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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Einlassventil für eine Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe, sowie einer Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe, mit Einlassventil, nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8.
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Ein solches Einlassventil und eines Pumpe mit Einlassventil in Form einer Kraftstoffhochdruckpumpe ist durch die
DE 10 2004 013 244 A1 bekannt. Diese Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement mit einem Einlassventil auf, wobei durch das Einlassventil eine Verbindung eines Pumpenarbeitsraums des Pumpenelements und einem Zulauf gesteuert wird. Das Einlassventil weist ein kolbenförmiges Ventilglied auf, das in einem Ventilgehäuse verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied weist an einem Endbereich einen Kopf auf, der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, und das Ventilglied ragt mit seinem anderen, schaftförmigen Endbereich in einen Ventilraum. Im Ventilraum ist eine über einen Federteller am Ventilglied angreifende Ventilfeder angeordnet, die das Ventilglied in Schließrichtung belastet. Der Ventilraum ist mit einem Entlastungsbereich verbunden, der der Zulauf zum Einlassventil ist, wobei der Zulauf durch den Ventilraum zum Einlassventil führt. Bei der Öffnungs- und Schließbewegung taucht der Schaft des Ventilglieds aus dem Ventilraum aus bzw. in diesen ein, wodurch sich das Volumen des Ventilraums ändert. Da der Ventilraum mit dem Zulauf zum Einlassventil verbunden ist erfolgt ein Ausgleich dieser Volumenänderung des Ventilraums durch den Zulauf. Eine zwischen einer Führung des Ventilglieds und einem Ventilgehäuse eventuelle auftretende Leckage von Kraftstoff in den Ventilraum gelangt direkt wieder in den Zulauf. Allerdings kann es bei hohen Schaltfrequenzen des Saugventils und damit hohen Verdrängungsgeschwindigkeiten im Ventilraum infolge einer Drosselung der Kraftstoffströmung beim Volumenausgleich zu einer Druckerhöhung kommen. Diese Druckerhöhung führt zu einem förderfrequenzabhängigen veränderten Schaltverhalten des Einlassventils und damit zu Fördermengenabweichungen der Pumpe.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Einlassventil hat demgegenüber den Vorteil, dass dessen Schaltverhalten zumindest weitgehend unabhängig von der Förderfrequenz ist. Durch die Trennung des Ventilraums vom Entlastungsbereich ist sichergestellt, dass beim Austauchen des Schafts des Ventilglieds aus dem Ventilraum bei dessen Öffnungsbewegung immer Dampfdruck entsteht, bei der Schließbewegung des Ventilglieds fällt der Dampfanteil im Ventilraum zusammen. Es findet kein drosselnder Volumenaustausch zwischen dem Ventilraum und einem externen Bereich statt, so dass die Druckverhältnisse im Ventilraum unabhängig von der Förderfrequenz zumindest annähernd konstant sind. Bei der mit dem Einlassventil ausgerüsteten Pumpe können somit Fördermengenabweichungen zumindest weitgehend vermieden werden.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Die Ausbildungen gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 ermöglichen eine vorteilhafte Anordnung des Rückschlagventils. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 6 ist eine Fördermengensteuerung mittels des Einlassventils ermöglicht.
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Zeichnung
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 ausschnittsweise eine Pumpe in einem Längsschnitt mit einem Einlassventil, 2 in vergrößerter Darstellung das Einlassventil der Pumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und 3 das Einlassventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist in vereinfachter Darstellung ausschnittsweise eine Pumpe gezeigt, die vorzugsweise eine Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine ist. Die Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement 10 auf, das wiederum einen Pumpenkolben 12 aufweist, der zumindest mittelbar durch eine Antriebswelle 14 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Die Antriebswelle 14 weist einen oder mehrere Nocken 16 oder Exzenter auf, über den die Drehbewegung der Antriebswelle 14 in die Hubbewegung des Pumpenkolbens 12 umgesetzt wird. Der Pumpenkolben 12 stützt sich über einen Stößel 18 am Nocken 16 oder Exzenter der Antriebswelle 14 ab.
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Das Pumpenelement 10 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem in einer Zylinderbohrung 22 der Pumpenkolben 12 dicht geführt ist, wobei das Gehäuseteil 20 nachfolgend als Zylinderkopf bezeichnet wird. Mit seinem der Antriebswelle 14 abgewandten Ende begrenzt der Pumpenkolben 12 in der Zylinderbohrung 22 einen Pumpenarbeitsraum 24. Der Pumpenarbeitsraum 24 weist über Einlassaugventil 26, das ein in den Pumpenarbeitsraum 24 hinein öffnendes Einlassrückschlagventil sein kann, eine Verbindung mit einem Zulauf 28 auf, über den der Pumpenarbeitsraum 24 beim radial nach innen zur Antriebseinrichtung 14 gerichteten Saughub des Pumpenkolbens 12 mit Kraftstoff befüllt wird. Der Pumpenarbeitsraum 24 weist außerdem über ein Auslassventil 30, das beispielsweise ein aus dem Pumpenarbeitsraum 24 heraus öffnendes Auslassrückschlagventil ist, eine Verbindung mit einem Ablauf 32 auf, der zu einem Hochdruckspeicher 34 führen kann und über den beim radial nach außen von der Antriebseinrichtung 14 weg gerichteten Förderhub des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 24 verdrängt wird.
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In 2 ist das Einlassventil 26 vergrößert gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Einlassventil 26 weist ein plattenförmiges Ventilgehäuse 40 auf, das in eine Aufnahme 42 des Zylinderkopfs 20 eingesetzt ist. Die Aufnahme 42 schließt sich an die Zylinderbohrung 22 an und weist einen größeren Durchmesser als die Zylinderbohrung 22 auf. Am Übergang von der Zylinderbohrung 22 zur Aufnahme 42 ist eine Ringschulter 44 gebildet, an der das Ventilgehäuse 40 anliegt. Das Ventilgehäuse 40 weist eine zentrale Bohrung 46 auf, deren Längsachse 47 etwa parallel zur Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 verläuft. Die Bohrung 46 weist einen dem Pumpenarbeitsraum 24 zugewandten Abschnitt 146 mit großem Durchmesser und einen dem Pumpenarbeitsraum 24 abgewandten Abschnitt 246 mit kleinerem Durchmesser auf. Am in den Pumpenarbeitsraum 24 mündenden Endbereich des Abschnitts 146 ist ein Ventilsitz 48 angeordnet, der beispielsweise zumindest annähernd konisch ausgebildet ist. Im Ventilgehäuse 40 ist außerdem wenigstens eine Querbohrung 50 vorgesehen, die einerseits am Umfang des Ventilgehäuses 40 und andererseits im Abschnitt 146 der Bohrung 46 mündet. Vorzugsweise sind mehrere gleichmäßig über den Umfang des Ventilgehäuses 40 verteilt angeordnete Querbohrungen 50 vorgesehen, wobei die Querbohrungen 50 zumindest annähernd radial zur Längsachse 47 der Bohrung 46 verlaufen.
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Das Einlassventil 26 weist ein kolbenförmiges Ventilglied 52 auf, das einen Schaft 54 und einen an diesen anschließenden, im Durchmesser vergrößerten Kopf 56 aufweist. Das Ventilglied 52 ist mit seinem Schaft 54 im Abschnitt 246 der Bohrung 46 des Ventilgehäuses 40 verschiebbar geführt und dessen Kopf 56 ragt zum Pumpenarbeitsraum 24 hin aus dem Abschnitt 146 der Bohrung 46 heraus. Auf der dem Ventilgehäuse 40 zugewandten Seite des Kopfs 56 des Ventilglieds 52 ist eine Dichtfläche 58 angeordnet, die mit dem Ventilsitz 48 zusammenwirkt. Die Dichtfläche 58 kann zumindest annähernd konisch ausgebildet sein, jedoch mit anderem Konuswinkel als der Ventilsitz 48. Das dem Kopf 56 abgewandte Ende des Schafts 54 ragt auf der dem Pumpenarbeitsraum 24 abgewandten Seite des Ventilgehäuses 40 aus dem Bohrungsabschnitt 246 heraus und an diesem ist ein Federteller 60 befestigt. Zwischen dem Federteller 60 und dem Ventilgehäuse 40 ist eine Schließfeder 62 eingespannt, durch die das Ventilglied 52 in Schließrichtung beaufschlagt ist.
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Das Ventilgehäuse 40 wird durch eine in den mit einem Innengewinde versehenen Endbereich der Aufnahme 42 eingeschraubte Verschlussschraube 64 gegen die Ringschulter 44 gedrückt. Die Verschlussschraube 64 weist auf ihrer dem Ventilgehäuse 40 zugewandten Seite eine Ausnehmung 66 auf, in die das Ende des Schafts 54 des Ventilglieds 52 mit dem Federteller 60 und der Schließfeder 62 hineinragt. Die Ausnehmung 66 der Verschlussschraube 64 und das angrenzende Ventilgehäuse 40 begrenzen einen Ventilraum 68, in dem der aus dem Bohrungsabschnitt 246 ragende Endbereich des Schafts 54 des Ventilglieds 52 sowie der Federteller 60 und die Schließfeder 62 angeordnet sind. In der Aufnahme 42 ist ein das Ventilgehäuse 40 umgebender Ringraum 70 gebildet, in den der Zulauf 28 mündet und von dem die Querbohrungen 50 in das Einlassventil 26 abführen.
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Erfindungsgemäß ist der Ventilraum 68 über ein Rückschlagventil 72 mit einem Entlastungsbereich verbunden, der beispielsweise der Ringraum 70 ist. Das Rückschlagventil 72 öffnet vom Ventilraum 68 zum Ringraum 70 und sperrt entsprechend in umgekehrter Richtung. Durch das Rückschlagventil 72 ist somit sichergestellt, dass Kraftstoff aus dem Ventilraum 68 in den Ringraum 70 strömen kann, jedoch kein Kraftstoff aus dem Ringraum 70 in den Ventilraum 68 strömen kann. Das Rückschlagventil 72 weist ein beispielsweise plattenförmiges Schließelement 74 auf, das mit einem Ventilsitz 76 zusammenwirkt und das durch eine Ventilfeder 78 in Schließrichtung beaufschlagt ist. Das Rückschlagventil 72 ist vorzugsweise in einer Wandung der Verschlussschraube 64 angeordnet, die die Ausnehmung 66 der Verschlussschraube 64 in Umfangsrichtung begrenzt. In der Wandung der Verschlussschraube 64 ist eine im Durchmesser gestufte Bohrung 80 eingebracht, wobei das Schließelement 74 in dem im Durchmesser größeren, in den Ringraum 70 mündenden Teil der Bohrung 80 angeordnet ist und der Ventilsitz 76 am Übergang zu dem im Durchmesser kleineren, in den Ventilraum 68 mündenden Teil der Bohrung 80 gebildet ist. Die Ventilfeder 78 ist in dem im Durchmesser größeren Teil der Bohrung 80 zum Ringraum 70 hin angeordnet und stützt sich einerseits am Schließelement 74 und andererseits an einem in die Bohrung 80 eingefügten beispielsweise eingepressten Stützelement 82 ab. Alternativ kann das Rückschlagventil 72 auch im Ventilgehäuse 40 angeordnet sein, wie dies in 2 gestrichelt dargestellt ist.
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Beim Saughub des Pumpenkolbens 12 öffnet das Einlassventil 26 infolge der Druckdifferenz zwischen dem Zulauf 28 und dem Pumpenarbeitsraum 24. Das Ventilglied 52 bewegt sich bei dessen Öffnungshub mit seinem Schaft 54 aus dem Ventilraum 68 heraus, wobei das Rückschlagventil 72 geschlossen ist, da im Ringraum 70 ein höherer Druck herrscht als im Ventilraum 68. Im Ventilraum 68 sinkt daher beim Öffnungshub des Ventilglieds 52 der Druck bis zum Erreichen des Dampfdrucks des Kraftstoffs, so dass im Ventilraum 68 Dampfdruck herrscht. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 schließt das Einlassventil 26, da sich im Pumpenarbeitsraum 24 ein höherer Druck aufbaut als im Zulauf 28. Das Ventilglied 52 bewegt sich mit seinem Schaft 54 wieder in den Ventilraum 68 hinein, so dass dort der Druck wieder über den Dampfdruck des Kraftstoffs ansteigt und der Ventilraum 68 mit flüssigem Kraftstoff gefüllt ist.
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Wenn infolge einer Leckage Kraftstoff zwischen dem Schaft 54 des Ventilglieds 52 und dem Bohrungsabschnitt 246 in den Ventilraum 68 gelangt, so kann dieser Kraftstoff bei Überschreiten des Öffnungsdrucks des Rückschlagventils 72 aus dem Ventilraum 68 in den Ringraum 70 abströmen, so dass keine weitere Druckerhöhung im Ventilraum 68 auftritt.
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In 3 ist das Einlassventil 26 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau des Einlassventils 26 ist dabei gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, jedoch ist zusätzlich ein elektrischer Aktor 90 für das Einlassventil 26 vorgesehen. Der elektrische Aktor 90 ist beispielsweise ein elektromagnetischer Aktor und umfasst einen mit dem Schaft 54 des Ventilglieds 52 verbundenen Magnetanker 92 und eine im Ventilraum 68 feststehend angeordnete Magnetspule 94. Der Federteller 60 ist auf dem Schaft 54 des Ventilglieds 52 zwischen dem Ventilgehäuse 40 und der Magnetspule 94 angeordnet und zwischen dem Ventilgehäuse 40 und dem Federteller 60 ist die Schließfeder 62 eingespannt. Der Magnetanker 92 ist auf der dem Ventilgehäuse 40 abgewandten Seite der Magnetspule 94 angeordnet und auf dem Endbereich des Schafts 54 des Ventilglieds 52 befestigt. Wenn die Magnetspule 94 nicht bestromt ist, so wird die Bewegung des Ventilglieds 52 durch den Aktor 90 nicht beeinflusst. Das Einlassventil 26 funktioniert dann wie das konventionelle Einlassventil 26 gemäß 2 als Rückschlagventil, das abhängig von der an diesem herrschenden Druckdifferenz öffnet und schließt. Wenn die Magnetspule 94 bestromt ist, so wirkt auf den Magnetanker 92 eine anziehende Kraft, so dass das Ventilglied 52 unabhängig von der an diesem herrschenden Druckdifferenz und gegen die Kraft der Schließfeder 62 geöffnet wird. Durch den Aktor 90 kann somit die Öffnungshubbewegung des Ventilglieds 52 gezielt beeinflusst werden, wodurch eine Variation der durch das Pumpenelement 10 pro Hub geförderten Kraftstoffmenge ermöglicht ist.
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Beim Einlassventil 26 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel das Rückschlagventil 72 vorgesehen, das vom Ventilraum 68 zum Ringraum 70 öffnet und in umgekehrter Richtung sperrt. Die Bohrung 80, in der das Rückschlagventil 72 angeordnet ist, mündet in den Ventilraum 68 zwischen dem Ventilgehäuse 40 und der Magnetspule 94.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004013244 A1 [0002]
