DE102011081867A1

DE102011081867A1 - Ventil für eine hydraulische Pumpe sowie Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102011081867A1
Application number: DE102011081867A
Authority: DE
Inventors: Achim Koehler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil für eine hydraulische Pumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, umfassend ein axial bewegliches Ventilglied (1), das eine Ventilplatte (2) durchsetzt und in Richtung eines in der Ventilplatte (2) ausgebildeten Ventilsitzes (3) über die Federkraft einer Ventilfeder (4) axial vorgespannt ist. Erfindungsgemäß weist das Ventilglied (1) einen sich an eine Dichtfläche (5) anschließenden ersten Abschnitt (6) mit einem ersten Durchmesser (D1) sowie einen unmittelbar oder mittelbar hieran anschließenden zweiten Abschnitt (7) mit einem sich vom ersten Durchmesser (D1) unterscheidenden zweiten Durchmesser (D2) auf, wobei der erste und/oder der zweite Abschnitt (6, 7) drosselbildend mit dem Ventilsitz (3) der Ventilplatte (2) zusammenwirken, so dass eine vom Hub des Ventilgliedes (1) abhängige Drosselwirkung realisierbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Ventil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für eine hydraulische Pumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, wie beispielsweise eine Common-Rail-Pumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Ventil.
Stand der Technik
Ein Ventil der vorstehend genannten Art findet bei Hochdruckpumpen insbesondere als Einlass- oder Saugventil Einsatz. Ein solches Einlass- oder Saugventil ist in der Regel als Rückschlagventil ausgebildet, welches im Förderbetrieb der Pumpe geschlossen ist, um aus der Hubbewegung eines Pumpenkolbens einen Fördereffekt zu erzielen. Das Ventilglied ist hierzu vorzugsweise hubbeweglich in einer Ventilplatte geführt und in Richtung eines in der Ventilplatte ausgebildeten Ventilsitzes über die Federkraft einer Ventilfeder axial vorgespannt.
Im Normalbetrieb einer Hochdruckpumpe ist regelmäßig eine maximale Entdrosselung des Ventilgliedes des Einlass- bzw. Saugventils erwünscht, um einen möglichst hohen Durchfluss bei zugleich geringem Differenzdruck zu erreichen. Die Fördermenge wird dabei in der Regel über eine dem Einlass- bzw. Saugventil vorgeschaltete Zumesseinheit gesteuert.
Darüber hinaus sind jedoch Pumpen bekannt, bei welchen die Fördermenge über eine Druckregelung oder eine elektrische Ansteuerung des Ventils gesteuert wird. In diesen Fällen ist die Kleinstmengendarstellung, d.h. Mengen von weniger als 2 l/h, problematisch, da bereits geringe Druck- und/oder Hubunterschiede zu großen Mengenschwankungen führen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art bereit zu stellen, das jedoch eine geringere Sensitivität aufweist, um auch Kleinstmengen stabil darstellen zu können.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus wird eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Ventil vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Ventil für eine hydraulische Pumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, umfasst ein axial bewegliches Ventilglied, das eine Ventilplatte durchsetzt und in Richtung eines in der Ventilplatte ausgebildeten Ventilsitzes über die Federkraft einer Ventilfeder axial vorgespannt ist. Erfindungsgemäß weist das Ventilglied einen sich an eine Dichtfläche anschließenden ersten Abschnitt mit einem ersten Durchmesser D₁ sowie einen unmittelbar oder mittelbar hieran anschließenden zweiten Abschnitt mit einem sich vom ersten Durchmesser D₁ unterscheidenden zweiten Durchmesser D₂ auf, wobei der erste und/oder der zweite Abschnitt drosselbildend mit dem Ventilsitz der Ventilplatte zusammenwirken, so dass eine vom Hub des Ventilgliedes abhängige Drosselwirkung realisierbar ist. Das vorgeschlagene Ventil weist somit eine nicht lineare Öffnungscharakteristik auf. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise im Bereich kleiner Hübe eine stärkere Drosselung bewirkbar ist, welche zu einer Verringerung der Sensitivität führt, so dass auch geringe Fördermengen stabil dargestellt werden können.
Um im Bereich kleiner Hübe die Drosselwirkung zu verstärken bzw. mit zunehmendem Hub des Ventilgliedes die Drosselwirkung zu verringern, wird vorgeschlagen, dass der Durchmesser D₁ des ersten Abschnitts größer als der Durchmesser D₂ des zweiten Abschnitts des Ventilgliedes gewählt ist. Zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilglied wird demnach im Bereich des ersten Abschnitts eine Drosselstelle ausgebildet, deren Drosselwirkung größer als im Bereich des zweiten Abschnitts ist. Vorzugsweise ist der Durchmesser D₂ derart gewählt, dass die Drosselwirkung in diesem Bereich unwesentlich ist, um einen möglichst hohen Durchfluss zu erzielen.
Bevorzugt ist zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des Ventilgliedes ein dritter Abschnitt angeordnet, der zumindest teilweise konisch verlaufend ausgebildet ist. Der konisch verlaufende Abschnitt wirkt vermittelnd zwischen den beiden unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Abschnitten des Ventilgliedes, wobei der dritte Abschnitt – zumindest über einen Teilbereichebenfalls drosselbildend ist. Im Bereich der beiden anderen Abschnitte ist das Ventilglied vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet.
Alternativ können die beiden zylinderförmigen Abschnitte auch unmittelbar aneinander angrenzend ausgebildet sein, d.h. ohne einen konisch verlaufenden dritten Abschnitt. Auf diese Weise wird eine Drosselstufe ausgebildet, welche eine sprunghafte Verringerung der Drosselwirkung mit zunehmendem Hub des Ventilgliedes bewirkt. Denn ab einem bestimmten Hub des Ventilgliedes fährt der Abschnitt mit engem Spiel aus der Ventilplatte heraus und gibt einen deutlich größeren Querschnitt frei, so dass die anfängliche Drosselung überwunden bzw. stark reduziert wird. Nunmehr kann die gewünschte Maximalmenge dargestellt werden.
Weiterhin bevorzugt ist die Dichtkontur des Ventilsitzes der Ventilplatte als Ringkante ausgebildet. Die als Ringkante ausgebildete Dichtkontur dient zugleich als mit den Ventilgliedabschnitten unterschiedlichen Durchmessers zusammenwirkende Steuerkante.
Vorteilhafterweise schließt sich an den Ventilsitz der Ventilplatte eine Bohrung an, welche im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Zur Ausbildung der als Dichtkontur dienenden Ringkante geht die zylinderförmige Bohrung der Ventilplatte vorzugsweise in einen Konus über.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Bohrung einen als Zulauf dienenden ersten Abschnitt sowie einen als Führung für das Ventilglied dienenden zweiten Abschnitt aufweist. Die Abschnitte der Bohrung besitzen hierzu vorzugsweise unterschiedliche Durchmesser.
Vorteilhafterweise ist die Dichtfläche des Ventilgliedes konisch verlaufend ausgebildet, wobei vorzugsweise der Konuswinkel der Dichtfläche kleiner als der Konuswinkel des Ventilsitzes gewählt ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ventil mittels eines elektromotorischen, elektromagnetischen, elektromechanischen und/oder hydraulischen Stellers betätigbar. Bei einem derartigen Ventil kommen die vorstehend genannten Vorteile der Erfindung besonders zum Tragen, da – wie eingangs bereits erwähnt – geringe Druck- und/oder Hubschwankungen zu großen Mengenschwankungen führen können und somit eine stabile Darstellung geringer Fördermengen schwierig ist. Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Ventils kann dagegen die hubabhängige Drosselwirkung gezielt zur Verringerung der Sensitivität des Ventils eingesetzt werden. Hierzu wird das Spiel zwischen der Ventilplatte und dem Ventilglied derart ausgelegt, dass im Bereich kleiner Hübe eine große Drosselwirkung und im Bereich großer Hübe eine deutlich reduzierte Drosselwirkung zur Durchflussmaximierung erzielt wird.
Die zur Lösung der Aufgabe ferner vorgeschlagene Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, insbesondere Common-Rail-Hochdruckpumpe, zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein erfindungsgemäßes Ventil umfasst.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil während einer ersten Phase des Öffnungshubes des Ventilgliedes und
2 einen Ausschnitt der 1, jedoch während einer zweiten Phase des Öffnungshubes des Ventilgliedes.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Bei dem in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils handelt es sich um ein als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil einer Hochdruckpumpe. Es umfasst ein bolzenförmiges hubbewegliches Ventilglied 1, das eine Ventilplatte 2 durchsetzt und an einem Ende mit einer konisch verlaufenden Dichtfläche 5 versehen ist. Die Dichtfläche 5 wirkt mit einem ebenfalls konisch ausgebildeten Ventilsitz 3 zusammen, welcher in der Ventilplatte 2 ausgebildet ist. In Schließrichtung, d.h. in Richtung des Ventilsitzes 3, ist das Ventilglied 1 durch die Federkraft einer Ventilfeder 4 axial vorgespannt. Die Ventilfeder 4 ist hierzu einerseits an der Ventilplatte 2 und andererseits an einem mit dem Ventilglied 1 verbundenen Federteller 12 abgestützt.
Die Konusform des Ventilsitzes 3 bildet mit einer an den Ventilsitz 3 anschließenden im Wesentlichen zylinderförmigen Bohrung 9 der Ventilplatte 2 eine Ringkante aus, welche als Dichtkontur und zugleich als Steuerkante zur Realisierung einer vom Hub des Ventilgliedes 1 abhängigen Drosselwirkung dient. Das Ventilglied 1 weist hierzu einen ersten Abschnitt 6 mit einem Durchmesser D₁ und einen zweiten Abschnitt 7 mit einem Durchmesser D₂ auf, wobei D₁ größer als D₂ gewählt ist. Der Durchmesser D₁ des ersten Abschnitts 6 ist derart gewählt, dass während einer ersten Phase des Öffnungshubes des Ventilgliedes 1 eine Drosselstelle zwischen der Ventilplatte 2 und dem Ventilglied 1 ausgebildet wird (siehe 1, Drosselstelle eingekreist). Der Durchmesser D₂ des zweiten Abschnitts 7 ist wiederum derart gewählt, dass während einer zweiten Phase des Öffnungshubes des Ventilgliedes 1 das Spiel zwischen der Ventilplatte 2 und dem Ventilglied 1 deutlich größer ist, so dass die Drosselwirkung weitgehend aufgehoben wird (siehe 2).
Im dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils ist zwischen den Abschnitten 6 und 7 ein konisch verlaufender dritter Abschnitt 8 ausgebildet, welcher zwischen den Abschnitten 6 und 7 vermittelt, damit sich die Drosselwirkung nicht sprunghaft verringert.
Ferner ist aus der 1 ersichtlich, dass die an den Ventilsitz 3 anschließende Bohrung 9 der Ventilplatte einen ersten Abschnitt 10 und einen zweiten Abschnitt 11 umfasst, welche zur Ausbildung eines Zulaufs und einer Führung unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Im Bereich der Führung ist das radiale Spiel zwischen dem Ventilglied 1 und der Ventilplatte 2 minimal, während im Bereich des Zulaufs der Durchmesser der Bohrung 9 auf die Durchmesser D₁ und D₂ des Ventilgliedes 1 in der Weise abgestimmt ist, dass der erste Abschnitt 6 des Ventilgliedes 1 und der erste Abschnitt 10 der Bohrung 9 eine Drosselstelle ausbilden. In den Zulauf mündet ferner eine Radialbohrung 13.

Claims

Ventil für eine hydraulische Pumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, umfassend ein axial bewegliches Ventilglied (1), das eine Ventilplatte (2) durchsetzt und in Richtung eines in der Ventilplatte (2) ausgebildeten Ventilsitzes (3) über die Federkraft einer Ventilfeder (4) axial vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (1) einen sich an eine Dichtfläche (5) anschließenden ersten Abschnitt (6) mit einem ersten Durchmesser (D₁) sowie einen unmittelbar oder mittelbar hieran anschließenden zweiten Abschnitt (7) mit einem sich vom ersten Durchmesser (D₁) unterscheidenden zweiten Durchmesser (D₂) aufweist, wobei der erste und/oder der zweite Abschnitt (6, 7) drosselbildend mit dem Ventilsitz (3) der Ventilplatte (2) zusammenwirken, so dass eine vom Hub des Ventilgliedes (1) abhängige Drosselwirkung realisierbar ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Abschnitt (6) und dem zweiten Abschnitt (7) des Ventilgliedes (1) ein dritter Abschnitt (8) angeordnet ist, der zumindest teilweise konisch verlaufend ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkontur des Ventilsitzes (3) der Ventilplatte (2) als Ringkante ausgebildet ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ventilsitz (3) der Ventilplatte (2) eine Bohrung (9) anschließt, welche einen als Zulauf dienenden ersten Abschnitt (10) sowie einen als Führung für das Ventilglied (1) dienenden zweiten Abschnitt (11) aufweist, wobei die Abschnitte (10, 11) der Bohrung (9) vorzugsweise unterschiedliche Durchmesser besitzen.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (5) des Ventilgliedes (1) konisch verlaufend ausgebildet ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil mittels eines elektromotorischen, elektromagnetischen, elektromechanischen und/oder hydraulischen Stellers betätigbar ist.
Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, insbesondere Common-Rail-Hochdruckpumpe, mit einem Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.