-
Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Auslassventil für eine hydraulische Hochdruckpumpe, beispielsweise für eine Kraftstoffeinspritzpumpe.
-
In einer hydraulischen Hochdruckpumpe, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzpumpe, wird ein Fluid, beispielsweise ein Kraftstoff, verdichtet. Insbesondere bei sogenannten Common-Rail-Einspritzsystemen, welche vorzugsweise mit Dieselkraftstoff eingesetzt werden, kommen Hochdruckpumpen zur Verdichtung des Kraftstoffes bis auf einen Druck von ca. 2.000 bar oder mehr zur Anwendung. Der verdichtete Kraftstoff wird unter hohem Druck über ein Auslassventil von der Hochdruckpumpe einem Kraftstoffspeicher, beispielsweise einem Common-Rail, zugeführt. Das Auslassventil ist üblicherweise in Form eines Rückschlagventils ausgestaltet, welches sich öffnet, wenn der pumpenseitige Druck größer als der speicherseitige Druck ist.
-
Nachteilig bei einem derartigen Auslassventil ist, dass bei hohem Druck, insbesondere bei einem Druck über 2.000 bar, das Auslassventil unzuverlässig arbeiten kann, wodurch der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe vermindert werden kann.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Ventil mit einer, insbesondere bei hohem Druck, verbesserten Zuverlässigkeit bereitzustellen.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Das erfindungsgemäße Ventil insbesondere für eine hydraulische Hochdruckpumpe, beispielsweise für eine Kraftstoffeinspritzpumpe, umfasst ein Gehäuse mit einer Längsachse und einem Ventilraum, wobei das Gehäuse mindestens eine Öffnung aufweist, einen Schließkörper zum Verschließen der Öffnung, wobei der Schließkörper koaxial zu der Längsachse in dem Ventilraum angeordnet ist, eine in dem Ventilraum angeordnete Feder, wobei der Schließkörper durch die Feder mit einer Federkraft beaufschlagbar ist. Dabei kontaktiert die Feder radial außenseitig zumindest teilweise das Gehäuse. Dabei kann das Ventil, insbesondere ein Auslassventil, aber auch ein Einlassventil darstellen.
-
Das Ventil kann als ein federbelastetes, direkt wirkendes Ventil, beispielsweise in Form eines Kugelventils, ausgebildet sein. Das Ventil kann in einem Gehäuse angeordnet sein, welches einen Ventilraum für das Ventil aufweist, wobei sich der Ventilraum entlang einer Längsachse des Gehäuses erstrecken kann. Der Ventilraum kann beispielsweise rotationssymmetrisch oder rotationsunsymmetrisch, beispielsweise mit einem ovalen Querschnitt, um die Längsachse ausgebildet sein. Das Gehäuse weist mindestens eine Öffnung auf, durch welche der Ventilraum fluidisch durchgängig mit einer Hochdruckpumpe, beispielsweise einer Kraftstoffeinspritzpumpe, verbunden ist. Beispielsweise mit Hinblick auf die Ausbildung des Ventils als ein Auslassventil kann durch die Öffnung der verdichtete Kraftstoff von der Hochdruckpumpe durch den Ventilraum hindurch, beispielsweise über eine Auslassöffnung, zu einem Hochdruck-Kraftstoffspeicher geleitet werden. Innerhalb des Ventilraumes ist ein Schließkörper, beispielsweise ein kugelförmiger Schließkörper, bewegbar angeordnet. Der Schließkörper kann entlang der Längsachse bewegbar in dem Ventilraum gelagert sein, um beispielsweise die Öffnung zu verschließen oder zu öffnen. Der Schließkörper ist durch eine in dem Ventilraum angeordnete Feder mit einer Federkraft beaufschlagt, wobei die Federkraft in Richtung der Öffnung entlang der Längsachse auf das Schließelement wirkt. Bei einem Hochdruckpumpendruck welcher größer ist als der Druck in dem Ventilraum, welcher fluidisch über die Leitung mit dem Kraftstoffspeicher verbunden ist, kann das mit der Federkraft beaufschlagte Schließelement durch den Kraftstoff von der Öffnung weggedrückt werden, wodurch ein Fließen des Kraftstoffes von der Hochdruckpumpe zu dem Kraftstoffspeicher hin ermöglicht wird. Die Feder kann in Form einer Schraubenfeder, insbesondere einer Schraubendruckfeder, ausgestaltet sein, wobei die Feder eine symmetrische oder asymmetrische, zylindrische Form aufweisen kann. Vorteilhaft bei der asymmetrischen ausgestalteten Wicklung der Feder ist, dass die bewegte Federmasse gegenüber einer symmetrisch ausgestalteten Wicklung verringert werden kann. Die Feder liegt radial außenseitig mit zumindest einem Teil der Windungen der Feder zumindest teilweise an der Innenwandung des Gehäuses und/oder des Ventilraumes an. Dadurch ist die Feder außenseitig in dem Gehäuse und/oder Ventilraum lagerbar. Die außenseitig an dem Gehäuse gelagerte und/oder abgestützte Feder kann Kräfte auf das Gehäuse übertragen. Der Außendurchmesser der Feder kann derart gewählt sein, dass die Feder in das Gehäuse und/oder den Ventilraum einpressbar ist, wobei die Feder in radialer Richtung zumindest teilweise spielfrei in dem Gehäuse und/oder dem Ventilraum lagerbar ist. Durch die radial außenseitig gelagerte Feder ist das Schließelement durch die Feder führbar.
-
Durch die Führung des Schließkörpers durch die Feder gemäß oben dargestellter Ausgestaltung kann die Richtung der Bewegung des Schließkörpers innerhalb des Ventilraumes auf eine im Wesentlichen axiale Richtung begrenzt werden. Eine radiale Bewegung des Schließkörpers, beispielsweise durch Schwingen, kann durch die Feder verringert werden, wodurch die Führung des Schließkörpers verbessert wird. Dadurch kann das Schließelement beim Schließen der Öffnung, insbesondere bei hohem Druck, zuverlässig in einen Dichtungssitz, insbesondere einen Dichtungssitz mit einem flachen Dichtwinkel, geleitet werden, wodurch die Robustheit und somit auch die Zuverlässigkeit des Auslassventiles verbessert werden kann. Darüber hinaus kann mit dem Ventil eine kostengünstige Führung des Schließkörpers mit geringem Verschleiß an dem Schließkörper ermöglicht werden. Zudem kann durch die widerstandsarmen ausgestaltete Führung die Strömung des Kraftstoffes durch die Öffnung und den Ventilraum verbessert werden, wodurch der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe verbessert werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Ventilraum ein ringförmiges Stützelement zum Abstützen der Feder in axialer Richtung angeordnet ist. Das ringförmige Stützelement kann beispielsweise bei der Montage des Ventiles, insbesondere in der Form eines Auslassventils, in das Gehäuse eingepresst werden. Durch die Einpresstiefe kann beispielsweise die Federkraft eingestellt werden, wodurch kostengünstig eine variable Federkraft einstellbar ist.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Feder aus einem Federmaterial hergestellt ist, welches zumindest teilweise radial außenseitig einen abgeflachten Querschnitt aufweist. Das Federmaterial kann beispielsweise außenumfangsseitig angeschliffen sein, wobei eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche ausgebildet sein kann. Das Federmaterial kann durch das außenseitige Anschleifen radial außenseitig eine Abflachung aufweisen. Durch das außenseitig Anschleifen der Feder und die damit verbundene Abflachung des Federmaterial kann die außenseitige Auflagefläche der Feder vergrößert werden, wodurch die Abstützung und die Führung der Feder in dem Gehäuse und/oder dem Ventilraum verbessert werden kann.
-
Weiterhin ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die Feder aus einem Federmaterial hergestellt ist, welches zumindest teilweise radial innenseitig einen abgeflachten Querschnitt aufweist. Der Querschnitt des Federmaterials kann radial innenseitig beispielsweise durch anschleifen verringert und/oder abgeflacht werden. Durch die radial innenseitige Abflachung des Querschnittes des Federmaterials kann beispielsweise eine innenseitige Kontaktfläche der Feder, welche an dem Schließelement anliegt, vergrößert werden, wodurch die Führung des Schließelementes verbessert werden kann.
-
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Feder zumindest einen teilweise konisch ausgebildeten Abschnitt aufweist. Die Feder kann vollständig oder teilweise konisch ausgebildet sein. Der Durchmesser der Feder kann beispielsweise nach einem an dem Gehäuse anliegenden zylindrischen Federabschnitt linear in Richtung des Schließelementes abnehmen. Eine konische oder zumindest teilweise konisch ausgebildete Feder, eine sogenannte Bienenkorbfeder, hat den Vorteil, dass die Bewegten Massen geringer sind als bei einer zylindrischen Feder, wodurch die Schaltzeit des Auslassventiles verbessert werden kann. Weiterhin kann eine konische Feder eine geringere Blockhöhe als eine zylindrische Feder aufweisen, wodurch der benötigte Bauraum des Auslassventiles verringert werden kann.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Feder zwischen zwei zylindrisch ausgebildeten Abschnitten einen konisch ausgebildeten Abschnitt aufweist. Die beiden zylindrischen Abschnitte der Feder weisen einen unterschiedlichen Durchmesser auf, wobei der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser vorzugsweise mit der Außenfläche dem Gehäuse anliegt, und der Bereich mit dem kleineren Durchmesser mit seiner innenliegenden Kontaktfläche das Schließelement kontaktiert. Dadurch kann die Führung des Schließelementes verbessert werden.
-
Weiterhin ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass der Schließkörper zumindest teilweise rotationssymmetrisch um die Längsachse ausgebildet ist und öffnungsseitig zumindest teilweise einen Ausschnitt einer Kugeloberfläche aufweist. Das Schließelement kann auf der, der Feder zugewandten Seite beispielsweise derart zylindrisch ausgestaltet sein, dass das Schließelement an der innenliegenden zylindrischen Kontaktfläche der Feder anliegt. Das Schließelement kann beispielsweise im Wesentlichen spielfrei von der Feder aufgenommen werden, wodurch die Führung des Schließelementes verbessert werden kann. Öffnungsseitig kann das Schließelement in Form eines Ausschnittes einer Kugeloberfläche ausgestaltet sein, wobei die Kugeloberfläche einen großen Radius aufweist. Dadurch kann ein zu einem vorteilhaften flachen Dichtwinkel korrespondierender großer Kugeldurchmesser an dem Schließelement angeordnet werden, und gleichzeitig der benötigte Bauraum verringert werden.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Schließkörper zumindest teilweise einen Querschnitt auf, welcher dem Querschnitt des Ventilraumes entspricht, und öffnungsseitig zumindest teilweise einen Ausschnitt einer Kugeloberfläche aufweist. Der Schließkörper kann an einem der Öffnung zugewandten Abschnitt einen Querschnitt aufweisen, welcher einem rotationsunsymmetrischen, beispielsweise ovalen, Ventilraumquerschnitt entspricht. Dadurch kann eine öffnungsseitige Führung des Schließkörpers durch das Gehäuse und/oder den Ventilraum ermöglicht werden, wodurch die Führung des Schließkörpers verbessert werden kann. Zudem kann öffnungsseitig die Oberfläche zum Verschließen der Öffnung des Schließkörpers konvex mit einem Radius ausgebildet sein, welcher mit einem vorteilhaften flachen Dichtwinkel an der Öffnung korrespondiert.
-
Die Erfindung betrifft ferner eine Einspritzpumpe für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem wie vorstehend ausund weitergebildetem Ventil, insbesondere ein Auslassventil. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ventils kann, insbesondere bei hohem Druck, die Zuverlässigkeit eines als Auslassventil ausgebildeten Ventils verbessert werden.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert.
-
Es zeigen:
-
1: eine schematische Schnittansicht eines Ventils in der Form eines Auslassventils;
-
2: eine Schnittansicht eines Ventils in der Form eines Auslassventils mit einem teilweise zylindrischen Schließkörper;
-
3: einen teilweise zylindrischen Schließkörper mit einer innenseitig abgeflachten Feder;
-
4: eine Schnittansicht eines Ventils in der Form eines Auslassventils mit zylindrischer Feder; und
-
5: eine schematische Querschnittansicht rotationsunsymmetrischen Schließkörpers.
-
In 1 ist ein Auslassventil 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Auslassventil 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einer Längsachse 14. In dem Gehäuse 12 ist ein Ventilraum 16 ausgebildet, wobei sich der Ventilraum 16 entlang der Längsachse 14 von gehäuseaußenseitig in das Gehäuse 12 hinein erstreckt. Der Ventilraum 16 kann rotationssymmetrisch um die Längsachse 14 herum ausgebildet sein. In dem Gehäuse 12 ist koaxial zu der Längsachse 14 eine Öffnung 18 ausgebildet. Durch die Öffnung 18, insbesondere in einer unverschlossenen Position, kann der Ventilraum 16 hydraulisch mit einer Hochdruckpumpe, beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzpumpe, verbunden sein. Innerhalb des Ventilraumes 16 ist an der Öffnung 18 koaxial zu der Längsachse 14 ein Schließelement 20 angeordnet, wobei das Schließelement 20 kugelförmig ausgebildet ist. Das Schließelement 20 kontaktiert das Gehäuse 12 im Bereich der Öffnung 18, wobei die Öffnung 18 durch das Schließelement 20 verschlossen ist. Das Schließelement 20 liegt ventilraumseitig an einer ringförmig um die Öffnung 18 herum ausgebildeten Fläche, dem Dichtsitz 22, an. Der Dichtsitz 22 ist in einem Winkel zur Längsachse 14 geneigt, wobei die Form des Dichtsitzes 22 der kontaktierenden Fläche des Schließelementes 20 angepaßt sein kann. Durch eine konische Ausgestaltung des Ventilraums 16 im Bereich der Öffnung 18 kann das Schließelement 20 zum Dichtsitz 22 hin geleitet werden. Das Schließelement 20 ist durch eine Feder 24 mit einer Kraft, insbesondere in Richtung der Öffnung 18, beaufschlagbar. Die Feder 24 ist innerhalb des Ventilraumes 16 koaxial zu der Längsachse 14 angeordnet. Die Feder 24 kontaktiert das Schließelement 20 auf einer, der Öffnung 18 abgewandten Seite und ist an einem ringförmigen Stützelement 26, welches in das Gehäuse 12 und/oder das Ventilgehäuse 16 einpressbar ist, in axialer Richtung abgestützt. Dadurch kann die Feder 24 das Schließelement 20 mit einer in axialer Richtung entlang der Längsachse 14 zur Öffnung 18 gerichteten Kraft beaufschlagen. Die Feder 24 ist in Form einer symmetrisch gewickelten Schraubenfeder ausgebildet, wobei die Feder 24 einen zylindrischen, an dem Gehäuse 12 und/oder dem Ventilraum 16 anliegenden Abschnitt und einen konischen Abschnitt aufweist. Die Feder 24 kann bienenkorbförmig ausgebildet sein. Der konische Abschnitt der Feder 24 kontaktiert das Schließelement 20. In dem zylindrischen Abschnitt ist die Feder 24 außenseitig angeschliffen, wodurch im Wesentlichen eine Außenfläche zur Kontaktierung des Gehäuses 12 in radialer Richtung ausgebildet ist. Der Querschnitt des Materials der Feder 24 ist dabei zumindest teilweise in radialer Richtung außenseitig abgeflacht. Durch das radial außenseitige Anschleifen der Feder 24 kann die Abstützung der Feder 24 in radialer Richtung an der Innenseite des Gehäuses 12 und/oder des Ventilraumes 16 verbessert werden.
-
Das in 2 gezeigt Auslassventil 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform weist einen Schließkörper 20 auf, welcher öffnungsseitig einen im Wesentlichen kugelförmigen Abschnitt aufweist. Ein auf der, der Öffnung 18 abgewandten und der Feder 24 zugewandten Seite des Schließelementes 20 angeordneter Abschnitt weist eine sich entlang der Längsachse 14 erstreckende, zylindrische Form auf. Die Feder 24, welche an dem Stützelement 26 abgestützt ist, weist einen ersten zylindrischen Abschnitt und einen zweiten zylindrischen Abschnitt auf, wobei der erste zylindrische Abschnitt und der zweite zylindrische Abschnitt durch einen konischen Abschnitt verbunden sind. Der erste zylindrische Abschnitt der Feder 24 weist einen größeren Durchmesser auf als der zweite zylindrische Abschnitt. Die Feder 24 ist in dem ersten zylindrischen Abschnitt radialumfänglich außenseitig angeschliffen und kontaktiert das Gehäuse 12 und/oder den Ventilraum 16. Der zweite zylindrische Abschnitt der Feder 24 kontaktiert das Schließelementes 20 an dem zylindrisch ausgebildeten Bereich des Schließelementes 20.
-
Das in 3 gezeigte Auslassventil gemäß einer weiteren Ausführungsform bzw. das Schließelement 20 weist federseitig einen zylindrischen Abschnitt zur Kontaktierung der Feder 24 auf. Die Feder 24 ist schließelementseitig zylindrisch ausgebildet, wobei die Feder 24 radialumfänglich innenseitig angeschliffen ist. Die Feder 24 kann zusätzlich, wie in 2 gezeigt, außenseitig angeschliffen sein. Durch das innenseitige Anschleifen der Feder 24 kann die Kontaktfläche vergrößert werden, wodurch die Führung des Schließelementes 20, insbesondere in radialer Richtung, verbessert werden kann.
-
Der Ventilraum 16 des Auslassventils 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform (4) in dem Gehäuse 12 weist einen rotationsunsymmetrischen Querschnitt auf. Der Querschnitt des Ventilraumes 16 entspricht im Wesentlichen dem Profil zweier rechtwinkelig zueinander angeordneten ovalen Querschnitten. Das Schließelement 20 ist öffnungsseitig dem Querschnitt des Ventilraumes 16 angepaßt, wodurch das Schließelement 20 durch das Gehäuse 12 und/oder den Ventilraum 16 führbar ist. Federseitig weist das Schließelement 20 einen kleineren Durchmesser auf als die Innenseite des Gehäuses 12 und/oder des Ventilraumes 16, wodurch die Aufnahme einer Feder 24 ermöglicht wird. Die Feder 24, welche an dem Stützelement 26 abgestützt ist, kann dem Querschnitt des Gehäuses 12 und/oder des Ventilraumes 16 angepaßt sein. Die Feder 24 ist in Form einer symmetrischen, zylindrischen Schraubenfeder ausgebildet, welche radialumfänglich außenseitig angeschliffen ist und außenseitig das Gehäuse 12 und/oder den Ventilraum 16 kontaktiert. Der federseitige Abschnitt des Schließelementes 20 kann zylindrisch ausgebildet sein, wodurch die Aufnahme einer symmetrischen, zylindrischen Feder 24 ermöglicht werden kann.
-
In 5 ist das Schließelementes 20 aus 4 in dem Schnitt „A” gezeigt. Der Querschnitt des Schließelementes 20 entspricht im Wesentlichen dem Profil zweier rechtwinkelig zueinander angeordneten, ovalen Querschnitten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Auslassventil
- 12
- Gehäuse
- 14
- Längsachse
- 16
- Ventilraum
- 18
- Öffnung
- 20
- Schließelement
- 22
- Dichtsitz
- 24
- Feder
- 26
- Stützelement
