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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Hochdruckpumpe sowie eine Hochdruckpumpe für ein Kraftfahrzeug, die dazu geeignet sind, auf einfache Weise Druckschwankungen innerhalb eines Hochdruckbereichs zu verringern.
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Brennkraftmaschinen sind häufig dazu ausgelegt, hohe Drehmomente zu erzeugen, welche große Einspritzmengen und hohe Einspritzdrücke erfordern. In diesem Zusammenhang entstehen zum Beispiel in einer Hochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs aufgrund von Medienwechsel, Ventilöffnungen und Kompressionsbewegungen eines Pumpenkolbens Druckschwankungen in einem Medium mit einhergehenden Druckspitzen. Diese Druckspitzen sowie hohe Einspritzdrücke führen zu erhöhten dynamischen Belastungen an allen hochdruckführenden Bauteilen der Hochdruckpumpe. Dabei können die Druckspitzen zum Beispiel mit Hilfe eines Druckbegrenzungsventils reduziert werden, welches zum Beispiel zum Schutz nachfolgender hydraulischer Komponenten an einem Pumpenausgang in einem Pumpengehäuse der Hochdruckpumpe angeordnet ist. Ab einem beispielsweise mechanisch voreingestellten Druckniveau öffnet das Druckbegrenzungsventil und ermöglicht durch Rückführung des komprimierten Mediums in einen Niederdruckbereich eine Begrenzung eines Maximaldruckes.
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Es ist eine Aufgabe, eine Vorrichtung für eine Hochdruckpumpe für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die dazu geeignet ist, auf einfache Weise Druckpulsationen gering zu halten und auftretende Maximaldrücke zu verringern.
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Gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung umfasst eine Vorrichtung für eine Hochdruckpumpe für ein Kraftfahrzeug einen Pumpenkolben, der eine Kolbenausnehmung aufweist, welche sich ausgehend von einem ersten Ende des Pumpenkolbens in den Pumpenkolben erstreckt. Dabei ist die Pumpenkolbenausnehmung durch eine Kolbenwandung des Pumpenkolbens ausgebildet. Außerdem weist die Vorrichtung mindestens eine Queröffnung auf, die die Kolbenwandung von der Kolbenausnehmung bis in einen Außenbereich des Pumpenkolbens durchdringt. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung einen Ventilkörper und ein Ventilelement mit einem Dichtsitz, die zumindest teilweise in der Kolbenausnehmung im Bereich des ersten Endes des Pumpenkolbens angeordnet sind und die in einem geschlossenen Zustand einen Fluidfluss durch das Ventilelement in die Kolbenausnehmung unterbinden und ansonsten freigeben.
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Auf diese Weise wird eine Vorrichtung realisiert, die es ermöglicht, auf einfache Weise Druckschwankungen eines Fluids zum Beispiel in einer Hochdruckpumpe zu verringern und einen Maximaldruck gering zu halten. Durch die beschriebene Ausgestaltung des Pumpenkolbens wird die Funktion eines Druckbegrenzungsventils in den Pumpenkolben integriert, sodass ab einem voreingestellten Druckniveau der Ventilkörper in dem Pumpenkolben öffnet und so zum Beispiel das komprimierte Fluid, insbesondere Kraftstoff, von einem Hochdruckbereich außerhalb des Pumpenkolbens durch das Ventilelement in die Kolbenausnehmung strömt. Von dort aus gelangt das Fluid durch die mindestens eine Queröffnung wieder aus den Pumpenkolben und wird zum Beispiel in einen Niederdruckbereich geführt. In diesem Zusammenhang weist das Ventilelement zum Beispiel eine Ausnehmung in Form einer zentralen Durchgangsbohrung auf, durch die das komprimierte Fluid bei entsprechendem Druck in die Kolbenausnehmung eintreten kann.
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Auf diese Weise ist es möglich, auf externe Sicherheits- oder Druckbegrenzungsventile zu verzichten, da ihre Funktion direkt in dem Pumpenkolben integriert ist. Die beanspruchte Vorrichtung beschreibt folglich eine Kombination aus Druckbegrenzungsventil und Pumpenkolben, bei der gewissermaßen das komplette Druckbegrenzungsventil in den Pumpenkolben eingebaut ist. Es ist somit nicht erforderlich, zum Beispiel ein separates Druckbegrenzungsventil am Pumpenausgang der Hochdruckpumpe anzuordnen, um nachfolgende, Hochdruck führende Komponenten, wie zum Beispiel Fluidinjektoren, zu schützen und Maximaldrücke zu limitieren. Somit ist es auf einfache Weise möglich Material, Bauraum, Gewicht und Kosten bei einer Konstruktion einer Hochdruckpumpe für ein Kraftfahrzeug einzusparen.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass durch die beschriebene Vorrichtung auftretenden Druckschwankungen dort entgegengewirkt wird, wo sie aufgebaut werden. Dadurch ist eine zeitsparende Öffnung des Ventils möglich und es wird dort eine entsprechende Menge eines durchströmenden Fluids abgeführt, wo die unerwünschten Druckspitzen entstehen. Auf diese Weise ist es zum Beispiel möglich, einen Systemdruck im hydraulischen Hochdruckbereich der Hochdruckpumpe zu steigern, ohne gleichzeitig eine starke Überhöhung des Maximaldruckes in Kauf nehmen zu müssen. Dies wirkt sich im weiteren Verlauf zum Beispiel vorteilhaft für ein Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs aus, bei dem ein höherer Systemdruck dazu beiträgt, Schadstoffemission gering zu halten.
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Außerdem führt eine Reduktion von Druckspitzen während eines Betriebs einer Hochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs zu einer geringeren und gleichmäßigeren Antriebslast und zu einer geringeren Belastung beteiligter Antriebskomponenten. Durch eine Senkung des auftretenden Maximaldruckes im Hochdruckbereich der Hochdruckpumpe und die Verringerung von Druckschwankungen wird auch eine mechanische Belastung hochdruckführender Komponenten reduziert. Dadurch ist es unter anderem möglich die Wandstärken der hydraulischen Komponenten zu reduzieren, was zu einer Senkung des Gewichts der Hochdruckpumpe und zu einer Reduktion des benötigten Bauraums beiträgt. Dementsprechend werden auch Kosteneinsparungen realisierbar.
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Darüber hinaus ist zum Beispiel auf diese Weise auch der Einsatz kostengünstiger Materialien möglich, die weniger mechanischen Belastungen standhalten müssen. Die Entlastung kommt beispielsweise innermotorischen Nockenwellen und anderen Nebenaggregaten, wie zum Beispiel Nockenwellenstellern, einer Hochdruckpumpe zugute und bietet daher Potential zu weiteren Verbesserungen und Einsparungen. In diesem Zusammenhang ist unter Umständen auch eine Anwendung von kostengünstigen Fügeprozessen, wie zum Beispiel Schweißen, möglich, da die verringerte mechanische Belastung die Zuverlässigkeit entsprechender Verbindungen erhöht.
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Dadurch, dass die Funktion eines Druckbegrenzungsventils direkt in den Pumpenkolben eingebaut wird, wird außerdem eine weitestgehend bauraumneutrale Lösung realisiert, da der Platz zum Einbau des Druckbegrenzungsventils in dem Pumpenkolben auch schon durch den bisher massiv ausgeführten Pumpenkolben beansprucht wurde. Es wird daher kein zusätzlicher Bauraum benötigt, um die Funktion eines Druckbegrenzungsventils zu implementieren und darüber hinaus wird sogar Gewicht reduziert.
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Des Weiteren ist es mittels der beschriebenen Vorrichtung auch möglich, ein Totvolumen in der Hochdruckpumpe zu verringern im Vergleich zu einem separaten Druckbegrenzungsventil, da keine weiteren Volumina, wie beispielsweise Führungskanäle, in dem Pumpengehäuse zur Absteuerung des Fluids und des maximal auftretenden Druckes benötigt werden. Somit wird eine Effizienz der Hochdruckpumpe erhöht und ein dynamisches Verhalten verbessert.
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Bedingt dadurch, dass der Pumpenkolben eine Kolbenausnehmung aufweist und die implementierte Funktion eines Druckbegrenzungsventils ermöglicht, wird auch dessen Steifigkeit verringert, was sich weiterhin positiv auf einen Betrieb einer Hochdruckpumpe auswirkt, da eine verbesserte Schmiegung oder Verteilung von Kontaktkräften zwischen Pumpenkolben und Kolbenführung erreicht wird. Dabei ist der Einsatz eines so ausgestalteten Pumpenkolbens nicht zwangsläufig auf den Einbau in einer Hochdruckpumpe für Kraftfahrzeuge beschränkt, sondern kann auch Anwendung in weiteren Hochdruckventilgehäusen, wie beispielsweise Ventile zur Nockenwellenverstellung, Servoventile in Hochdruckbereichen für Industrieanlagen oder in Baumaschinen und weiteren Vorrichtungen finden, in denen ein Pumpenkolben zum Einsatz kommt.
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Gemäß einer Ausgestaltung des ersten Aspekts sind der Pumpenkolben, die Kolbenausnehmung und die mindestens eine Queröffnung im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.
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Dies stellt eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der beanspruchten Vorrichtung dar, die aufgrund der zylinderförmigen Ausgestaltung im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und dadurch einen in der Regel homogenen Fluidfluss ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst die Vorrichtung eine Mittelachse, wobei der Pumpenkolben und die Kolbenausnehmung bezogen auf die Mittlachse axialsymmetrisch angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts sind der Ventilkörper und der Dichtsitz des Ventilelements im Wesentlichen konisch ausgebildet.
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Dies stellt eine bevorzugte Möglichkeit einer Ausgestaltung der beanspruchten Vorrichtung dar, bei der in einem geschlossenen Zustand die Konusfläche des Ventilkörpers mit der Konusfläche des Dichtsitzes abdichtend zusammenwirkt. Darüber hinaus sind aber auch weitere Geometrien des Ventilkörpers und des Ventilelements oder zumindest des Dichtsitzes möglich, bei denen diese zum Beispiel nicht konisch ausgebildet sind. Beispielsweise besitzen der Ventilkörper eine Kugelform und der Dichtsitz eine dazu komplementäre sphärisch geformte Auflagefläche, sodass in dem geschlossenen Zustand der Ventilkörper im Zusammenwirken mit dem Ventilelement zuverlässig abdichtet und einen Fluidstrom unterbindet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts ist das Ventilelement eine Gewindemutter, die zumindest teilweise in der Kolbenausnehmung im Bereich des ersten Endes des Pumpenkolbens angeordnet ist und die den Dichtsitz umfasst.
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Die Gewindemutter ermöglicht es auf einfache Weise ein gewünschtes Druckniveau voreinzustellen, ab dem der Ventilkörper die Kolbenausnehmung öffnet und somit die Kolbenausnehmung des Pumpenkolbens für das Fluid zugänglich macht. Dabei wird die Gewindemutter beispielsweise in die Kolbenausnehmung des Pumpenkolbens geschraubt und bietet dadurch einen variabel anordbaren Dichtsitz. In diesem Zusammenhang sind die Gewindemutter und der Pumpkolben entsprechend dazu ausgebildet, sodass zum Beispiel die Gewindemutter an einer Außenfläche ein Gewinde aufweist, das in ein komplementäres Gewinde an einer Innenseite der Kolbenausnehmung im Bereich des ersten Endes des Pumpenkolbens greift. Darüber hinaus weist die Gewindemutter zum Beispiel eine zentrale Durchgangsöffnung auf, die auf einer ersten Seite ein Eingreifen eines Werkzeugs zu einem Vorspannen der Gewindemutter erlaubt und die auf einer zweiten Seite an dem Dichtsitz anschließt, der mit dem Ventilkörper in einem geschlossenen Zustand abdichtend zusammenwirkt. Die zentrale Durchgangsöffnung ist beispielsweise auf der ersten Seite in Form eines Innensechskants und auf der zweiten Seite im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. So ist es auf einfache Weise möglich, die Gewindemutter und den Ventilkörper mit einem entsprechenden Sechskant-Inbusschlüssel gegen eine anliegende Kraft vorzuspannen. Die Kraft drückt dabei den Ventilkörper gegen den Dichtsitz des Ventilelements, sodass das Ventil bis zu einem Druckniveau abdichtet, ab dem eine durch den Fluiddruck wirkende hydraulische Kraft größer ist als die an dem Ventilkörper anliegende Kraft.
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Das gewünschte Druckniveau, ab welchem das Ventil des Pumpenkolbens öffnet und dem Fluid den Zugang in die Kolbenausnehmung ermöglicht, wird also beispielsweise dadurch eingestellt, dass die Gewindemutter weiter in Richtung Kolbenausnehmung in den Pumpenkolben geschraubt wird. Alternativ oder zusätzlich ist das gewünschte Druckniveau auch durch Variation eines Öffnungsquerschnitts der zentralen Durchgangsöffnung der Gewindemutter einstellbar.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts sind der Pumpenkolben und/oder die Kolbenausnehmung derart ausgebildet, dass ihre geometrische Ausgestaltung bezogen auf die Mittelachse einen ersten Radius und mindestens einen zweiten Radius aufweist.
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In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass in Bezug auf eine beispielsweise zylinderförmige Ausgestaltung der Pumpenkolben nicht zwangsläufig einen Radius aufweisen muss, sondern dass dieser sowie auch die Kolbenausnehmung mehrere verschiedene Radien besitzen können.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts weist die mindestens eine Queröffnung bezogen auf die Mittlachse einen Winkel in einem Bereich von 0 bis 90° auf.
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Eine Neigung der mindestens einen Queröffnung zu der Mittelachse des Pumpenkolbens ist bei unterschiedlichen Ausgestaltungen der beanspruchten Vorrichtung in dem angegebenen Bereich variabel ausbildbar und muss zum Beispiel nicht zwangsläufig senkrecht zu der Mittelachse ausgeführt sein. Dabei soll nur gewährleistet sein, dass die Queröffnungen die Kolbenwandung von der Kolbenausnehmung bis in den Außenbereich des Pumpenkolbens durchdringen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspekts ist zwischen dem Pumpenkolben und dem Ventilkörper eine Ventilfeder angeordnet.
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Eine solche Ausgestaltung des Pumpenkolbens und des darin befindlichen Druckbegrenzungsventils ermöglicht es auf einfache Weise, das gewünschte Druckniveau voreinzustellen. In diesem Zusammenhang wird zum Beispiel die zuvor beschriebene anliegende Kraft durch die Federkraft der Ventilfeder auf den Ventilkörper ausgeübt, welcher dadurch gegen die Gewindemutter in dem ersten Ende des Pumpenkolbens gedrückt wird. Die Gewindemutter und der Ventilkörper werden dann gegen die anliegende Federkraft vorgespannt und so das gewünschte Druckniveau eingestellt. Alternativ oder zusätzlich kann das einzustellende Druckniveau auch in Abhängigkeit der verwendeten Ventilfeder variiert werden, indem zum Beispiel Ventilfedern mit unterschiedlichen Steifigkeiten eingesetzt werden. Die Ventilfeder ist beispielsweise eine Spiralfeder oder eine Tellerfeder.
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Gemäß eines zweiten Aspekts umfasst eine Hochdruckpumpe für ein Kraftfahrzeug eine der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der beanspruchten Vorrichtung des ersten Aspekts, wobei der Pumpenkolben in einem Hochdruckbereich angeordnet ist und die Kolbenausnehmung des Pumpenkolbens mittels der mindestens einen Queröffnung mit einem Niederdruckbereich gekoppelt ist.
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In diesem Zusammenhang wird ein Einsatzbereich der Vorrichtung aufgezeigt, in dem der beschriebene Pumpenkolben in einer Hochdruckpumpe zum Beispiel einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug angeordnet ist. Der Pumpenkolben ist dann zum Beispiel Ausgangspunkt für einen Hochdruckbereich und erzeugt durch oszillierende Bewegungen einen Fluidfluss eines Fluids. Ebenso werden durch den Pumpenkolben Druckschwankungen erzeugt, denen aber durch die beschriebene Ausgestaltung des Pumpenkolbens direkt entgegengewirkt wird. Bei einem Übersteigen des voreingestellten Druckniveaus öffnet das in der Kolbenausnehmung befindliche Ventil und das komprimierte Fluid kann in die Kolbenausnehmung einströmen und durch die mindestens eine Queröffnung in den Niederdruckbereich gelangen. Dies führt zu einer Verringerung der Druckschwankungen und zu einer Begrenzung des Maximaldrucks in der Hochdruckpumpe.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines Pumpenkolbens für eine Hochdruckpumpe für ein Kraftfahrzeug,
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2 ein Ausführungsbeispiel eines Pumpenkolbens in einer Hochdruckpumpe.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt in einer Querschnittsansicht einen Pumpenkolben 1, der eine Kolbenausnehmung 3 sowie zwei Queröffnungen 7 aufweist. Die Kolbenausnehmung 3 erstreckt sich dabei ausgehend von einem ersten Ende 4 des Pumpenkolbens 1 in den Pumpenkolben 1 und wird in ihrer Geometrie durch eine Kolbenwandung 5 bestimmt. Die beiden Queröffnungen 7 durchdringen die Kolbenwandung 5 des Pumpenkolbens 1 von der Kolbenausnehmung 3 bis in einen Außenbereich des Pumpenkolbens 1. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Pumpenkolben 1 und die Kolbenausnehmung 3 im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und in Bezug auf eine Mittelachse 13 symmetrisch angeordnet. Die beiden Queröffnungen 7 sind im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse 13 ausgebildet, was aber nicht zwingend notwendig ist, sodass die Queröffnungen 7 auch eine Neigung zur Mittelachse 13 aufweisen können. Beispielsweise schließen die Queröffnungen 7 einen Winkel von 0° bis 90° zur Mittelachse 13 ein und durchdringen dabei stets die Kolbenwandung 5 des Pumpenkolbens 1.
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Die Kolbenausnehmung 3 ist beispielsweise in den Pumpenkolben 1 gebohrt worden und besitzt in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten und einen zweiten zylinderförmigen Bereich mit unterschiedlichen Innenradien. Der erste Bereich der Kolbenausnehmung 3 ist dem ersten Ende 4 des Pumpenkolbens 1 zugewandt und weist einen größeren Durchmesser oder Innenradius auf als der zweite Bereich. Auch der Pumpenkolben 1 ist entlang der Mittelachse 13 im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist in einem ersten Bereich am ersten Ende 4 des Pumpenkolbens 1 einen größeren Durchmesser auf als in einem zweiten Bereich. Dabei schildert dies nur eine beispielhafte Ausgestaltung der Geometrien des Pumpenkolbens 1 und der Kolbenausnehmung 3. Es ist ebenso möglich, dass der Pumpenkolben 1 zum Beispiel nur einen Durchmesser oder auch mehr als zwei verschiedene Durchmesser entlang der Mittelachse 13 aufweist.
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In dem ersten Bereich der Kolbenausnehmung 3 ist ein Ventil angeordnet, das einen Ventilkörper 9 und ein Ventilelement 15 umfasst, das in diesem Ausführungsbeispiel als Gewindemutter ausgebildet ist. Alternativ ist das Ventilelement 15 zum Beispiel als dünne vorgespannte Platte ausgebildet, die als Ausnehmung beispielsweise ein Mittelloch aufweist und die in der Kolbenausnehmung 3 mit dem Pumpenkolben 1 verschweißt oder gegen die Kolbenwandung 5 verstemmt ist. Darüber hinaus sind auch weitere Ausgestaltungen des Ventils möglich, die zum Beispiel den Bauraumanforderungen in der Kolbenausnehmung 3 genügen und die Funktion eines Druckbegrenzungsventils ermöglichen.
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Das Ventilelement 15 weist einen Dichtsitz 11 auf, welcher in einem geschlossenen Zustand in Zusammenwirken mit dem Ventilkörper 9 einen Fluidfluss durch das Ventilelement 15 in die Kolbenausnehmung 3 unterbindet und ansonsten freigibt. Dabei weist das Ventilelement 15 zum Beispiel eine zentrale Ausnehmung, beispielsweise in Form einer Durchgangsbohrung, auf, durch die während eines Betriebs des Pumpenkolbens 1 ab einem bestimmten Druckniveau ein durchströmendes Fluid in die Kolbenausnehmung 3 gelangt.
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Des Weiteren weist das Ventilelement 15 bzw. die Gewindemutter in diesem Zusammenhang zum Beispiel an einer Außenfläche ein Gewinde auf, welches in ein komplementäres Gewinde an einer Innenseite der Kolbenausnehmung 3 eingreift. Des Weiteren weist die zentrale Ausnehmung der Gewindemutter an einer ersten Seite die Form eines Innensechskants auf, sodass die Gewindemutter beispielsweise mit einem entsprechenden Sechskant-Inbusschlüssel kontrolliert in die Kolbenausnehmung 3 geschraubt werden kann. Eine zweite Seite der zentralen Ausnehmung der Gewindemutter ist in Richtung der Kolbenausnehmung 3 orientiert und weist den Dichtsitz 11 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel wie auch eine Spitze des Ventilkörpers 9 konisch ausgebildet ist.
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Alternativ ist der Dichtsitz 11 sphärisch ausgebildet, wobei der Ventilkörper 9 dann zum Beispiel eine kugelförmige Spitze aufweist, die im Zusammenwirken mit dem Dichtsitz 11 einen Fluidfluss in einem geschlossenen Zustand unterbindet. Darüber hinaus weist der Ventilkörper 9 einen zylindrischen Körper auf, der an die konisch ausgebildete Spitze anschließt. In diesem Zusammenhang fungiert die Kolbenausnehmung 3 des Pumpenkolbens beispielsweise auch als Führungsvolumen, in dem der Ventilkörper 9 während einer Bewegung geführt wird.
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Des Weiteren ist in dem ersten Bereich der Kolbenausnehmung 3 eine Ventilfeder 17 zwischen dem Ventilkörper 9 und dem Pumpenkolben 1 angeordnet, die eine Federkraft auf den Ventilkörper 9 ausübt und diesen entsprechend gegen das Ventilelement 15 und den Dichtsitz 11 drückt. In diesem Ausführungsbeispiel umgibt die Ventilfeder 17 den zylindrischen Körper des Ventilkörpers 9 und wird durch diesen und durch die Kolbenwandung 5 des Pumpenkolbens 1 in der Kolbenausnehmung 3 im Wesentlichen in Position gehalten.
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Durch Verschrauben der Gewindemutter beispielsweise mit einem Sechskant-Inbusschlüssels, der in die entsprechend geformte Ausnehmung auf der ersten Seite des Ventilelements 15 greift, kann der Ventilkörper 9 auf einfache Weise gegen die anliegende Federkraft vorgespannt werden. Somit ist ein gewünschtes Druckniveau variabel einstellbar, ab dem das Ventil des Pumpenkolbens 1 öffnet und so dem komprimierten Fluid, insbesondere Kraftstoff, den Zugang durch die zentrale Ausnehmung des Ventilelements 15 in die Kolbenausnehmung 3 ermöglicht.
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Beispielsweise gelangt so während eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs komprimiertes Fluid von einem Hochdruckbereich 21 außerhalb des Pumpenkolbens 1 durch das Ventilelement 15 in die Kolbenausnehmung 3. Von dort aus strömt das Fluid durch die Queröffnungen 7 wieder aus der Kolbenausnehmung 3 des Pumpenkolbens 1 heraus und wird zum Beispiel in einen Niederdruckbereich 23 der Hochdruckpumpe geführt.
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Mit der beschriebenen Vorrichtung ist es möglich, auf ein externes Sicherheits- oder Druckbegrenzungsventil zu verzichten, da ihre Funktion direkt in dem Pumpenkolben 1 integriert ist. Die beanspruchte Vorrichtung beschreibt folglich eine Kombination aus Druckbegrenzungsventil und Pumpenkolben 1. Es ist somit nicht erforderlich, zum Beispiel ein separates Druckbegrenzungsventil an einem Pumpenausgang einer Hochdruckpumpe anzuordnen, um nachfolgende, Hochdruck führende Komponenten, wie zum Beispiel Fluidinjektoren, zu schützen und Maximaldrücke zu limitieren. Somit ist es auf einfache Weise möglich Material, Bauraum, Gewicht und Kosten bei einer Konstruktion einer Hochdruckpumpe für ein Kraftfahrzeug einzusparen.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass durch die beschriebene Vorrichtung auftretenden Druckschwankungen dort entgegengewirkt wird, wo sie aufgebaut werden. Dadurch ist eine zeitsparende Öffnung des Ventils möglich und es wird dort eine entsprechende Menge eines durchströmenden Fluids abgeführt, wo unerwünschte Druckspitzen entstehen. Auf diese Weise ist es zum Beispiel möglich, einen Systemdruck im hydraulischen Hochdruckbereich der Hochdruckpumpe zu steigern, ohne gleichzeitig eine starke Überhöhung des Maximaldruckes in Kauf nehmen zu müssen. Dies wirkt sich im weiteren Verlauf zum Beispiel vorteilhaft für ein Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs aus, bei dem ein höherer Systemdruck dazu beiträgt, Schadstoffemission gering zu halten.
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Eine Reduktion von Druckspitzen zum Beispiel während eines Betriebs einer Hochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs wirkt sich in mehrerlei Hinsicht vorteilhaft aus, so ist es zum Beispiel unter anderem möglich die Wandstärken von hydraulischen Komponenten zu reduzieren, was zu einer Senkung des Gewichts der Hochdruckpumpe und zu einer Reduktion des benötigten Bauraums beiträgt. Dementsprechend werden auch Kosteneinsparungen realisierbar. Darüber hinaus ist beispielsweise auch der Einsatz kostengünstiger Materialien möglich, da die Hochdruck führenden Komponenten durch die Reduktion von Druckschwankungen und der Begrenzung des Maximaldrucks weniger mechanische Belastungen standhalten müssen. Die Entlastung kommt zum Beispiel innermotorischen Nockenwellen 33 zugute. In diesem Zusammenhang ist zum Beispiel auch eine Anwendung von kostengünstigen Fügeprozessen, wie zum Beispiel Schweißen, möglich, da die verringerte mechanische Belastung die Zuverlässigkeit entsprechender Verbindungen erhöht.
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Dadurch, dass die Funktion eines Druckbegrenzungsventils direkt in dem Pumpenkolben 1 eingebaut ist, wird außerdem eine weitestgehend bauraumneutrale Lösung realisiert, da der Platz zum Einbau des Druckbegrenzungsventils in dem Pumpenkolben 1 auch schon durch den bisher massiv ausgeführten Pumpenkolben beansprucht wurde. Es wird daher kein zusätzlicher Bauraum benötigt und darüber hinaus wird sogar ein Gewicht der Hochdruckpumpe reduziert.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Hochdruckpumpe dargestellt, die den bereits eingeführten Hochdruckbereich 21 und Niederdruckbereich 23 umfasst. In dem Hochdruckbereich 21 ist in einem Zylinder 20 der Pumpenkolben 1 angeordnet, welcher während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mittels einer rotierenden Nockenwelle 33 und einer Kolbenfeder 31 in Oszillation versetzt wird. In diesem Zusammenhang wird ausgehend von einem Fluidreservoir 25 das Fluid während einer Einsaugphase des Pumpenkolbens 1 durch ein Einlassventil 19 in den Zylinder 20 eingesaugt. Durch die oszillierende Bewegung des Pumpenkolbens 1 wird das eingesaugte Fluid komprimiert und entsprechend höherer Druck aufgebaut. Das komprimierte Fluid wird im weiteren Verlauf zum Beispiel in den Bereich eines Fluidhochdruckspeichers 27 gepumpt, um von dort aus durch Fluidinjektoren 29 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine initiiert zu werden.
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Kommt es im Rahmen des Betriebs zu erhöhten Druckschwankungen oder zu einem Übersteigen eines vorgegebenen Maximaldrucks des komprimierten Fluids, überwiegt die hydraulische Kraft, die von dem Fluid auf den Ventilkörper 9 ausgeübt wird, gegenüber der Federkraft, die von der Ventilfeder 17 eingeführt wird und die in entgegengesetzter Richtung zu der hydraulischen Kraft wirkt. Infolgedessen öffnet das Ventil des Pumpenkolbens 1 und der Ventilkörper 9 wird weg von dem Dichtsitz 11 des Ventilelements 15 bzw. der Gewindemutter bewegt. Das Fluid gelangt so in die Kolbenausnehmung 3 und wird über die Queröffnungen 7 in den Niederdruckbereich 23 abgesteuert und zum Beispiel wieder dem Fluidreservoir 25 zugeführt.
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Kolbenausnehmung 3 sowie die Queröffnungen 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel zumindest teilweise Teil des Niederdruckbereichs 23, wobei die dargestellten zwei Queröffnungen 7 zum Beispiel über eine Ringführung miteinander gekoppelt sind, welche den Pumpenkolben 1 umgibt und welche mit dem Niederdruckbereich 23 gekoppelt ist. Im weiteren Verlauf ist der Niederdruckbereich 23 zum Beispiel mittels einer oder mehrerer Leitungen mit dem Fluidreservoir 25 verbunden, sodass das Fluid beispielsweise in das Fluidreservoir 25 zurückgeführt werden kann. Auf diese Weise wird folglich eine Hochdruckpumpe ermöglicht, in der ein Druckbegrenzungsventil innerhalb des Pumpenkolbens 1 realisiert ist und die dadurch, die zuvor beschriebenen Vorteile in Bezug auf Kosten, Bauraum, Material und Gewicht ermöglicht.
