hülse aufgenommen, welcher durch wenigstens eine sich über einen Teilumfangsbereich erstreckende Ausnehmung unterbrochen ist. Die Ausnehmung erstreckt sich ferner in axialer Richtung bis hinter die Kugel, so dass ein die Kugel umgebenden Ringraum mit einem innerhalb der Hülse ausgebildeten Strömungskanal verbunden ist. Das in Offenstellung des Ventils die Kugel umströmende Fluid wird demnach über die Ausnehmung der Hülse von radial außen nach radial innen in den Strömungskanal der Hülse umgeleitet. Vorzugsweise besitzt der Endabschnitt der Hülse mehrere solcher Ausnehmungen, die über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Denn im Bereich der Ausnehmungen liegen an der Hülse hydraulische Kräfte an, die in Öffnungsrichtung wirken und somit das Öffnen des Ventils unterstützen. Sind mehrere Ausnehmungen über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet, wird die Hülse auch gleichmäßig von den hydraulischen Kräften beaufschlagt, was sich wiederum günstig auf das Öffnungsverhalten auswirkt.According to a preferred embodiment of the invention, the ball is received in an end portion of the sleeve, which is interrupted by at least one extending over a partial circumferential region recess. The recess further extends in the axial direction to behind the ball, so that an annular space surrounding the ball is connected to a flow channel formed within the sleeve. The fluid flowing around the ball in the open position of the valve is accordingly diverted via the recess of the sleeve from radially outward to radially inward into the flow channel of the sleeve. Preferably, the end portion of the sleeve has a plurality of such recesses, which are arranged distributed uniformly over the circumference. Because in the region of the recesses are on the sleeve hydraulic forces acting in the opening direction and thus support the opening of the valve. If a plurality of recesses distributed uniformly over the circumference, the sleeve is also applied uniformly by the hydraulic forces, which in turn has a favorable effect on the opening behavior.
Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der die Kugel aufnehmende Endabschnitt der Hülse einen Außendurchmesser aufweist, der gegenüber dem Außendurchmesser eines Führungsabschnitts reduziert ist. Somit wird auch der Endabschnitt der Hülse von einem Ringraum umgeben, welcher über die wenigstens eine Ausnehmung in Verbindung mit dem Strömungskanal im Inneren der Hülse steht.As a further development measure, it is proposed that the ball-receiving end section of the sleeve has an outer diameter which is reduced in relation to the outer diameter of a guide section. Thus, the end portion of the sleeve is surrounded by an annular space, which is in communication with the flow channel in the interior of the sleeve via the at least one recess.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Ende der Druckfeder in der Hülse aufgenommen und in axialer Richtung an der Hülse abgestützt. Die Kugel als eigentlicher Schließkörper wird demnach nur mittelbar über die Hülse von der Federkraft der Druckfeder beaufschlagt.According to a further preferred embodiment of the invention, at least one end of the compression spring is received in the sleeve and supported in the axial direction on the sleeve. The ball as the actual closing body is therefore acted upon only indirectly via the sleeve by the spring force of the compression spring.
Weiterhin bevorzugt ist innerhalb der Hülse ein ringförmiger Absatz zur Abstützung der Druckfeder ausgebildet. Zur Ausbildung des ringförmigen Absatzes kann der Strömungskanal der Hülse beispielsweise wenigstens einen Durchmesserversprung aufweisen.Further preferably, an annular shoulder for supporting the compression spring is formed within the sleeve. To form the annular shoulder, the flow channel of the sleeve may, for example, have at least one diameter difference.
Ein weiteres Ende der Druckfeder ist vorzugsweise an einem hülsenförmigen Federhalter abgestützt, welcher lagefest in der Auslassbohrung aufgenommen ist. Der hülsenförmige Federhalter kann kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit der Auslassbohrung verbunden sein. Vorzugsweise ist der hülsenförmige Federhalter in die Auslassbohrung eingepresst. Die Hülsenform des Federhalters ist dadurch begründet, dass auf diese Weise die Fortführung des Strömungskanals der Hülse gewährleistet ist. Der Strömungsquerschnitt des hülsenförmigen Federhalters ist daher bevorzugt an den der Hülse angepasst.Another end of the compression spring is preferably supported on a sleeve-shaped spring holder, which is received in a fixed position in the outlet bore. The sleeve-shaped spring holder may be positively, positively and / or cohesively connected to the outlet bore. Preferably, the sleeve-shaped spring holder is pressed into the outlet bore. The sleeve shape of the spring holder is due to the fact that in this way the continuation of the flow channel of the sleeve is ensured. The flow cross section of the sleeve-shaped spring holder is therefore preferably adapted to the sleeve.
Vorzugsweise ist innerhalb des hülsenförmigen Federhalters ein ringförmiger Absatz zur Abstützung der Druckfeder ausgebildet. Der ringförmige Absatz kann entsprechend dem ringförmigen Absatz der Hülse durch einen Durchmesserversprung des Strömungskanals ausgebildet werden.Preferably, an annular shoulder for supporting the compression spring is formed within the sleeve-shaped spring holder. The annular shoulder can be formed according to the annular shoulder of the sleeve by a diameter jump of the flow channel.
Vorteilhafterweise ist innerhalb der Auslassbohrung ein Hubanschlag zur Hubbegrenzung der Hülse bzw. des Ventilelementes ausgebildet. Bevorzugt dient eine ringförmige Stirnfläche des Federhalters als Hubanschlag. An der Hülse kann eine korrespondierende ringförmige Stirnfläche ausgebildet sein, welche in Anlage mit der ringförmigen Stirnfläche des Federhalters bringbar ist. Alternativ kann auch ein ringförmiger Absatz innerhalb der Auslassbohrung vorgesehen sein, an den die ringförmige Stirnfläche der Hülse mit Erreichen ihres maximalen Hubes anschlägt.Advantageously, a stroke stop for limiting the stroke of the sleeve or the valve element is formed within the outlet bore. Preferably, an annular end face of the spring holder serves as a stroke stop. On the sleeve, a corresponding annular end face may be formed, which is engageable with the annular end face of the spring holder. Alternatively, an annular shoulder may also be provided within the outlet bore, against which the annular end face of the sleeve strikes upon reaching its maximum stroke.
Ferner wird eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Auslassbohrung vorgeschlagen, in welche ein Auslassventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingesetzt ist. Da das erfindungsgemäße Auslassventil höhere Durchströmraten ermöglicht, erweist es sich für den Einsatz in einer solchen Pumpe als besonders geeignet. Bei der Hochdruckpumpe handelt es sich weiterhin vorzugsweise um eine Common-Rail-Hochdruckpumpe.Further, a high-pressure pump for a fuel injection system with an outlet bore is proposed, in which an exhaust valve is used according to one of the preceding claims. Since the outlet valve according to the invention enables higher flow rates, it proves to be particularly suitable for use in such a pump. The high-pressure pump is furthermore preferably a common rail high-pressure pump.
Ein erfindungsgemäßes Auslassventil wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:An inventive outlet valve will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. These show:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Das in der
Die
Aus der
Der Endabschnitt
Wie der
Die Schließbewegung des Ventilelements
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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