DE102012211106A1 - Fuel high-pressure piston pump - Google Patents
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Abstract
Eine Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe umfasst ein Einlassventil (20), welches ein plattenförmiges bewegliches Ventilelement (36) und mindestens eine mit diesem kooperierenden stationären Ventilsitz (60) umfasst. Es wird vorgeschlagen, dass sich der Ventilsitz (60) entlang einer mindestens bereichsweise wellenförmig, mäanderförmig, gezackt oder kleeblattförmig verlaufenden Ventilsitzlinie oder entlang einer ersten radial inneren Ventilsitzlinie und einer zweiten radial äußeren Ventilsitzlinie erstreckt.A high-pressure fuel piston pump comprises an inlet valve (20) which comprises a plate-shaped movable valve element (36) and at least one stationary valve seat (60) which cooperates with it. It is proposed that the valve seat (60) extend along an at least partially wavy, meandering, serrated or trefoil-shaped valve seat line or along a first radially inner valve seat line and a second radially outer valve seat line.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a high-pressure fuel piston pump according to the preamble of claim 1.
Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpen werden beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit einem Common-Rail-Kraftstoffsystem eingesetzt. Bei einem solchen Kraftstoffsystem wird der Kraftstoff von der Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe auf einen sehr hohen Druck verdichtet und in ein Kraftstoffrail gefördert, von wo der Kraftstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe verfügt hierzu stromaufwärts von einem Förderraum über ein Einlassventil, welches als Rückschlagventil ausgebildet ist. Stromabwärts vom Förderraum ist ein ebenfalls als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil angeordnet. High-pressure fuel piston pumps are used, for example, in internal combustion engines with a common rail fuel system. In such a fuel system, the fuel from the high-pressure fuel piston pump is compressed to a very high pressure and conveyed into a fuel rail, from where the fuel is injected directly into combustion chambers of the internal combustion engine. The high-pressure fuel piston pump has for this purpose upstream of a pumping chamber via an inlet valve, which is designed as a check valve. Downstream of the delivery chamber, an outlet valve, which is likewise designed as a check valve, is arranged.
Zur Steuerung der von der Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe in das Kraftstoffrail geförderten Kraftstoffmenge verfügt die bekannte Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe über ein Mengensteuerventil. Bei diesem handelt es sich üblicherweise um das Einlassventil, welches durch einen beispielsweise elektromagnetisch betätigten Aktor zeitweise in seine geöffnete Stellung gezwungen werden kann. Geschieht dies während eines Förderhubs der Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe, wird der Kraftstoff aus dem Förderraum nicht zum Kraftstoffrail, sondern durch das zwangsweise geöffnete Einlassventil wieder zurück in den stromaufwärts von der Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe angeordneten Bereich (Niederdruckbereich) des Kraftstoffsystems gefördert. To control the amount of fuel delivered by the high-pressure fuel piston pump into the fuel rail, the known high-pressure fuel piston pump has a quantity control valve. This is usually the inlet valve, which can be temporarily forced into its open position by an actuator, for example electromagnetically actuated. If this occurs during a delivery stroke of the high-pressure fuel piston pump, the fuel from the delivery chamber is not conveyed to the fuel rail but through the forcibly opened intake valve back into the region (low pressure region) of the fuel system arranged upstream of the high-pressure fuel piston pump.
Für das Einlassventil sind verschiedene Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise beschreibt die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Object of the present invention is to provide a high-pressure fuel piston pump having a high efficiency.
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Daneben finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale auch in der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen wesentlich sein können.This object is achieved by a high-pressure fuel piston pump with the features of claim 1. Advantageous developments are specified in subclaims. In addition, there are important features for the invention in the following description and the drawing, the features may be essential both alone and in different combinations.
Im Betrieb der Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe sind im Wesentlichen zwei Fälle zu unterscheiden: In der Saugphase muss der Kraftstoff vom stromaufwärts des Einlassventils gelegenen Bereich (Niederdruckbereich) in den stromabwärts gelegenen Bereich, den Förderraum der Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe, gelangen. Um Dampfbildung zu vermeiden, soll der Druckabfall am Ventilsitz des Einlassventils möglichst gering sein. Bei Dampfbildung kann sich der Liefergrad der Pumpe verringern. Durch eine möglichst große durchströmte Fläche im Ventilsitzbereich verringert sich der Druckabfall. Die durchströmte Fläche wiederum errechnet sich aus der Ventilsitzlänge und dem Ventilhub. Letzterer soll aus Dynamikgründen klein sein. In der Förderphase dagegen sollte es möglich sein, das Ventilelement, wenn kein Kraftstoff in das Kraftstoffrail gefördert werden soll, entgegen der nun in schließender Richtung wirkenden Strömungskraft durch den Stößel des Mengensteuerventils offen zu halten. Um möglichst geringe Baumaße zu erreichen, sollte die den Ventilstößel beaufschlagende Feder möglichst klein sein, und der zum Rückströmen erforderliche Hub des Ventilelements sollte möglichst klein sein. In the operation of the high-pressure fuel piston pump, there are essentially two cases to be distinguished: In the suction phase, the fuel has to pass from the region located upstream of the inlet valve (low-pressure region) into the downstream region, the delivery chamber of the high-pressure fuel piston pump. To avoid vapor formation, the pressure drop at the valve seat of the inlet valve should be as low as possible. If steam is formed, the delivery rate of the pump may decrease. The largest possible flow area in the valve seat area reduces the pressure drop. The area flowed through in turn is calculated from the valve seat length and the valve lift. The latter should be small for reasons of dynamism. In contrast, in the delivery phase, it should be possible, when no fuel is to be conveyed into the fuel rail, to keep the valve element open against the now acting in the closing direction flow force through the plunger of the quantity control valve. In order to achieve the smallest possible dimensions, the spring acting on the valve tappet should be as small as possible, and the stroke of the valve element required for the return flow should be as small as possible.
Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe ist der Ventilsitz des Einlassventils deutlich länger als bei den herkömmlichen Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpen. Durch diese vergrößerte Länge des Ventilsitzes ergibt sich bei gleichem Hub des Ventilelements ein kleinerer Druckabfall über das Einlassventil hinweg. Dies wirkt sich günstig für die Befüllung des Förderraumes aus, und erhöht hierdurch den Liefergrad der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe. Gleichzeitig wird die druckbeaufschlagte Fläche des Ventilelements verringert, wodurch die Dynamik des Einlassventils verbessert wird. Durch die verlängerte Ventilsitzlinie wird die Geschwindigkeit des Kraftstoffs beim Durchströmen des Einlassventils reduziert, wodurch beim Saugen der Druckabfall reduziert wird und hierdurch eine Dampfbildung während der Saugphase vermieden wird. Bei zwangsweise geöffnetem Einlassventil werden ebenfalls die Strömungskräfte beim Zurückfördern deutlich reduziert. Der Grund hierfür liegt wieder im kleineren Druckabfall und der zusätzlich reduzierten Fläche, auf den dieser Druckabfall wirkt. In the high-pressure fuel piston pump according to the invention, the valve seat of the intake valve is significantly longer than in the conventional high-pressure fuel piston pumps. This increased length of the valve seat results in a smaller pressure drop across the inlet valve with the same stroke of the valve element. This has a favorable effect for the filling of the delivery chamber, and thereby increases the delivery rate of the high-pressure fuel piston pump according to the invention. At the same time, the pressurized area of the valve element is reduced, whereby the dynamics of the intake valve is improved. The extended valve seat line reduces the velocity of the fuel as it flows through the inlet valve, reducing the pressure drop during suction, thereby avoiding vapor formation during the suction phase. When forcibly opened inlet valve, the flow forces are also significantly reduced during the return. The reason for this lies again in the smaller pressure drop and the additionally reduced area on which this pressure drop acts.
Für den Verlauf der Ventilsitzlinie sind dabei ganz unterschiedliche Formen denkbar. For the course of the valve seat line completely different shapes are conceivable.
Eine erste Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen vom Ventilkörper geführten Stößel umfasst, mit dem das Ventilelement zwangsweise in eine geöffnete Stellung beaufschlagt werden kann, und dass der Stößel bei geschlossenem Einlassventil durch eine umlaufende und mit dem Ventilelement kooperierende Ventilsitzlinie gegenüber einem stromabwärtigen Hochdruckbereich abgedichtet ist. Hierdurch wird erreicht, dass der Ventilstößel bei zwangsweise offen gehaltenem Ventilelement vom im Förderraum herrschenden Druck möglichst wenig beaufschlagt und damit möglichst wenig beeinflusst ist. Bei geschlossenem Einlassventil wirkt auf den Stößel dagegen keine Kraft von dem stromabwärtigen Hochdruckbereich. Diese Kraft wird vom Ventilsitz aufgenommen. Vorzugsweise ist bei geschlossenem Einlassventil zwischen dem abragenden Ende des Stößels und dem Ventilelement sogar ein kleiner Spalt vorhanden.A first development of the high-pressure fuel piston pump according to the invention is characterized in that it comprises a plunger guided by the valve body, with which the valve element can be forcibly acted upon in an open position, and that the plunger with a closed inlet valve by a circumferential and cooperating with the valve element Valve seat line is sealed from a downstream high-pressure region. This ensures that the valve stem is acted upon by the pressure prevailing in the pumping chamber as little as possible when forced open valve element and thus influenced as little as possible. When the inlet valve is closed, however, no force acts on the plunger from the downstream high-pressure region. This force is absorbed by the valve seat. Preferably, with the inlet valve closed, even a small gap exists between the projecting end of the plunger and the valve element.
Vorteilhaft ist ferner, wenn die Ventilsitzlinie mindestens bereichsweise durch einen erhabenen Steg gebildet wird. In Abkehr von einem bisher üblichen Flachsitz wird hierdurch eine definierte Dichtkontur geschaffen, durch die die Bereiche des Ventilelements, in denen bei geschlossenem Einlassventil auf der einen Seite ein niedriger und auf der anderen Seite ein hoher Druck herrscht, klein gehalten werden. Hierdurch wird die Dynamik des Einlassventils nochmals verbessert.It is also advantageous if the valve seat line is at least partially formed by a raised web. In contrast to a hitherto conventional flat seat, this creates a defined sealing contour, by means of which the areas of the valve element in which the inlet valve is closed on the one side and on the other side on the high pressure prevail, are kept small. As a result, the dynamics of the intake valve is further improved.
Vorgeschlagen wird auch, dass bei einer mindestens bereichsweise wellenförmigen, mäanderförmigen, gezackten oder kleeblattförmigen Ventilsitzlinie, die an einem Ventilsitzkörper ausgebildet ist, der Ventilsitzkörper in einem an die Ventilsitzlinie unmittelbar angrenzenden stromabwärtigen Bereich einen Strömungskanal aufweist. Hierdurch wird sozusagen zusätzlicher Platz geschaffen für das abströmende Fluid, wodurch die Druckverluste nochmals reduziert werden und der Liefergrad der Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe nochmals verbessert wird.It is also proposed that, in the case of an at least partially undulating, meandering, serrated or cloverleaf-shaped valve seat line which is formed on a valve seat body, the valve seat body has a flow channel in a downstream region immediately adjacent to the valve seat line. As a result, additional space is created, so to speak, for the outflowing fluid, which further reduces the pressure losses and further improves the delivery rate of the high-pressure fuel piston pump.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Strömungskanal eine Vertiefung in dem Ventilsitzkörper umfasst. Diese Vertiefung kann beispielsweise den gesamten zwischen zwei benachbarten Wellen oder Mäandern oder Kleeblättern vorhandenen Bereich umfassen. Dies ist einfach herstellbar und führt zu einem optimalen Abströmen des Kraftstoffes.In a further development, it is proposed that the flow channel comprises a depression in the valve seat body. This depression may, for example, comprise the entire area present between two adjacent waves or meanders or cloverleaves. This is easy to produce and leads to an optimal outflow of the fuel.
Bei jener Variante, bei der sich der Ventilsitz entlang einer ersten radialen inneren Ventilsitzlinie und einer zweiten radial äußeren Ventilsitzlinie erstreckt, ist es vorteilhaft, wenn das Ventilelement radial einwärts von der radial inneren Ventilsitzlinie mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist. Auch hierdurch wird das Abströmen und, bei zwangsweise geöffnetem Einlassventil, auch das Zurückströmen des Kraftstoffs nochmals erleichtert. In the variant in which the valve seat extends along a first radial inner valve seat line and a second radially outer valve seat line, it is advantageous if the valve element has at least one passage opening radially inwardly from the radially inner valve seat line. This also makes the outflow and, in forced open inlet valve, the backflow of the fuel is facilitated again.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass das Ventilelement eine kreisrunde Form hat. Dies ist besonders leicht und daher preiswert herstellbar, und eine Sicherung gegen ein Verdrehen des Ventilelements ist nicht erforderlich. Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, dass das Ventilelement eine zu der Ventilsitzlinie komplementäre, also ebenfalls wellenförmige mäanderförmige oder kleeblattförmige Außenkontur hat und gegen ein Verdrehen gesichert ist. In diesem Falle sind die auf das Ventilelement einwirkenden Kräfte minimal und der Kraftstoff kann bestmöglich ab- beziehungsweise zuströmen. According to the invention, it is possible that the valve element has a circular shape. This is particularly easy and therefore inexpensive to produce, and a backup against rotation of the valve element is not required. Alternatively, it is also possible that the valve element has a complementary to the valve seat line, so also wave-shaped meandering or cloverleaf-shaped outer contour and is secured against rotation. In this case, the forces acting on the valve element forces are minimal and the fuel can flow as best as possible or inflow.
Nachfolgend werden Beispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:Hereinafter, examples of the high-pressure fuel piston pump according to the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing show:
Ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine trägt in
Zu der Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe
Ein Bereich der Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpe
In dem Ventilsitzkörper
Nun wird, wie bereits mehrfach angekündigt, das Einlassventil
Auf der dem plattenförmigen Ventilelement
Das Einlassventil
Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die mittige Öffnung
Bei zwangsweise geöffnetem Einlassventil
Wie ohne Weiteres aus
Eine alternative Ausführungsform des Einlassventils
Bei einer weiteren Variante, die in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F02M0059340000 Ipc: F02M0059460000 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |