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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Kraftstoff-Hochdruckpumpe ist aus der
DE 10 2005 007 806 A1 bekannt und umfasst ein Pumpengehäuse und ein Druckbegrenzungsventil. Dieses ist in einer Ausnehmung im Pumpengehäuse aufgenommenen. Ein Endabschnitt einer Ventilfeder des Druckbegrenzungsventils ist in einem zylindrischen Endbereich der Ausnehmung angeordnet, wobei der Endbereich eine zylindrische Innenwand und eine stirnseitige Endwand aufweist. Der Endabschnitt der Ventilfeder stützt sich an der Endwand der Ausnehmung ab.
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Das Druckbegrenzungsventil verbindet in einem geöffneten Zustand einen auslassseitigen Hochdruckbereich mit einem Förderraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe. Dabei öffnet das Druckbegrenzungsventil dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem auslassseitigen Hochdruckbereich und dem Förderraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe einen Grenzwert überschreitet. Durch das Druckbegrenzungsventil wird also verhindert, dass der Druck in dem auslassseitigen Hochdruckbereich unzulässig hoch ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung. Die Merkmale können dabei sowohl in Alleinstellung als auch in ganz unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Hochdruckpumpe dient zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Als Kraftstoff kommt vorzugsweise Benzin zum Einsatz. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe verdichtet den Kraftstoff auf einen hohen Druck und fördert ihn zu Einspritzvorrichtungen, die den Kraftstoff direkt in jeweils zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe umfasst ein Druckbegrenzungsventil, welches ein durch eine Ventilfeder beaufschlagtes Ventilelement umfasst. Durch das Druckbegrenzungsventil wird der Druck in einem auslassseitigen Hochdruckbereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt. Überschreitet der dort herrschende Druck den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils, wird das Ventilelement gegen die Kraft der Ventilfeder von einem Ventilsitz abgehoben, so dass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in einen Förderraum und/oder einen Niederdruckbereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe zurückströmen kann.
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Zwischen der Ventilfeder und dem Ventilelement ist ein Halteelement angeordnet, in dem eine zentrische Durchgangsöffnung vorhanden ist, welche zu dem Ventilelement hin einen ringförmigen Anlagebereich für das Ventilelement bildet. Durch dieses Halteelement wird das Ventilelement zuverlässig relativ zur Ventilfeder, bei der es sich üblicherweise um eine Schraubenfeder handelt, gehalten. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Anlagebereich von mindestens einer Fluidverbindung durchsetzt wird. Durch eine solche Fluidverbindung kann also Kraftstoff, in axialer Richtung des Halteelements gesehen, von einer Seite des Anlagebereichs auf die andere Seite des Anlagebereichs hindurchströmen, auch wenn das Ventilelement vollständig am Anlagebereich anliegt.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird Kavitation in dem Anlagebereich verringert, wodurch wiederum Schädigungen am Ventilelement verringert werden und damit eine Verringerung der Dichtheit des Druckbegrenzungsventils über die Lebensdauer verhindert wird. Darüber hinaus wird auch die Kavitation in einem Bereich reduziert, der zwischen dem Ventilelement und einem dem Ventilelement zugeordneten Ventilsitz an einem Ventilkörper vorhanden ist. Dabei werden hierdurch sowohl Schäden am Ventilelement als auch am Ventilsitz verhindert oder zumindest verringert. Der Grund hierfür ist, dass eine Druckwelle, die aus einem Förderraum der Kraftstoff-Einspritzpumpe kommt, zwischen dem Halteelement und dem Ventilkörper weniger stark reflektiert wird, da die Druckwelle durch die Fluidverbindung zwischen dem Ventilelement und dem Halteelement abströmen kann und damit abgeschwächt wird. Hierdurch wird die Gefahr eines Unterdrucks im Bereich des Ventilsitzes, also dort, wo das Ventilelement am Ventilkörper anliegt, reduziert, was wiederum die Kavitationsneigung reduziert. Über die Lebensdauer wird so die Dichtheit zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz sowie die Stabilität des Öffnungsdrucks des Druckbegrenzungsventils verbessert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Anlagebereich eine konische Ringfläche umfasst. Insbesondere im Zusammenhang mit einem Ventilelement, welches eine zumindest in etwa entsprechende Gegenfläche aufweist, kann hierdurch auf einfache Art und Weise für eine zuverlässige Zentrierung des Ventilelements relativ zur Ventilfeder gesorgt werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Fluidverbindung mindestens einen Durchgangskanal aufweist. Diese Art der Fluidverbindung ist sehr leicht zu realisieren und sorgt für eine zuverlässige Verbindung, in axialer Richtung des Halteelements gesehen, von einer Seite des Anlagebereichs zur anderen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Anlagebereich eine Mehrzahl von Durchgangskanälen vorhanden ist. Dabei können diese Durchgangskanäle in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Querschnitt der einzelnen Durchgangskanäle relativ klein gehalten werden kann, gleichzeitig aber dennoch insgesamt eine Fluidverbindung mit einem vergleichsweise großen Gesamtquerschnitt geschaffen wird, wodurch die oben erwähnten Vorteile besonders prägnant sind.
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Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Durchgangskanal einen insgesamt in etwa rechteckigen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. Diese Querschnitte sind sehr einfach zu realisieren, wodurch die Herstellkosten gering gehalten werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventilelement kugelförmig ist. Ein solches Ventilelement ist sehr einfach herstellbar, wodurch die Herstellkosten gering gehalten werden, und bei einem solchen kugelförmigen Ventilelement treten die oben erwähnten Vorteile besonders deutlich zutage. Käme es nämlich zu einer Kavitation und würde hierdurch das kugelförmige Ventilelement örtlich beschädigt, und würde sich das kugelförmige Ventilelement aufgrund unsymmetrischer Strömungen oder anderer Effekte drehen, könnte es sein, dass das Ventilelement mit der beschädigten Stelle am Ventilsitz aufliegt, wodurch die Dichtheit des Druckbegrenzungsventils reduziert werden würde. Hierdurch würde insgesamt Effizienz und der Wirkungsgrad der Kraftstoff-Hochdruckpumpe reduziert. Dies alles wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen vermieden.
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Nachfolgend wird eine mögliche Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 einen teilweisen Schnitt durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Druckbegrenzungsventil;
- 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs der Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit dem Druckbegrenzungsventil;
- 3 einen Schnitt durch ein Halteelement des Druckbegrenzungsventils; und
- 4 eine perspektivische Darstellung des Halteelements von 3.
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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 - vorliegend beispielhaft Benzin - 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 32 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 Ventilkugel zusammenwirkt. Auf der vom Ventilsitz 42 abgewandten Seite des Ventilelements 44 ist ein Halteelement 46 angeordnet, in dem eine Durchgangsöffnung 48 vorhanden ist, die in Längsrichtung des Halteelements 46, also wiederum parallel zur Längsachse 29, läuft.
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Auf der vom Ventilelement 44 abgewandten Seite des Halteelements 46 weist das Halteelement 46 einen zapfenartigen Fortsatz 50 auf. Auf diesen ist ein in 2 linker erster Endabschnitt 52 einer als Spiralfeder ausgebildeten Ventilfeder 54 aufgeschoben. Ein in 2 rechter zweiter Endabschnitt 56 der Ventilfeder 54 des Druckbegrenzungsventils 22 ist in einem zylindrischen Endbereich 58 der Ausnehmung 26 angeordnet. Auf der dem Ventilelement 44 zugewandten Seite des Halteelements 46, wie unter anderem auch aus den 3 und 4 ersichtlich ist, bildet die Durchgangsöffnung 48 zum Ventilelement 44 hin einen ringförmigen Anlagebereich 60 für das Ventilelement 44. Dabei umfasst der ringförmige Anlagebereich 60 insoweit eine konische Ringfläche, als er durch diese gebildet ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist das Ventilelement 44 bereichsweise in dem ringförmigen Anlagebereich 60 aufgenommen, so dass es durch diesen relativ zur Längsachse 29 des Halteelements 46 zentriert wird.
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Der Anlagebereich 60 wird, in Richtung der Längsachse 29 des Halteelements 46 gesehen, von drei in Umfangsrichtung des ringförmigen Anlagebereichs 60 gesehen gleichmäßig verteilt angeordneten Durchgangskanälen 62 durchsetzt. Diese bilden eine Fluidverbindung, in Richtung der Längsachse 29 des Halteelements 46 gesehen, von einer Seite des Anlagebereichs 60 zur anderen Seite des Anlagebereichs 60 auch dann, wenn das Ventilelement 44 an dem Anlagebereich 60 anliegt. Es versteht sich, dass grundsätzlich auch eine andere Anzahl und auch eine andere Anordnung der Durchgangskanäle 62 denkbar ist. Auch ist denkbar, dass die Fluidverbindung nicht durch Durchgangskanäle 62, sondern beispielsweise durch eine starke Rauigkeit oder Welligkeit des Anlagebereichs 60 herbeigeführt wird. Aus 4 ist ersichtlich, dass die Durchgangskanäle 62 einen insgesamt rechteckigen Querschnitt aufweisen. Grundsätzlich denkbar sind aber auch andere Querschnitte, beispielsweise ein halbkreisförmiger Querschnitt.
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Im Betrieb kann es im Bereich des Druckbegrenzungsventils 22 in verschiedenen Betriebssituationen und aus unterschiedlichen Gründen und an unterschiedlichen Stellen zu Strömungen und/oder Druckwellen mit entsprechenden Druckdifferenzen kommen. Durch die Durchgangskanäle 62 wird erreicht, dass auch dann, wenn das Ventilelement 44 an dem Anlagebereich 60 anliegt, Kraftstoff von dem zwischen dem Ventilsitzkörper 38 und dem Halteelements 46 gelegenen Bereich in die Durchgangsöffnung 48 im Halteelements 46 strömen kann, wodurch extreme Unterdrücke und hierdurch entstehende Kavitation vermieden werden.
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Eine solche Betriebssituation kann bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil 22 beispielsweise darin bestehen, dass aus dem Förderraum 16 über den ersten Kanal 24 eine Druckwelle in den zweiten Kanal 26 gelangt, in dem das Druckbegrenzungsventil 22 aufgenommen ist. Eine solche Druckwelle ist in 2 durch Pfeile 64 angedeutet. Die Druckwelle 64 pflanzt sich weiter in dem zweiten Kanal 26 entsprechend Pfeilen 66 bis in den Bereich zwischen dem Ventilsitzkörper 38 und dem Halteelement 46. Aufgrund der Durchgangskanäle 62 kann die Druckwelle in die Durchgangsöffnung 48 abströmen, was in 2 durch Pfeile 68 angedeutet ist. Auf diese Weise kommt es zu geringeren Reflexionen der Druckwelle 64,66 am Ventilelement 44 und am Ventilsitzkörper 38, wodurch die Gefahr, dass ein starker Unterdruck im Bereich des Ventilsitzes 42 zwischen dem Ventilelement 44 und dem Ventilsitzkörper 38 entsteht, reduziert wird. Hierdurch wird auch die Kavitationsneigung in diesem Bereich reduziert, wodurch Beschädigungen sowohl am Ventilelement 44 als auch am Ventilsitz 42 verhindert werden.
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Eine weitere Betriebssituation liegt bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil 22 vor, wenn Kraftstoff außen am Halteelement 46 vorbei in Richtung zum ersten Kanal 24 strömt. Hierdurch kommt es zu einem starken Unterdruck in der Durchgangsöffnung 48 im Halteelement 46 und, wenn keine Durchgangskanäle 62 im Anlagebereich 60 vorhanden wären, zur Gefahr von Kavitation im Anlagebereich 60. Durch diese könnte das Ventilelement 44 beschädigt werden. Auch dies wird durch die Durchgangskanäle 62 verhindert, da diese einen Druckausgleich (in einem gewissen Umfang) über den Anlagebereich 60 hinweg ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005007806 A1 [0002]
