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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, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, anzugeben, das eine Kompensation zulaufseitiger Druckschwingungen durch Einfedern des Ventilkolbens sicher ermöglicht. Zudem soll das Überströmventil einfach und kostengünstig herstellbar sein.
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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 Ventilkolben, der zur Verbindung einer Zulauföffnung mit mindestens einer Absteueröffnung in einer Axialbohrung eines Ventilgehäuses axial verschiebbar aufgenommen ist. Der Ventilkolben ist dabei in Richtung der Zulauföffnung von der Federkraft einer Feder beaufschlagt, 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 über ein zumindest abschnittsweise elastisch verformbares Schließelement freigebbar und verschließbar. Durch Freigeben der Öffnung kann eine Entlastung des Federraums bewirkt werden, wohingegen mit Verschließen der Öffnung eine Wiederbefüllung, insbesondere ein Überfluten des Federraums verhindert wird. Stattdessen kann gezielt eine Gasblase im Federraum gezüchtet werden, die eine optimale Dämpfung von Druckpulsationen durch Einfedern des Ventilkolbens ermöglicht.
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Wann die mindestens eine der Entlastung des Federraums dienende Öffnung freigegeben bzw. verschlossen ist, hängt von den am Schließelement anliegenden Druckverhältnissen ab. Bewegt sich der Ventilkolben entgegen der Federkraft der Feder in den Federraum hinein, steigt der Druck im Federraum an. Der Druckanstieg im Federraum bewirkt, dass das Schließelement zumindest abschnittsweise elastisch verformt wird und die der Entlastung des Federraums dienende Öffnung freigibt. Bewegt sich der Ventilkolben zurück, entsteht im Federraum ein Unterdruck, der dazu führt, dass sich das Schließelement entspannt und die Öffnung wieder verschließt.
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Dadurch, dass die der Entlastung des Federraums dienende Öffnung im Ventilkolben ausgebildet ist, kann eine direkte Federraumanbindung an einen Rücklauf vermieden werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass Druckpulsationen über den Federraum nicht in den Rücklauf eingetragen werden.
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Bevorzugt ist das zumindest abschnittsweise elastisch verformbare Schließelement außen auf dem Ventilkolben angeordnet und mit dem Ventilkolben verbunden, wobei vorzugsweise die Verbindung eine Steck-, Press- und/oder Klemmverbindung ist. Auf diese Weise können der Ventilkolben und das Schließelement separat gefertigt und anschließend verbunden werden, wobei eine Verbindung über eine Steck-, Press- und/oder Klemmverbindung besonders einfach zu realisieren ist. Beispielsweise kann das Schließelement nach Art eines Clips oder einer Klammer ausgebildet sein. Am Ventilkolben müssen in diesem Fall keine wesentlichen Veränderungen vorgenommen werden, um die Verbindung herzustellen.
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Vorteilhafterweise ist das zumindest abschnittsweise elastisch verformbare Schließelement in einer außenumfangseitigen Nut, vorzugsweise Ringnut, des Ventilkolbens angeordnet, in welche die Öffnung zur Entlastung des Federraums mündet. Die Nut stellt sicher, dass - in Abhängigkeit von der axialen Lage des Ventilkolbens - eine Verbindung des Federraums mit der mindestens einen Absteueröffnung herstellbar ist, um die aus dem Federraum abgeführte Menge einem Rücklauf zuzuführen. Ist die Nut als Ringnut ausgeführt, kann die Verbindung gänzlich unabhängig von der Winkellage des Ventilkolbens in Bezug auf die mindestens eine Absteueröffnung hergestellt werden. Vorliegend dient die Nut zusätzlich der Aufnahme des Schließelements, so dass der zur Verfügung stehende Bauraum optimal genutzt wird.
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Des Weiteren bevorzugt ist das zumindest teilweise elastisch verformbare Schließelement als offener Ring ausgeführt, der den Ventilkolben über zumindest einen Teilumfangsbereich umgreift. In der Ausführung als offener Ring kann das Schließelement von der Seite aus auf den Ventilkolben aufgesteckt, aufgepresst und/oder aufgeklemmt werden, so dass beispielsweise das Schließelement in einer Nut, vorzugsweise Ringnut, zu liegen kommt. Vorzugsweise umgreift das Schließelement den Ventilkolben über einen Teilumfangsbereich der größer als der halbe Umfang ist, so dass das Schließelement verliersicher auf dem Ventilkolben gehalten ist. Beim Aufstecken, Aufpressen und/oder Aufklemmen wird demnach das Schließelement zunächst geringfügig aufgebogen, bis es seine endgültige Sitzposition erreicht hat.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das zumindest teilweise elastisch verformbare Schließelement mindestens einen Federarm zum Freigeben und Verschließen der mindestens einen im Ventilkolben ausgebildeten Öffnung zur Entlastung des Federraums aufweist. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Federarme der Anzahl der Öffnungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Schließelement zwei Federarme auf, von denen jeder Federarm in Überdeckung mit einer im Ventilkolben ausgebildeten Öffnung bringbar ist. Vorzugsweise liegen sich die beiden Öffnungen am Ventilkolben diametral gegenüber.
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Bevorzugt ist das zumindest teilweise elastisch verformbare Schließelement aus einem Metallblech, insbesondere aus einem Stahlblech, gefertigt. Beispielsweise kann es sich um einen Federstahl handeln. Das Schließelement ist somit einfach und kostengünstig herstellbar. Vorzugsweise ist der mindestens eine Federarm des Schließelements durch Stanzen oder Laserschneiden hergestellt worden. Mittels Stanzen oder Laserschneiden kann der Federarm derart freigestellt werden, dass er nur noch über ein Gelenk mit dem Metallblech verbunden ist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Ventilkolben in zumindest einem Außenumfangsbereich eine abgeflachte Außenkontur besitzt und das Schließelement eine an die Außenkontur des Ventilkolbens angepasste Innenkontur aufweist. Durch die abgeflachten Konturen ist die Winkellage des Schließelements in Bezug auf den Ventilkolben festgelegt, so dass beim Verbinden der beiden Bauteile der mindestens eine Federarm sicher in Überdeckung mit der mindestens einen im Ventilkolben ausgebildeten Öffnung zur Entlastung des Federraums gebracht wird. Da das Schließelement bevorzugt im Bereich einer Nut, insbesondere Ringnut, mit dem Ventilkolben verbunden ist, ist vorzugsweise auch der Außenumfangsbereich mit der abgeflachten Außenkontur im Bereich der Nut angeordnet.
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Bevorzugt ist die mindestens eine im Ventilkolben ausgebildete Öffnung zur Entlastung des Federraums als Radialbohrung ausgeführt. Dadurch ist in einfacher Weise eine Verbindung der Öffnung mit der mindestens einen Absteueröffnung herstellbar.
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Ferner bevorzugt ist im Ventilkolben eine als Sackloch ausgeführte Axialbohrung ausgebildet, über welche die mindestens eine der Entlastung des Federraums dienende Öffnung mit dem Federraum verbunden ist. Das heißt, dass die Axialbohrung zum Federraum hin geöffnet ist.
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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 Schließelements des Überströmventils der 1,
- 3 eine perspektivische Darstellung des Ventilkolbens des Überströmventils der 1 mit dem Schließelement der 2 und
- 4 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 7 mit einer Axialbohrung 6, in der ein Ventilkolben 3 axial verschiebbar aufgenommen ist. Die Axialbohrung 6 durchsetzt das Ventilgehäuse 7, so dass stirnseitig eine Zulauföffnung 4 ausgebildet wird. Ferner weist das Ventilgehäuse 7 mehrere als Radialbohrungen ausgeführte Absteueröffnungen 5 auf. Um eine Verbindung der Zulauföffnung 4 mit den Absteueröffnungen 5 herzustellen, muss der Ventilkolben 3 entgegen der Federkraft einer Feder 8 axial verschoben werden.
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Die Feder 8 ist in einem Federraum 9 aufgenommen, der innerhalb der Axialbohrung 6 ausgebildet ist. Der Federraum 9 wird einerseits vom Ventilkolben 3 und andererseits von einem in die Axialbohrung 6 eingepressten Verschlussstopfen 16 begrenzt. Über die Einpresstiefe des Verschlussstopfens 16 ist die Federkraft der Feder 8 einstellbar.
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Im Ventilkolben 3 sind Öffnungen 10 ausgebildet, die der Entlastung des Federraums 9 dienen. Die Öffnungen 10 münden einerseits in eine als Sackloch ausgeführte Axialbohrung 15 des Ventilkolbens 3, andererseits in eine außenumfangseitig im Ventilkolben 3 ausgebildete, umlaufende Nut 12. Die Nut 12 ist in Abhängigkeit von der axialen Lage des Ventilkolbens 3 in Überdeckung mit den Absteueröffnungen 5 bringbar, so dass die zur Entlastung aus dem Federraum 9 abgeführte Menge über die Absteueröffnungen 5 einem Rücklauf 21 zuführbar ist, der mit einem Tank 22 verbunden ist (siehe 4).
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Im Bereich der Nut 12 ist auf den Ventilkolben 3 ein Schließelement 11 aufgeklemmt, das Federarme 13 besitzt, die in Abhängigkeit von den jeweils herrschenden Druckverhältnissen die Öffnungen 10 freigegen oder verschließen (siehe 2). Um die Winkellage des Schließelements 11 in Bezug auf den Ventilkolben 3 festzulegen, weist der Ventilkolben 3 Außenumfangsbereiche 14 mit einer abgeflachten Außenkontur auf. Das Schließelement 11 wiederum weist eine an die Außenkontur des Ventilkolbens 3 angepasste Innenkontur 28 auf (siehe 2 und 3). Das Schließelement 11 ist aus einem Stahlblech gefertigt, das zumindest abschnittsweise eine elastische Verformung des Schließelements 11 zulässt. Dank der elastischen Verformbarkeit kann das Schließelement 11, das den Ventilkolben 3 über einen Winkelbereich von mindestens 270° umgreift, in einfacher Weise von der Seite aus auf den Ventilkolben 3 aufgeklemmt werden (siehe 3). Ferner ist sichergestellt, dass die Federarme 13 die Öffnungen 10 bei einem Druckanstieg im Federraum 9 freigegeben.
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Der Druck im Federraum 9 steigt an, wenn sich der Ventilkolben 3 aufgrund eines Druckanstiegs in einem Zulaufbereich 20 entgegen der Federkraft der Feder 8 in den Federraum 9 hinein bewegt. Dabei wird Flüssigkeit aus dem Federraum 9 verdrängt, die dann über die Öffnungen 10, die Nut 12 und die Absteueröffnungen 5 dem Rücklauf 21 zugeführt wird, da der einseitige Druckanstieg dazu führt, dass die Federarme 13 die Öffnungen 10 freigeben. Schwingt anschließend der Ventilkolben 3 zurück, entsteht im Federraum 9 ein Unterdruck, der dazu führt, dass sich die Federarme 13 wieder auf die Öffnungen 10 legen. Dadurch wird verhindert, dass Flüssigkeit aus dem Rücklauf 21 angesaugt und der Federraum 9 überflutet wird.
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Der 4 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe 2 und einem Überströmventil 1 zu entnehmen, das der Druckregelung und der Dämpfung von Druckpulsationen im Zulaufbereich 20 der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 dient. Im Zulaufbereich 20 auftretende Druckpulsationen sind systembedingt und werden vorrangig durch die Hubbewegungen eines Pumpenkolbens 27 der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 hervorgerufen. Das Überströmventil 1 ist hierzu einerseits an den Zulaufbereich 20, andererseits an den Rücklauf 21 angebunden.
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Das in der 4 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem umfasst neben der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 eine Vorförderpumpe 23, mittels welcher Kraftstoff aus dem Tank 22 der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 zuführbar ist. Die Mengenzumessung erfolgt über eine Zumesseinheit 24, die der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 vorgeschaltet ist. In der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 wird der Kraftstoff auf Hochdruck gefördert und anschließend einem Hochdruckspeicher 25 zugeführt.
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Wie in beispielhaft in der 4 dargestellt kann das Überströmventil 1 in ein Pumpengehäuse 26 der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 integriert sein. Um die Integration in das Pumpengehäuse 26 zu erleichtern, kann das Überströmventil 1 - wie in der 1 dargestellt - einen Abschnitt mit einem Außengewinde 17 aufweisen, mittels dessen es in eine Gehäusebohrung des Pumpengehäuses 26 einschraubbar ist. Eine Abdichtung der Gehäusebohrung kann über mindestens einen Dichtring 18 erreicht werden, der außen auf dem Ventilgehäuse 7 angeordnet ist. Der Eintrag von Partikeln kann durch ein vorgeschaltetes Sieb 19 verhindert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007052665 A1 [0003]
