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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Beispielsweise aus der
DE102004013307 A1 ist eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe bekannt, die Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich, beispielsweise stromabwärts von einer Vorförderpumpe, in einen Hochdruckbereich, insbesondere in einen Hochdruckspeicher (Rail) fördert. Dazu weist die bekannte Kraftstoff-Hochdruckpumpe neben einem Einlassventil und einem Auslassventil ein Druckbegrenzungsventil auf, welches einen Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich auf einen vorgebbaren Maximalwert begrenzt, sodass mögliche Beschädigungen des Kraftstoffsystems verhindert werden. Gemäß Stand der Technik weist das Druckbegrenzungsventil einen Ventilkörper, ein Ventilelement und eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Ventilfeder auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Ventilfeder des Druckbegrenzungsventils einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe durch Druckpulsationen, die im vom Auslass stromaufwärtigen Bereich, beispielsweise im Förderraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe, auftreten, zu Schwingungen senkrecht zu der Öffnungs-/Schließrichtung des Druckbegrenzungsventils angeregt wird. Hierdurch ist die Funktion des Druckbegrenzungsventils beeinträchtigt. Beispielsweise kann es durch solche Anregungen zu unbeabsichtigten, kurzzeitigen Öffnungen des Druckbegrenzungsventils kommen, selbst, wenn die an dem Druckbegrenzungsventil anliegende Druckdifferenz hierzu eigentlich nicht ausreicht. Insgesamt ist der Liefergrad und damit die Effizienz der Pumpe durch diesen Effekt herabgesetzt. Weiterhin ist das Ventil durch diese Öffnungen übermäßigem Verschleiß ausgesetzt.
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Die Erfindung betrifft ein Ventil, dessen Druckbegrenzungsventil eine Ventilfeder aufweist, die als Wavespring ausgebildet ist. Wavesprings können zwar grundsätzlich auch zu Schwingungen senkrecht zu der Öffnungs-/Schließrichtung des Druckbegrenzungsventils angeregt werden, allerdings weisen diese Federn durch ihr Profil in radialer Richtung eine im Vergleich zu Spiraldruckfedern erhöhte Formsteifigkeit auf und die resultierenden Schwingungsamplituden sind daher geringer. Es kommt nicht zu unbeabsichtigten, kurzzeitigen Öffnungen des Druckbegrenzungsventils. Insgesamt ist der Liefergrad und damit die Effizienz der Pumpe durch die vorliegende Erfindung erhöht. Weiterhin wird der Verschleiß des Ventils reduziert.
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Unter einer Wavespring wird vorliegend insbesondere eine aus Flachdraht über die lange Profilseite in Wellen gewickelte Feder verstanden.
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Unter einer Wavespring wird vorliegend eine Wellenfeder verstanden, insbesondere eine aus Flachdraht gewickelte Feder, deren lange Profilseiten in die radiale Richtung weisen und deren Wellen in die axiale Richtung weisen.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine;
- 2 einen Längsschnitt durch ein Druckbegrenzungsventil einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe des Kraftstoffsystems von 1 und
- 3 die erfindungsgemäß als Wavespring ausgebildete Ventilfeder des Druckbegrenzungsventils
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Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16, über eine Niederdruckleitung 18, über einen Einlass 20 eines von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 22 betätigbaren Mengensteuerventils 24 einem Förderraum 26 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 zugeführt. Beispielsweise kann das Mengensteuerventil 24 ein zwangsweise öffenbares Einlassventil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 sein.
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Vorliegend ist die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 als Kolbenpumpe ausgeführt, wobei ein Kolben 30 mittels einer Nockenscheibe 32 in der Zeichnung vertikal bewegt werden kann. Hydraulisch zwischen dem Förderraum 26 und einem Auslass 36 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 ist ein in der 1 als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes Auslassventil 40 sowie ein ebenfalls als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes Druckbegrenzungsventil 42 angeordnet. Der Auslass 36 ist an eine Hochdruckleitung 44 und über diese an einen Hochdruckspeicher 46 („Common Rail“) angeschlossen.
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Das Auslassventil 40 kann zum Auslass 36 und das Druckbegrenzungsventil 42 zu dem Förderraum 26 hin öffnen. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 22 wird durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 48 angesteuert. Abweichend von der Darstellung der 1 kann ein in der 1 linker Anschluss des Druckbegrenzungsventils 42 alternativ statt mit dem Auslass (ohne Bezugszeichen) der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 auch mit dem Förderraum 26, dem Niederdruckbereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 oder einem beliebigen sonstigen Element stromaufwärts der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 verbunden sein.
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Im Betrieb des Kraftstoffsystems 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Das Mengensteuerventil 24 kann in Abhängigkeit von einem jeweiligen Bedarf an Kraftstoff geschlossen und geöffnet werden. Hierdurch wird die zu dem Hochdruckspeicher 46 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst. Im Normalfall ist das Druckbegrenzungsventil 42 geschlossen.
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Wenn in einem vom Normalfall abweichenden Betriebsfall ein Kraftstoffdruck in der Hochdruckleitung 44 höher ist als ein Kraftstoffdruck in einem Bereich des Förderraums 26 (zuzüglich einer Federkraft einer Ventilfeder 60 des Druckbegrenzungsventils 42, siehe auch die 2), so kann das Druckbegrenzungsventil 42 öffnen und somit kann Kraftstoff aus der Hochdruckleitung 44 zurück in den Förderraum 26 und von dort gegebenenfalls zurück in die Niederdruckleitung 18 strömen. Durch die Expansion kann der Kraftstoffdruck in der Hochdruckleitung 44 auf einen zulässigen Wert sinken und das Druckbegrenzungsventil 42 wieder schließen.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch das Druckbegrenzungsventil 42 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 von 1. Das Druckbegrenzungsventil 42 ist hydraulisch zwischen dem Auslass 36 und einem vom Auslass 36 stromaufwärtigen Bereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 angeordnet und kann zu dem stromaufwärtigen Bereich hin öffnen. Das Druckbegrenzungsventil 42 bzw. dessen nachfolgend näher beschriebene Elemente sind in diesem Beispiel im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt.
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Das Druckbegrenzungsventil 42 umfasst ein im Wesentlichen als zylindrische Hülse ausgeführtes Gehäuse 50. An einer in der 1 linken Stirnseite weist das Gehäuse 50 eine axiale erste Öffnung 52 auf, wobei ein Radius der Öffnung 52 einem Innenradius der zylindrischen Hülse entspricht. Die erste Öffnung 52 ist hydraulisch dem Auslass 36 bzw. dem zu diesem stromabwärtigen Hochdruckbereich zugeordnet. An einer in der 2 rechten Stirnwand 54 ist das Gehäuse 50 geschlossen ausgeführt. In einem rechten unteren Abschnitt weist das Gehäuse 50 eine radiale zweite Öffnung 56 auf. Die zweite Öffnung 56 ist hydraulisch dem besagten stromaufwärtigen Bereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 zugeordnet und beispielsweise mit dem Förderraum 26 verbunden. Vorliegend ist das Gehäuse 50 einstückig ausgeführt.
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In einem in der 2 horizontal mittleren Abschnitt weist das Druckbegrenzungsventil 42 ein Schließelement 58 auf, welches von einer als Ventilfeder 60 mittels eines Schließkörpers 62 in Schließrichtung beaufschlagt wird, also in der 2 nach links. Vorliegend ist das Schließelement 58 eine „frei fliegende“ Ventilkugel. Alternativ kann es sich beispielsweise auch um einen Ventilkegel, insbesondere um einen „frei fliegenden“ Ventilkegel handeln.
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Vorliegend weist der Schließkörper 62 an dem tellerförmigen Endabschnitt 62a eine Zentrierausnehmung 66 zur radialen Halterung des Schließelements 58 auf.
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In einem in der 2 linken Abschnitt des Gehäuses 50 ist ein Ventilkörper 68 angeordnet, der an einer radial äußeren Mantelfläche in dem Gehäuse 50 reibschlüssig gehalten und vorzugsweise darin eingepresst ist. Der Ventilkörper 68 weist einen durchgehenden axialen zentrischen Längskanal 70 auf, welcher abschnittsweise einen konstanten Innendurchmesser aufweist. Der Längskanal 70 ist durch die erste Öffnung 52 mit dem Auslass 36 hydraulisch verbunden. An einem in der 2 rechten Endabschnitt des Längskanals 70 ist an dem Ventilkörper 68 ein radial umlaufender Ventilsitz 72 ausgebildet, welcher mit dem Schließelement 58 zusammenwirkt.
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In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 50 des Druckbegrenzungsventils 42 ein integraler Bestandteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 und somit kein eigenständiges Element. Dazu weist die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 beispielsweise eine zylindrische Bohrung auf, in welcher die funktionalen Elemente des Druckbegrenzungsventils 42 aufgenommen sind.
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Im vorliegenden Beispiel ist das Schließelement 58 als Kugel ausgeführt. Gleichwohl könnte es in alternativen Ausführungsformen auch eine andere geometrische Form aufweisen, beispielsweise die eines Kegels oder einer Platte.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ventilfeder 60 nicht wie in der 2 gezeigt als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, sondern als Wavespring 60', siehe 3.
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Die Wavespring 60` ist als eine aus Flachdraht über die lange Profilseite 61 in Wellen 64 gewickelte Feder ausgebildet, deren lange Profilseiten 61 in die radiale Richtung weisen und deren Wellen 64 in die axiale Richtung, also in 3 nach links bzw. rechts, weisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004013307 A1 [0002]
