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Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für eine Kraftstofffördereinrichtung, insbesondere eine Vorförderpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstofffördereinrichtung mit einem solchen Druckbegrenzungsventil.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 054 668 A1 geht ein Druckbegrenzungsventil für ein hydraulisches System, insbesondere für ein Förderaggregat zur Verwendung als Vorförderpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, mit einem Ventilsitz und einem den Ventilsitz abdichtenden Schließelement hervor. Das Ventil kann dazu eingesetzt werden, auftretende Überdrücke auf der Druckseite des Förderaggregats zu begrenzen. Hierzu ist das Ventil in einem Bypass angeordnet, der sich von der Saugseite zur Druckseite des Förderaggregats erstreckt. Bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzdrucks öffnet das Ventil und verhindert auf diese Weise, dass nachgeschaltete Systemkomponenten, wie beispielsweise ein Kraftstofffilter, welche auf einen bestimmten Höchstdruck ausgelegt sind, Schaden nehmen.
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Bei heutigen Ventilen, die als Druckbegrenzungsventil in einer Kraftstofffördereinrichtung, insbesondere einer Vorförderpumpe, eingesetzt werden, besteht regelmäßig das Problem, dass durch die Öffnungsbewegung des Ventilelements diese zu schwingen beginnt. Dadurch bewirkte Druckpulsationen können Druckspitzen bis zu 80 bar erreichen, wodurch die Kraftstofffördereinrichtung Schaden nehmen kann. Insbesondere können Undichtigkeiten auftreten, welche sich als so genanntes "Schwitzen" der Kraftstofffördereinrichtung äußern.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 042 089 A1 ist des Weiteren ein Überströmventil für die Zuleitung einer Zumesseinheit einer Hochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt, welches ein Ventilgehäuse mit einem Eingang und zumindest einem Ausgang umfasst, wobei der Ausgang durch einen gegen die Kraft einer Druckfeder verschiebbaren Steuerkolben verschließbar ist. Die Druckfeder ist in einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Federraum aufgenommen, welcher durch zumindest eine Druckausgleichsleitung mit dem Eingang des Ventilgehäuses verbunden ist. Somit herrscht im Federraum der gleiche Druck wie am Eingang des Überströmventils, was dazu führen soll, dass die Kumulation von Gasblasen im Federraum sowie damit einhergehende Funktionsstörungen des Überströmventils vermieden werden. Darüber hinaus wird zur Vermeidung resonanzbedingter Fehlfunktionen vorgeschlagen, dass in der Druckausgleichsleitung eine Drossel ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckbegrenzungsventil für eine Kraftstofffördereinrichtung anzugeben, welches derart ausgelegt ist, dass ein Schwingen des Ventilelementes sowie damit einhergehende Druckpulsationen unterbunden werden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Druckbegrenzungsventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird eine Kraftstofffördereinrichtung mit einem solchen Druckbegrenzungsventil beansprucht.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Druckbegrenzungsventil umfasst ein Ventilgehäuse mit einem Eingang und einem Ausgang, welche über ein im Ventilgehäuse aufgenommenes, axial verschiebbares Ventilelement verbindbar sind, wobei eine in einem Federraum aufgenommene Feder das Ventilelement in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt und wobei ferner das Ventilelement in axialer Richtung von einer Bohrung durchsetzt ist. Erfindungsgemäß ist in der Bohrung ein weiteres hydraulisch betätigbares Ventil angeordnet, dessen Öffnungsdruck kleiner als der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils ist und das in Offenstellung den Eingang mit dem Federraum verbindet. Mit Erreichen des Öffnungsdrucks des weiteren Ventils, öffnet dieses und leitet einen definierten Kraftstoffvolumenstrom in den Federraum. Dadurch nähert sich der Druck im Federraum dem eingangsseitigen Druck an, so dass über den im Federraum herrschenden Druck eine hydraulische Dämpfung der Bewegung des Ventilelementes des Druckbegrenzungsventils bewirkt werden kann, wenn dieses nachfolgend öffnet. Druckpulsationen werden auf dieses Weise verhindert sowie damit einhergehende Druckspitzen, durch welche die Kraftstofffördereinrichtung und/oder nachgeschaltete Komponenten, wie beispielsweise ein Kraftstofffilter, Schaden nehmen könnten. Die Absteuerung einer definierten Kraftstoffmenge in den mit der Saugseite der Fördereinrichtung in Verbindung stehenden Federraum hat ferner den Vorteil, dass der Bildung von Gasblasen entgegen gewirkt wird, welche zu Kavitationsschäden an den angrenzenden Bauteilen führen könnten. Gegenüber einer Permanentdrossel in der Bohrung des Ventilelementes des Druckbegrenzungsventils weist der Einsatz eines weiteren Ventils zudem den Vorteil auf, dass im Normalbetrieb keine Verbindung des Eingangs mit dem Federraum besteht, so dass im Startfall des Systems und/oder bei kleinen Drehzahlen eine ausreichende Kraftstoffmenge auf der Druckseite der Fördereinrichtung zur Verfügung steht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das in der Bohrung des Ventilelementes ausgebildete weitere hydraulisch betätigbare Ventil ein in einem Ventilgehäuse aufgenommenes, axial verschiebbares Ventilelement auf, das von der Druckkraft einer Feder beaufschlagt ist. Vorzugsweise ist das weitere Ventil als Rückschlagventil ausgebildet. Ein solches Ventil weist einen einfachen Aufbau auf und ist in eine Bohrung eines anderen Ventilelementes integrierbar.
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Das Ventilgehäuse des weiteren hydraulisch betätigbaren Ventils kann hierzu in die Bohrung des Ventilelementes des Druckbegrenzungsventils eingesetzt sein oder das Ventilelement des Druckbegrenzungsventils bildet das Ventilgehäuse des weiteren hydraulisch betätigbaren Ventils aus. Letzteres hat den Vorteil, dass der Bauraumbedarf verringert wird.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Federraum des Druckbegrenzungsventils über eine im Ventilgehäuse des Druckbegrenzungsventils ausgebildete Entlastungsbohrung entlastbar ist. Dadurch kann die über das weitere Ventil in den Federraum gelangende Kraftstoffmenge und/oder ein etwaiges vorhandenes Luftvolumen aus dem Federraum abgeführt werden.
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Vorteilhafterweise sind der Strömungsquerschnitt der Entlastungsbohrung und der Strömungsquerschnitt des weiteren hydraulisch betätigbaren Ventils aufeinander abgestimmt, so dass die gewünschte hydraulische Dämpfung der Bewegung des Ventilelementes des Druckbegrenzungsventils bewirkbar ist. Das heißt, dass vorzugsweise der Abfluss über die Entlastungsbohrung geringer als der Zufluss über das weitere Ventil ist. Das genaue Verhältnis von Zufluss und Abfluss hängt von der konkreten Kundenapplikation ab. Einflussparameter können beispielsweise die Härte und die Durchmesser der Kraftstoffleitungen im Niederdruckbereich sowie deren Anschlüsse sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist dem weiteren hydraulisch betätigbaren Ventil ein Siebelement vorgeschaltet. Dieses schützt das Ventil vor im Kraftstoff enthaltene Partikel, welche die Funktionsfähigkeit des Ventils beeinträchtigen könnten.
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Die darüber hinaus beanspruchte Kraftstofffördereinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine weist ein erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil auf. Über das Druckbegrenzungsventil ist die Druckseite mit der Saugseite der Kraftstofffördereinrichtung verbindbar, so dass eine überschüssige Fördermenge abgesteuert und dabei der Saugseite der Fördereinrichtung wieder zugeführt werden kann. Bei der Fördereinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Vorförderpumpe, insbesondere Zahnradpumpe.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Kraftstofffördereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil,
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2 einen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils,
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3 einen Längsschnitt durch das Ventilelement des Druckbegrenzungsventils der 2 und
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4 einen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung umfasst eine Vorförderpumpe 14 mit einer saugseitigen Kraftstoffleitung 15 und einer druckseitigen Kraftstoffleitung 16, welche über eine Bypass-Leitung 17 und ein hierin angeordnetes Druckbegrenzungsventil 13 verbindbar sind. Bei einem zu hohen Druck in der druckseitigen Kraftstoffleitung 16 öffnet das Druckbegrenzungsventil 13 und steuert eine bestimmte Menge Kraftstoff in die saugseitige Kraftstoffleitung 15 ab. Auf diese Weise wird ein verhindert, dass der Druck auf der Druckseite einen vorgegebenen Maximaldruck übersteigt.
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Ein erstes erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil, das in einer solchen Fördereinrichtung einsetzbar ist, ist in der 2 dargestellt. Es umfasst ein Ventilgehäuse 1 mit einem stirnseitig ausgebildeten Eingang 2 sowie zwei Ausgängen 3, die als Radialbohrungen ausgeführt sind. Der Eingang 2 ist über ein im Ventilgehäuse 1 aufgenommenes, axial verschiebbares Ventilelement 4 mit den Ausgängen 3 verbindbar. Das Ventilelement 4 ist vorliegend kolbenförmig ausgebildet und wird in Schließrichtung von der Druckkraft einer Feder 6 beaufschlagt, welche vorliegend als Schraubendruckfeder ausgebildet und in einem Federraum 5 aufgenommen ist. Über die Federkraft bzw. axiale Vorspannung der Feder 6 ist der Öffnungsdruck des Ventils einstellbar. Hierzu ist die Feder 6 an ihrem dem Ventilelement 4 abgewandten Ende an einem Einstellelement 18 abgestützt, das vorliegend kugelförmig ausgebildet und in das Ventilgehäuse 1 eingepresst ist. Zur Entlastung des Federraums 5 ist im Ventilgehäuse 1 eine Entlastungsbohrung 12 ausgebildet, welche als Radialbohrung ausgeführt ist. Das Ventilgehäuse 1 weist ferner eine Umfangsnut auf, in welche ein Dichtring 19 eingesetzt ist.
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Erfindungswesentliches Merkmal des dargestellten Druckbegrenzungsventils ist ein in einer Bohrung 7 des kolbenförmigen Ventilelementes 4 angeordnetes weiteres Ventil 8, das hydraulisch betätigbar und als Rückschlagventil ausgeführt ist.
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Der 3 ist das Ventilelement 4 des Druckbegrenzungsventils mit eingesetztem weiteren Ventil 8 zu entnehmen. Das Ventil 8 weist ein eigenes Ventilgehäuse 9 sowie ein kugelförmiges Ventilelement 10 auf, das in Schließrichtung von der Druckkraft einer Feder 11 beaufschlagt ist. Die dargestellte Ausgestaltung des weiteren Ventils 8 ist nur beispielhaft gewählt und änderbar. Beispielsweise können das Ventilelement 10 und die Feder 11 auch in einem Bauteil ausgeführt und das Ventilgehäuse 9 kann durch das Ventilelement 4 des Druckbegrenzungsventils ersetzt werden. Dadurch kann der Bauraumbedarf des weiteren Ventils 8 verringert und der Aufbau vereinfacht werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der 4 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der der 2 dadurch, dass die Entlastungsbohrung 12 nicht als Radialbohrung ausgeführt ist, sondern schräg durch das Ventilgehäuse 1 des Druckbegrenzungsventils geführt ist. Der Mündungsbereich der Entlastungsbohrung 12 in den Federraum 5 kann auf diese Weise in einem größeren axialen Abstand zu den Ausgängen 3 angeordnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009054668 A1 [0002]
- DE 102008042089 A1 [0004]
