DE102016209725A1

DE102016209725A1 - Überströmventil für eine Hochdruckpumpe, Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102016209725A1
Application number: DE102016209725.3A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Koetzle; Markus Majer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-02
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2017-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überströmventil für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend einen Ventilkörper (1) mit einer Axialbohrung (2), in der ein Ventilkolben (3) axial verschiebbar aufgenommen ist, wobei stirnseitig im Ventilkörper (1) eine durch die Axialbohrung (2) definierte oder in die Axialbohrung (2) mündende Zulauföffnung (4) ausgebildet ist, die über eine axiale Verschiebung des Ventilkolbens (3) entgegen der Federkraft einer Feder (5) mit mindestens einer umfangseitig im Ventilkörper (1) ausgebildeten Absteueröffnung (6) verbindbar ist. Erfindungsgemäß sind Wegbegrenzungsmittel (7) vorhanden, die den Weg des Ventilkolbens (3) innerhalb der Axialbohrung (2) mechanisch begrenzen. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Überströmventil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Überströmventil für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Überströmventil.
Stand der Technik
Ein Überströmventil der vorstehend genannten Art kann insbesondere zur Druckbegrenzung und/oder zur Verringerung von Druckpulsationen im Bereich des Zulaufs einer Hochdruckpumpe eingesetzt werden. Das Überströmventil wird hierzu in einem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe angeordnet, so dass eingangsseitig Zulaufdruck anliegt. Übersteigt der Zulaufdruck einen vorgegebenen Grenzwert, öffnet das Überströmventil und führt Kraftstoff aus dem Zulaufbereich ab. Der Druck im Zulaufbereich fällt daraufhin ab.
Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Überströmventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 200 050 A1 hervor. Es umfasst einen in einem Gehäuse aufgenommenen Ventilkörper, der von einer Axialbohrung durchsetzt ist. In der Axialbohrung ist ein Ventilkolben axial verschiebbar aufgenommen, so dass über eine axiale Verschiebung des Ventilkolbens eine Verbindung einer stirnseitigen Zulauföffnung mit mehreren umfangseitigen Absteueröffnungen herstellbar ist. Die Verschiebung des Ventilkolbens erfolgt entgegen der Federkraft einer Feder, die den Ventilkolben in Richtung der Zulauföffnung belastet. Die Zulauföffnung wird von einem Sieb abgedeckt, das außen auf dem Ventilkörper angeordnet ist.
Bei einem Überströmventil der vorstehend genannten Art wird der Ventilkolben in Richtung des zulaufseitigen Siebs gesaugt, wenn sich die Hochdruckpumpe, in der das Überströmventil eingesetzt ist, in der Saugphase befindet. In der Druckphase kehrt sich die Bewegungsrichtung des Ventilkolbens um und das Überströmventil öffnet, um einen Druckabbau zu erzielen. Dabei kann es vorkommen, dass die zur Verfügung stehende Zeit nicht ausreicht, das Überströmventil vollständig zu öffnen. Das heißt, dass kein oder viel zu wenig Druck abgebaut wird. Der fehlende bzw. zu geringe Druckabbau wird vom System erkannt, das daraufhin die Zulaufmenge reduziert. In der Folge kann es zu einem Mengeneinbruch kommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überströmventil für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, das derart verbessert ist, dass die vorstehend genannten Nachteile möglichst nicht auftreten.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Überströmventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Überströmventil umfasst einen Ventilkörper mit einer Axialbohrung, in der ein Ventilkolben axial verschiebbar aufgenommen ist. Im Ventilkörper ist stirnseitig eine durch die Axialbohrung definierte oder in die Axialbohrung mündende Zulauföffnung ausgebildet, die über eine axiale Verschiebung des Ventilkolbens entgegen der Federkraft einer Feder mit mindestens einer umfangseitig im Ventilkörper ausgebildeten Absteueröffnung verbindbar ist. Erfindungsgemäß sind Wegbegrenzungsmittel vorhanden, die den Weg des Ventilkolbens innerhalb der Axialbohrung mechanisch begrenzen. Durch die Wegbegrenzung reduziert sich der Leerweg, den der Ventilkolben in der Saugphase durchläuft. Entsprechend reduziert sich der Weg des Ventilkolbens in der nachfolgenden Druckphase, so dass das Überströmventil schneller öffnet. Das heißt, dass bei Bedarf auch der Druck im Zulaufbereich der Hochdruckpumpe schneller abgebaut wird, so dass der Gefahr eines Mengeneinbruchs entgegengewirkt wird.
Bevorzugt umfassen die Wegbegrenzungsmittel einen in die Axialbohrung eingesetzten Verschlussstopfen, der über ein wegbegrenzendes Zugglied mit dem Ventilkolben verbunden ist. Das den Verschlussstopfen mit dem Ventilkolben verbindende Zugglied wird durch die Schließbewegung des Ventilkolbens ausgefahren bzw. gestreckt. Die Länge des ausgefahrenen bzw. gestreckten Zugglieds gibt den maximalen Weg des Ventilkolbens vor. Vorzugsweise ist der Verschlussstopfen in die Axialbohrung des Ventilkörpers eingepresst oder eingeschraubt. Die Pressverbindung bzw. Schraubverbindung sichert die Lage des Verschlusstopfens innerhalb der Axialbohrung.
Das Zugglied kann beispielsweise durch die bereits zuvor genannte Feder ausgebildet werden, die den Ventilkolben in Richtung der Zulauföffnung beaufschlagt. Die Feder dient in diesem Fall als Druckglied und als Zugglied. Die Feder ist hierzu einerseits mit dem Verschlussstopfen und andererseits mit dem Ventilkolben fest verbunden. Auf diese Weise kann die Anzahl der Bauteile gering gehalten werden. Ferner können bereits vorhandene Bauteile zur Umsetzung der Erfindung genutzt werden. Die Feder, wobei es sich insbesondere um eine Schraubendruckfeder handeln kann, ist ggf. zu kürzen.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Wegbegrenzungsmittel einen Anschlagkörper umfassen, der im Bereich der Zulauföffnung angeordnet ist und einen in Schließrichtung wirksamen Anschlag für den Ventilkolben ausbildet. Auch auf diese Weise wird der Leerweg des Ventilkolbens in Schließrichtung reduziert. Das Überströmventil vermag somit schneller zu öffnen, um bei Bedarf Druck abzubauen.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anschlagkörper elastisch verformbar. Das heißt, dass mit Anschlagen des Ventilkolbens am Anschlagkörper die Bewegung des Ventilkolbens nicht abrupt gestoppt wird, sondern ein Teil der Bewegungsenergie in Verformungsenergie umgewandelt wird. Die Belastung im Anschlagbereich wird auf diese Weise reduziert.
Vorzugsweise wird der Anschlagkörper durch eine weitere Feder gebildet. Die Federkraft der weiteren Feder kann als zusätzliche Öffnungskraft genutzt werden, so dass das Öffnen des Überströmventils weiter beschleunigt wird. Bevorzugt ist hierzu die Feder im Bereich der Zulauföffnung in die Axialbohrung des Ventilkörpers eingesetzt.
Der Anschlagkörper kann aber auch starr im Sinne von formsteif oder fest sein. Durch einen starren Anschlagkörper ist der maximale Weg des Ventilkolbens genau festlegbar, so dass eine hohe Funktionssicherheit erreicht wird. Beispielsweise kann der Anschlagkörper durch eine Hülse gebildet werden, die hierzu bevorzugt im Bereich der Zulauföffnung in die Axialbohrung des Ventilkörpers eingesetzt ist.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Feder, die den Ventilkolben in Richtung der Zulauföffnung belastet, in einem Federraum aufgenommen ist, der über eine Bohrung, insbesondere eine Drosselbohrung, mit einem Entlastungsbereich außerhalb des Ventilkörpers verbunden oder verbindbar ist. Die Bohrung ermöglicht eine Entlastung des Federraums während des Öffnens des Überströmventils. Dadurch ist sichergestellt, dass beim Öffnen kein Druckpolster im Federraum aufgebaut wird, welches das Öffnen erschwert.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zulaufseitig auf dem Ventilkörper ein Sieb angeordnet ist, das die Zulauföffnung vollständig abdeckt. Das Sieb soll den Eintrag von Partikeln in das Überströmventil, insbesondere in den Führungsbereich des Ventilkolbens verhindern, um Ventilklemmer zu vermeiden.
Bevorzugt weist der Ventilkörper außenumfangseitig mindestens eine Ringnut zur Aufnahme eines Dichtrings und/oder einen Gewindeabschnitt auf. Über den Gewindeabschnitt kann das Überströmventil in einfacher Weise in eine Gehäusebohrung einer Hochdruckpumpe eingeschraubt werden. Der mindestens eine Dichtring dichtet die Gehäusebohrung nach außen ab oder trennt den Zulaufbereich von einem Rücklaufbereich.
Darüber hinaus wird eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem erfindungsgemäßen Überströmventil vorgeschlagen. Das Überströmventil ist dabei in einem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe angeordnet ist, so dass der Ventilkolben des Überströmventils von Zulaufdruck beaufschlagt ist. Das Überströmventil kann in diesem Fall zur Begrenzung des Zulaufdrucks und/oder zur Dämpfung von Druckpulsationen im Zulaufbereich eingesetzt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Überströmventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
2 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Überströmventil gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und
3 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Überströmventil gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in der 1 dargestellte Überströmventil für den Einbau in eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems umfasst einen Ventilkörper 1 mit einer Axialbohrung 2, in welcher ein Ventilkolben 3 axial verschiebbar geführt ist. Die Axialbohrung 2 ist als Durchgangsbohrung ausgeführt, so dass sie an einem ersten Ende eine Zulauföffnung 4 definiert, über welche der Ventilkolben 3 mit Zulaufdruck beaufschlagbar ist. Andernends ist der Ventilkolben 3 von der Federkraft einer Feder 5 beaufschlagt, die ebenfalls in der Axialbohrung 2 aufgenommen und an einem in die Axialbohrung 2 eingepressten Verschlussstopfen 8 abgestützt ist. Über die Einpresstiefe des Verschlussstopfens 8 in die Axialbohrung 2 ist die Federkraft der Feder 5 einstellbar. Der Verschlussstopfen 8 und der Ventilkolben 3 begrenzen innerhalb der Axialbohrung 2 einen der Aufnahme der Feder 5 dienenden Federraum 14.
Über eine axiale Verschiebung des Ventilkolbens 3 entgegen der Federkraft der Feder 5 ist eine Verbindung der stirnseitigen Zulauföffnung 4 mit Absteueröffnungen 6 herstellbar, die vorliegend als den Ventilkörper 1 durchdringende Radialbohrungen ausgebildet sind. Die Absteueröffnungen 6 münden in einen den Ventilkörper 1 umgebenden Ringraum 21, wenn das Überströmventil in eine Gehäusebohrung (nicht dargestellt) einer Hochdruckpumpe (nicht dargestellt) eingesetzt bzw. eingeschraubt wird. Zum Einschrauben in eine solche Gehäusebohrung weist der Ventilkörper 1 außenumfangseitig einen Gewindeabschnitt 19 auf. Der Ringraum 21 ist von einem Zulaufbereich 22 durch einen Dichtring 18 getrennt, der in eine außenumfangseitige Ringnut 17 des Ventilkörpers 1 eingesetzt ist. Ein weiterer in eine Ringnut 17 eingesetzter Dichtring 18 dichtet die Gehäusebohrung nach außen ab.
Um den Leerweg des Ventilkolbens 3 in Schließrichtung zu reduzieren und auf diese das Öffnen des Überströmventils zu beschleunigen, weist das in der 1 dargestellte Überströmventil Wegbegrenzungsmittel 7 auf, die den Verschlussstopfen 8 und die Feder 5 umfassen. Denn die Feder 5 ist einerseits in einem ersten Verbindungsbereich 20 mit dem Verschlusstopfen 8, andererseits in einem zweiten Verbindungsbereich 20 mit dem Ventilkolben 3 fest verbunden. Die Feder 5 bildet somit ein begrenzt streckbares Zugglied 9 aus, das wegbegrenzend wirkt und somit den Leerweg des Ventilkolbens 3 reduziert.
Zwei weitere bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Überströmventils sind in den 2 und 3 dargestellt. Sie unterscheiden sich von der der 1 dadurch, dass die Wegbegrenzung des Ventilkolbens 3 jeweils durch einen Anschlagkörper 10 erreicht wird, der im Bereich der Zulauföffnung 4 in die Axialbohrung 2 eingesetzt ist und somit einen in Schließrichtung wirksamen Anschlag 11 für den Ventilkolben 3 darstellt.
Bei der Ausführung gemäß der 2 bildet eine weitere Feder 12 den Anschlagkörper 10 aus. Der Anschlag 11 ist somit beweglich.
Alternativ kann, wie in der 3 dargestellt, der Anschlagkörper 10 durch eine Hülse 13 gebildet werden, so dass der Anschlag 11 lageunveränderlich ist.
Allen dargestellten Ausführungsformen gemein ist ein der Zulauföffnung 4 vorgeschaltetes Sieb 16, das den Eintrag von Partikeln verhindern soll. Ventilklemmer können somit weitgehend vermieden werden, was sich ebenfalls günstig auf das Öffnungsverhalten des Überströmventils auswirkt.
Ferner ist den dargestellten Ausführungsformen gemein, dass der Federraum 14, in dem die Feder 5 aufgenommen ist, jeweils über eine Bohrung 15 entlastbar ist. Das heißt, dass sich im Federraum 14 kein Druckpolster aufzubauen vermag, das ein schnelles Öffnen des Überströmventils behindert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013200050 A1 [0003]

Claims

Überströmventil für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend einen Ventilkörper (1) mit einer Axialbohrung (2), in der ein Ventilkolben (3) axial verschiebbar aufgenommen ist, wobei stirnseitig im Ventilkörper (1) eine durch die Axialbohrung (2) definierte oder in die Axialbohrung (2) mündende Zulauföffnung (4) ausgebildet ist, die über eine axiale Verschiebung des Ventilkolbens (3) entgegen der Federkraft einer Feder (5) mit mindestens einer umfangseitig im Ventilkörper (1) ausgebildeten Absteueröffnung (6) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Wegbegrenzungsmittel (7) vorhanden sind, die den Weg des Ventilkolbens (3) innerhalb der Axialbohrung (2) mechanisch begrenzen.
Überströmventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegbegrenzungsmittel (7) einen in die Axialbohrung (2) eingesetzten, vorzugsweise eingepressten oder eingeschraubten, Verschlussstopfen (8) umfassen, der über ein wegbegrenzendes Zugglied (9) mit dem Ventilkolben (3) verbunden ist.
Überströmventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugglied (9) durch die Feder (5) ausgebildet wird, die hierzu einerseits mit dem Verschlussstopfen (8) und andererseits mit dem Ventilkolben (3) fest verbunden ist.
Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegbegrenzungsmittel (7) einen Anschlagkörper (10) umfassen, der im Bereich der Zulauföffnung (4) angeordnet ist und einen in Schließrichtung wirksamen Anschlag (11) für den Ventilkolben (3) ausbildet.
Überströmventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagkörper (10) elastisch verformbar ist und/oder durch eine weitere Feder (12) gebildet wird.
Überströmventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagkörper (10) im Wesentlichen starr ist und/oder durch eine Hülse (13) gebildet wird.
Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (5), die den Ventilkolben (3) in Richtung der Zulauföffnung (4) belastet, in einem Federraum (14) aufgenommen ist, der über eine Bohrung (15), insbesondere eine Drosselbohrung, mit einem Entlastungsbereich außerhalb des Ventilkörpers (1) verbunden oder verbindbar ist.
Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zulaufseitig auf dem Ventilkörper (1) ein Sieb (16) angeordnet ist, das die Zulauföffnung (4) vollständig abdeckt.
Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1) außenumfangseitig mindestens eine Ringnut (17) zur Aufnahme eines Dichtrings (18) und/oder einen Gewindeabschnitt (19) aufweist.
Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überströmventil in einem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe angeordnet ist.