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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik, zum Beispiel aus der
EP 2 344 749 B1 der Anmelderin, ist bereits eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Einlass zur Zuführung von Kraftstoff, mit einem Auslass zur Ausgabe von verdichtetem Kraftstoff, mit einem Pumpengehäuse, einem im Pumpengehäuse angeordneten Förderraum, mit einem im Pumpengehäuse längs einer Längsrichtung verschiebbaren Pumpenkolben, der den Förderraum begrenzt, mit einem zwischen dem Einlass und dem Förderraum angeordneten Einlassventil, das zum Förderraum hin öffnet, mit einem zwischen dem Förderraum und dem Auslass angeordneten Auslassventil, das vom Förderraum weg öffnet, mit einem Hochdruckbereich, der fluidisch zwischen dem Auslassventil und dem Auslass erstreckt ist, mit einem Niederdruckbereich, der fluidisch zwischen dem Einlass und dem Einlassventil erstreckt ist, und mit einem Druckbegrenzungsventil, das den Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich fluidisch verbindet und zum Niederdruckbereich hin öffnet, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich abströmt, wenn die Druckdifferenz zwischen Kraftstoff in dem Hochdruckbereich und Kraftstoff in dem Niederdruckbereich einen Öffnungsdruck überschreitet, bekannt.
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Gemäß dem oben genannten Stand der Technik ist vorgesehen, dass ein Auslass des Druckbegrenzungsventils mit einem zum Niederdruckbereich gehörenden Aufnahmeraum eines Druckdämpfers der Kraftstoff-Hochdruckpumpe verbunden ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht von der Beobachtung der Erfinder aus, dass die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung zu einer potentiell übermäßigen mechanischen Belastung des Druckdämpfers führt. Indem Druckpulsationen aus dem Hochdruckbereich durch das Druckbegrenzungsventil hindurch in den Aufnahmeraum gelangen und dort auf den eigentlich lediglich für den Niederdruck ausgelegten Druckdämpfer beaufschlagen, kommt es an diesem zu Verschleiß und zu unerwünschter Schallbildung. Darüber hinaus wird die eigentliche Funktion des Druckdämpfers, Druckpulsationen zu dämpfen, deren Quelle im Niederdruckbereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe liegen, beeinträchtigt.
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Um die mit der Druckbegrenzungsfunktion der Kraftstoff-Hochdruckpumpe einhergehende mechanische Belastung bzw. den Verschleiß und überdies die Schallbildung zu minimieren, ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil den Hochdruckbereich mit einem Einlassventilbereich des Niederdruckbereichs fluidisch verbindet und zum Einlassventilbereich hin öffnet, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Einlassventilbereich abströmt, wenn die Druckdifferenz zwischen Kraftstoff in dem Hochdruckbereich und Kraftstoff in dem Niederdruckbereich einen Öffnungsdruck überschreitet, wobei sich der Einlassventilbereich des Niederdruckbereichs geometrisch zwischen dem Einlassventil und einem das Einlassventil über einen Stößel beaufschlagenden elektromagnetischen Aktor der Kraftstoff-Hochdruckpumpe befindet.
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Bei dem elektromagnetischen Aktor der Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann es sich um eine Komponente handeln, die ein Aktorgehäuse aufweist, das am Pumpengehäuse fixiert ist, insbesondere mit dem Pumpengehäuse verschraubt, verpresst oder verschweißt ist. Der elektromagnetische Aktor kann eine pumpenfeste elektrische Spule aufweisen und einen mit dieser verbundenen elektrischen Anschluss aufweisen. Beispielsweise kann ein entsprechend der Bestromung der Spule verschieblicher Anker vorgesehen sein, der mit einem Stößel mechanisch gekoppelt ist. Der Stößel ist somit insbesondere durch den elektromagnetischen Aktor verschiebbar, um das Einlassventil zu öffnen bzw. zu schließen, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe.
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Der elektromagnetischen Aktor kann beispielsweise derart ausgeführt sein, dass er den Stößel nur dann in eine das Einlassventil öffnende Position vorschiebt, wenn die elektrische Spule bestromt ist. Alternativ kann der elektromagnetische Aktor beispielsweise derart ausgeführt sein, dass er dem Stößel nur dann ermöglicht, sich zurückzuziehen, sodass das Einlassventil gegebenenfalls schließen kann, wenn die elektrische Spule bestromt ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Auslassventil in einer Auslassventilbohrung des Pumpengehäuses fixiert ist und dass das Druckbegrenzungsventil in einer Druckbegrenzungsventilbohrung des Pumpengehäuses fixiert ist.
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Sind weiterhin die Auslassventilbohrung und die Druckbegrenzungsventilbohrung zueinander geometrisch parallel orientiert, so hat dies zum einen den Vorteil, dass eine Bearbeitung, beispielsweise Zerspanung, des Pumpengehäuses zur Herstellung der Druckbegrenzungsventilbohrung und der Auslassventilbohrung erleichtert wird, da die Bearbeitung in die gleiche Richtung und somit beispielsweise sogar mit dem gleichen Werkzeug und/oder beispielsweise gleichzeitig, erfolgen kann.
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Zum anderen wird hierdurch die Montage der Kraftstoff-Hochdruckpumpe erleichtert, da die dem Druckbegrenzungsventil und dem Auslassventil zugehörigen Bohrungen in die gleiche Richtung weisen und das Druckbegrenzungsventil und das Auslassventil somit in einfacher Weise, beispielsweise mit dem gleichen Werkzeug und/oder beispielsweise gleichzeitig eingebracht werden können.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Auslass als ein an dem Pumpengehäuse fixierter Auslassstutzen ausgebildet ist. Der Auslassstutzen hat insbesondere eine rohrartige Grundgestalt und kann beispielsweise an dem Pumpengehäuse verschweißt oder verschraubt sein und ferner seinerseits Mittel umfassen, mit denen an ihm eine Hochdruckleitung dicht befestigt werden kann, beispielsweise ein Gewinde oder dergleichen.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Pumpengehäuse und dem Auslassstutzen ein Auslassstutzenraum ausgebildet ist. Der Auslassstutzenraum kann einerseits aus dem zu dem Pumpengehäuse weisenden Teil des Innenraums des Stutzens bestehen bzw. diesen umfassen. Der Auslassstutzenraum kann zusätzlich auch eine von dem Auslassstutzen abgedeckte Ausnehmung in dem Pumpenkörper umfassen, insbesondere aus diesen beiden Teilräumen bestehen. Alternativ kann der Auslassstutzenraum aus der von dem Auslassstutzen abgedeckten Ausnehmung in dem Pumpenkörper bestehen.
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Es kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Auslassventilbohrung und die Druckbegrenzungsventilbohrung beide von dem Auslassstutzenraum ausgehen. Dies vermindert die Anzahl der Teile aus denen die Kraftstoff-Hochdruckpumpe zusammengesetzt ist und die Anzahl der in der Kraftstoff-Hochdruckpumpe erforderlichen Dichtstellen.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass lediglich die Auslassventilbohrung von dem Auslassstutzenraum ausgeht, nicht aber die Druckbegrenzungsventilbohrung. Das hat den Vorteil, dass ein durchströmter Querschnitt des Auslassstutzenraums wesentlich verkleinert werden kann und somit auch der Querschnitt, mit dem der Auslassstutzen an dem Pumpenkörper befestigt ist. Dies verbessert die Zuverlässigkeit bzw. Druckfestigkeit, mit der der Auslassstutzen an dem Pumpengehäuse befestigt werden kann, denn der Querschnitt mit dem der Auslassstutzen an dem Pumpenkörper befestigt ist, verhält sich proportional zu der Kraft, die auf den Stutzen wirkt, wenn Kraftstoff, der unter Hochdruck steht, gefördert wird. Die Anbindungslänge, entlang der der Stutzen entlang seines Umfangs an dem Pumpengehäuse befestigt werden kann, ist hingegen lediglich proportional zur Wurzel aus dem Querschnitt, mit dem der Auslassstutzen an dem Pumpenkörper befestigt ist. Die mit der Maßnahme, dass lediglich die Auslassventilbohrung von dem Auslassstutzenraum ausgeht, nicht aber die Druckbegrenzungsventilbohrung, einhergehende Verkleinerung des Querschnitts, mit dem der Auslassstutzen an dem Pumpenkörper befestigt ist, vergrößert also das Verhältnis aus der Anbindungslänge, entlang der der Stutzen entlang seines Umfangs an dem Pumpengehäuse befestigt werden kann, zu dem Querschnitt, mit dem der Auslassstutzen an dem Pumpenkörper befestigt ist. Somit vermag die Befestigung des Auslassstutzens höheren Drücken des geförderten Kraftstoffs standzuhalten.
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Es kann, beispielsweise in Weiterbildung hierzu, vorgesehen sein, dass die Druckbegrenzungsventilbohrung auf der Seite ihres Ausgangs mit einer Kugel oder einem Stopfen verschlossen ist, wobei die Auslassventilbohrung mit der Druckbegrenzungsventilbohrung durch eine im Hochdruckbereich liegende Hochdruck-Verbindungsbohrung verbunden ist. Die fluidische Kommunikation zwischen Auslass und Druckbegrenzungsventil erfolgt dann durch die Hochdruck-Verbindungsbohrung lediglich im Inneren des Pumpengehäuses. Gleichzeitig wird durch den Verschluss der Druckbegrenzungsventilbohrung durch eine Kugel oder einen Stopfen eine einfache und zuverlässige Dichtstelle realisiert.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Druckbegrenzungsventilbohrung durch eine im Niederdruckbereich liegende Niederdruck-Verbindungsbohrung mit dem Einlassventilbereich verbunden ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Niederdruck-Verbindungsbohrung geringer ist als der Querschnitt der Druckbegrenzungsventilbohrung. Dadurch wirkt die Niederdruck-Verbindungsbohrung als Drossel und Druckpulsationen aus dem Hochdruckbereich erreichen nur abgeschwächt den Einlassventilbereich.
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Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung und die Druckbegrenzungsventilbohrung in einer Projektion längs der Längsrichtung unter einem von 0° verschiedenen Winkel voneinander abgewinkelt sind und/oder dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung und die Druckbegrenzungsventilbohrung in mindestens einer Projektion senkrecht zur Längsrichtung unter einem von 0° verschiedenen Winkel voneinander abgewinkelt sind. In diesen Fällen wird eine effizientere Nutzung des in dem Pumpengehäuse bzw. Pumpenkörper für Innenkonturen zur Verfügung stehenden Raums erreicht.
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Die gleiche Wirkung wird durch eine Weiterbildung erzielt, gemäß der vorgesehen ist, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung in der mindestens einen Projektion senkrecht zur Längsrichtung derart unter einem von 0° verschiedenen Winkel von der Druckbegrenzungsventilbohrung abgewinkelt ist, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung hinsichtlich der Längsrichtung und hinsichtlich ihrer von der Druckbegrenzungsventilbohrung zu dem Einlassventilbereich weisenden Richtung auf das Einlassventil zu gerichtet ist.
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Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung und die Druckbegrenzungsventilbohrung koaxial zueinander sind. Die beiden Bohrungen können dann durch einen einzigen Bohrprozess, beispielsweise mit einem Stufenbohrer, eingebracht werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Bohrung (insbesondere Auslassventilbohrung, Druckbegrenzungsventilbohrung, Niederdruck-Verbindungsbohrung, Hochdruck-Verbindungsbohrung, usw.) insbesondere eine Innenkontur des Pumpengehäuses bzw. des Pumpenkörpers verstanden, die durch einen rotierenden Spiralbohrer von außen zerspanend in das Pumpengehäuse bzw. den Pumpenkörper einbringbar ist. So weist die Bohrung insbesondere eine axiale Symmetrie auf, deren Symmetrieachse der Rotationsachse des Spiralbohrers entspricht. Diese Symmetrieachse gibt dann die Richtung an, in der die Bohrung orientiert ist. Es kann sich bei der Bohrung vorliegend grundsätzlich um eine Durchgangsbohrung durch das Pumpengehäuse bzw. den Pumpenkörper handeln oder um eine Sacklochbohrung handeln, die an einem im Pumpengehäuse bzw. im Pumpenkörper angeordneten Bohrungsgrund endet. Der Ausgang einer Bohrung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Seite der Bohrung, die beim Eindringen des Bohrers in das Pumpengehäuse bzw. den Pumpenkörper zuerst durch Zerspanung entsteht. Bei Sacklochbohrungen ist dies stets die dem Bohrungsgrund gegenüberliegende Seite. Die Mündung einer Bohrung ist demnach die dem Ausgang einer Bohrung gegenüberliegende Seite der Bohrung, falls die Bohrung dort auf eine weitere Innenkontur des Pumpengehäuses bzw. des Pumpenkörpers trifft oder aus dem Pumpengehäuse bzw. Pumpenkörper heraustritt. Die Bohrungen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere von ihrem Ausgang aus gesehen frei von Hinterschnitten.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Bohrungswand bei einer Durchgangsbohrung die durch die Durchgangsbohrung dargestellte Innenkontur; bei einer Sacklochbohrung ist die Bohrungswand der Teil der durch die Durchgangsbohrung dargestellten Innenkontur, der nicht der Bohrungsgrund ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Hochdruckbereich der gesamte Raum verstanden, der mit dem Auslass ohne weiteres, insbesondere ohne weitere zwischengeschaltete Ventile, kommuniziert, so dass sich im Hochdruckbereich ein einheitlicher Druck einstellt, im Betrieb der Pumpe zum Beispiel 500 bar.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Niederdruckbereich der gesamte Raum verstanden, der mit dem Einlass ohne weiteres, insbesondere ohne weitere zwischengeschaltete Ventile, kommuniziert, so dass sich im Niederdruckbereich ein einheitlicher Druck einstellt, im Betrieb der Pumpe und bei einer an den Einlass angeschlossenen Niederdruckpumpe zum Beispiel 5 bar.
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Insbesondere bestehen die mit Kraftstoff durchströmten Innenkonturen der Kraftstoff-Hochdruckpumpe abschließend aus dem Niederdruckbereich, dem Förderraum und dem Hochdruckbereich. Diese Bereiche werden durch das Einlassventil, das Auslassventil und das Druckbegrenzungsventil voneinander getrennt.
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Bei dem Kraftstoff kann es sich beispielsweise um einen Kraftstoff wie Benzin handeln.
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Wo im Rahmen der Erfindung auf einen von 0° verschiedenen Winkel abgestellt wird, kann es sich um einen Winkel handeln, der signifikant von 0° verschieden ist, also beispielsweise mindestens 2° oder mindestens 5° beträgt. Es kann sich beispielsweise um einen Winkel zwischen 2° und 90° handeln.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
- 1 zeigt eine vereinfachte schematisierte Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine.
- 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 3 zeigt beispielhaft detailliert ein Druckbegrenzungsventil, wie es in den Ausführungsformen gemäß 2 oder 4 verwendet werden kann.
- 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt ein Kraftstoffsystem 1 für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 2 wird im Betreib des Kraftstoffsystems 1 Kraftstoff über eine Saugleitung 4 mittels einer Vorförderpumpe 6 und einer Niederdruckleitung 8 über einen Einlassstutzen 20 einer als Kolbenpumpe ausgeführten Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 zugeführt. Dem Einlassstutzen 20 ist ein Einlassventil 14 fluidisch nachgeordnet. Fluidisch zwischen dem Einlassstutzen 20 und dem Einlassventil 14 befindet sich ein Niederdruckbereich 28 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10. Stromabwärts des Einlassventils 14 befindet sich ein Förderraum 16 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10. Druckpulsationen in dem Niederdruckbereich 28 können mittels einer Druckdämpfervorrichtung gedämpft werden. Das Einlassventil 14 kann über eine hier als elektromagnetischer Aktor 30 ausgebildete Betätigungseinrichtung zwangsweise geöffnet werden. Die Betätigungseinrichtung und damit das Einlassventil 14 sind über eine Steuereinheit 32 ansteuerbar.
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Ein Pumpenkolben 18 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 kann mittels eines vorliegend als Nockenscheibe ausgeführten Antriebs 36 entlang einer in Längsrichtung LA verlaufenden Längsachse, zu der der Pumpenkolben 18 axial symmetrisch ist, auf und ab bewegt werden, was in der 1 durch einen Doppelpfeil 40 dargestellt ist. Fluidisch zwischen dem Förderraum 16 und einem Auslassstutzen 35 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 ist ein Auslassventil 37 angeordnet, das zu dem Auslassstutzen 35 und einem weiter stromabwärts liegenden Hochdruckspeicher 45 („Rail“) hin öffnen kann. Fluidisch zwischen dem Auslassventil 37 und dem Auslassstutzen 35 ist infolgedessen ein Hochdruckbereich 29 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 erstreckt.
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Über ein Druckbegrenzungsventil 22, das bei Überschreiten eines Grenzdrucks im Hochdruckbereich 29 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 bzw. in dem mit diesem kommunizierenden Hochdruckspeicher 45 öffnet, sind der Hochdruckbereich 29 und der Niederdruckbereich 28 unmittelbar miteinander verbunden. Das Druckbegrenzungsventil 22 ist als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet und kann zum Niederdruckbereich 28 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 hin öffnen. Auf diese Weise ist der durch die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 im Hochdruckspeicher 45 erzeugbare Druck limitiert.
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2 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 in einer Schnittdarstellung.
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Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 weist einen als Einlassstutzen 20 ausgebildeten Einlass 11 auf. Ohne Zwischenschaltung von Ventilen kommuniziert der Einlass 11 mit dem gesamten Niederdruckbereich 28 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10.
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Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 weist einen als Auslassstutzen 35 ausgebildeten Auslass 34 auf. Ohne Zwischenschaltung von Ventilen kommuniziert der Auslass 34 mit dem gesamten Hochdruckbereich 29 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10.
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Der Auslassstutzen 35 und der Einlassstutzen 20 sind an einem Pumpengehäuse 12 fixiert, in dem auch ein Förderraum 16 angeordnet ist, der von einem längs einer Längsrichtung LA verschiebbaren Pumpenkolben 18 begrenzt wird.
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Der Niederdruckbereich 28 umfasst einen Dämpferraum 28a, der über eine in diesem Querschnitt nicht sichtbare fluidische Verbindung mit dem Einlass 11 verbundenen ist und der zwischen einem Pumpenkörper 12a des Pumpengehäuses 12 und einem Pumpendeckel 12b des Pumpengehäuses 12 ausgebildet ist. In dem Dämpfungsraum 28a ist ein Membrandämpfer 55 angeordnet, der die Gestalt einer durch zwei Metallmembranen gebildeten flachen und komprimierbaren Dose haben kann.
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Die nicht sichtbare fluidische Verbindung zwischen dem Einlass 11 und dem Dämpferraum 28a kann beispielsweise eine Filterbohrung umfassen, in der ein Filterelement angeordnet ist, das einen die Filterbohrung durchströmenden Kraftstoff von mitgeführten festen Partikeln oberhalb einer Mindestgröße befreit.
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An dem in der 2 unteren Abschnitt des Pumpenkörpers 12a ist ein Dichtungsträger 60 befestigt und zwischen dem Pumpenkörper 12a und dem Dichtungsträger 60 ist ein Stufenraum 28d ausgebildet. Der Stufenraum 28d kommuniziert über eine in diesem Querschnitt nicht sichtbare Durchgangsbohrung durch den Pumpenkörper 12a mit dem Dämpfungsraum 28a und ist somit Teil des Niederdruckbereichs 28.
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Der Förderraum 16 wird zum Niederdruckbereich 28 hin durch ein Einlassventil 14 begrenzt, dass bei entsprechender Druckdifferenz zum Förderraum 16 hin öffnet.
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Um die Fördermenge der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 zu steuern, kann das Einlassventil 14 durch einen von dem Aktor 30 angetriebenen Stößel 31 zwangsweise geöffnet werden. Hierzu weist der Aktor 30 ein an dem Pumpengehäuse 12 fixiertes Aktorgehäuse 30a auf, in dem eine elektromagnetische Spule 30b angeordnet ist, die über einen von außen zugänglichen elektrischen Anschluss 30c der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 bestrombar ist.
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Geometrisch zwischen dem Einlassventil 14 und dem Aktor 30 ist in dem Pumpengehäuse ein Einlassventilbereich 28c des Niederdruckbereichs 28 ausgebildet. Er kommuniziert über die in diesem Querschnitt sichtbare Bohrung 28f mit dem Dämpfungsbereich 28a.
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Der Förderraum 16 wird zum Hochdruckbereich 29 hin durch ein Auslassventil 37 begrenzt, das bei entsprechender Druckdifferenz vom Förderraum 16 weg öffnet. In diesem Beispiel ist es in einer Auslassventilbohrung 37a des Pumpengehäuses 12 bzw. des Pumpenkörpers 12a angeordnet. Es weist ein bewegliches Ventilelement 37.1 auf, das mit einem Dichtsitz 37.4 zusammenwirkt, der an einem stromaufwärts des Ventilelements 37.1 pumpenfest angeordneten Dichtsitzteil 37.2 ausgebildet ist. Über eine pumpenfest angeordnete Gegenplatte 37.5 ist die Beweglichkeit des Ventilelements 37.1 in die stromabwärtige Richtung limitiert. Die Auslassventilbohrung 37a geht von einem zwischen dem Auslassstutzen 35 und dem Pumpengehäuse 12 bzw. dem Pumpenkörper 12a befindlichen Auslassstutzenraum 35a aus.
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Der Pumpenkolben 18 ist als Stufenkolben ausgebildet. Er weist einen ersten, zum Förderraum 16 weisenden Abschnitt 18.1 mit größerem Durchmesser auf und einen zweiten, vom Förderraum weg weisenden Abschnitt 18.2 mit (relativ zum Durchmesser des ersten Abschnitts 18.1) kleinerem Durchmesser auf. Zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 18.1, 18.2 ist eine in der 2 senkrecht nach unten weisende Ringstufe 18.3 ausgebildet.
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Zwischen dem ersten Abschnitt 18.1 und dem Pumpengehäuse 12 ist eine Hochdruckdichtung 80 angeordnet, in der der Pumpenkolben 18 verschiebbar ist. Die Hochdruckdichtung 80 trennt den Förderraum 16 dichtend von dem Niederdruckbereich 28.
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Bei der Hochdruckdichtung 80 kann es sich zum Beispiel um einen separaten Dichtring z.B. aus Metall oder Kunststoff handeln, beispielsweise wie in der
WO 19 015 862 A1 der Anmelderin näher erläutert. Bei der Hochdruckdichtung 80 kann es sich anderseits auch um einen über eine gewisse Länge erstreckten engen Spalt zwischen dem Pumpenkolben 18 und einer Buchse oder zwischen dem Pumpenkolben 18 und dem Pumpengehäuse 12 handeln, beispielsweise wie in der
WO 06 069 819 A1 der Anmelderin näher erläutert.
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Zwischen dem zweiten Abschnitt 18.2 und dem oben bereits erwähnten Dichtungsträger 60 ist eine Niederdruckdichtung 78 angeordnet, die den Stufenraum 28d des Niederdruckbereichs 28 von dem Raum 100 trennt, der sich außerhalb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 befindet. In der Niederdruckdichtung 78 ist der Pumpenkolben 18 verschiebbar.
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Über einen an dem Pumpenkolben 18 fixierten Federteller 19.1 und eine zwischen dem Federteller 19.1 und dem Dichtungsträger 60 eingespannte Pumpenfeder 19.2 ist der Pumpenkolben 18 in die in der 2 nach unten weisende Längsrichtung LA vorgespannt.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 weist ein Druckbegrenzungsventil 22 auf, das den Hochdruckbereich 29 mit dem Niederdruckbereich 28 fluidisch verbindet und zum Niederdruckbereich 28 hin öffnet, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 29 in den Niederdruckbereich 28 abströmt, wenn die Druckdifferenz zwischen Kraftstoff in dem Hochdruckbereich 29 und Kraftstoff in dem Niederdruckbereich 28 einen Öffnungsdruck überschreitet. Auf die Anordnung des Druckbegrenzungsventil 22 in der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 wird nun weiter exemplarisch eingegangen.
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Dabei ist vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil 22 den Hochdruckbereich 29 mit einem Einlassventilbereich 28c des Niederdruckbereichs 28 fluidisch verbindet und zum Einlassventilbereich 28c hin öffnet, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 29 in den Einlassventilbereich 28c abströmt, wenn die Druckdifferenz zwischen Kraftstoff in dem Hochdruckbereich 29 und Kraftstoff in dem Niederdruckbereich 28 einen Öffnungsdruck überschreitet, wobei sich der Einlassventilbereich 28c des Niederdruckbereichs 28 geometrisch zwischen dem Einlassventil 14 und einem das Einlassventil 14 über einen Stößel 31 beaufschlagenden elektromagnetischen Aktor 30 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 befindet.
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Die Erstreckung des Einlassventilbereichs 28c ist in der 2 exemplarisch mittels eines gestrichelt begrenzten Rechtecks dargestellt. Es kann sich beispielsweise um einen zylindrischen Raumbereich handeln (z.B. basierend auf einem senkrechten Kreiszylinder), dessen Grundflächen parallel zur Längsrichtung LA orientiert sind und lediglich so groß sind, wie es erforderlich ist, damit eine Projektion senkrecht zur Längsachse existiert (z.B. in der in 2 horizontalen Richtung), in der diese Grundflächen die Projektion des Einlassventils 14 und die Projektion der Verbindung zwischen Pumpengehäuse 12 und Aktorgehäuse 30a umschließen. Die Höhe des zylindrischen Raumbereichs kann durch den Abstand zwischen dem Einlassventil 14 und dem Aktor 30 in Richtung dieser Projektion gegeben sein.
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Im ersten Ausführungsbeispiel ist das Druckbegrenzungsventil 22 in einer Druckbegrenzungsventilbohrung 22a des Pumpengehäuses 12 fixiert, die zu der Auslassventilbohrung 37a geometrisch parallel ist.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Auslass 34 als ein an dem Pumpengehäuse 12 fixierter Auslassstutzen 35 ausgebildet und zwischen dem Pumpengehäuse 12 und dem Auslassstutzen 35 ist ein Auslassstutzenraum 35a ausgebildet, von dem sowohl die Auslassventilbohrung 37a als auch die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a ausgehen.
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Der Auslassstutzen 35 erstreckt sich insbesondere quer zur Fließrichtung über den Ausgang der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a und über den Ausgang der Auslassventilbohrung 37a hinweg, sodass die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a und die Auslassventilbohrung 37a über den zwischen dem Pumpengehäuse 12 und dem Auslassstutzen 35 angeordneten Auslassstutzenraum 35a miteinander kommunizieren.
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Ein (Außen-)Durchmesser, mit dem der Auslassstutzen 35 in dieser Anordnung an dem Pumpengehäuse fixiert ist, ist dabei relativ groß, beispielsweise mindestens so groß wie die Summe aus dem Durchmesser der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a und dem Durchmesser der Auslassventilbohrung 37a, insbesondere sogar mindestens so groß wie das 1,2-fache dieser Summe.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a durch eine im Niederdruckbereich 28 liegende Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b mit dem Einlassventilbereich 28c verbunden ist. Dabei ist in diesem Beispiel der Querschnitt der Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b geringer als der Querschnitt der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a.
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Der Querschnitt der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a kann geringer sein als der Querschnitt der Auslassventilbohrung 37a.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a in einer Projektion längs der Längsrichtung LA unter einem von 0° verschiedenen Winkel, beispielsweise unter mindestens 20°, voneinander abgewinkelt sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a in mindestens einer Projektion senkrecht zur Längsrichtung LA unter einem von 0° verschiedenen Winkel, beispielsweise unter mindestens 20°, voneinander abgewinkelt sind.
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In diesem Ausführbeispiel kann dies derart erfolgen, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b in der mindestens einen Projektion senkrecht zur Längsrichtung LA derart unter einem von 0° verschiedenen Winkel von der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a abgewinkelt ist, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b hinsichtlich der Längsrichtung LA und hinsichtlich ihrer von der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a zu dem Einlassventilbereich 28c weisenden Richtung auf das Einlassventil 14 zu gerichtet ist.
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Alternativ dazu kann, wie in der 2 dargestellt, vorgesehen sein, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a koaxial zueinander sind. Die Gesamtheit der beiden Bohrungen 22a, 28b kann dann auch als eine Stufenbohrung aufgefasst werden, deren Teil mit größerem Durchmesser von der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a gebildet wird und deren Teil mit kleinerem Durchmesser von der Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b gebildet wird.
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Das Druckbegrenzungsventil 22 aus der 2 (es kann sich gleichzeitig auch um das in der 4 gezeigte Druckbegrenzungsventil 22 handeln) ist in der 3 vergrößert und beispielhaft dargestellt. Es weist einen in die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a oder in ein Gehäuse des Druckbegrenzungsventils 22 eingepressten Ventilsitzkörper 38 auf, an dem ein kegeliger Ventilsitz 42 ausgebildet ist. Das Druckbegrenzungsventil 22 weist ferner ein Ventilelement 44 auf, das die Form einer Kugel hat und das an dem Ventilsitz 42 zur dichtenden Anlage kommt. Das Ventilelement 44 wird von einem Haltelement 46 in Schließrichtung gedrückt und das Halteelement 46 wird von einer Spiralfeder 52 in Schließrichtung gedrückt. Die Spiralfeder 52 ist an einem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils 22 oder unmittelbar an dem Pumpengehäuse 12 abgestützt. Dabei liegt die Spiralfeder 52 an einem radial äußeren Bereich 464 des Haltelements 46 an. Ein radial innerer Bereich 465 des Haltelements 46 wird von der Spiralfeder 52 aufgenommen. Über die Steifigkeit der Spiralfeder 52 und über die an dem Druckbegrenzungsventil wirksame Fläche ist der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventil 22 definiert und damit zugleich die maximale Druckdifferenz, die die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 zwischen ihrem Einlass 11 und ihrem Auslass 34 zu erzeugen vermag.
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Nochmals mit Hinblick auf das erste Ausführbeispiel und auf die koaxiale Anordnung von Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und Druckbegrenzungsventilbohrung 22a (siehe 2), kann vorgesehen sein, dass die Spiralfeder 52 an einem zwischen der Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a ausgebildeten, zur Druckbegrenzungsventilbohrung 22a hin weisenden Ringstufe 22.2 abgestützt ist.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in der 4 ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung gezeigt. Es unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass lediglich die Auslassventilbohrung 37a, aber nicht die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a, von dem Auslassstutzenraum 35a ausgehen. Stattdessen ist in diesem Ausführbeispiel vorgesehen, dass die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a auf der Seite ihres Ausgangs 22aa mit einer insbesondere in die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a eingepressten Kugel 56 oder einem insbesondere in die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a eingepressten Stopfen 57 verschlossen ist, wobei die Auslassventilbohrung 37a mit der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a durch eine im Hochdruckbereich 29 liegende Hochdruck-Verbindungsbohrung 29a verbunden ist.
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Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Hochdruck-Verbindungsbohrung 29a von dem Dämpfungsbereich 28a ausgeht und auf ihrer Ausgangsseite 29aa mit einer in sie eingepressten Kugel 56 oder einem in sie eingepressten Stopfen 57 verschlossen ist.
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Der Auslassstutzen 34 kann kleiner als im ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, beispielsweise kann ein (Außen-)Durchmesser, mit dem der Auslassstutzen 35 in dieser Anordnung an dem Pumpengehäuse 12 fixiert ist kleiner sein als die Summe aus dem Durchmesser der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a und dem Durchmesser der Auslassventilbohrung 37a, insbesondere sogar kleiner als das 0,9-fache dieser Summe. Die Robustheit der Anbindung des Auslassstutzens 35 an dem Pumpengehäuse 12 ist auf diese Weise erhöht, denn während die auf den Auslassstutzen 35 wirkenden hydraulischen Kräfte proportional zu der von ihm bedeckten Querschnittsfläche sind, ist die Anbindungslänge, mit der der Auslassstutzens 35 an dem Pumpengehäuse 12 fixiert ist, nur proportional zum Umfang der von ihm bedeckten Querschnittsfläche, also proportional zu der Quadratwurzel der von ihm bedeckten Querschnittsfläche.
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Das im ersten Ausführungsbeispiel mit Hinblick auf die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a, die Auslassventilbohrung 37a und die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und auf die Relationen zwischen diesen Bohrungen Gesagte, ist auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel gültig.
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Die Hochdruck-Verbindungsbohrung 29a kann einen Querschnitt aufweisen, der kleiner ist als die jeweiligen Querschnitte der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a, der Auslassventilbohrung 37a und der Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b, beispielsweise jeweils höchstens halb so groß.
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Alternativ kann die Hochdruck-Verbindungsbohrung 29a einen Querschnitt aufweisen, der kleiner ist als die jeweiligen Querschnitte der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a und der Auslassventilbohrung 37a aber größer ist als der der Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2344749 B1 [0001]
- WO 19015862 A1 [0044]
- WO 06069819 A1 [0044]
