DE102018206763A1

DE102018206763A1 - Ventileinrichtung für eine Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102018206763A1
Application number: DE102018206763.5A
Authority: DE
Inventors: Jan Herrmann; Pablo Antonio Napal Jimenez; Sebastian Vietze
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2018-05-02
Publication date: 2019-11-07
Also published as: WO2019211021A1

Abstract

Ventileinrichtung für eine Hochdruckpumpe (24), mit einem in einem Gehäuse (30) eingepressten Ventilkörper (60), einem beweglichen Ventilelement (36), das bei geschlossener Ventileinrichtung (22) mit einem Dichtabschnitt (34) an einem Dichtsitz (32) des Ventilkörpers (60) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (34) als plane Fläche ausgebildet ist und der Dichtsitz (32) als konische Ringfläche ausgebildet ist, sodass der Dichtabschnitt (34) bei geschlossener Ventileinrichtung (22) entlang einer Ringlinie (65) an dem Dichtsitz (32) anliegt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung, sowie eine Hochdruckpumpe sowie Fertigungsverfahren zur Herstellung der Ventileinrichtung und der Hochdruckpumpe.
Ventileinrichtungen, beispielsweise Auslassventile einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine, sind vom Markt her bekannt. Häufig weisen solche Ventileinrichtungen einen in einem Gehäuse eingepressten Ventilkörper und ein bewegliches Ventilelement auf, das bei geschlossener Ventileinrichtung mit einem planen Dichtabschnitt an einem planen Dichtsitz des Ventilkörpers anliegt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es an Ventilen, die im geschlossen Zustand mit einem planen Dichtabschnitt des Ventilelements an einem planen Dichtsitz des Ventilkörpers anliegen, zu Adhäsionskräften kommt, die stark von der Größe der Fläche abhängen, mit der der Dichtabschnitt des Ventilelements an dem Dichtsitz des Ventilkörpers zur Anlage kommt. Diese Klebeeffekte verzögern das Öffnen des Ventils.
Kommen derartige Ventile als Auslassventile in Hochdruckpumpen zum Einsatz, treten Drucküberhöhungen im Förderraum der Pumpe auf und das Öffnen des Ventils erfolgt in Anschluss sehr abrupt, was neben einem verminderten Fördergrad der Pumpe und Verschleiß auch mit unerwünschten Geräuschen einhergeht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Dichtabschnitt als plane Fläche ausgebildet ist und der Dichtsitz als konische Ringfläche ausgebildet ist, sodass der Dichtabschnitt bei geschlossener Ventileinrichtung entlang einer Ringlinie an dem Dichtsitz anliegt.
Adhäsionskräfte zwischen dem Dichtabschnitt des Ventilelements und dem Dichtsitz des Ventilkörpers können so weitestgehend vermieden werden und das Ventil öffnet verzögerungsfrei. Es kommt in diesem Zusammenhang nicht zu unerwünschten Geräuschen. Die erfindungsgemäßen Ventileinrichtungen und die erfindungsgemäßen Hochdruckpumpen arbeiten leiser und wirkungsvoller als herkömmliche Ventileinrichtungen und Hochdruckpumpen.
Unter einem Anliegen entlang einer Ringlinie wird vorliegend ein Anliegen verstanden, zu dem es zwischen einer ebenen Fläche und einer Fläche mit der Form eines Ringkonus kommen kann. Kommt es in Folge des Anliegens zu einer elastischen - nicht aber plastischen - Verformung der ringkonischen Fläche und/oder der ebenen Fläche, wird das Anliegen insbesondere weiterhin als linienförmig aufgefasst, selbst wenn die Breite der Berühr-Linie hierdurch vorübergehend einen von Null verschiedenen Wert annimmt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Dichtsitz und der Dichtabschnitt miteinander einen Winkel α einschließen, der größer ist als 0,05° und/oder der kleiner als 2° ist. Mit solch kleinen Winkeln resultieren bereits die oben erläuterten vorteilhaften Wirkungen; anderseits lassen sich solche Ventileinrichtungen leicht und präzise fertigen, siehe unten.
Erfindungsgemäße Hochdruckpumpen weisen eine Ventileinrichtung der beschriebenen Art auf. Der Ventilkörper kann insbesondere unmittelbar oder mittelbar in das Gehäuse der Hochdruckpumpe eingepresst sein.
Die Erfindung umfasst auch ein Fertigungsverfahren zur Herstellung der Ventileinrichtung. Es sieht vor, dass der Ventilkörper zunächst eine plane Dichtsitzfläche aufweist, was sich mit geringem Aufwand und sehr hoher Präzision bewerkstelligen lässt. Es ist ferner vorgesehen, dass der Ventilkörper in das Gehäuse eingepresst wird, wobei die vormals plane Dichtsitzfläche durch den von außen nach innen wirkenden Druck im Ventilkörper in eine konische Ringfläche übergeht. Es resultiert eine präzise und einfach zu fertigende Dichtsitzfläche mit der gewünschten Geometrie. Das geschilderte Fertigungsverfahren ist wesentlich einfacher als die Herstellung der gleichen Bauteilgeometrie mittels spanender Feinbearbeitung. Im Vergleich zu letzterer hat die erfiundungsgemäße Lösung überdies den Vorteil, dass eine sehr geringe Rauheit der Dichtflächen erreicht werden kann.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Einpressen des Ventilkörpers in das Gehäuse mit einem radialen Übermaß von nicht weniger als 0,32% erfolgt. In eine Ausnehmung des Gehäuses mit dem Durchmesser von beispielsweise 12,000 mm würde also ein Ventilkörper eingebracht, der (unverpresst und bei gleicher Temperatur) einen Durchmesser von nicht weniger als 12,038 mm aufweist. Durch dieses über das Vorbekannte hinausgehende Übermaß wird sichergestellt, dass die gewünschte Verformung des Ventilkörpers eintritt.
Es zeigen:

1 ein vereinfachtes Schema eines Kraftstoffsystems mit einer Hochdruckpumpe und einer Ventileinrichtung;
2 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Ausführungsform der Ventileinrichtung gemäß 1 in geschlossenem Zustand; und
3 eine Detailansicht des in der 2 mit III bezeichneten Bereichs.

1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 einer Brennkraftmaschine in einer stark vereinfachten Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16, über eine Niederdruckleitung 18, und über ein Einlassventil 20 einem Förderraum 23 einer Hochdruckpumpe 24 zugeführt.
Das Einlassventil 20 ist beispielsweise ein Mengensteuerventil und von einem Elektromagneten betätigbar. Alternativ zu einem Elektromagneten kann auch beispielsweise ein Piezoaktor oder ein hydraulischer Aktor verwendet werden.
Die Hochdruckpumpe 24 weist ein Auslassventil auf, das in Form einer nachfolgend detaillierter beschriebenen Ventileinrichtung 22 ausgebildet ist. Die Ventileinrichtung 22 kommuniziert über eine Hochdruckleitung 26 mit einem Hochdruckspeicher 28.
Beim Betrieb des Kraftstoffsystems 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Dabei bestimmt das Einlassventil 20 die dem Förderraum 23 der Hochdruckpumpe 24 zugeführte Kraftstoffmenge.
Die Funktion der Ventileinrichtung 22 besteht darin, in einer Förderphase der Hochdruckpumpe 24 zu öffnen, um eine Fluidverbindung zwischen dem Förderraum 23 und dem Hochdruckspeicher 28 herzustellen, damit der Hochdruckspeicher 28 mit druckbeaufschlagtem Fluid gefüllt werden kann. In einer Saugphase der Hochdruckpumpe 24 schließt die Ventileinrichtung 22, um einen unerwünschten Rückfluss von Fluid aus dem Hochdruckspeicher 28 in den Förderraum 23 zu verhindern.
Die 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform der Ventileinrichtung 22 und der Hochdruckpumpe 24 gemäß 1 in einer vereinfachten Schnittdarstellung. Die in der Zeichnung dargestellten Elemente der Ventileinrichtung 22 sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Längsachse 29 ausgeführt und umfassen ein Gehäuse 30 der Hochdruckpumpe 24, einen in das Gehäuse 30 eingepressten Ventilkörper 60 mit einem Dichtsitz 32, an dem ein Dichtabschnitt 34 eines Ventilelements 36 bei geschlossener Ventileinrichtung 22 anliegt.
Die Ventileinrichtung 22 weist stromaufwärts des Dichtsitzes 32 einen sich parallel zu der Längsachse 29 erstreckenden Strömungskanal 38 auf.
Der Dichtabschnitt 34 ist als plane Fläche ausgebildet ist und der Dichtsitz 32 ist als konische Ringfläche ausgebildet, sodass der der Dichtabschnitt 34 bei geschlossener Ventileinrichtung 22 entlang einer Ringlinie 65 an dem Dichtsitz 32 anliegt.
Der Dichtsitz 32 und der Dichtabschnitt 34 schließen im Beispiel einen Winkel α miteinander ein, der 1° beträgt.
Die in der 2 gezeigte Ventileinrichtung 22 und die Hochdruckpumpe 24 sind hergestellt, indem der Ventilkörper 60 zunächst eine plane Dichtsitzfläche 32 aufweist, die nach dem Einpressen des Ventilkörpers 60 in das Gehäuse 30 der Hochdruckpumpe 28 in eine konische Ringfläche übergeht. Das Einpressen erfolgt in diesem Beispiel mit einem Übermaß von 0,32%. Sowohl das Gehäuse 30 als auch der Ventilkörper 60 bestehen im Beispiel aus rostfreiem Stahl.

Claims

Ventileinrichtung für eine Hochdruckpumpe (24), mit einem in einem Gehäuse (30) eingepressten Ventilkörper (60), einem beweglichen Ventilelement (36), das bei geschlossener Ventileinrichtung (22) mit einem Dichtabschnitt (34) an einem Dichtsitz (32) des Ventilkörpers (60) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (34) als plane Fläche ausgebildet ist und der Dichtsitz (32) als konische Ringfläche ausgebildet ist, sodass der Dichtabschnitt (34) bei geschlossener Ventileinrichtung (22) entlang einer Ringlinie (65) an dem Dichtsitz (32) anliegt.
Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (32) und der Dichtabschnitt (34) miteinander einen Winkel (α) einschließen, der größer ist als 0,05° und/oder der kleiner als 2° ist.
Hochdruckpumpe eines Kraftstoffsystems (10) einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Auslassventil zum Auslassen von Kraftstoff aus einem Förderraum (23) der Hochdruckpumpe (24), dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil eine Ventileinrichtung (22) nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) ein Gehäuse (30) der Hochdruckpumpe (24) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (60) zunächst eine plane Dichtsitzfläche (32) aufweist, die nach dem Einpressen des Ventilkörpers (60) in das Gehäuse (30) in eine konische Ringfläche übergeht
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einpressen des Ventilkörpers in das Gehäuse mit einem radialen Übermaß von nicht weniger als 0,32% erfolgt.
Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (60) zunächst eine plane Dichtsitzfläche (32') aufweist, die nach dem Einpressen des Ventilkörpers (60) in ein Gehäuse (30) der Hochdruckpumpe (28) in eine konische Ringfläche übergeht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einpressen des Ventilkörpers in das Gehäuse mit einem radialen Übermaß von nicht weniger als 0,32% erfolgt.