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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem, das eine solche Ventilanordnung aufweist.
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Bei sogenannten Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen sind die Druckerzeugung in einem Kraftstoff, der in einer Brennkraftmaschine verbrannt werden soll, und die Einspritzung des Kraftstoffes in Brennkammern der Brennkraftmaschine entkoppelt. Dabei verdichtet eine Kraftstoffhochdruckpumpe den ihr aus einem Niederdruckbereich, beispielsweise aus einem Tank, zugeführten Kraftstoff. Ausgangsseitig der Kraftstoffhochdruckpumpe strömt dann ein Volumenstrom des verdichteten Kraftstoffes zu einem Hochdruckspeicher, dem sogenannten common-rail, von wo aus der verdichtete Kraftstoff dann in die Brennkammern der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Kraftstoffhochdruckpumpe erzeugt dabei beispielsweise bei Benzin als Kraftstoff in dem Kraftstoff einen Druck in einem Bereich von 150 bar bis 400 bar, und bei Diesel als Kraftstoff einen Druck in einem Bereich von 1500 bar bis 3000 bar. Der jeweilige Kraftstoff steht in dem Hochdruckspeicher unter diesem erzeugten hohen Druck und wird aus dem Hochdruckspeicher über Einspritzventile den Brennkammern der Brennkraftmaschine zugeführt.
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Um die korrekte Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzsystems sichern sowie eventuell spezielle Anforderungen erfüllen zu können, weist ein Kraftstoffeinspritzsystem in der Regel u.a. zwei Ventile auf, nämlich einerseits ein Auslassventil und andererseits ein Druckbegrenzungsventil. Das Auslassventil fungiert als Hochdruckventil, das bei einer Aufwärtsbewegung eines Pumpenkolbens - wenn die Kraftstoffhochdruckpumpe als Kolbenpumpe ausgeführt ist - öffnet, sodass der Kraftstoff in den Hochdruckspeicher gefördert werden kann. Bei der Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens schließt das Auslassventil, sodass ein Rückfließen des verdichteten Kraftstoffes aus dem Hochdruckspeicher in den Druckraum zurück verhindert wird.
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Das Druckbegrenzungsventil hat die Funktion, einen zu großen Druckanstieg in dem Hochdruckspeicher zu verhindern. Übersteigt der Druck in dem Hochdruckspeicher einen bestimmten Wert, so wird über das Druckbegrenzungsventil ein gewisser Volumenstrom des Kraftstoffes entweder in den Hochdruck- oder in den Niederdruckbereich abgesteuert.
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Jedes der oben genannten Ventile - Auslassventil und Druckbegrenzungsventil - wird beispielsweise separat in einem Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe verbaut. Dadurch ist ein sehr großer Bauraum erforderlich, wodurch ein Wirkungsgrad der Kraftstoffhochdruckpumpe sinkt, und eine Anbindung an die Kraftstoffhochdruckpumpe bei höheren Systemdrücken schwierig bis nicht mehr realisierbar wird.
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Alternativ ist es beispielsweise auch bekannt, das Druckbegrenzungsventil und das Auslassventil in Reihe hintereinander vorzusehen, was jedoch zu einer unstetigen Führung des Kraftstoffes als Fluid über mehrere Richtungswechsel führt, und außerdem zu einem ungewünschten Druckabfall und einer Reduzierung der Dauerfestigkeit durch Kavitation und Erosion führen kann.
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Gewöhnlich benötigen das Auslassventil und das Druckbegrenzungsventil einen ähnlich großen Bauraum. Die erste oben beschriebene Variante, eine ebene parallel Anordnung der beiden Ventile nebeneinander, führt zu einer sehr großen Baugruppe, ist jedoch in Abhängigkeit vom benötigten Durchfluss umsetzbar. Dennoch sind der Anbindung einer solchen großen Baugruppe sowohl technisch als auch finanziell Grenzen gesetzt.
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Eine geometrische Reihenschaltung, die jedoch funktionell eine Parallelschaltung ist, und die in der zweiten Variante angesprochen ist, bringt hydraulische Nachteile mit sich. Um den Zufluss an die Ventile sicherzustellen, sind nämlich Bohrungsverschneidungen notwendig, die zu einem höheren Druckverlust und partiell höherer Strömungsgeschwindigkeit führen. Beides führt zu einer Reduzierung der Dauerfestigkeit sowohl bei den Ventilen als auch bei der komplettierten Kraftstoffhochdruckpumpe.
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JP 2001 355 542 A beschreibt eine Ventilanordnung mit zwei antiparallel geschalteten, hydraulisch getrennten Ventileinheiten, wobei eine der Ventileinheiten aus mehreren Einzelventilen gebildet ist.
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In
DE 10 2007 016 134 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe und einem Hochdruckspeicher offenbart, wobei zwischen der Kraftstoffhochdruckpumpe und dem Hochdruckspeicher eine Ventilanordnung vorgesehen ist, die zwei antiparallel geschaltete Einzelventile aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem vorzuschlagen, die sowohl kleiner baut als bekannt, jedoch gleichzeitig mit weniger hydraulisch nachteiligen Bohrungsverschneidungen auskommt.
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Diese Aufgabe wird mit einer Ventilanordnung mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
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Ein Kraftstoffeinspritzsystem, das eine solche Ventilanordnung aufweist, ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine Ventilanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine weist ein Ventilgehäuse zur Aufnahme von Elementen zweier Ventileinheiten auf, wobei in dem Ventilgehäuse eine erste Ventileinheit mit einem ersten Durchflussquerschnitt und eine zweite Ventileinheit mit einem zweiten Durchflussquerschnitt aufgenommen sind. Die erste Ventileinheit und die zweite Ventileinheit sind antiparallel zueinander geschaltet. Die zweite Ventileinheit weist wenigstens zwei hydraulisch voneinander getrennte, parallel geschaltete Einzelventile auf, die jeweils einen Einzelventildurchflussquerschnitt aufweisen. Der zweite Durchflussquerschnitt der zweiten Ventileinheit ist durch die Summe der Einzelventildurchflussquerschnitte gebildet.
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Durch die Aufteilung der zweiten Ventileinheit in mehrere kleine Einzelventile, deren Einzelventildurchflussquerschnitte den gesamten zweiten Durchflussquerschnitt der zweiten Ventileinheit bilden, kann ein zur Verfügung stehender Bauraum in dem Ventilgehäuse, in dem die erste und die zweite Ventileinheit untergebracht werden, bestmöglich ausgenutzt werden. Dadurch kann dem Nachteil der ähnlich großen Bauräume von beispielsweise einem Auslassventil und einem Druckbegrenzungsventil in einem Kraftstoffeinspritzsystem begegnet werden, da eines der beiden Ventile in mehrere Einzelventile aufgeteilt wird.
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Unter „Durchflussquerschnitt“ soll dabei ein Querschnitt verstanden werden, der einem durch die jeweilige Ventileinheit strömenden Fluid, beispielsweise einem Kraftstoff, zur Verfügung steht, um durch die Ventileinheit zu strömen, wenn die Ventileinheit in ihrer maximalen Öffnungsposition ist. Der Durchflussquerschnitt muss nicht unbedingt an einem einzelnen Einzelventil gebildet sein, sondern kann sich aus vielen Einzelventildurchflussquerschnitten durch einfache Addition zusammensetzen.
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Unter dem Begriff „antiparallel“ bzw. „parallel“ soll Folgendes verstanden werden: Eine Ventileinheit hat einen Zuströmbereich und einen Abströmbereich, die von einem die Ventileinheit schließenden Ventilelement voneinander getrennt sind. Somit weist die Ventileinheit zwei Seiten, nämlich den Zuströmbereich und den Abströmbereich, auf. Bei einer antiparallelen Anordnung zweier Ventileinheiten ist bezüglich ihrer Ventilelemente der Zuströmbereich des einen Ventiles benachbart zu dem Abströmbereich des anderen Ventiles und umgekehrt angeordnet. Bei einer „parallelen“ Anordnung dagegen sind die beiden Zuströmbereiche der beiden Ventileinheiten und die beiden Abströmbereiche der beiden Ventileinheiten direkt benachbart zueinander angeordnet.
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Das Ventilgehäuse weist für jedes aufzunehmende Einzelventil eine zugeordnete Ventilbohrung auf, wobei die Ventilbohrungen hydraulisch voneinander getrennt parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch können Bohrungsverschneidungen vermieden werden, und durch eine verbesserte hydraulische Führung des Fluids durch die Ventilbohrungen werden ein Druckverlust und partiell höhere Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids vermieden.
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In einer möglichen Ausführungsform der Ventilanordnung weisen die wenigstens zwei Einzelventile voneinander verschiedene Einzelventildurchflussquerschnitte auf. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die wenigstens zwei Einzelventile die gleichen Einzelventildurchflussquerschnitte aufweisen. Wesentlich ist lediglich, dass sich die Einzelventildurchflussquerschnitte der wenigstens zwei Einzelventile zu dem gewünschten zweiten Durchflussquerschnitt der zweiten Ventileinheit aufsummieren. Bei der ersten Alternative ist es möglich, die Strömungsrichtung des durch die zweite Ventileinheit strömenden Fluides gezielt auf ein bestimmtes Einzelventil zu konzentrieren, wenn dieses einen größeren Einzelventildurchflussquerschnitt aufweist als das oder die weiteren Einzelventile. Dadurch wird bevorzugt dieses eine Einzelventil durchströmt. Bei der zweiten Alternative dagegen werden die Einzelventile, da sie gleiche Einzelventildurchflussquerschnitte aufweisen, gleichmäßig durchströmt.
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Vorzugsweise weisen die wenigstens zwei Einzelventile voneinander verschiedene Öffnungsdrücke auf. Dadurch kann beispielsweise, wenn die zweite Ventileinheit durch ein Druckbegrenzungsventil in einem Kraftstoffeinspritzsystem gebildet ist, verschiedenen Überdrucksituationen in dem Kraftstoffeinspritzsystem begegnet werden, wobei die Einzelventile zu verschiedenen Druckzeitpunkten öffnen können. Wenn die Einzelventile beispielsweise als Rückschlagventile mit einem einfach über eine Feder vorgespannten Ventilelement gebildet sind, können die Öffnungsdrücke der Einzelventile über die Federkonstante eingestellt werden, das heißt beispielsweise werden Vorspannfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten für die Einzelventile verwendet.
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Vorteilhaft ist die erste Ventileinheit durch ein einziges Einzelventil gebildet.
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Weiter vorteilhaft weist die zweite Ventileinheit drei bis fünf Einzelventile auf. Dadurch, dass die erste Ventileinheit lediglich durch ein einziges Einzelventil gebildet ist, wird der gesamte erste Durchflussquerschnitt durch dieses Einzelventil bereitgestellt, sodass dieses Einzelventil im Verhältnis zu der Vielzahl von Einzelventilen der zweiten Ventileinheit deutlich größer ist. Dadurch können die kleinen Einzelventile der zweiten Ventileinheit in einem Bauraum des Ventilgehäuses eingebracht werden, der ohnehin für das große Einzelventil der ersten Ventileinheit zur Verfügung stehen muss, aber nicht vollständig genutzt wird. Dadurch wird der Anteil an ungenutztem Bauraum in dem Ventilgehäuse deutlich verringert.
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Vorzugsweise sind die Einzelventile der zweiten Ventileinheit und die erste Ventileinheit auf einer Schnittfläche senkrecht zur Ventilgehäuselängsachse des Ventilgehäuses symmetrisch um die Ventilgehäuselängsachse angeordnet.
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Besonders vorteilhaft sind die Einzelventile der zweiten Ventileinheit auf einer Schnittfläche senkrecht zur Ventilgehäuselängsachse des Ventilgehäuses symmetrisch, insbesondere kreisförmig, um die erste Ventileinheit herum angeordnet.
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Dadurch kann der Bauraum um die erste Ventileinheit, der ohnehin für die erste Ventileinheit in dem Ventilgehäuse zu Verfügung stehen muss, besonders vorteilhaft genutzt werden, um die Einzelventile der zweiten Ventileinheit anzuordnen. Denn es können bequem drei bis fünf kleine Einzelventile um die als einzelnes Einzelventil ausgebildete erste Ventileinheit herum in dem Ventilgehäuse angeordnet werden.
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Durch die symmetrische Anordnung der Einzelventile, die die zweite Ventileinheit bzw. die erste Ventileinheit bilden, kann ein gleichmäßiger Fluidfluss in der Ventilanordnung erreicht werden, was Erosion und Kavitation in der Ventilanordnung verringern kann.
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Weiter ist ein modularer Aufbau der Ventilanordnung durch eine symmetrische Anordnung der Ventileinheiten vereinfacht. Denn je nach Anwendung der Ventilanordnung ist es möglich, die Anzahl der Einzelventile der zweiten Ventileinheit zu variieren. Dabei muss das Ventilgehäuse jedoch nicht verändert werden, sondern es werden genau die Anzahl an Einzelventilen, die für die jeweilige Anwendung benötigt werden, in das Ventilgehäuse eingebracht, und wenn eine geringere Anzahl benötigt wird, werden die überschüssigen Einzelventile einfach weggelassen.
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Vorzugsweise sind die Ventilbohrungen als Sacklochbohrungen ausgebildet.
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Vorteilhaft weist die Ventilbohrung der ersten Ventileinheit radial zur Ventileinheitlängsachse der ersten Ventileinheit angeordnete Abströmausbuchtungen auf. Dabei sind Einzelventilen der zweiten Ventileinheit zugeordnete Ventilbohrungen zwischen jeweils zwei Abströmausbuchtungen angeordnet. Durch diese Abströmausbuchtungen wird ein ausreichend freier Querschnitt für das Durchströmen des Fluids durch die erste Ventileinheit bereitgestellt. Je nach Anordnung, beispielsweise bei blumenförmiger Anordnung der Abströmausbuchtungen, steht dann ein Bereich des Ventilgehäuses zu Verfügung, der zwar zum Bilden der Abströmausbuchtungen nötig ist, aber nicht für die erste Ventileinheit genutzt werden kann. In diesem Bereich können dann gezielt die Einzelventile der zweiten Ventileinheit untergebracht werden, um so eine bessere Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraumes zu erreichen.
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Vorzugsweise weisen die Ventilbohrungen einen Absatz zum Bilden eines Ventilsitzes für ein Schließelement oder zum Bilden einer Stützgeometrie für eine Ventilfeder auf. Das jeweils andere, nicht durch eine Ventilbohrung gebildete Element - Ventilsitz oder Stützgeometrie - kann dann durch eine entsprechende Hülse gebildet sein. Ist eines der beiden Elemente durch den Absatz in der Ventilbohrung gebildet, kann auf eine weitere Hülse vorteilhaft verzichtet werden.
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Ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Druckraum auf, in dem sich zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes mit Hochdruck im Betrieb ein Pumpenkolben bewegt. Weiter umfasst das Kraftstoffeinspritzsystem einen Hochdruckspeicher zum Speichern des in der Kraftstoffhochdruckpumpe mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffes. Zusätzlich ist eine Ventilanordnung wie oben beschrieben vorgesehen, um den Druckraum mit dem Hochdruckspeicher zu verbinden. Die Ventilanordnung weist eine Auslassventileinheit, die gegen eine von dem Hochdruckspeicher her wirkende Druckkraft sperrt, und eine Druckbegrenzungsventileinheit auf, die gegen eine von dem Druckraum her wirkende Druckkraft sperrt.
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In einer ersten Ausführungsform kann dabei die Auslassventileinheit durch die erste Ventileinheit und die Druckbegrenzungsventileinheit durch die zweite Ventileinheit gebildet sein.
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Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Druckbegrenzungsventileinheit durch die erste Ventileinheit und die Auslassventileinheit durch die zweite Ventileinheit gebildet ist.
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Vorteilhaft weist das Kraftstoffeinspritzsystem eine Verbindungsbohrung zwischen dem Druckraum und dem Hochdruckspeicher auf, in der die Ventilanordnung angeordnet ist.
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Dabei kann die Verbindungsbohrung beispielsweise in einem Pumpengehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe oder in einem Hochdruckanschluss, der ein verbindendes Element zwischen Pumpengehäuse und Hochdruckspeicher bildet, gebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass sich die Verbindungsbohrung über beide Elemente - Pumpengehäuse und Hochdruckanschluss - erstreckt.
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In einer möglichen Ausführungsform bilden Wandbereiche dieser Verbindungsbohrung das Ventilgehäuse der Ventilanordnung. Das bedeutet, dass Elemente der Ventileinheiten wie Ventilsitze, Vorspannfedern, Schließelemente einzeln in der entsprechend ausgebildeten Verbindungsbohrung angeordnet sind. Die Elemente können dabei beispielsweise durch Pressen bzw. Crimpen, aber auch durch Schweißen, in der Verbindungsbohrung befestigt sein.
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Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Ventilanordnung in einem außerhalb des Kraftstoffeinspritzsystems vormontierten Cartridgegehäuse gebildet ist, wobei das Cartridgegehäuse als Ganzes in der Verbindungsbohrung befestigt ist. Auch hier ist eine Befestigung mittels Pressen und Crimpen bzw. Schweißen möglich.
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Vorteilhaft ist die Ventilanordnung so an einem Pumpengehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet, dass die Ventilbohrungen in der Ventilanordnung im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsachse des Pumpenkolbens der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet sind.
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Sind die Ventilbohrungen in einem Hochdruckanschluss angeordnet, ist der Hochdruckanschluss vorteilhaft so ausgebildet, dass er eine Hauptbohrung aufweist, die mit den Ventilbohrungen verschnitten ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe und einem Hochdruckspeicher, zwischen denen eine Ventilanordnung angeordnet ist;
- 2 eine Schnittdarstellung eines Teilbereiches des Kraftstoffeinspritzsystems aus 1, wobei zwischen Hochdruckspeicher und einem Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe eine Verbindungsbohrung mit darin angeordneter Ventilanordnung angeordnet ist;
- 3 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Ventilanordnung aus 2;
- 4 eine perspektivische Schnittdarstellung der Ventilanordnung aus 3;
- 5 eine Draufsicht auf eine Ventilanordnung gemäß 2 in einer zweiten Ausführungsform; und
- 6 eine perspektivische aufgeschnittene Darstellung der Ventilanordnung aus 5.
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1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems 10, bei dem ein Kraftstoff 12 von einer Vorförderpumpe 14 aus einem Tank 16 zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe 18 gefördert wird. In der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 wird der Kraftstoff 12 mit Hochdruck beaufschlagt, wobei die Menge an Kraftstoff 12, die in der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 mit Druck beaufschlagt wird, durch entsprechende aktive Ansteuerung eines Einlassventiles 20 eingestellt werden kann. Über eine Ventilanordnung 22, die eine Auslassventileinheit 24 aufweist, wird der druckbeaufschlagte Kraftstoff 12 dann einem Hochdruckspeicher 26 zugeführt, an dem Injektoren 28 angeordnet sind, über die der druckbeaufschlagte und gespeicherte Kraftstoff 12 in Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe 18 ist in einer Schnittdarstellung eines Teilbereichs des Kraftstoffeinspritzsystems 10 in größerem Detail in 2 gezeigt. Sie ist in der vorliegenden Ausführungsform als Kolbenpumpe ausgebildet und weist daher einen Pumpenkolben 30 auf, der sich in einem Druckraum 32 der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 im Betrieb translatorisch entlang einer Bewegungsachse 34 auf- und abbewegt. Durch diese Bewegung wird der in dem Druckraum 32 befindliche Kraftstoff 12 verdichtet und so druckbeaufschlagt. Über eine Verbindungsbohrung 36, die in der vorliegenden Ausführungsform in einem Pumpengehäuse 38 der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 angeordnet ist, gelangt der druckbeaufschlagte Kraftstoff 12 dann aus dem Druckraum 32 in den Hochdruckspeicher 26.
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Um einen gewünschten Druck in dem Kraftstoff 12, der sich in dem Hochdruckspeicher 26 befindet, bereitstellen zu können, ist in der Verbindungsbohrung 36 die Ventilanordnung 22 angeordnet, die in einer ersten Ausführungsform in 3 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt ist.
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Die Ventilanordnung 22 umfasst die Auslassventileinheit 24, die dafür sorgt, dass nur Kraftstoff 12 mit dem gewünschten Druck den Druckraum 32 in Richtung des Hochdruckspeichers 26 verlässt. Außerdem verhindert sie ein Rückfließen des verdichteten Kraftstoffes 12 in den Druckraum 32 zurück, wenn dort durch eine Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 30 ein Unterdruck entsteht.
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Weiter umfasst die Ventilanordnung 22 eine Druckbegrenzungsventileinheit 40. Diese Druckbegrenzungsventileinheit 40 verhindert einen zu großen Druckanstieg in dem Hochdruckspeicher 26, denn wenn der Druck in dem Hochdruckspeicher 26 einen bestimmten Wert überschreitet, wird über die Druckbegrenzungsventileinheit 40 ein gewisser Volumenstrom des Kraftstoffes 12 in den Druckraum 32 zurück abgesteuert.
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In einer in 3 und 4 gezeigten ersten Ausführungsform bildet die Auslassventileinheit 24 eine erste Ventileinheit 42 in der Ventilanordnung 22, und die Druckbegrenzungsventileinheit 40 bildet eine zweite Ventileinheit 44. Die beiden Ventileinheiten 42, 44 sind gemeinsam in einem Ventilgehäuse 46 aufgenommen. Da die Druckbegrenzungsventileinheit 40 gegen einen Hochdruck aus dem Hochdruckspeicher 26 sperrt, und die Auslassventileinheit 24 gegen einen Hochdruck aus dem Druckraum 32 sperrt, sind die erste Ventileinheit 42 und die zweite Ventileinheit 44 antiparallel zueinander geschaltet.
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Es ist zu erkennen, dass die erste Ventileinheit 42 aus einem einzigen Einzelventil 48 gebildet ist, während die zweite Ventileinheit 44 aus mehreren, nämlich vier, Einzelventilen 48 aufgebaut ist. Die Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 sind hydraulisch voneinander getrennt, und sperren gegen den gleichen Hochdruck, nämlich den, der aus dem Druckraum 32 wirkt, weshalb die Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 parallel geschaltet sind.
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Das Einzelventil 48 der ersten Ventileinheit 42 und auch die Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 weisen jedes für sich einen eigenen Einzelventildurchflussquerschnitt QE auf. Darunter soll der Querschnitt verstanden werden, der dem Kraftstoff 12 zur Verfügung steht, wenn er im vollständig geöffneten Zustand des jeweils betrachteten Einzelventils 48 dieses Einzelventil 48 durchströmt.
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Da die erste Ventileinheit 42 nur ein einziges Einzelventil 48 aufweist, bildet hier der Einzelventildurchflussquerschnitt QE auch gleichzeitig für die erste Ventileinheit 42 den gesamten ersten Durchflussquerschnitt Q1. Im Unterschied dazu ist die zweite Ventileinheit 44 jedoch aus mehreren kleineren Einzelventilen 48 ausgebildet, die jeweils einen eigenen Einzelventildurchflussquerschnitt QE aufweisen. Da diese Einzelventile 48 hydraulisch parallel geschaltet sind, summieren sich die Einzelventildurchflussquerschnitte QE der Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 zu dem zweiten Durchflussquerschnitt Q2.
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Durch diese in 3 und 4 gezeigte Anordnung ist es möglich, eine große Menge an Kraftstoff 12 bei einem Überdruck aus dem Hochdruckspeicher 26 über die zweite Ventileinheit 44 abzusteuern, es wird jedoch nicht so viel Bauraum benötigt, als wenn die zweite Ventileinheit 44, analog zu der ersten Ventileinheit 42, lediglich aus einem einzigen Einzelventil 48 gebildet wäre, das beispielsweise neben dem Einzelventil 48 der ersten Ventileinheit 42 angeordnet ist. Vielmehr ist die zweite Ventileinheit 44 in mehrere kleinere Einzelventile 48 aufgeteilt, die um die erste Ventileinheit 42 herum in dem ohnehin benötigten Bauraum für die erste Ventileinheit 42 verteilt angeordnet sind.
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Dadurch kann eine kompakte Bauweise einer Ventilanordnung 22, die sowohl eine Auslassventileinheit 24, als auch eine Druckbegrenzungsventileinheit 40 aufweist, erzielt werden.
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In der in 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ist beispielsweise die Druckbegrenzungsventileinheit 40 in vier kleine Druckbegrenzungsventile 41 unterteilt und diese vier kleinen Druckbegrenzungsventile 41 in einem nicht genutzten Bauraum der Auslassventileinheit 22 integriert.
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Um den Bauraum des Ventilgehäuses 46 optimal auszunutzen, sind die Einzelventile 48 der beiden Ventileinheiten 42, 44 auf einer Schnittfläche 49 senkrecht zur Ventilgehäuselängsachse 50 symmetrisch um die Ventilgehäuselängsachse 50 angeordnet. Insbesondere sind dabei die Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 symmetrisch, nämlich kreisförmig, um die erste Ventileinheit 42 angeordnet.
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In der vorliegenden und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Ventilanordnung 22 ist die erste Ventileinheit 42 durch die Auslassventileinheit 24 gebildet, während die zweite Ventileinheit 44 durch die Druckbegrenzungsventileinheit 40 gebildet ist. Es ist jedoch auch umgekehrt möglich, dass die erste Ventileinheit durch die Druckbegrenzungsventileinheit und die zweite Ventileinheit durch die Auslassventileinheit gebildet ist.
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Die Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 sind in der in 4 gezeigten Ausführungsform als gleichgebildet dargestellt. Das bedeutet, dass sie einen gleichen Einzelventildurchflussquerschnitt QE aufweisen. Es ist jedoch auch alternativ möglich, dass sich die Einzelventildurchflussquerschnitte QE der Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 voneinander unterscheiden, je nach Anforderungen an die Ventilanordnung 22. Zusätzlich ist auch denkbar, dass die Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 unterschiedliche Öffnungsdrücke aufweisen, und somit zu unterschiedlichen Druckverhältnissen in dem Hochdruckspeicher 26 bzw. in dem Druckraum 32 öffnen.
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In sämtlichen gezeigten Ausführungsformen sind die erste Ventileinheit 42 und die Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 als robuste Kugel-Kegel-Rückschlagventile ausgebildet und weisen eine zylindrische bzw. konische Ventilfeder 52 auf. Es sind jedoch auch alternative Ausführungsformen denkbar.
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Wie in 3 und 4 zu sehen ist, weist das Ventilgehäuse 46 für jedes aufzunehmende Einzelventil 48 eine zugeordnete Ventilbohrung 54 auf, wobei die Ventilbohrungen 54 hydraulisch voneinander getrennt und parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch wird entlang der Ventilgehäuselängsachse 50 der Bauraum optimal ausgenutzt und Bohrungsverschneidungen, die hinsichtlich Wirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzsystems 10 und Reduktion der Dauerfestigkeit von Bauteilen der Ventilanordnung 22 kritisch zu sehen sind, können vermieden werden.
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Die Ventilbohrungen 54 der Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 bilden jeweils einen Absatz 56 aus, der eine Stützgeometrie 58 für die Ventilfeder 52 des jeweils betrachteten Einzelventiles 48 bereitstellt.
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Bei der ersten Ventileinheit 42 bildet die zugeordnete Ventilbohrung 54 ebenfalls einen Absatz 56 aus, der jedoch nicht eine Stützgeometrie für die Ventilfeder sondern einen Ventilsitz 60 für ein Schließelement 62 der ersten Ventileinheit 42 bereitstellt.
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In der zweiten Ventileinheit 44 werden die Ventilsitze jeweils durch eine entsprechende Hülse 64 gebildet, während die Stützgeometrie für die Ventilfeder 52 in der ersten Ventileinheit 42 durch eine solche Hülse 64 bereitgestellt wird.
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Wie weiter aus 3 hervorgeht, weist die erste Ventileinheit 42 eine Abströmgeometrie in Form von Abströmausbuchtungen 66 auf, die in der Ventilbohrung 54 gebildet sind und sich radial zur Ventileinheitlängsachse 68 der ersten Ventileinheit 42 ausformen. Die Abströmausbuchtungen 66 sind dabei im Wesentlichen senkrecht zu der Ventileinheitlängsachse 68 blumenförmig ausgebildet. Die Ventilbohrungen 54, in denen die Einzelventile 48 der zweiten Ventileinheit 44 angeordnet sind, sind dabei zwischen jeweils zwei Abströmausbuchtungen 66 angeordnet. Dadurch kann eine maximale Ausnutzung des Bauraumes des Ventilgehäuses 46 realisiert werden.
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5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der Ventilanordnung, bei der die zweite Ventilanordnung 44 nicht durch eine Vielzahl an Einzelventilen 48, sondern lediglich durch zwei Einzelventile 48 gebildet ist. Dennoch sind auch hier die Einzelventile 48 der beiden Ventilanordnungen 42, 44 symmetrisch um die Ventilgehäuselängsachse 50 angeordnet, nämlich in einer Dreiecksform.
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Weiter ist in 6 zu erkennen, dass die Einzelventile 48 in Ventilbohrungen 54 angeordnet sind, die als Sacklochbohrungen 70 ausgebildet sind.
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Der wesentliche Unterschied der ersten Ausführungsform gemäß den 3 und 4 zu der zweiten Ausführungsform gemäß den 5 und 6 ist darin zu sehen, dass in der ersten Ausführungsform die Ventilanordnung 22 in einem Cartridgegehäuse 72 gebildet ist, das eine eigenständige komplette Baugruppe bildet, die außerhalb des Kraftstoffeinspritzsystems 10 komplett vormontiert und geprüft werden kann, und lediglich durch beispielsweise Einpressen, Crimpen oder Schweißen des Cartridgegehäuses 72 in die Verbindungsbohrung 36 befestigt werden muss. Im Gegensatz dazu sind die Ventilbohrungen 54, in denen die Einzelventile 48 der ersten und zweiten Ventileinheit 42, 44 untergebracht werden sollen, in der zweiten Ausführungsform gemäß 5 und 6 durch Wandbereiche der Verbindungsbohrung 36 gebildet, die den Hochdruckspeicher 26 mit dem Druckraum 32 verbindet.
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In der vorliegenden Ausführungsform gemäß 6 ist diese Verbindungsbohrung 36 in einem Hochdruckanschluss 76 gebildet, der eine Hauptbohrung 78 aufweist, in welcher die einzelnen Ventilbohrungen 54 eingebracht sind. Um dies besonders leicht realisieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Ventilbohrungen 54 als Sacklochbohrungen 70 gebildet sind.
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Es kommt daher zu einer Verschneidung der einzelnen Ventilbohrungen 54 mit der Hauptbohrung 78 des Hochdruckanschlusses 76, die im Wesentlichen eine zumeist kundenspezifische bzw. normgerechte Auslassbohrung zum Auslassen von Kraftstoff 12 aus der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 bereitstellt. Der Hochdruckanschluss 76 ist vorzugsweise durch Schweißverbindung mit dem Pumpengehäuse 38 verbunden. Jedoch sind Schraubverbindungen mit einer Verdrehsicherung als Befestigungsmethode nicht ausgeschlossen. Da der Hochdruckanschluss 76 zumeist senkrecht zu der Bewegungsachse 34 an dem Pumpengehäuse 38 befestigt wird, resultiert daraus, dass auch die Ventilbohrungen 54 senkrecht zu der Bewegungsachse 34 angeordnet sind.
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Die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform der Ventilanordnung 22 sind jeweils für unterschiedliche Durchfluss- und Druckanforderungen von verschiedenen Systemen ausgebildet. Beispielsweise benötigt ein 6-Zylinder-Motor ohne sog. HP-limp-home-Anforderung lediglich zwei Einzelventile 48 in einer Auslassventileinheit 24, und nur ein Einzelventil 48 in einer Druckbegrenzungsventileinheit 40. Dies ist in der zweiten Ausführungsform in 5 und 6 gezeigt. Bei einem 3-Zylinder-Motor mit strengen HP-limp-home-Anforderungen wird dagegen nur ein Einzelventil 48 in der Auslassventileinheit 24, jedoch mehrere Einzelventile 48 in der Druckbegrenzungsventileinheit 40 benötigt. Dies ist in der ersten Ausführungsform in den 3 und 4 gezeigt.
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In dem Hochdruckanschluss 76 bzw. in dem Cartridgegehäuse 72 ist die vorgesehene Anordnung der Ventileinheiten 42, 44 so gestaltet, dass je nach Anwendung die Anzahl der Einzelventile 48 in den Ventileinheiten 42, 44 variiert werden kann. Dadurch ist ein modularer Ansatz möglich, der flexibel auf kundenspezifische Wünsche reagieren kann. Hierzu wird der Raum, den die Ventilbohrungen 54 für die Einzelventile 48 benötigen, zwar in dem Ventilgehäuse 46 vorgesehen, wenn die größtmögliche Anzahl der Einzelventile 48 aber nicht benötigt wird, werden diese Ventilbohrungen 54 einfach nicht ausgeführt. Je nach Bedarf können zusätzliche Ventilbohrungen 54 hinzugefügt werden, so dass das gewünschte zusätzliche Einzelventile 48 verbaut werden können.
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Die Anwendung der oben beschriebenen Ventilanordnung 22 in einem Kraftstoffeinspritzsystem 10, bei dem die erste Ventileinheit 42 und die zweite Ventileinheit 44 als Auslassventileinheit 24 bzw. als Druckbegrenzungsventileinheit 40 ausgebildet sind, ist nur als beispielhafte Ausführungsform zu verstehen. Eine solche Ventilanordnung 22 kann in allen Pumpen mit einem integrierten Sicherheitsventil verwendet werden, beispielsweise in Ölpumpen.
