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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffüberströmventil für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Kraftstoffüberströmventil nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10.
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Ein solches Kraftstoffüberströmventil und eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die
DE 10 2007 052 665 A1 bekannt. Dieses Kraftstoffüberströmventil dient zur Druckbegrenzung in einem Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Das Kraftstoffüberströmventil weist ein Ventilgehäuse auf, in dem ein Ventilglied hubbeweglich angeordnet ist. Durch das Ventilglied wird bei seiner Hubbewegung die Verbindung eines Zulaufs vom Niederdruckbereich her mit einem Ablauf zu einem Entlastungsbereich gesteuert. Das Ventilglied ist durch eine Ventilfeder in Richtung einer Schließstellung beaufschlagt, in der die Verbindung des Zulaufs mit dem Ablauf unterbrochen ist, und durch den im Zulauf herrschenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Wenn der Druck im Niederdruckbereich den durch die Ventilfeder bestimmten Öffnungsdruck überschreitet, so öffnet das Kraftstoffüberströmventil und Kraftstoff kann vom Zulauf aus dem Niederdruckbereich über den Ablauf in einen Entlastungsbereich, beispielsweise einen Rücklauf zum Kraftstoffvorratsbehälter abströmen. Das Ventilglied weist eine Steuerkante auf, durch die hubabhängig der Ablauf geöffnet oder geschlossen wird. Der Ablauf mündet im Ventilgehäuse am Umfang des Ventilglieds. Im Zulauf ist ein Filter vorgesehen, der am Ventilgehäuse angeordnet ist und durch den Kraftstoff vor dem Eintritt in das Ventilgehäuse strömt. Wenn der Filter infolge von verschmutzem Kraftstoff durch Partikel verstopft ist oder bei niedrigen Temperaturen durch Parafine verstopft ist wird jedoch die Funktion des Überströmventils beeinträchtigt, da dann der auf das Ventilglied wirkende Druck infolge des starken Druckabfalls im Filter reduziert ist. Unter Umständen kann dann im Niederdruckbereich ein unzulässig hoher Druck herrschen, durch den im Niederdruckbereich angeordnete Komponenten geschädigt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Kraftstoffüberströmventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass dessen Funktion auch bei infolge von Verschmutzung oder durch Parafine verstopftem Filter gewährleistet ist, da auch bei verstopftem Filter der im Niederdruckbereich herrschende Druck auf das Ventilglied wirkt.
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Bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 9 sind durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Überströmventils im Niederdruckbereich angeordnete Komponenten geschützt.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffüberströmventils angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht auf einfache Weise eine Durchströmung der Sackbohrung des Ventilglieds. Durch die Merkmale des Anspruchs 4 ist eine einfache Ausbildung der Steuerkante ermöglicht. Durch die Merkmale des Anspruchs 5 ist auch bei verstopftem Filter eine Begrenzung des Drucks im Niederdruckbereich sichergestellt indem direkt unter Umgehung der Sackbohrung und des Filters Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich abströmen kann. Die direkte Verbindung des Niederdruckbereichs mit der Entlastungsverbindung oder der weiteren Entlastungsverbindung wird durch das Ventiglied gemäß Anspruch 6 erst bei einem größeren Öffnungshub des Ventilglieds geöffnet wenn ein durch einen verstopften Filter verursachter Druckanstieg im Niederdruckbereich auftritt. Die Ausbildung gemäß Anspruch 7 oder 8 hat den Vorteil, dass aus dem Niederdruckbereich auch relativ große Partikel abströmen können, was beispielsweise ein Spülen des Niederdruckbereichs ermöglicht ohne dass der Filter verstopft wird.
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Figurenliste
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- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einer vereinfachten schematischen Darstellung, 2 ein Kraftstoffüberströmventil der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel in geschlossenem Zustand in einem Längsschnitt mit einem Ventilglied in einer ersten Stellung, 3 das Kraftstoffüberströmventil in geöffnetem Zustand mit dem Ventilglied in einer zweiten Stellung, 4 das Kraftstoffüberströmventil in geöffnetem Zustand mit dem Ventilglied in einer dritten Stellung, 5 das Kraftstoffüberströmventil gemäß einer modifizierten Ausführungsform und 6 das Kraftstoffüberströmventil gemäß einer weiteren modifizierten Ausführungsform.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe 10 auf, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 12 ansaugt und zur Saugseite einer Hochdruckpumpe 14 fördert. Von der Förderpumpe 10 wird der Kraftstoff auf einen Förderdruck von beispielsweise etwa 4 bis 6 bar verdichtet. Die Förderpumpe 10 kann elektrisch oder mechanisch angetrieben sein. Zwischen der Förderpumpe 10 und der Saugseite der Hochdruckpumpe 14 kann eine Kraftstoffzumesseinrichtung 16 angeordnet sein, durch die die von der Hochdruckpumpe 14 angesaugte und unter Hochdruck geförderte Kraftstoffmenge variabel eingestellt werden kann. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 16 kann ein Proportionalventil sein, das unterschiedlich große Durchflussquerschnitte einstellen kann, oder ein getaktetes Ventil und wird mechanisch oder elektrisch durch eine elektronische Steuereinrichtung 17 angesteuert.
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Die Hochdruckpumpe 14 weist ein Gehäuse 18 auf, in dem in einem Innenraum 19 eine rotierend angetriebene Antriebswelle 20 angeordnet ist. Der Innenraum 19 des Gehäuses 18 mit der Antriebswelle 20 bildet einen Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14. Die Antriebswelle 20 weist wenigstens einen Nocken 22 oder Exzenter auf, wobei der Nocken 22 auch als Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein oder mehrere Pumpenelemente 24 mit jeweils einem Pumpenkolben 26 auf, der durch den Nocken 22 der Antriebswelle 20 mittelbar in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse der Antriebswelle 20 angetrieben wird. Der Pumpenkolben 26 ist in einer Zylinderbohrung 28 dicht geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 20 abgewandten Seite einen Pumpenarbeitsraum 30. Der Pumpenarbeitsraum 30 weist über ein in den Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Einlassventil 32 eine Verbindung mit dem Kraftstoffzulauf von der Förderpumpe 10 her auf. Der Pumpenarbeitsraum 30 weist ausserdem über ein aus dem Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Auslassventil 34 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 110 verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher 110 sind ein oder vorzugsweise mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 120 verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Der Hochdruckspeicher 110 kann auch entfallen, wobei die Hochdruckpumpe 14 dann mit den Injektoren 120 über hydraulische Leitungen verbunden ist. Bei seinem Saughub bewegt sich der Pumpenkolben 26 in den Innenraum 19 hinein und saugt dabei über das geöffnete Einlassventil 32 Kraftstoff aus dem Zulauf von der Förderpumpe 10 her in den Pumpenarbeitsraum 30 an. Bei seinem Förderhub bewegt sich der Pumpenkolben 26 aus dem Innenraum 19 heraus und fördert Kraftstoff unter Hochdruck aus dem Pumpenarbeitsraum 30 über das geöffnete Auslassventil 34 in den Hochdruckspeicher 110 bzw. zu den Injektoren 120.
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Der Bereich zwischen der Förderpumpe 10 und der Kraftstoffzumesseinrichtung 16 bildet einen Niederdruckbereich, in dem der von der Förderpumpe 10 erzeugte Druck herrscht. Durch die Förderpumpe 10 wird dabei ständig dieselbe Kraftstoffmenge gefördert, jedoch wird durch die Hochdruckpumpe 14 abhängig von der Einstellung der Kraftstoffzumesseinrichtung 16 eine variable Kraftstoffmenge angesaugt. Aus diesem Grund ist ein Kraftstoffüberströmventil 36 vorgesehen, durch das der Druck im Niederdruckbereich begrenzt wird. Das Kraftstoffüberströmventil 36 öffnet, wenn der Druck im Niederdruckbereich dessen Öffnungsdruck überschreitet und über das geöffnete Kraftstoffüberströmventil 36 wird die von der Förderpumpe 10 geförderte, jedoch von der Hochdruckpumpe 14 nicht angesaugte Kraftstoffmenge in einen Entlastungsbereich abgesteuert, der beispielsweise ein Rücklauf 11 zum Kraftstoffvorratsbehälter 12 ist.
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Das Kraftstoffüberströmventil 36 wird anhand der 2 bis 6 nachfolgend näher erläutert. Das Kraftstoffüberströmventil 36 weist ein rohrförmiges Ventilgehäuse 38 auf, das einen rohrförmigen Abschnitt 39 mit geringerem Durchmesser und einen rohrförmigen Abschnitt 40 mit größerem Durchmesser umfasst. In dem Abschnitt 39 des Ventilgehäuses 38 ist in einer Längsbohrung 41 ein kolbenförmiges Ventilglied 42 verschiebbar dicht geführt. Im Abschnitt 39 des Ventilgehäuses 38 ist wenigstens eine Öffnung 43 vorgesehen, die die Längsbohrung 41 mit dem Außenmantel des Abschnitts 39 verbindet. Die Öffnung 43 ist vorzugsweise als Bohrung ausgebildet, wobei beispielsweise zwei einander diametral gegenüberliegende Bohrungen 43 vorgesehen sind. Über die Öffnungen 43 ist die Längsbohrung 41 mit einem Entlastungsbereich, beispielsweise einem Rücklauf in den Kraftstoffvorratsbehälter 12 verbindbar. Die Öffnungen 43 bilden somit eine Entlastungsverbindung.
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Das Ventilglied 42 weist eine axiale Sackbohrung 44 auf, deren offenes Ende zum offenen Ende der Längsbohrung 41 weist. Mit axialem Abstand vom geschlossenen Ende der Sackbohrung 44 ist im Ventilglied 42 wenigstens eine Querbohrung 46 vorgesehen, die die Sackbohrung 44 mit dem Außenmantel des Ventilglieds 42 verbindet. Vorzugsweise sind mehrere über den Umfang des Ventilglieds 42 verteilte Querbohrungen 46 vorgesehen. Im Außenmantel des Ventilglieds 42 ist vorzugsweise eine Ringnut 48 vorgesehen, in die die Querbohrungen 46 münden.
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An dem in die Längsbohrung 41 weisenden Ende des Ventilglieds 42 stützt sich eine Ventilfeder 50 ab, die beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist. An ihrem dem Ventilglied 42 abgewandten Ende stützt sich die Ventilfeder 50 an einem im Ventilgehäuse 38 angeordneten Stützelement 52 ab, das beispielsweise in die Längsbohrung 41 eingepresst ist. Durch die Vorspannung und Federsteifigkeit der Ventilfeder 50 wird die Öffnungscharakteristik des Kraftstoffüberströmventils 36 mit bestimmt.
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Im Ventilgehäuse 38 kann wenigstens eine weitere Öffnung 54 in Form einer Bohrung vorgesehen sein, die die Längsbohrung 41 mit dem Außenmantel des Ventilgehäuses 38 verbindet, wobei die weitere Öffnung 54 in axialer Richtung näher zum offenen Ende der Längsbohrung 41 hin angeordnet ist als die Öffnung 43. Der Querschnitt der wenigstens einen weiteren Öffnung 54 kann größer als der Querschnitt der wenigstens einen Öffnung 43 sein. Die wenigstens eine weitere Öffnung 54 bildet eine weitere Entlastungsverbindung.
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Erfindungsgemäß ist am Ventilglied 42 am offenen Ende von dessen Sackbohrung 44 ein Filter 56 angeordnet. Der Filter 56 kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein und auf unterschiedliche Arten am Ventilglied 42 befestigt sein. Bei der in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsform ist der Filter 56 mittels eines einen Kragen 57 des Ventilglieds 42 übergreifenden Halterings 58 am Ventilglied 42 befestigt. Alternativ kann der Filter 56 auch einen aus Metall bestehenden Rahmen aufweisen, der über den Kragen 57 des Ventilglieds 42 umgebördelt ist. Der Querschnitt der wenigstens einen weiteren Öffnung 54 ist größer als die Maschenweite des Filters 56, so dass die weitere Öffnung 54 von größeren Partikeln durchströmt werden kann als der Filter 56.
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Zum offenen Ende der Sackbohrung 44 hin kann das Ventilglied 42 in seinem Durchmesser verringert sein, wodurch im Außenmantel des Ventilglieds 42 eine zum offenen Ende der Sackbohrung 44 hin weisende Ringschulter 60 gebildet ist. Der Durchmesser des Kragens 57 und des Filters 56 mit dem Haltering 58 ist kleiner als der Durchmesser der Längsbohrung 41. In seinem der Ventilfeder 50 zugewandten Endbereich kann das Ventilglied 42 einen im Durchmesser verringerten Ansatz 62 aufweisen, der von der Ventilfeder 50 umgeben ist und durch den die Ventilfeder 50 zentriert wird. Es kann vorgesehen sein, dass der Durchmesser der Längsbohrung 41 des Ventilgehäuses 38 in deren dem Stützelement 52 abgewandtem Ende 63 verringert ist. Das Ventilglied 42 wird dabei vor dem Einbau der Ventilfeder 50 und des Stützelements 52 in die Längsbohrung 41 eingeschoben und ist durch den verringerten Durchmesser am Ende 63 der Längsbohrung 41 gegen ein Herausfallen aus dem Ventilgehäuse 38 gesichert. Anschließend werden die Ventilfeder 50 und das Stützelement 52 in die Längsbohrung 41 eingefügt.
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Nachfolgend wird die Funktion des Kraftstoffüberströmventils 36 erläutert. Der im Niederdruckbereich herrschende Druck wirkt über deren offenes Ende auch in der Längsbohrung 41 des Ventilgehäuses 38 und damit auf die Stirnseite des Ventilglieds 42. Das offene Ende der Längsbohrung 41 bildet somit einen Zulauf vom Niederdruckbereich in das Kraftstoffüberströmventil 36. Wenn das Ventilglied 42 die Öffnungen 43 überdeckt, wie dies in 2 dargestellt ist, so ist das Kraftstoffüberströmventil 36 geschlossen und der Zulauf, also der Niederdruckbereich, vom Entlastungsbereich getrennt. Bei geschlossenem Kraftstoffüberströmventil 36 sind durch das Ventilglied 42 auch die weiteren Öffnungen 54 überdeckt.
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Mit zunehmendem Druck im Niederdruckbereich wird das Ventilglied 42 gegen die Kraft der Ventilfeder 50 in die Längsbohrung 41 hineinbewegt. Nach einem bestimmten Hub des Ventilglieds 42 kommt dessen Ringnut 48 in Überdeckung mit den Öffnungen 43, wie dies in 3 dargestellt ist, und gibt somit die Verbindung des Niederdruckbereichs mit dem Entlastungsbereich frei. Der der Ventilfeder 50 zugewandte Rand 48a der Ringnut 48 bildet dabei eine Steuerkante. Kraftstoff strömt dann aus dem Niederdruckbereich durch den Filter 56 in die Sackbohrung 44 des Ventilglieds 42 und aus dieser durch die Querbohrungen 46 und die Ringnut 48 sowie die Öffnungen 43 in den Entlastungsbereich ab.
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Wenn der Druck im Niederdruckbereich noch weiter ansteigt, so wird das Ventilglied 42 gegen die Kraft der Ventilfeder 50 noch weiter in die Längsbohrung 41 hineinbewegt, wie dies in 4 dargestellt ist. Die Ringschulter 60 des Ventilglieds 42 bildet eine Steuerkante, durch die bei einem bestimmten Öffnungshub des Ventilglieds 42 die weiteren Öffnungen 54 freigegeben werden, die dann mit der Längsbohrung 41 verbunden sind. Der Niederdruckbereich ist dann direkt durch die Längsbohrung 41 über die weiteren Öffnungen 54 mit dem Entlastungsbereich verbunden. Kraftstoff kann dann aus dem Niederdruckbereich durch die Sackbohrung 41 ohne Durchströmung der Sackbohrung 44 des Ventilglieds 42 in den Entlastungsbereich abströmen. Für den Fall, dass der Filter 56 verstopft ist und eine Durchströmung der Sackbohrung 44 des Ventilglieds 42 daher behindert oder gar nicht möglich ist ermöglichen die weiteren Öffnungen 54, die durch die Ringschulter 60 freigegeben werden, dennoch eine Abströmung von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich, so dass verhindert wird, dass im Niederdruckbereich ein unzulässig hoher Druck herrscht. Außerdem können aus dem Niederdruckbereich auch Partikel abströmen, die größer sind als die Maschenweite des Filters 56. Dies ermöglicht beispielsweise ein Spülen des Niederdruckbereichs bei der Inbetriebnahme der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und der Hochdruckpumpe 14, so dass eventuell von der Herstellung noch vorhandene Partikel oder bei nach einer Instandsetzung vorhandene Partikel ausgespült werden können.
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In 5 ist das Kraftstoffüberströmventil gemäß einer modifizierten Ausführungsform dargestellt, bei der die Anordnung des Filters 56 im Ventilglied 42 gegenüber den 1 bis 4 modifiziert ist. Der Filter 56 ist dabei in die Sackbohrung 44 des Ventilglieds 42 eingepresst. Der Filter 56 weist dabei einen hülsenförmigen Träger 64 auf, der in die Sackbohrung 44 eingepresst ist und mit dem am offenen Ende der Sackbohrung 44 das Filtergewebe verbunden ist. Der Träger 64 ist aus Kunststoff hergestellt, beispielsweise als Spritzgießteil, und dieser ist relativ weit in die Sackbohrung 44 eingeführt, um einen sicheren Halt zu gewährleisten. Das Filtergewebe kann von dem den Träger 64 bildenden Kunststoff umspritzt sein, so dass keine separate Befestigung des Filtergewebes erforderlich ist. Bei hohem Druckanstieg im Niederdruckbereich wird das Ventilglied 42 so weit in die Längsbohrung 41 hineinbewegt, dass dieses die weiteren Öffnungen 54 nicht mehr überdeckt, wobei dessen der Ventilfeder 50 abgewandtes Ende eine Steuerkante 42b bildet, durch die dann die weiteren Öffnungen 54 direkt in Verbindung mit der Längsbohrung 41 sind und Kraftstoff unter Umgehung des Filters 56 in die Entlastungsverbindung abströmen kann. Die übrige Funktion des Kraftstoffüberströmventils 36 gemäß dieser modifizierten Ausführungsform ist gleich wie bei der Ausführungsform gemäß den 1 bis 4.
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In 6 ist das Kraftstoffüberströmventil 36 gemäß einer weiteren modifizierten Ausführungsform dargestellt, bei der der Filter 56 in die Sackbohrung 44 des Ventilglieds 42 eingepresst ist. Der Filter 56 weist dabei einen aus Metall hergestellten, das Filtergewebe umgebenden Rahmen 66 auf, der in die Sackbohrung 44 eingepresst ist. Für den aus Metall hergestellten Rahmen 66 ist im Vergleich zu dem aus Kunststoff hergestellten Träger der Ausführungsform gemäß 5 eine kürzere Presslänge in der Sackbohrung 44 ausreichend. Die Querbohrungen 46 und die Ringnut 48 im Ventilglied 42 sind im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß den 1 bis 4 näher zum offenen Ende der Sackbohrung 44 hin angeordnet. Den der Ventilfeder 50 abgewandte Endbereich des Ventilglieds 42 ist im Durchmesser reduziert wodurch eine weitere Steuerkante 42a am Außenmantel des Ventilglieds 42 gebildet ist. Wenn der Druck im Niederdruckbereich so hoch ist, dass das Ventilglied 42 in die Längsbohrung 41 gegen die Kraft der Ventilfeder 50 hineinbewegt wird, so kommt nach einem bestimmten Öffnungshub des Ventilglieds 42 dessen Ringnut 48a in Überdeckung mit den Öffnungen 43 und Kraftstoff kann abströmen. Wenn der Druck im Niederdruckbereich noch weiter ansteigt, so wird das Ventilglied 42 noch weiter in die Längsbohrung 41 hineinbewegt bis dessen Ringnut 48 nicht mehr in Überdeckung mit den Öffnungen 43 ist, jedoch durch die Steuerkante 42a der im Durchmesser reduzierte Endbereich des Ventilglieds 42 in Überdeckung mit den Öffnungen 43 kommt, wodurch eine direkte Verbindung des Zulaufs mit der Entlastungsverbindung 43 durch die Längsbohrung 41 unter Umgehung der Sackbohrung 44 hergestellt ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Ventilglied 42 so weit in die Längsbohrung 41 hineinbewegt wird, dass dieses die Öffnungen 43 nicht mehr überdeckt, wobei dessen der Ventilfeder 50 abgewandtes Ende eine Steuerkante 42b bildet, durch die dann die Öffnungen 43 direkt in Verbindung mit der Längsbohrung 41 sind und Kraftstoff unter Umgehung des Filters 56 in die Entlastungsverbindung abströmen kann. Die übrige Funktion des Kraftstoffüberströmventils 36 gemäß dieser modifizierten Ausführungsform ist gleich wie bei der Ausführungsform gemäß den 1 bis 4.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007052665 A1 [0002]
