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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem dient der Förderung von Kraftstoff auf Hochdruck. Hierzu weist die Hochdruckpumpe mindestens ein Pumpenelement mit einem Hochdruck-Elementraum auf, in dem der Kraftstoff komprimiert und anschließend über einen Hochdruckabgang einem Hochdruckspeicher, dem so genannten Rail, zugeführt wird. Die Befüllung des Hochdruck-Elementraums mit Kraftstoff erfolgt in der Regel über ein Saugventil, das als mechanisches Saugventil oder als elektromagnetisch betätigbares Saugventil ausgebildet sein kann. Das elektromagnetisch betätigbare Saugventil ist in der Weise ansteuerbar, dass eine dem Saugventil vorgeschaltete Zumesseinheit zur Mengenzumessung entfallen kann.
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Saugventile der vorstehend genannten Art sind anfällig gegenüber im Kraftstoff enthaltenen Partikeln. Denn diese können zu einem Verklemmen der beweglichen Ventilbauteile führen, so dass das Saugventil nicht vollständig schließt. In der Folge kommt es zu Undichtigkeiten und/oder zu Fehlfunktionen, die insbesondere bei einer Einstempelpumpe, d. h. bei einer Hochdruckpumpen mit nur einem Pumpenelement, zum sofortigen Abstellen des Motors führen können. Um derartige Fehlfunktionen zu verhindern, sind aus dem Stand der Technik Saugventile bekannt, die mit einem Sieb ausgestattet sind.
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Ein mit einem Sieb bzw. Siebelement ausgestattetes Saugventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 042 617 A1 hervor. Das Siebelement ist ringförmig ausgebildet und in der Weise in eine außenumfangseitige Ringnut einer Ventilplatte eingesetzt, dass in der Ventilplatte ausgebildete und als Zulaufbohrungen dienende Radialbohrungen von dem Siebelement abgedeckt werden. Das Siebelement verhindert somit, dass im Kraftstoff enthaltene Partikel in das Saugventil eingetragen werden.
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Die Anordnung eines Siebs am Saugventil ist jedoch nicht immer möglich. Dies gilt insbesondere wenn es sich bei dem Saugventil um ein in die Hochdruckpumpe integriertes Saugventil handelt und eine Ventilplatte fehlt. Ein solches Saugventil ist beispielhaft in der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 210 107 A1 offenbart. Bei einem integrierten Saugventil wird der Ventilsitz durch ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet, so dass eine separate Ventilplatte entfällt.
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Ein Sieb am Saugventil ist verzichtbar, wenn dem Saugventil eine Zumesseinheit vorgeschaltet ist. Denn auch diese gilt es vor Partikeln zu schützen, so dass die Zumesseinheit in der Regel mit einem Sieb ausgestattet ist. Entfällt jedoch die Zumesseinheit, da es sich beispielsweise um ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil handelt, müssen die schädlichen Partikel auf andere Weise entfernt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, die eine hohe Funktionssicherheit besitzt. Insbesondere soll der Schutz vor im Kraftstoff enthaltenen Partikeln verbessert werden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Hochdruckpumpe weist ein mehrteilig ausgebildetes Gehäuse auf. Das Gehäuse umfasst ein Grundgehäuse und einen mit dem Grundgehäuse verbundenen Zylinderkopf, in dem eine Zylinderbohrung zur hubbeweglichen Aufnahme eines Pumpenkolbens ausgebildet ist. Der Pumpenkolben begrenzt innerhalb der Zylinderbohrung einen Hochdruck-Elementraum, der über ein Saugventil mit Kraftstoff befüllbar ist. Erfindungsgemäß ist im Zylinderkopf ein Zulaufkanal zur Versorgung des Saugventils mit Kraftstoff ausgebildet. In dem Zulaufkanal sind ein Filter und ein in Zulaufrichtung öffnendes Rückschlagventil angeordnet.
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Der im Zulaufkanal angeordnete Filter dient der Abscheidung etwaiger im zulaufenden Kraftstoff enthaltener Partikel. Der Filter verhindert somit, dass im Kraftstoff enthaltene Partikel in das Saugventil gelangen und zu Undichtigkeiten und/oder Fehlfunktionen des Saugventils führen. Durch die Anordnung des Filters im Zulaufkanal der Hochdruckpumpe kann ein Saugventil eingesetzt werden, das selbst keinen Filter bzw. kein Sieb umfasst. Der Wegfall eines Filters bzw. Siebs am Saugventil erleichtert den Anbau des Saugventils an der Hochdruckpumpe. Insbesondere kann das Saugventil in einfacher Weise in den Zylinderkopf der Hochdruckpumpe integriert werden. Alternativ oder ergänzend kann das Saugventil als elektromagnetisch betätigbares Saugventil ausgebildet sein, das die Zumessung von Kraftstoff ermöglicht, so dass eine dem Saugventil vorgeschaltete Zumesseinheit mit Sieb entfallen kann.
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Bei der Zumessung von Kraftstoff über ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil kann dieses derart angesteuert werden, dass es über eine Ansaugphase hinweg geöffnet bleibt, um eine bereits angesaugte, jedoch überschüssige Menge Kraftstoff aus dem Hochdruck-Elementraum zu entfernen. Die überschüssige Menge Kraftstoff wird dabei üblicherweise zurück in den Zulaufkanal geschoben. Bei einem im Zulaufkanal angeordneten Filter würde dieser in umgekehrter Richtung durchströmt, wobei sich am Filter anhaftende Partikel lösen könnten, die dann in der drauffolgenden Ansaugphase wieder gegen den Filter gespült werden und gegen das Filtergewebe drücken würden. Nicht bei der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe, da im Zulaufkanal zusätzlich zum Filter ein Rückschlagventil angeordnet ist, das nur in Zulaufrichtung öffnet. Dadurch ist sichergestellt, dass der Filter in nur einer Richtung durchströmt wird. Dies führt zu einer verringerten Belastung des Filters, insbesondere des Filtergewebes, da verhindert wird, dass am Filter anhaftende Partikel gelöst und erneut angespült werden. In der Folge erhöht sich die Lebensdauer des Filtergewebes und das Saugventil bzw. die Hochdruckpumpe sind besser vor im Kraftstoff enthaltenen Partikeln geschützt.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der im Zulaufkanal angeordnete Filter in Zulaufrichtung stromaufwärts des Rückschlagventils angeordnet. In den Zulaufbereich zurückgeschobener Kraftstoff kann auf diese Weise nicht bis an den Filter gelangen, so dass ein optimaler Schutz des Filters bzw. des Filtergewebes erreicht wird.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der im Zulaufkanal angeordnete Filter in Zulaufrichtung stromabwärts des Rückschlagventils angeordnet. Da das Rückschlagventil eine Durchströmung des Zulaufkanals in einer der Zulaufrichtung entgegengesetzten Richtung unterbindet, wird auch der stromabwärts des Rückschlagventils angeordnete Filter weiterhin nur in einer Richtung durchströmt. Dies gilt insbesondere, wenn der Filter unmittelbar stromabwärts des Rückschlagventils angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise ist im Zylinderkopf ein Rücklaufkanal zur Aufnahme einer aus dem Hochdruck-Elementraum ausgeschobenen Menge Kraftstoff ausgebildet. Dadurch wird ein unzulässig hoher Druckanstieg im Zulaufkanal stromabwärts des Rückschlagventils verhindert. Ferner entlastet der Rücklaufkanal den Filter, wenn dieser stromabwärts des Rückschlagventils im Zulaufkanal angeordnet ist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass im Rücklaufkanal ein weiteres Rückschlagventil angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil in Rücklaufrichtung öffnet. Das heißt, dass die beiden in den Zylinderkopf integrierten Rückschlagventile in entgegengesetzter Richtung durchströmbar sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Zulauf von Kraftstoff in Richtung des Saugventils ausschließlich über den Zulaufkanal und damit über den Filter erfolgt. Denn das im Rücklaufkanal angeordnete Rückschlagventil ist während der Ansaugphase geschlossen.
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Ferner wird als weiterbildende Maßnahme vorgeschlagen, dass im Rücklaufkanal ein weiterer Filter angeordnet ist, und zwar vorzugsweise in Rücklaufrichtung stromabwärts des weiteren Rückschlagventils. Der weitere Filter ermöglicht eine Selbstreinigung der Hochdruckpumpe, da – insbesondere bei Nullförderung der Hochdruckpumpe – die angesaugte Kraftstoffmenge durch zwei Filter gespült wird. Der erste Filter ist hierzu bevorzugt ebenfalls stromabwärts des ersten Rückschlagventils im Zulaufkanal angeordnet, wobei sich hier „stromabwärts“ auf die Zulaufrichtung des Kraftstoffs bezieht.
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Des Weiteren bevorzugt mündet der Zulaufkanal in einen Niederdruckraum, der vorzugsweise im Zylinderkopf der Hochdruckpumpe ausgebildet und/oder über mindestens eine Zulaufbohrung mit dem Hochdruck-Elementraum verbindbar ist, wenn das Saugventil geöffnet ist. Der Niederdruckraum dient als Kraftstoff-Sammelraum, der eine gleichmäßige Verteilung des zulaufenden Kraftstoffs auf die vorzugsweise mehreren Zulaufbohrungen ermöglicht, so dass der Zulauf von Kraftstoff in den Hochdruck-Elementraum verbessert wird. Der Niederdruckraum ist hierzu bevorzugt ringförmig ausgebildet. Ferner erleichtert der Niederdruckraum die Integration des Saugventils in den Zylinderkopf der Hochdruckpumpe, da eine separate Ventilplatte zur Ausbildung der Zulaufbohrungen und/oder zur Abtrennung eines Niederdruckraums entbehrlich ist.
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Um eine aus dem Hochdruck-Elementraum zurück in den Zulaufbereich ausgeschobene Menge Kraftstoff dem Rücklaufkanal zuzuführen, wird ferner vorgeschlagen, dass auch der Rücklaufkanal in den Niederdruckraum mündet. Ferner kann der Rücklaufkanal analog dem Zulaufkanal an einen Niederdruckkreis des Kraftstoffeinspritzsystems angeschlossen sein, so dass die in den Rücklaufkanal gelangende Menge Kraftstoff dem System erhalten bleibt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Saugventil der Hochdruckpumpe elektromagnetisch betätigbar ist. Das Saugventil kann somit die Funktion der Zumessung von Kraftstoff übernehmen, so dass eine separate Zumesseinheit entfallen kann. Das Saugventil ist hierzu bevorzugt in der Weise ansteuerbar, dass es über die Ansaugphase hinweg geöffnet bleibt, um eine überschüssige Menge Kraftstoff aus dem Hochdruck-Elementraum zu entfernen. In diesem Fall kommen die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zum Tragen.
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Vorzugsweise ist das Saugventil in den Zylinderkopf integriert, um den Bauraumbedarf der Hochdruckpumpe zu senken.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
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2 eine vereinfachte Darstellung der Verschaltung der Rückschlagventile der Hochdruckpumpe der 1, a) in der Ansaugphase und b) in der Rückförderphase,
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3 eine vereinfachte Darstellung der Verschaltung der Rückschlagventile einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, a) in der Ansaugphase und b) in der Rückförderphase und
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4 eine vereinfachte Darstellung der Verschaltung der Rückschlagventile einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform, a) in der Ansaugphase und b) in der Rückförderphase.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte Hochdruckpumpe umfasst ein Grundgehäuse 1 sowie einen mit dem Grundgehäuse 1 verbundenen Zylinderkopf 2. Im Zylinderkopf 2 ist eine Zylinderbohrung 3 ausgebildet, in der ein Pumpenkolben 4 eines Pumpenelements der Hochdruckpumpe hubbeweglich aufgenommen ist. Der Pumpenkolben 4 begrenzt innerhalb der Zylinderbohrung 3 einen Hochdruck-Elementraum 5, der über ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil 6 mit Kraftstoff befüllbar ist. Das Saugventil 6 ist in den Zylinderkopf 2 der Hochdruckpumpe integriert. Das heißt, dass der Zylinderkopf 2 einen Ventilsitz 17 und eine Führung 19 für einen hubbeweglichen Ventilstößel 18 des Saugventils 6 ausbildet.
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Ferner bildet der Zylinderkopf 2 einen ringförmigen Niederdruckraum 13 aus, der über Zulaufbohrungen 14 mit dem Hochdruck-Elementraum 5 verbindbar ist, wenn das Saugventil 6 geöffnet ist. Dies ist der Fall, wenn ein Elektromagnet 20 zur Betätigung des Saugventils 6 unbestromt ist, so dass der Ventilstößel 18 entgegen der Federkraft einer Schließfeder 21 durch die Federkraft einer weiteren Feder 22, die an einem mit dem Ventilstößel 18 koppelbaren Anker 23 abgestützt ist, in einer Offenstellung gehalten wird. Der Anker 23 ist vorliegend als Tauchanker ausgebildet und bewegt sich zwischen zwei Endanschlägen hin und her, die vorliegend durch einen Polkern 24 und eine Anschlagplatte 25 gebildet werden, die an einem ringförmigen Absatz 26 eines Ventilkörpers 27 abgestützt ist. Der Ventilkörper 27 dient zugleich der Führung des Ankers 23.
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Wird der Elektromagnet 20 bestromt, bewegt sich der Anker 23 in Richtung des Polkerns 24 und hebt dabei vom Ventilstößel 18 ab. Durch die Entlastung des Ventilstößels 18 vermag die Schließfeder 21 den Ventilstößel 18 in den Ventilsitz 17 zu ziehen und das Saugventil 6 schließt. Zum erneuten Öffnen des Saugventils 6 wird die Bestromung des Elektromagneten 20 beendet, so dass die weitere Feder 22 den Anker 23 in seine Ausgangslage zurückstellt. Vor Erreichen des durch die Anschlagplatte 25 gebildeten Endanschlags schlägt der Anker 23 am Ventilstößel 18 an und hebt diesen aus dem Ventilsitz 17, so dass das Saugventil 6 öffnet.
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Bei geöffnetem Saugventil 6 strömt Kraftstoff aus dem Niederdruckraum 13 über die Zulaufbohrungen 14 in den Hochdruck-Elementraum 5. Der im Hochdruck-Elementraum 5 vorhandene Kraftstoff wird bei geschlossenem Saugventil 6 durch einen Förderhub des Pumpenkolbens 4 verdichtet und anschließend einem Hochdruckspeicher 15 zugeführt. Wurde während der Ansaugphase zu viel Kraftstoff in den Hochdruck-Elementraum angesaugt, kann die Bestromung des Elektromagneten 20 hinausgezögert werden, so dass das Saugventil 6 auch nach der Ansaugphase geöffnet bleibt, um die überschüssige Menge Kraftstoff über die Zulaufbohrungen 14 zurück in den Niederdruckraum 13 auszuschieben. Erst wenn die im Hochdruck-Elementraum 5 vorhandene Menge Kraftstoff der benötigten Menge entspricht wird der Elektromagnet 20 bestromt, um das Saugventil 6 zu schließen. Das Saugventil 6 ersetzt somit eine Zumesseinheit.
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Um das Saugventil 6 vor im Kraftstoff enthaltenen Partikeln zu schützen, weist die Hochdruckpumpe einen Filter 8 auf, der in einem in den Niederdruckraum 13 mündenden Zulaufkanal 7 angeordnet ist. Der Zulaufkanal 7 erstreckt sich in das Grundgehäuse 1 hinein und verbindet den Niederdruckraum 13 mit einem Niederdruckkreislauf, in dem eine Vorförderpumpe 16 angeordnet ist, über welche der Hochdruckpumpe Kraftstoff zuführbar ist (siehe auch 2–4). Der Filter 8 wird demnach von zulaufendem Kraftstoff durchströmt. Im Kraftstoff enthaltene Partikel bleiben dabei an einem Filtergewebe des Filters 8 haften, so dass diese nicht in das Saugventil 6 eingetragen werden.
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Im Zulaufkanal 7 ist in Zulaufrichtung stromabwärts des Filters 8 ferner ein Rückschlagventil 9 angeordnet, das verhindert, dass aus dem Hochdruck-Elementraum 5 in den Niederdruckraum 13 ausgeschobener Kraftstoff den Filter 8 in umgekehrter Richtung durchströmt. Auf diese Weise wird die Belastung des Filters 8 gesenkt bzw. die Lebensdauer des Filters 8 erhöht. Denn beim Rückströmen von Kraftstoff durch den Filter 8 würden bereits am Filter anhaftende Partikel wieder abgestoßen und in der darauffolgenden Ansaugphase erneut an den Filter gedrückt werden. Dadurch könnte das Filtergewebe des Filters 8 Schaden nehmen. Das Rückschlagventil 9 wirkt dem entgegen.
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Um die aus dem Hochdruck-Elementraum 5 in den Niederdruckraum 13 ausgeschobene Kraftstoffmenge aufzunehmen, ist im Zylinderkopf 2 ferner ein Rücklaufkanal 10 ausgebildet. Der Rücklaufkanal 10 verhindert auf diese Weise einen unzulässig hohen Druckanstieg im Zulaufkanal 7 stromabwärts des Rückschlagventils 9. Im Rücklaufkanal 10 ist ein weiteres Rückschlagventil 11 angeordnet, das in Rücklaufrichtung öffnet, das heißt, dass die Öffnungsrichtung des weiteren Rückschlagventils 11 entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung des im Zulaufkanal 7 angeordneten Rückschlagventils 9 ist.
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Anhand der 2a und 2b wird nachfolgend die Wirkungsweise der beiden Rückschlagventile 9, 11 erläutert.
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In der Ansaugphase (2a) fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff in den Zulaufkanal 7. Der Kraftstoff strömt zunächst durch den Filter 8 und dann durch das geöffnete Rückschlagventil 9 und gelangt schließlich in den Niederdruckraum 13. Von dort gelangt der Kraftstoff über die Zulaufbohrungen 14 in den Hochdruck-Elementraum 5.
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Ist die Ansaugphase beendet (2b) bleibt das Saugventil 6 noch geöffnet, um überschüssigen Kraftstoff aus dem Hochdruck-Elementraum 5 über die Zulaufbohrungen 14 zurück in den Niederdruckraum 13 auszuschieben. In diesem Fall schließt das im Zulaufkanal 7 angeordnete Rückschlagventil 9 und das im Rücklaufkanal 10 angeordnete Rückschlagventil 11 öffnet, so dass der überschüssige Kraftstoff in Richtung der Vorförderpumpe 16 abgeführt wird. Der im Zulaufkanal 7 angeordnete Filter 8 bleibt vor rücklaufendem Kraftstoff geschützt, das heißt, dass der Filter 8 nur in Zulaufrichtung durchströmt wird.
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In den 3a und 3b ist eine Abwandlung des Systems dargestellt. Hier ist der Filter 8 stromabwärts des Rückschlagventils 9 angeordnet. Da in der Ansaugphase (3a) das im Rücklaufkanal 10 angeordnete Rückschlagventil 11 geschlossen ist, während das im Zulaufkanal 7 angeordnete Rückschlagventil 9 geöffnet ist, erfolgt der Zulauf von Kraftstoff ausschließlich über den Zulaufkanal 7. Der zulaufende Kraftstoff durchströmt den Filter 8 und im Kraftstoff enthaltene Partikel werden abgeschieden. Ist die Ansaugphase beendet (3b) und überschüssiger Kraftstoff wird über das noch geöffnete Saugventil 6 zurück in den Niederdruckraum 13 geschoben, schließt das im Zulaufkanal 7 angeordnete Rückschlagventil 9 und das im Rücklaufkanal 10 angeordnete Rückschlagventil 11 öffnet. Auch in dieser Ausgestaltung verhindert das im Zulaufkanal 7 angeordnete Rückschlagventil 9, dass der Filter 8 von rücklaufendem Kraftstoff durchströmt wird.
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Eine Weiterbildung der Ausführungsform der 3 ist in den 4a und 4b dargestellt. Hier ist im Rücklaufkanal 10 zusätzlich ein Filter 12 angeordnet, und zwar in Rücklaufrichtung stromabwärts des Rückschlagventils 11. Der Filter 12 wird demnach von rücklaufendem Kraftstoff durchströmt, was zu einer Selbstreinigung der Hochdruckpumpe führt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008042617 A1 [0004]
- DE 102012210107 A1 [0005]
