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Die Erfindung betrifft ein Überströmventil für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem solchen Überströmventil.
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Stand der Technik
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Ein Überströmventil der vorstehend genannten Art kann zur Druckbegrenzung und zur Dämpfung von Druckpulsationen im Bereich des Zulaufs einer Kraftstoffhochdruckpumpe eingesetzt werden. Das Überströmventil wird hierzu eingangsseitig von Zulaufdruck beaufschlagt. Steigt der Zulaufdruck über einen vorgegebenen Grenzwert, öffnet das Überströmventil und führt Kraftstoff aus dem Zulaufbereich ab, so dass der Zulaufdruck abfällt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 052 665 A1 geht beispielhaft ein Kraftstoffüberströmventil für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung hervor, das ein Ventilgehäuse mit einer gestuften Längsbohrung und einem in einem ersten Abschnitt der Längsbohrung axial verschiebbar geführten Ventilglied umfasst. Die axiale Verschiebung des Ventilglieds wird bei zulaufseitig ansteigendem Druck entgegen der Federkraft einer Feder bewirkt, die in einem Federraum innerhalb eines zweiten Abschnitts der Längsbohrung des Ventilgehäuses aufgenommen ist. Zur Abstützung der Feder ist in die Längsbohrung ein Einsatzteil eingepresst, das zugleich die Längsbohrung nach außen verschließt. Andernends ist die Feder an einem Stützelement abgestützt, das mit dem Ventilglied gekoppelt bzw. koppelbar ist. Denn das Ventilglied vermag sich vom Stützelement zu lösen, da ein ringförmiger Absatz des Ventilgehäuses den Hub des Stützelements begrenzt. Liegt das Stützelement am ringförmigen Absatz des Ventilgehäuses an, ist eine Verbindung des Federraums mit einem Entlastungsbereich über eine im Ventilgehäuse ausgebildete Öffnung hergestellt. Mit zunehmendem Öffnungshub schiebt sich das Stützelement jedoch vor die Öffnung, so dass der Abfluss aus dem Federraum gedrosselt wird. Dies führt zu einem Druckaufbau im Federraum, der eine Dämpfung bewirkt.
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Über eine im Ventilgehäuse eines Überströmventils ausgebildete Öffnung, die der Entlastung eines Federraums dient, kann jedoch nicht nur Flüssigkeit ausströmen, sondern auch einströmen. Denn mit der Rückstellung eines den Federraum begrenzenden Ventilkolbens entsteht im Federraum ein Unterdruck, der dazu führt, dass Flüssigkeit angesaugt wird. In der Folge wird der Federraum wieder befüllt, so dass ein Einfedern des Ventilkolbens zur Kompensation von zulaufseitigen Druckschwingungen nicht mehr möglich ist bzw. erschwert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überströmventil für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, das eine Kompensation zulaufseitiger Druckschwingungen durch Einfedern des Ventilkolbens sicher ermöglicht.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Überströmventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem solchen Überströmventil angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Überströmventil umfasst einen in einer Axialbohrung eines Ventilgehäuses axial verschiebbar aufgenommenen Ventilkolben, der in Richtung einer Zulauföffnung von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist, die in einem Federraum aufgenommen ist, der über mindestens eine Öffnung entlastbar ist. Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Öffnung zur Entlastung des Federraums im Ventilkolben ausgebildet und umfasst eine zum Federraum hin offene Axialbohrung sowie mindestens eine radial oder schräg verlaufende weitere Bohrung, die über ein in der Axialbohrung des Ventilkolbens axial verschiebbar aufgenommenes Schieberelement freigebbar oder verschließbar ist.
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Das in der Axialbohrung des Ventilkolbens axial verschiebbar aufgenommene Schieberelement ist nicht federbelastet. Als Stellkraft wirkt allein die Massenträgheit des Schieberelements. Das Schieberelement bildet demnach ein Schieberventil aus, das gänzlich ohne Feder auskommt, so dass dieses besonders robust ist sowie einfach und kostengünstig umsetzbar ist. Zugleich wird über das Schieberventil ein Überfluten des Federraums verhindert, so dass die am Ventilkolben anliegenden hydraulischen Druckverhältnisse ein Einfedern des Ventilkolbens zur Kompensation zulaufseitiger Druckschwingungen zu begünstigen.
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Je nach Beschleunigungsrichtung des Ventilkolbens wird das Schieberelement durch seine Massenträgheit in eine Endlage von zwei Endlagen gedrückt. Dabei gibt das Schließelement die mindestens eine im Ventilkolben ausgebildete, radial oder schräg verlaufende Bohrung zur Entlastung des Federraums frei oder verschließt diese.
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Bei einem zulaufseitigen Druckanstieg bewegt sich der Ventilkolben entgegen der Federkraft der ihn belastenden Feder in den Federraum hinein. Dabei wird das Schieberelement in eine Endlage gedrückt, in der vorzugsweise die Bohrung zur Entlastung des Federraums zumindest teilweise freigegeben ist, so dass Flüssigkeit aus dem Federraum entweichen kann. Bewegt sich anschließend der Ventilkolben in die entgegengesetzte Richtung, wird das Schließelement in eine weitere Endlage gedrückt, in der es vorzugsweise die Bohrung zur Entlastung des Federraums verschließt. Dadurch ist sichergestellt, dass keine Flüssigkeit in den Federraum angesaugt wird und der Federraum nicht überflutet wird.
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Dadurch, dass das in den Ventilkolben integrierte Schieberventil federlos ist, kann die Einstellung der Federvorspannung der Feder des Überströmventils unverändert beibehalten werden. Das heißt insbesondere, dass die Federvorspannung nicht erhöht werden muss.
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Bevorzugt mündet die mindestens eine weitere Bohrung des Ventilkolbens, die der Entlastung des Federraums dient, in eine außenumfangseitige Ringnut des Ventilkolbens, die in Abhängigkeit von der axialen Lage des Ventilkolbens in Überdeckung mit mindestens einer im Ventilgehäuse ausgebildeten Absteueröffnung bringbar ist. Die aus dem Federraum entweichende Menge kann somit über die weitere Bohrung, die Ringnut und die mindestens eine Absteueröffnung einem Rücklauf zugeführt werden, der auch der Rückführung der Absteuermenge des Überströmventils dient. Dies erleichtert die Anbindung des Überströmventils.
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Das in den Ventilkolben integrierte Schieberventil besitzt den Vorteil, dass das Öffnen des Schieberelements unbeeinflusst vom Rücklaufdruck erfolgt, was einen geringeren Dämpfungsgrad bedingt und für eine verbesserte Pulsationsdämpfung bei hohen Drehzahlen sorgt.
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Vorzugsweise ist federraumseitig ein Verschlusselement in die Axialbohrung des Ventilkolbens eingesetzt. Über das Verschlusselement kann eine Endlage des Schieberelements definiert werden. Eine weitere Endlage ist vorzugsweise durch den Ventilkolben selbst vorgegeben. Vorteilhafterweise ist das Verschlusselement in die Axialbohrung des Ventilkolbens eingepresst, eingeschraubt oder eingeklebt. Über die Einpress-, Einschraub- oder Einklebetiefe kann in einfacher Weise der axiale Abstand zwischen den beiden Endlagen des Schieberelements vorgegeben werden. Weiterhin bevorzugt ist das Verschlusselement hülsenförmig ausgeführt, so dass weiterhin eine Verbindung der im Ventilkolben ausgebildeten Axialbohrung mit dem Federraum gegeben ist, um die gewünschte Entlastung des Federraums zu ermöglichen.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Schieberelement hülsenförmig ausgeführt ist. Durch die Hülsenform ist die Beweglichkeit des Schieberelements innerhalb der Axialbohrung sichergestellt, da die in der Axialbohrung vorhandene Flüssigkeit das Schieberelement zur Herstellung eines Druckausgleichs durchströmen kann.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Schieberelement an mindestens einer Stirnfläche einen zurückspringenden Absatz aufweist. Auf diese Weise wird die Bewegung des Schieberelements kurz vor Erreichen einer Endlage hydraulisch gepuffert, so dass die Geräuschentwicklung minimal ist. Vorzugsweise sind beide Stirnflächen des Schieberelements gleich ausgebildet, so dass die Einbaulage des Schieberelements beliebig ist, wodurch Montagefehler vermieden werden.
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Vorzugsweise ist der stirnseitig im Ventilkörper ausgebildete Absatz ringförmig und radial außen liegend angeordnet, so dass eine Ringnut ausgebildet wird, über welche eine Verbindung der im Ventilkolben ausgebildeten Axialbohrung mit der mindestens einen radial oder schräg verlaufenden weiteren Bohrung zur Entlastung des Federraums herstellbar ist.
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Bevorzugt weist der Ventilkolben federraumseitig einen hohlzylinderförmigen Ansatz auf, der in die Feder eingreift, die den Ventilkolben beaufschlagt. Über den Ansatz kann somit eine Führung der Feder bewirkt werden. Vorzugsweise ist der hohlzylinderförmige Ansatz durch eine stirnseitig im Ventilkolben ausgebildete Ringnut abschnittsweise freigestellt. Die Freistellung erlaubt eine radiale Aufweitung des hohlzylinderförmigen Ansatzes, beispielsweise bei einem in die Axialbohrung des Ventilkolbens eingepressten Verschlusselement, ohne den Führungsdurchmesser des Ventilkolbens zu verändern. Auf diese Weise wird einem Verklemmen des Ventilkobens innerhalb der Axialbohrung des Ventilgehäuses entgegengewirkt.
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Die darüber hinaus vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein erfindungsgemäßes Überströmventil umfasst. Das Überströmventil ist dabei in einem Niederdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet, wobei es sich vorzugsweise um den Zulauf der Kraftstoffhochdruckpumpe handelt. Da im Niederdruckbereich einer Kraftstoffhochdruckpumpe regelmäßig Druckpulsationen auftreten, können diese mittels des erfindungsgemäßen Überströmventils besonders wirksam gedämpft werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Überströmventil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
- 2 eine perspektivische Darstellung des Ventilkolbens einschließlich hierin ausgebildetem Schieberventil und
- 3 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem erfindungsgemäßen Überströmventil.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 dargestellte Überströmventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 4 mit einer Axialbohrung 3, in der ein Ventilkolben 5 axial verschiebbar aufgenommen ist. Die Axialbohrung 3 durchsetzt das Ventilgehäuse 4, so dass stirnseitig eine Zulauföffnung 6 ausgebildet wird. Ferner weist das Ventilgehäuse 4 mehrere als Radialbohrungen ausgeführte Absteueröffnungen 14 auf. Um eine Verbindung der Zulauföffnung 6 mit den Absteueröffnungen 14 herzustellen, muss der Ventilkolben 5 entgegen der Federkraft einer Feder 7 axial verschoben werden.
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Die Feder 7 ist in einem Federraum 8 aufgenommen, der innerhalb der Axialbohrung 3 ausgebildet ist. Der Federraum 8 wird einerseits vom Ventilkolben 5 und andererseits von einem in die Axialbohrung 3 eingepressten Verschlussstopfen 21 begrenzt. Über die Einpresstiefe des Verschlussstopfens 21 ist die Federkraft der Feder 7 einstellbar.
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Die Feder 7 ist stirnseitig am Ventilkolben 5 abgestützt, wobei ein am Ventilkolben 5 ausgebildeter hohlzylinderförmiger Ansatz 19 in die Feder 7 eingreift und die Feder 7 führt. Die Abstützung der Feder 7 am Verschlussstopfen 21 ist analog ausgebildet, so dass eine beidseitige Führung der Feder 7 erreicht wird.
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Im Ventilkolben 5 sind Öffnungen 9 ausgebildet, die der Entlastung des Federraums 8 dienen. Die Öffnungen 9 werden durch eine Axialbohrung 10 sowie mehrere radial verlaufende Bohrungen 11 gebildet, die in eine Ringnut 13 münden, die außenumfangseitig im Ventilkolben 5 ausgebildet ist. Die Ringnut 13 ist in Abhängigkeit von der axialen Lage des Ventilkolbens 5 in Überdeckung mit den Absteueröffnungen 14 bringbar, so dass die zur Entlastung aus dem Federraum 8 entweichende Menge ebenfalls den Absteueröffnungen 14 zuführbar ist. Über die Absteueröffnungen 14 gelangt die Menge in einem Rücklauf 26, der die Menge zurück in einen Tank 27 leitet (siehe 3).
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Ist eine Verbindung der im Ventilkolben 5 ausgebildeten Öffnungen 9 mit den im Ventilgehäuse 4 ausgebildeten Absteueröffnungen 14 hergestellt, kann nicht nur eine Menge aus dem Federraum 8 entweichen, sondern auch - in Abhängigkeit von den jeweils herrschenden Druckverhältnissen - eine Menge aus dem Rücklauf 26 zurück in den Federraum 8 angesaugt werden. Dies gilt es zu vermeiden, um weiterhin eine hohe Dämpfungswirkung zu erzielen, die insbesondere zulaufseitig auftretenden Druckpulsationen entgegenwirkt.
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Derartige Druckpulsationen treten beispielsweise häufig im Zulaufbereich 25 einer Kraftstoffhochdruckpumpe 2 bedingt durch die Bewegungen eines Pumpenkolbens 32 auf. Durch Anordnung eines erfindungsgemäßen Überströmventils 1 in den Zulaufbereich 25 einer Kraftstoffhochdruckpumpe 2 können diese gedämpft werden.
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Der 3 ist beispielhaft ein Kraftstoffeinspritzsystem, und zwar ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem erfindungsgemäßen Überströmventil 1 bzw. mit einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 2 zu entnehmen, bei welcher das Überströmventil 1 in ein Pumpengehäuse 31 der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 integriert ist. Um die Integration in das Pumpengehäuse 31 zu erleichtern, kann das Überströmventil 1 - wie in der 1 dargestellt - einen Abschnitt mit einem Außengewinde 22 aufweisen, mittels dessen es in eine Gehäusebohrung des Pumpengehäuses 31 einschraubbar ist. Eine Abdichtung der Gehäusebohrung kann über mindestens einen Dichtringe 23 erreicht werden. Der Eintrag von Partikeln wird durch ein vorgeschaltetes Sieb 24 verhindert.
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Das in der 3 beispielhaft dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem umfasst neben der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 eine Vorförderpumpe 28, mittels welcher Kraftstoff aus einem Tank 27 der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 zuführbar ist. Die Mengenzumessung erfolgt über eine Zumesseinheit 29, die der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 vorgeschaltet ist. In der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 wird der Kraftstoff auf Hochdruck gefördert und anschließend einem Hochdruckspeicher 30 zugeführt. Bei Nullförderung wird eine im Zulaufbereich 25 vorhandene überschüssige Menge Kraftstoff über das Überströmventil 1 dem bereits erwähnten Rücklauf 26 zugeführt, über den die Menge zurück in den Tank 27 gelangt. Treten im Zulaufbereich 25 Druckpulsationen auf, kann durch das Überströmventil 1 eine Dämpfung, vorzugsweise durch Einfedern des Ventilkolbens 5, erzielt werden. Dies setzt voraus, dass die vorherrschenden Druckverhältnisse ein Einfedern des Ventilkolbens 5 ermöglichen.
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Das erfindungsgemäße Überströmventil 1 weist hierzu einen Ventilkolben 5 mit integriertem Schieberventil auf. Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, wird das Schieberventil durch ein Schieberelement 12 gebildet, das in der Axialbohrung 10 des Ventilkolbens 5 axial verschiebbar aufgenommen ist und in Abhängigkeit von seiner jeweiligen axialen Lage die weiteren Bohrungen 11 freigibt oder verschließt. Das Schieberelement 12 bewegt sich dabei zwischen zwei Endlagen hin und her, die durch den Ventilkolben 5 und ein Verschlusselement 15 gebildet werden, das in die Axialbohrung 10 des Ventilkolbens 5 und zwar auf Höhe des hohlzylinderförmigen Ansatzes 19 eingepresst ist. Da die Pressverbindung zu einer Aufweitung des hohlzylinderförmigen Ansatzes 19 führen kann, ist dieser im Bereich des Presssitzes durch eine Ringnut 20 freigestellt.
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Das in den Ventilkolben integrierte Schieberventil kommt ganz ohne Feder aus. Das heißt, dass das Schieberelement 12 des Schieberventils nicht federbelastet ist, sondern allein die Massenträgheit des Schieberelements 12 als Stellkraft dient.
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Die Bewegungen des Schieberelements 12 sind zudem hydraulisch gepuffert, was einer Geräuschentwicklung entgegenwirkt. Das Schieberelement 12 weist hierzu an seinen beiden Stirnflächen 17, 18 jeweils einen ringförmigen Absatz 16 auf, der zur Ausbildung eines Fluidpolsters führt, das die Bewegung des Schieberelements 12 vor Erreichen einer Endlage abbremst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007052665 A1 [0003]
