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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine dazugehörige Kraftstoff-Hochdruckpumpe.
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Kraftstoff-Hochdruckpumpen für Kraftstoffsysteme von Brennkraftmaschinen, beispielsweise für eine Benzindirekteinspritzung, sind vom Markt her bekannt. Bei diesen Brennkraftmaschinen wird Kraftstoff aus einem Kraftstofftank mittels einer Vorförderpumpe und der mechanisch angetriebenen Hochdruckpumpe unter hohem Druck in einen Hochdruckspeicher („Rail“) gefördert.
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Derartige Kraftstoffsysteme weisen üblicherweise ein Druckbegrenzungsventil auf, das verhindert, dass ein Druck in dem Hochdruckspeicher zu stark ansteigt. Erreicht der Druck im Hochdruckspeicher einen zu hohen Wert, so öffnet im Saughub der Hochdruckpumpe das Druckbegrenzungsventil zu einem Förderraum der Hochdruckpumpe des Kraftstoffsystems hin und der Druck im Hochdruckspeicher wird nicht weiter erhöht, sondern Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in den Förderraum abgesaugt. Das Druckbegrenzungsventil öffnet dabei, wenn der Druck im Hochdruckspeicher derart groß ist, dass eine Druckdifferenz, die zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Förderraum im Saughub der Hochdruckpumpe auftritt, einen Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils überschreitet.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch ein Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass durch das Vorsehen der Aussparung eine Führung des Ventilelements bereitgestellt werden kann, um so zum einen einen unerwünschten Verlust des Ventilelements wirksam zu verhindern und ferner einen Verschleiß des Ventilelements bzw. des Haltestücks zu verringern.
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Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2 gelöst. Zusätzlich oder alternativ kann es sich bei dem Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2 um eine vorteilhafte Ausgestaltung des Druckbegrenzungsventils nach Anspruch 1 handeln.
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Die Erfindung weist hierbei den Vorteil auf, dass aufgrund des Vorsehens einer Halbkugel die Masse des Ventilelements verringert ist und somit die Einschlagenergie gegen den Ventilsitz reduziert ist. Hierdurch kann eine höhere Verschleißfestigkeit bereitgestellt werden. Gegenüber einem kugelförmig ausgebildeten Ventilelement, welches sich dreht, wird zudem ein besseres Einlaufverhalten und damit eine verbesserte Dichtheit bereitgestellt.
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In einer Ausgestaltung des Druckbegrenzungsventils liegt die ebene Fläche des Ventilelements am Haltestück an. Hierdurch kann eine besonders sichere Führung auf einfache Art und Weise bereitgestellt werden.
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Denkbar ist weiterhin, dass die ebene Fläche des Ventilelements in der Aussparung aufgenommen ist. Auch diese ermöglicht eine besonders sichere Führung des Ventilelements durch das Haltestück.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass ein dem Ventilsitz abgewandter Endbereich des Ventilelements in der Aussparung aufgenommen ist. Hierdurch kann insbesondere ein unerwünschter Verlust des Ventilelements wirksam verhindert werden.
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Vorgeschlagen wir zudem, dass das Ventilelement formschlüssig in der Aussparung angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung wird auf besonders sichere Weise ein Verlust des Ventilselements verhindert.
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In einer anderen Ausgestaltung ist denkbar, dass die Aussparung zylindrisch ausgebildet ist. Insbesondere kann diese kreiszylindrisch ausgebildet sein. Insbesondere dann, wenn das Ventilelement halbkugelförmig ausgebildet ist, kann somit eine besonders vorteilhafte Aufnahme des Ventilelements in der Aussparung bereitgestellt werden, um Verschleiß zu vermindern und unerwünschten Verlust des Ventilelements zu vermeiden.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch gelöst durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, umfassend ein erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil. Das Druckbegrenzungsventil kann dabei zu einem Förderraum hin öffnen. Das Druckbegrenzungsventil kann ferner fluidisch zwischen dem Förderraum und einem Hochdruckspeicher angeordnet sein. Durch diese Anordnung kann insbesondere die Gefahr zu hoher Drücke im Rail minimiert werden, in dem eine Gefahr des Berstens oder eine Gefahr, dass Injektoren nicht mehr öffnen, reduziert werden kann. Ferner kann insbesondere vermieden werden, dass das Druckbegrenzungsventil bei zu niedrigen Drücken öffnet und somit der Systemdruck im Rail nicht mehr erreicht bzw. gehalten werden kann.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnung erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Pumpengehäuse, einem Druckbegrenzungsventil, und einer Ausnehmung, in der das Druckbegrenzungsventil aufgenommen ist; und
- 2 eine vergrößerte Detaildarstellung der Ausnehmung und des Druckbegrenzungsventils von 1.
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Funktionsäquivalente Elemente und Bereiche tragen in den nachfolgenden Figuren die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail erläutert.
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In 1 trägt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 weist ein insgesamt im Wesentlichen zylindrisches Pumpengehäuse 12 auf, in oder an dem die wesentlichen Komponenten der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 angeordnet sind. So weist die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 ein Einlass-/Mengensteuerventil 14, einen in einem Förderraum 16 angeordneten, durch eine nicht gezeigte Antriebswelle in eine Hin-und Herbewegung versetzbaren Förderkolben 18, ein Auslassventil 20 und ein Druckbegrenzungsventil 22 auf.
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In dem Gehäuse 12 ist ein erster Kanal 24 vorhanden, der sich koaxial zum Förderraum 16 und zum Förderkolben 18 erstreckt und der vom Förderraum 16 zu einem zweiten Kanal 26 in Form einer insgesamt im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung führt, die in einem Winkel von 90° zum ersten Kanal 24 angeordnet ist und in der das Druckbegrenzungsventil 22 aufgenommen ist. Eine Längsachse des Pumpengehäuses 12 trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 28, eine Längsachse der Ausnehmung 26 das Bezugszeichen 29. In 1 oben ist in dem Pumpengehäuse 12 ein Druckdämpfer 30 angeordnet.
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Im Betrieb wird vom Förderkolben 18 bei einem Saughub Kraftstoff über das Einlass- und Mengensteuerventil 14 in den Förderraum 16 angesaugt. Bei einem Förderhub wird der im Förderraum 16 befindliche Kraftstoff verdichtet und über das Auslassventil 20 beispielsweise in einen Hochdruckbereich 32, beispielsweise zu einer Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“) ausgestoßen, wo der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Der Hochdruckbereich 32 ist über einen Auslassstutzen 34 mit der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 verbunden. Die Kraftstoffmenge, die bei einem Förderhub ausgestoßen wird, wird dabei durch das elektromagnetisch betätigte Einlass- und Mengensteuerventil 14 eingestellt. Bei einem unzulässigen Überdruck im Hochdruckbereich öffnet das Druckbegrenzungsventil 22, wodurch Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Förderraum 16 strömen kann.
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Das Druckbegrenzungsventil 22 verbindet, wie gesagt, in einem geöffneten Zustand den Hochdruckbereich 32 mit dem Förderraum 16 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10. Dabei öffnet das Druckbegrenzungsventil 22 dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem auslassseitigen Hochdruckbereich 32 und dem Förderraum 16 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 einen Grenzwert überschreitet. Durch das Druckbegrenzungsventil 22 wird also verhindert, dass der Druck in dem auslassseitigen Hochdruckbereich 32 unzulässig hoch ist.
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Die Komponenten des Druckbegrenzungsventils 22 werden nun insbesondere unter Bezugnahme auf 2 stärker im Detail erläutert. Zu dem Druckbegrenzungsventil 22 gehört zunächst ein hülsenartiger Ventilsitzkörper 38, der in die Ausnehmung 26 eingepresst ist und in dem ein in Längsrichtung 29 des Ventilsitzkörpers 38 verlaufender Kanal 40 vorhanden ist. Am in 2 rechten Ende des Kanals 40 ist an dem Ventilsitzkörper 38 ein Ventilsitz 42 ausgebildet, der mit einem Ventilelement 44 in Form einer Halbkugel zusammenwirkt. Auf der vom Ventilsitz 42 abgewandten Seite des Ventilelements 44 ist ein Haltestück 46 angeordnet. Auf der vom Ventilelement 44 abgewandten Seite des Haltestücks 46 weist das Haltestück 46 einen zapfenartigen Fortsatz 48 auf. Auf diesen ist ein in 2 linker erster Endabschnitt 50 einer als Spiralfeder ausgebildeten Ventilfeder 52 aufgeschoben. Ein in 2 rechter zweiter Endabschnitt 54 der Ventilfeder 52 des Druckbegrenzungsventils 22 ist in einem zylindrischen Endbereich 56 der Ausnehmung 26 angeordnet. Bei der Ventilfeder 52 handelt es sich folglich um ein Beaufschlagungselement, dass das Ventilelement 44 entgegen einer Öffnungsrichtung 58 gegen den Ventilsitz 42 beaufschlagt.
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Das Haltestück 46 weist an seinem dem Ventilsitz 42 zugewandten Bereich eine Aussparung 60 auf. Diese ist kreiszylindrisch ausgebildet und umfasst eine Mantelfläche 62 und eine Bodenfläche 64. Der dem Ventilsitz 42 abgewandte Endbereich des Ventilelements 44 ist in dieser Aussparung 60 aufgenommen und kann darin formschlüssig oder im Wesentlichen formschlüssig angeordnet sein. Dabei liegt die ebene Fläche 66 des halbkugelförmigen Ventilelements 44 an der Bodenfläche 64 der Aussparung 60 an.
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Dadurch, dass das Ventilelement 44 halbkugelförmig ausgebildet ist, kann im Vergleich zu einer kugelförmigen Ausbildung zum einen der Verschleiß verringert werden und zwar insbesondere dadurch, dass die Ventilelementmasse verringert ist und somit die Einschlagenergie gegen den Ventilsitz 42 reduziert ist. Zum anderen kann gegenüber einem sich drehenden kugelförmigen Ventilelement ein verbessertes Einlaufverhalten und damit eine verbesserte Dichtheit bereitgestellt werden. Dies inbesondere auch dadurch, dass das Haltestück 46 die Aussparung 60 aufweist, welche zur Führung des Ventilelements 44 dient und somit auch einen Verlust des Ventilelements 44 wirksam verhindern kann.
