-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Druckbegrenzungsventil für
ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, welches einen Einlass
und einen Auslass aufweist, und mit einem vorgespannten Ventilelement,
welches ab einer bestimmten zwischen Einlass und Auslass vorhandenen
Druckdifferenz den Einlass mit dem Auslass hydraulisch verbindet.
-
Ein solches Druckbegrenzungsventil
ist vom Markt her bekannt. Es kommt vorzugsweise in solchen Kraftstoffsystemen
zum Einsatz, welche bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung verwendet
werden. Derartige Kraftstoffsysteme verfügen üblicherweise über einen
Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich. Eine elektrische
Vorförderpumpe
fördert
den Kraftstoff aus einem Tank in den Niederdruckbereich, aus dem
der Kraftstoff über eine
Hochdruckpumpe in eine Kraftstoff-Sammelleitung ("Common-Rail genannt) gefördert wird.
Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung wird üblicherweise durch ein Druckregel-
oder ein Mengensteuerventil geregelt.
-
Um jedoch eine Absicherung gegen
einen zu hohen Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung zu schaffen,
ist im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems ein Druckbegrenzungsventil
vorgesehen. Bei diesem handelt es sich im Allgemeinen um ein Druckbegrenzungsventil
mit einem von einer Feder gegen einen Ventilsitz gepressten Ventilelement. Übersteigt der
Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung
einen bestimmten Grenzwert, hebt das Ventilelement vom Ventilsitz
ab, so dass Kraftstoff vom Einlass des Druckbegrenzungsventils zum
Auslass und von dort zurück
zum Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems strömen kann.
-
Dieses bekannte Druckbegrenzungsventil arbeitet
bereits sehr gut und vor allem sehr zuverlässig. Allerdings sind den Anordnungsmöglichkeiten des
Druckbegrenzungsventils in dem Kraftstoffsystem Grenzen gesetzt:
Im Allgemeinen muss das Druckbegrenzungsventil im Bereich der Kraftstoff-Sammelleitung,
also in einer gewissen Entfernung von der Hochdruckpumpe, angeordnet
werden. Der Grund dafür
ist, dass die Hochdruckpumpe im Betrieb Druckpulsationen erzeugt,
deren Spitzen den Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils übersteigen
können.
Würde das
Druckbegrenzungsventil unmittelbar bei der Hochdruckpumpe angeordnet werden,
bestünde
die Gefahr, dass das Druckbegrenzungsventil aufgrund der Druckpulsationen öffnet, obwohl
der maximale Systemdruck noch nicht erreicht ist. Erst in einer
gewissen Entfernung von der Hochdruckpumpe kommt es zu einer Glättung der Druckpulsationen
aufgrund der Drosseleffekte in der Kraftstoffleitung und aufgrund
der Kompressibilität des
Kraftstoffs.
-
Alternativ hierzu wäre es auch
möglich,
das Druckbegrenzungsventil so auszulegen, dass sein Öffnungsdruck
oberhalb der aufgrund der Druckpuisationen vorhandenen Druckspitzen
liegt. Dieses Druckbegrenzungsventil kann dann in unmittelbarer Nähe der Hochdruckpumpe
angeordnet sein oder sogar in diese integriert werden. Im Notlaufcetrieb, wenn
also die Druckregelung der Kraftstoff-Sammelleitung nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert
und dann ein höherer
Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung als der normale Systemdruck
herrscht, muss dennoch ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine
sichergestellt sein. Dies wiederum würde bedeuten, dass die Komponenten
des Hochdruckbereichs des Kraftstoffsystems bezüglich ihrer Funktion für den hohen Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventil ausgelegt sein müssen. Derartige Komponenten
sind jedoch relativ teuer.
-
Aus der nachveröffentlichten
DE 101 18 936 ist eine Druckbegrenzungseinrichtung
bekannt, bei welcher die Druckpulsationen durch eine Ausgleichskammer
abgebaut werden, so dass die Druckbegrenzungseinrichtung im Normalbetrieb
der Kraftstoffpumpe trotz der von der Hochdruckpumpe verursachten
Druckpulsationen nicht öffnet.
Dies erlaubt die Anordnung der Druckbegrenzungseinrichtung auch
in der Nähe
der Hochdruckpumpe.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil
ist vorgesehen, dass der Auslass des Druckbegrenzungsventils mit
einem Förderraum
einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffsystems hydraulisch in Verbindung
steht.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil
wird ein unerwünschtes Öffnen dadurch verhindert,
dass die während
des Förderhubs
von der Hochdruckpumpe verursachten Druckpulsationen das Ventilglied
von beiden Seiten, das heißt
sowohl vom Einlass als auch vom Auslass, beaufschlagen. In Folge
dessen verursachen die Druckpulsationen, deren Maximum deutlich über dem Öffnungsdruck des
Druckbegrenzungsventils liegen kann, keine resultierende hydraulische
Kraft auf das Ventilglied. Dadurch ist gewährleistet, dass das Ventilglied
während
des Förderhubs
nicht von seinem Ventilsitz abhebt und somit das Druckbegrenzungsventil
nicht öffnet.
-
Andererseits verhindert das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil
während
des Saughubs der Hochdruckpumpe das Auftreten unzulässig hoher
Drücke
im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems. Dann nämlich ist
das Rückschlagventil zwischen
dem Förderraum
der Hochdruckpumpe und dem Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems geschlossen
und ein eventuell erhöhter
Druck im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems öffnet das Ventilglied des Druckbegrenzungsventils,
so dass ein Druckabbau stattfindet.
-
Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil ist
sehr einfach aufgebaut und unterscheidet sich von anderen aus dem
Stand der Technik bekannten Lösungen
im Wesentlichen durch die erfindungsgemäße Verschaltung. Grundsätzlich können sowohl
mit Sitzventilen als auch mit Schieberventilen die erfindungsgemäßen Vorteile
realisiert werden.
-
Bei einer Variante der Erfindung
ist vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil ein Gehäuse mit
einem Ventilsitz und einer Federkammer aufweist, dass in der Federkammer
eine Feder vorgesehen ist, die sich einenends gegen das Gehäuse und anderenends
gegen das Ventilglied abstützt,
und dass die Federkammer mit dem Auslass hydraulisch in Verbindung steht.
Diese Anordnung entspricht im wesentlichen einem aus dem Stand der
Technik bekannten Druckoegrenzungsventil, welches erfindungsgemäß mit dem
Förderraum
der Hochdruckpumpe des Kraftstoffsystems hydraulisch in Verbindung
steht.
-
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil einen
Federhalter aufweist, und dass zwischen Federhalter und Ventilsitz
eine Feder vorgesehen ist, die sich einenends gegen den Federhalter
und anderenends gegen das Ventilglied abstützt, so dass das Druckbegrenzungsventil
in verschiedenen Einbaulagen in die Kraftstoffhochdruckpumpe integriert
werden kann. Außerdem
wird die Herstellung des Druckbegrenzungsventils vereinfacht.
-
Eine weitere Ergänzung der Erfindung sieht vor,
dass der Federhalter mit dem Ventilsitz verbunden ist, so dass Herstellung,
Prüfung
und Kalibrierung des Druckbegrenzungsventils außerhalb der Kraftstoffhochdruckpumpe
erfolgen können.
Außerdem
wird das Betriebsverhalten der Kraftstoffhochdruckpumpe verbessert,
wenn der Öffnungsdruck
jedes Druckbegrenzungsventils vor der Montage gemessen und justiert
wird.
-
Alternativ kann der Federhalter auch
in einer Bohrung des Gehäuses
befestigt werden, so dass sich die Zahl der Bauteile verringert.
Dabei kann der Federhalter in der Bohrung eingepresst und/oder eingeschweißt werden.
-
Um ein seitliches Ausweichen der
Feder zu verhindern kann der Federhalter einen Stützdorn aufweisen.
-
Die Herstellung des Druckbegrenzungsventils
wird weiter vereinfacht, wenn der Ventilsitz in einer Sitzhülse angeordnet
ist und diese Sitzhülse
in einer Bohrung des Gehäuses
z. B. durch Einpressen und/oder Schweißen, befestigt ist.
-
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen,
dass zwischen Faderkammer und Auslass ein in dem Gehäuse oder
dem Federralter dichtend geführter
Trennkolben vorhanden ist, und dass der Trennkolben auf dem Ventilglied
aufliegt, wenn zwischen Auslass und Federkammer eine vorgegebene Druckdifferenz
herrscht. Dies bedeutet, dass der Trennkolben während der Saugphase der Hochdruckpumpe
vom Ventilglied abhebt. Dadurch werden Druckschwankungen im Förderraum
vom Ventilglied während
der Saugphase ferngehalten, was die Regelgenauigkeit des Druckbegrenzungsventils
verbessert.
-
Auf besonders einfache Weise kann
dieser Effekt weiter verstärkt
werden, wenn zwischen Trennkolben und Ventilglied eine vorgespannte
Zusatzfeder vorhanden ist, die den Trennkolben in der Saugphase
der Kraftstoffhochdruckpumpe vom Ventilglied abhebt.
-
Die Funktion des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils
kann weiter verbessert werden, wenn zwischen Feder und/oder Zusatzfeder
und Ventilglied ein Federteller vorgesehen ist. Dadurch kann die
Dimensionierung des Ventilglieds und der Federn voneinander entkoppelt
werden, was die Auslegung der einzelnen Bauteile erleichtert. Außerdem wird
durch den Federteller ein Ausknicken der Federn verhindert.
-
Wenn der Liefergrad der Hochdruckpumpe optimiert
werden soll, kann die Zusatzfeder zwischen Trennkolben und Gehäuse angeordnet
werden, so dass die Zusatzfeder den Trennkolben stets in Anlage
an das Ventilglied bringt.
-
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils
kann weiter verbessert werden, wenn. die Federkammer mit einer Leckageleitung
in Verbindung Steht.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
auch ein Kraftstoffsystem zum Zuliefern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine,
mit einem Vorratsbehälter,
mit einer ersten Kraftstoffpumpe, welche eingangsseitig mit dem
Vorratsbehälter
verbunden ist, mit einer zweiten Kraftstoffpumpe, welche eingangsseitig über eine
Kraftstoffverbindung mit der ersten Kraftstoffpumpe verbunden ist,
und mit einem Druckbegrenzungsventil, welches den Druck in einer
Kraftstoffleitung auf der Ausgangsseite der zweiten Kraftstoffpumpe
begrenzt.
-
Um ein solches Kraftstoffsystem möglichst variabel
bauen zu können,
ohne dass zusätzliche Kosten
anfallen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
dass das Druckbegrenzungsventil in der oben beschriebenen Art ausgebildet
und verschaltet ist.
-
Dabei wird vorgeschlagen, dass die
Hochdruckpumpe eine 1-Zylinder-Kolbenpumpe
umfasst. Bei einer solchen Hochdruckpumpe sind die Förderpulsationen
besonders ausgeprägt,
so dass hier das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil
sehr wirkungsvoll arbeitet.
-
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems
ist das Druckbegrenzungsventil an die Hochdruckpumpe angebaut, vorzugsweise
in diese integriert. Eine derartige Anordnung des Druckbegrenzungsventil
innerhalb des Kraftstoffsystems hat den Vorteil, dass auf eine Rückflussleitung
vom Druckbegrenzungsventil beispielsweise zum Niederdruckbereich
des Kraftstoffsystems verzichtet werden kann. Hierdurch werden die
Kosten für
das erfindungsgemäße Kraftstoffsystem
erheblich gesenkt.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
-
1:
eine Prinzipdarstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Kraftstoffpumpe,
an die ein Druckbegrenzungsventil angebaut ist;
-
2:
einen Schnitt durch einen Bereich der Hochdruckpumpe und ein erstes
Ausführungsbeispiel
eines Druckbegrenzungsventils von 1;
-
3:
ein Diagramm, in dem der Druckverlauf im Förderraum und im Hochdruckbereich
des Kraftstoffsystems über
der Zeit dargestellt ist und
-
4 bis 13: weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Druckbegrenzungsventile.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
In 1 trägt ein Kraftstoffsystem
insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Niederdruckbereich 12 und
einen Hochdruckbereich 14.
-
Der Niederdruckbereich 12 umfasst
einen Vorratsbehälter 16,
in dem Kraftstoff 18 bevorratet wird. Der Kraftstoff 18 wird
aus dem Vorratsbehälter 10 von
einer ersten Kraftstoffpumpe 20 gefördert. Bei dieser handelt es
sich um eine elektrische Kraftstoffpumpe. Die elektrische Kraftstoffpumpe 20 fördert in eine
Niederdruck-Kraftstoffleitung 22.
In dieser ist nach der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 in
Strömungsrichtung
gesehen zunächst
ein Filter 24 vorgesehen. In Strömungsrichtung gesehen noch
vor dem Filter 24 zweigt von der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 eine
erste Zweigleitung 26 ab, welche zum Vorratsbehälter 16 zurückführt. In
der ersten Zweigleitung 26 ist eine Druckbegrenzungseinrichtung 28 angeordnet.
-
Die Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 führt zu einer
Hochdruckpumpe 30. Diese wird auf hier nicht näher dargestellte
Weise von der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt)
angetrieben. Bei der Hochdruckpumpe 30 handelt es sich
um eine 1-Kolben-Hochdruckpumpe.
Stromaufwärts
von der Hochdruckpumpe 30 sind in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 noch
ein Druckdämpfer 32 und
ein Saugventil 34 angeordnet. Zwischen dem Filter 24 und
dem Druckdämpfer 32 zweigt
von der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 eine zweite Zweigleitung 36 ab,
in der ein Niederdruckregler 38 angeordnet ist. Die zweite
Zweigleitung 36 führt
ebenfalls zum Vorratsbehälter 16.
Von der Hochdruckpumpe 30 führt eine Leckageleitung 40 zur
zweiten Zweigleitung 36.
-
Ausgangsseitig fördert die Hochdruckpumpe 30 in
eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 42, welche über ein
Rückschlagventil 44 zu
einer Kraftstoff-Sammelleitung 46 führt. An die Kraftstoff-Sammelleitung 46 sind
wiederum Kraftstoff-Einspritzventile 48 angeschlossen,
welche den Kraftstoff in einen nicht näher dargestellten Brennraum
der Brennkraftmaschine einspritzen. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 4c wird
von einem Drucksensor 5G erfasst.
-
Um das Betriebsverhalten des Hochdrucksbereichs 14 des
Kraftstoffssystems 10 zu verbessern, kann vor dir Kraftstoffsammelleitung 46 in
der Hochdruckkraftstoffleitung 42 eine Drossel (nicht dargestellt)
vorgesehen sein. Die Drossel vermeidet Druckschwingungen und eine
unerwünschte
Geräuschentwicklung
im Hochdruckbereich 14.
-
Der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 und
der Kraftstoff-Sammelleitung 46, also im Hochdruckbereich 14 des
Kraftstoffsystems 10, wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 über ein hochdruckseitiges Mengensteuerventil 52 geregelt. Dieses
verbindet den zwischen dem Rückschlagventil 44 und
der Kraftstoff-Sammelleitung 46 gelegenen Bereich der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 mit
dem zwischen dem Saugventil 34 und dem Druckdämpfer 32 gelegener
Bereich der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22. Die Verbindung
erfolgt über
eine dritte Zweigleitung 54. Das Mengensteuerventil 52 wird
von einer in 1 nicht
dargestellten Steuer- und Regeleinheit angesteuert, welche wiederum
Signale vom Drucksensor 50 erhält. Auf diese Weise wird ein
geschlossener Regelkreis für
die Regelung des Drucks im Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10 geschaffen.
In den 4 bis 8 wird die Druckregelung
im Hochdruckbereich durch ein saugseitig angeordnetes Mengensteuerventil
geregelt.
-
Um bei einem Ausfall des Mengensteuerventils 52 einen Überdruck
in der Kraftstoff-Sammelleitung 4b zu vermeiden, welcher
die Funktionstüchtigkeit
der Einspritzventile 48 beeinträchtigen könnte, ist in die Hochdruckpumpe 30 ein
Druckbegrenzungsventil 56 integriert. Der Aufbau und die Funktion
des Druckbegrenzungsventils 56 wird nachfolgend anhand
der 2 sowie 4 bis 8
erläutert:
-
2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56,
welches in ein Gehäuse 58 der
Hochdruckpumpe 30 integriert ist. In dem Gehäuse 58 ist
ein Förderraum 60 vorhanden,
der auf einer Seite von einem Kolben 62 der Hochdruckpumpe 30 begrenzt
wird. Der Kolben 62 oszilliert in einer Bohrung 64 des
Gehäuses 58.
Der Antrieb des Kolbens 62 ist in 2 nicht dargestellt. Die oszillierende
Bewegung des Kolbens 62 ist in 2 durch einen Doppelpfeil 66 angedeutet.
-
In den Förderraum 60 mündet die
Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 mit
einem Saugventil 34. Von dem Förderraum 60 geht ebenfalls
die dritte Zweigleitung 54 ab, in der das Mengensteuerventil 52 angeordnet
ist. Des Weiteren zweigt vom Förderraum 60 die
Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 mit
dem Rückschlagventil 44 ab.
-
In Strömungsrichtung gesehen hinter
dem Rückschlagventil 44 geht
eine vierte Zweigleitung 70 ab, welche die Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 mit dem
Förderraum 60 verbindet.
Die vierte Zweigleitung 70 besteht aus den Abschnitten 70a und 70b.
-
Das Druckbegrenzungsventil 56 ist
bei dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
als Kugelventil ausgebildet. Es können jedoch erfindungsgemäß auch andere
Formen von Sitzventilen und auch Schieberventile eingesetzt werden.
-
In dem Gehäuse 58 ist ein Ventilsitz 72 ausgearbeitet,
welcher mit einem als Kugel im ausgebildeten Ventilglied 74 in
an sich bekannter Weise zusammenwirkt. Eine Feder 76, welche
sich einenends gegen das Gehäuse 58 abstützt und
anderenends gegen das Ventilglied 74 abstützt, bestimmt
durch seine Verspannung den Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils 56. Die Feder 76 ist
in einem Federraum 78 des Gehäuses 58 untergebracht.
-
Dadurch, dass der Federraum 78 und
damit auch die Rückseite
des Ventilglieds 74 mit dem im Förderraum 60 herrschenden
Druck beaufschlagt werden, hebt das Ventilglied 74 während des
Förderhubs
der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 30 auch dann nicht vom Ventilsitz 72 ab,
wenn im Förderraum 60 oder
in der Kraftstoff-Hochdruckleitung 42 Druckpulsationen
auftreten. Während
des Förderhubs
ist nämlich
das Rückschlagventil 44 geöffnet, so
dass der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42, der vierten
Zweigleitung 70, dem Federraum 78 und dem Förderraum 60 gleich
ist und sich somit die auf das Ventilglied 74 wirkenden
hydraulischen Kräfte
aufheben.
-
Erst während des Saughubs, wenn nämlich der
Druck im Förderraum 60 abnimmt
und das Rückschlagventil 44 schließt, entsteht
eine Druckdifferenz zwischen dem Abschnitt 70a der vierten
Zweigleitung 70 und dem Federraum 78 und infolgedessen
eine resultierende hydraulische Kraft auf das Ventilglied 74.
Wenn diese resultierende hydraulische Kraft die von der Feder 76 auf
das Ventilglied 74 ausgeübte Schließkraft überwindet, öffnet das Druckbegrenzungsventil 56 und
ein unzulässig
hoher Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 wird über die
vierte Zweigleitung 70 in dem Förderraum 60 abgebaut.
-
Wie sich aus der Beschreibung des
ersten Ausführungsbeispiels
ergibt, ist das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 56 so
einfach aufgebaut wie andere aus dem Stand der Technik bekannte Druckbegrenzungsventile.
-
Durch die erfindungsgemäße Verschaltung bleibt
das erfindungsgemäße Druckbegrenzangsventil 56 auch
beim Auftreten von Druckpulsationen während des Förderhubs der Kraftstoffhochdruckpumpe 30 geschlossen.
Dadurch findet der Druckaufbau in Normalbetrieb der Brennkraftmaschine
wie gewünscht
statt. Erst, wenn während
des Saughubs der Hochdruckpumpe 30 der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 den Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils 56 überschreitet, öffnet das
Druckbegrenzungsventil 56 und ermöglicht damit einen Druckabbau
in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42.
-
In 3 sind
der Verlauf des Drucks im Förderraum 60 und
in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 nach dem Rückschlagventil 44 über den
Hub des Kolbens 62 der Hochdruckpumpe 30 aufgetragen.
-
Eine erste Linie 80 zeigt
den Weg des Kolbens 62 in der Bohrung 64. Die
Bewegung vom unteren Totpunkt (UT) bis zum oberen Totpunkt (OT)
wird als Förderhub
bezeichnet und ist in 3 durch
den Doppelpfeil 82 gekennzeichnet.
-
Der Weg des Kolbens vom OT zum UT
wird als Saughub 84 bezeichnet.
-
Eine zweite durchgezogene Linie 86 zeigt den
Druck im Förderraum 60.
In 3 ist deutlich zu erkennen,
dass während
des Förderhubs
eine sogenannte Druckpulsation 85 entsteht. Das heißt es bildet
sich eine Druckspitze mit einem Maximalwert von Pmax,
die deutlich über
einem Öffnungsdruck
PDBV des Druckbegrenzungsventils 56 liegt.
-
In 3 ist
eine gestrichelte dritte Linie 88 eingetragen, welche den
Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 hinter
dem Rückschlagventil 44 und
in dem Abschnitt 70a der vierten Zweigleitung 70 darstellt.
in 3 ist deutlich zu
erkennen, dass die Linie 88, das heißt der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42,
während
des Förderhubs 82 dem
Druck im Förderraum 60 (zweite
Linie 86) folgt, auch wenn der Druck den Öffnungsdruck
PDBV des Druckbegrenzungsventils 56 übersteigt.
Erst, wenn während
des Saughubs 84 der Druck im Förderraum 60 stark
absinkt (siehe die zweite durchgezogene Linie 86), kann
sich eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 und
dem Förderraum 60 ausbilden.
In dem in 3 dargestellten
Betriebszustand des Kraftstoffsystems bleibt der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 während des
Saughubs gleich dem Öffnungsdruck
PDBV des Druckbegrenzungsventils 56, während der
Druck im Förderraum 60 hingegen
stark absinkt. In anderen Worten: Das Druckbegrenzungsventil 56 verhindert
das Auftreten unzulässig
hoher Drücke
während
des Saughubs dadurch, dass die während
des Förderhubs
in die Kraftstoffsammelleitung 46 geförderte Kraftstoffmenge während des Saughubs
wieder in den Förderraum 60 entspannt wird.
-
Bei dem in 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 ist
dieses als vormontierte Baueinheit, bestehend aus einer Sitzhülse 102 mit
einem Sitz 72 und einer Bohrung 104 sowie einem
Federhalter 106 und einer Feder 76 und einem Ventilglied 74.
Im unteren Teil der 4 ist
ein solches vormontiertes Druckbegrenzungsventil 56 außerhalb
einer Kraftstoffhochdruckpumpe vergrößert dargestellt, während es
im oberen Teil der 4 in
das Gehäuse 58 einer
Kraftstoffhochdruckpumpe integriert ist.
-
Wie aus der Detaildarstellung des
Druckbegrenzungsventils
56 in 4 erkennbar ist, ist der Federhalter 106 mit
der Sitzhülse 102 durch
Bördeln und
Schweißen
(siehe die Schweißnaht 109)
fest verbunden. Die Feder 76 stützt sich einenends gegen den
Federhalter 106 und anderenends gegen das Ventilglied 74 ab.
Wenn die Sitzhülse 102 und
der Federhalter 106 miteinander verbunden sind, kann der Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils 56 noch eingestellt werden,
indem der Federhalter 76 in Richtung seiner Längsachse
noch etwas zusammengedrückt
wird. Dadurch erhöht
sich die vor. der Feder 76 auf das Ventilglied 74 ausgeübte Vorspannkraft und
infolgedessen auch der Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils. Dieses erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 56 kann
somit vollständig
außerhalb
der Kraftstoffhochdruckpumpe 30 montiert und justiert werden.
Dadurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich des Fertigungsaufwandes.
Außerdem
wird die Streuung des Betriebsverhaltens verschiedener erfindungsgemäßer Druckbegrenzungsventile 56 in
einer Serienfertigung deutlich reduziert.
-
Im oberen Teil der 4 ist das Druckbegrenzungsventil 56 in
das Gehäuse 58 einer
Hochdruckpumpe 30 mit der Sitzhülse 102 eingepresst oder
auf eine andere Weise befestigt. Dabei ragt das Druckbegrenzungsventil 56 in
den Förderraum 60. Der
Kolben 62 weist eine zylindrische Ausnehmung 108 auf,
in die das Druckbegrenzungsventil 56 eintaucht, wenn sich
der Kolben 62 seinem oberen Totpunkt nähert. Diese Anordnung ist besonders
platzsparend und gleichzeitig ist das Totvolumen des Förderraums
sehr gering. Dies erhöht
den hydraulischen Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 30. Über die vierte
Zweigleitung 70 ist die Steuerseite des Druckbegrenzungsventils 56 unter
Umgehung des Rückschlagventils 44 mit
dem in der Hochdruckleitung 42 beziehungsweise der Kraftstoffsammelleitung 46 herrschenden
Raildruck beaufschlagt.
-
In der in 4 dargestellten Schnittdarstellung der
Hochdruckpumpe 30 ist das ist Mengensteuerventil 52 nicht
sichtbar. Ebenso ist in dieser Darstellung die hydraulische Verbindung
zwischen der Niederdruckkraftsteffleitung 22 und dem Förderraum 60 mit
dem dazwischen geschalteten Saugventil 34 nicht sichtbar.
In 4 ist die hydraulische
Verbindung zwischen dem Druckdämpfer 32 und
der Niederdruckkraftstoffleitung 22 durch eine Verbindungsbohrung 110,
welche als Stufenbohrung ausgeführt ist,
gut zu erkennen.
-
In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 dargestellt.
In 5 ist das Gehäuse 58 senkrecht zur
Längsachse
des Kolbens 62 in einer Ansicht von oben dargestellt. Das
heißt
man schaut auf den Kolbenboden des Kolbens 62. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
münden
die Hochdruckkraftstoffleitung 42, die Niederdruckkraftstoffleitung 22 und
die vierte Zweigleitung 70, welche aus den Abschnitten 70b und 70a zusammengesetzt
ist, in den Förderraum 60. Die
Mengensteuerung erfolgt in diesem Fall wie nachfolgend beschrieben
durch direkte Betätigung des
Saugventils 34:
Der Abschnitt 70a der vierten
Zweigleitung 70 ist als Stufenbohrung ausgeführt. In
diese Stufenbohrung ist die Sitzhülse 102 so eingepresst,
dass sie an einen Absatz der Stufenbohrung in axialer Richtung fixiert
ist. Der Federhalter 106 ist ebenfalls in die Stufenbohrung
eingepresst und wird anschließend, wenn
die zwischen Federhalter 106 und Ventilglied 74 angeordnete
Feder 76 eine ausreichende Vorspannung hat, in dieser Position
verschweißt.
Die Schweißnaht
ist in 5 mit dem Bezugszeichen 109 versehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 besteht keine
unmittelbare Verbindung zwischen Sitzhülse 102 und Federhalter 106.
Damit die Feder 76 nicht seitlich ausweichen kann, ist
am Federhalter 106 ein Stützdorn 112 vorgesehen.
Die dritte Zweigleitung 54 und der Abschnitt 7vb der
vierten Zweigleitung 70 liegen auf einer gemeinsamen Achse,
so dass diese Bohrungen in einer Aufspannung hergestellt werden
können
und keine zusätzliche
Dichtstelle nach außen
entsteht.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Saugventil 34 als
Plattenventil mit einer Ventilplatte 111 ausgeführt. Die
Ventilplatte 111 wird von einer Feder 76 gegen
einen Ventilsitz 115 des Saugventils 34 gedrückt. Während des
Saughubs der Hochdruckpumpe 30 hebt die Ventilplatte 111 vom
Ventilsitz 115 ab und Kraftstoff kann aus der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 in
den Förderraum 60 strömen. Das Mengensteuerventil 52 ist
bei diesem und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen
saugseitig angeordnet und hebt, wenn es entsprechend angesteuert
wird, während
des Förderhubs 82 die Ventilplatte 111 mit
Hilfe eines Stößels 113 vom
Ventilsitz 72 ab. Wenn die Ventilplatte 111 nicht
auf dem Ventilsitz 72 aufliegt, ist das Saugventil 34 geöffnet. In
Folge dessen findet kein Druckaufbau im Förderraum 60 und keine
Förderung
von Kraftstoff in die Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 statt,
solange das Saugventil 34 geöffnet ist. Auf diese Weise
kann auch durch ein saugseitig angeordnetes Mengensteuerventil 52 die
Regelung der Drucks in der Kraftstoff-Sammelleitung 46 vorgenommen
werden.
-
In der 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils
dargestellt. Der konstruktive Aufbau dieses Druckbegrenzungsventils 6 entspricht
im Wesentlichen dem in 5 dargestellten
Druckbegrenzungsventil 56. Allerdings ist die Einbausituation
bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 6 etwas anders. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
sind die Niederdruckkraftstoffleitung 22, das Saugventil 34 und
das Mengensteuerventil 52 nicht dargestellt.
-
Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 56 ist
in einer Stufenbohrung 114 des Gehäuses 58 angeordnet.
Die Stufenbohrung 114 ist senkrecht zur Hochdruckkraftstoffleitung 42,
welche in den Förderraum
mündet,
angeordnet. Die Stufenbohrung 114 wiederum mündet in
die vierte Zweigleitung 70. In ähnlicher Weise wie bei dem
Ausführungsbeispiel
gemäß 5 ist die Sitzhülse 102 und der
Federhalter 106 in die Stufenbohrung 114 eingepresst.
Der Federhalter 106 wird, sobald er die richtige Position
erreicht hat, durch eine Schweißnaht 109 fest
mit dem Gehäuse 58 verbunden.
-
In 7 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 dargestellt.
Gleiche Bauteile werden mit gleichen Bezugszeichen versehen, und
es gilt das betreffend der 2 und 3 Gesagte entsprechend. 7 zeigt einen Querschnitt
durch das Gehäuse 58 auf
der Höhe
des Förderraums 60.
In dieser Darstellung ist der Kolben 62, welcher in der
Bohrung 64 geführt
ist, sichtbar. Senkrecht dazu zweigen im nicht sichtbaren Förderraum 60 die
Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 mit dem Rückschlagventil 44 sowie
die dritte Zweigleitung 54 mit dem nicht dargestellten
Mengensteuerventil 52 ab. Die Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 ist in
dieser Darstellung nicht sichtbar. Bei der in 7 dargestellten Anordnung ist eine sehr
kompakte Bauweise möglich,
da das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil
(56) auf gleicher Höhe
wie der Förderraum
(60) (nicht dargestellt) angeordnet ist.
-
Im Unterschied beispielsweise zu
dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist zwischen dem Förderraum 60 und
dem Ventilalied 74 ein im Gehäuse 58 dichtend geführter Trennkolben 90 vorgesehen.
Der Trennkolben 90 umfasst einen Stößel 92, welcher in
den Federraum 78 ragt. Zwischen dem Trennkolben 90 und
einem Federteller 94, weicher auf dem Ventilglied 74 aufliegt,
ist eine Zusatzfeder 96 gespannt. Die Zusatzfeder 96 bewirkt,
dass der Stößel 92 nicht
auf dem Federteller 94 aufliegt, wenn zu beiden Seiten
des Trennkolbens 90, das heißt im Federraum 78 und
in dem Abschnitt 70b der vierten Zweigleitung 70 beziehungsweise
dem Förderraum 60,
der gleiche Druck herrscht. Erst, wenn eine Druckdifferenz zwischen
Förderraum 60 und
Federraum 78 herrscht, wird der Trennkolben 90 in
Richtung des Federtellers 94 bewegt und presst über den Federteller 94 das
Ventilglied 74 in seinen Sitz 72. Durch die Anordnung
des Trennkolbens 90 wird das Totvolumen im Förderraum 60 reduziert
und dadurch der volumetrische Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 30 verbessert.
-
Der Federraum 78 ist bei
diesem Ausführungsbeispiel
mit einen drucklosen Leckageleitung 98 oder mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 verbunden.
Dies bedeutet, dass der Trennkolben 90 während des
Förderhubs
der Hochdruckpumpe 30 auf das Ventilglied 74 drückt und
somit ein Öffnen des
Druckbegrenzungsventils 56 während des Förderhubs 82 verhindert.
Während
des Saughubs 84 der Hochdruckpumpe 30 drückt die
Zusatzfeder 96 den Trennkolben 90 in 7 nach links, so dass er vom
Federteller 94 abhebt. Dadurch wird eine Entkopplung vom
Trennkolben 90 und Ventilglied 74 vorgenommen,
so dass während
des Saughubs geringfügige
Druckschwankungen im Förderraum 60 der Hochdruckpumpe
sich nicht nachteilig auf das Regelverhalten des Druckbegrenzungsventils 56 auswirken
können.
-
Durch die Wahl des Durchmessers des Trennkolbens 90 und
des Ventilsitzes 72 kann auch noch eine hydraulische Verstärkung der
vom Trennkolbern 90 auf das Ventilglied 74 ausgeübten hydraulischen
Kraft während
des Förderhubs
erreicht werden.
-
Wenn der Liefergrad der Hochdruckpumpe 30 maximiert
werden soll, kann die Zusatzfeder 90 auch in dem Abschnitt 70b der
vierten Zweigleitung 70 angeordnet werden (siehe den Pfeil 100),
so dass sie sich einerseits gegen das Gehäuse 58 und andererseits
gegen den Trennkolben 90 abstützt und diesen dauernd in Anlage
an den Federteller 94 hält. Durch
diese Maßnahme
wird der Druckaufbau im Förderraum 60 und
damit auch in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 während des
Förderhubs der
Hochdruckpumpe 30 beschleunigt.
-
Das Ausführungsbeispiel gemäß 8 zeigt ebenfalls ein Druckbegrenzungsventil 56 mit
Trennkolben 90. Dieses Druckbegrenzungsventil 56 kann, wie
das Ausführungsbeispiel
gemäß 4, vollständig außerhalb
der Hochdruckpumpe 30 hergestellt und justiert werden,
da zwischen Sitzhülse 102 und Federhalter 106 eine
Hülse 116 mit
mindestens einer Querbohrung 118 vorgesehen ist. Die Hülse 116 wird mit
dem Federhalter 106 und der Sitzhülse 102 verschweißt, wenn
die Vorspannung der Feder 76 so groß ist, dass ein gewünschter Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils 56 erreicht wurde. Selbstverständlich kann
die Hülse 116 auch
durch andere Mittel als eine Schweißnaht 109 mit dem
Federhalter 106 und/oder der Sitzhülse 102 verbunden
werden.
-
Das vormontierte und justierte Druckbegrenzungsventil 56 wird
in den als Stufenbohrung ausgeführten
Abschnitt 70a der vierten Zweigleitung eingepresst und
durch einen Verschlussstopfen 120, der mit dem Gehäuse 58 verschweißt wird,
zur Umgebung abgedichtet. In dem Verschlussstopfen
120 sind
an der dem Druckbegrenzungsventil 56 zugewandten Stirnseite
Nuten 122 eingefräst,
welche eine hydraulische Verbindung zwischen dem Abschnitt 70b der
vierten Zweigleitung, die in den Förderraum (nicht dargestellt)
mündet,
und dem Trennkolben 90 ermöglichen. Der Durchmesser des
Trennkolbens 90 ist so dimensioniert, dass das Druckbegrenzungsventil 56 nicht öffnet, wenn
Druckstöße oder
Drucküberhöhungen im
Förderraum
(nicht dargestellt in 8)
während
des Förderhubs
der Hochdruckpumpe 30 entstehen.
-
Die nicht dargestellte Niederdruckkraftstoffleitung 22 geht
bei diesem Ausführungsbeispiel
nach oben weg und mündet
in den Druckdämpfer 32 (nicht dargestellt,
siehe 4).
-
Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil hat
folgende Hauptfunktionen: Im Normalbetrieb wird der Systemdruck
der Kraftstoffeinspritzanlage im Schubbetrieb des Motors begrenzt,
wenn der Druck in der Kraftstoffsammelleitung 46 durch
die Aufheizung des Kraftstoffs durch die Motorwärme ansteigt.
-
Im Notlaufbetrieb, wenn beispielsweise
das Mengensteuerventil 52 klemmt und zwar in einer solchen
Stellung, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe 30 stets die
volle Fördermenge
fördert,
wird der Systemdruck der Kraftstoffeinspritzanlage ebenfalls begrenzt.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann im Schubbetrieb bei
voll geöffnetem
Mengensteuerventil (Notlaufbetrieb) maximal die von der Hochdruckpumpe 30 geförderte Kraftstoffmenge
wieder in den Förderraum 60 abgelassen
werden. Eine Drucksteigerung, welche durch die Aufheizung des Kraftstoffs
in der Kraftstoffsammelleitung 46 verursacht ist, kann,
nicht kompensiert werden. Deshalb wird vorgeschlagen, in diesem
Fall über
die Einspritzventile 43 so viel Kraftstoff in die Brennräume (nicht dargestellt)
einzuspritzen, dass ein unzulässiger Druckanstieg
im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems 10 verhindert
wird.
-
Bei den Druckbegrenzungsventilen 56 gemäß den 7 und 8 ist es möglich, sowohl im Normalbetrieb
als auch im Notlaufbetrieb die komplette Kraftstoffmenge abzuführen und
damit den Druckaufbau unter allen Umständen und ohne zusätzlichen Eingriff
des Steuergeräts
der Motorsteuerung zu realisieren. Es kann jedoch sinnvoll sein,
im Notlaufbetrieb die maximale Motordrehzahl zu reduzieren, um für den Druckabbau
in der Kraftstoffsammelleitung 46 während der Saugphase der Hochdruckpumpe 30 genügend Zeit
zu haben.
-
In der 9 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils
56 im Schnitt dargestellt. Das Ausführungsbeispiel gemäß 9 weist Parallelen zu dem
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 auf, so dass nur die erfindungsgemäßen Weiterbildungen
beschrieben werden und ansonsten auf das oben zu 2 Gesagte verwiesen wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 schließt sich an den Ventilsitz 72 ein zylindrischer
Führungsabschnitt 124 an,
der das Ventilglied 74 in axialer Richtung führt, sobald
dieses vom Ventilsitz 72 abgehoben hat. Der Durchmesser des
Führungsabschnitts 124 und
der Durchmesser des als Kugel ausgebildeten Ventilglieds 74 sind
so aufeinander abgestimmt, dass sich zwischen Ventilglied 74 und
Führungsabschnitt 124 ein
ringförmiger Drosselspalt 126 ausbildet.
Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils
ist wie folgt:
Wenn im Notlaufbetrieb nach Beendigung des Förderhubs
der Druck im Förderraum 60 abgebaut
wird, öffnet
das Druckbegrenzungsventil 56 bei dem sich aus Vorspannkraft
der Feder 76 und der auf das Ventilglied 64 wirkenden
hydraulischen Kraft ergebenden Öffnungsdruck.
Die zu Beginn der Öffnung
des Druckbegrenzungsventils 56 vom Abschnitt 70a der vierten
Zweigleitung in den Federraum 78 strömende Kraftstoffmenge wird
im Drosselspalt 126 angedrosselt und die gesamte projizierte
Fläche
des Ventilglieds 74 wird mit dem Staudruck beaufschlagt.
Dies führt
zu einer sehr schnellen Öffnungsbewegung
des Ventilglieds 74 und einer schlagartigen Vergrößerung des
Strömungsquerschnitts
sobald das Ventilglied 74 den Führungsabschnitt 124 in
Richtung des Federraums 78 verlassen hat, weil sich der
Führungsabschnitt 124 zu
dem Federraum 78 mit einem sehr viel größeren Durchmesser erweitert.
Aufgrund dieses schnellen Ansprechens des Druckbegrenzungsventils 56 kann
in kurzer Zeit eine große
Kraftstoffmenge aus dem Hochdruckbereich 14 in den Förderraum 60 zurückströmen. Über die
Dimensionierung des Drosselspalts 126 und die Länge des
Führungsabschnitts 124 kann
das Ansprechverhalten des Druckbegrenzungsventils 26 optimiert
und an eine bestimmte Applikation adaptiert werden. Bei der Bemessung
des Drosselspalts 126 ist jedoch zu beachten, dass beim Ansprechen
des Druckbegrenzungsventils 56 im Normalbetrieb, aufgrund eines
Druckanstiegs durch Aufheizung des Kraftstoffs im Drosselspalt 126 keine Drosselung
auftritt, da sonst der Druck in der Kraftstoffsammelleitung 46 entsprechend
der Druckstufe im Druckbegrenzungsventil 56 sprungartig
abgesenkt werden würde.
Da es sich jedoch in diesem Fall um sehr kleine Überströmmengen handelt, kann der Drosselspalt 126 so
ausgelegt werden, dass die eingangs beschriebene Funktion realisiert
wird.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 10 wird nicht das Ventilglied 74,
sondern der Federteller 94 in einem Führungsabschnitt 124 des
Gehäuses 58 geführt. Infolgedessen
bildet sich der Drosselspalt 126 zwischen dem Führungsabschnitt 124 und
dem Federteller 94 aus. Auf diese Weise kann die mit dem Staudruck
beaufschlagte Fläche
unabhängig
vom Durchmesser des Ventilglieds gewählt werden. Damit ergibt sich
ein weiterer Freiheitsgrad bei der Optimierung des dynamischen Verhaltens
des Druckbegrenzungsventils 56. Durch diese konstruktiven
Maßnahmen
wird das Problem gelöst,
welches darin besteht, dass bei hohen Drehzahlen (im Fehlerfall
bei klemmenden Mengensteuerventil 52) die Zeit während der
Saugphase der Hochdruckpumpe 30 nicht mehr ausreicht, um
die zuvor in den Hochdruckbereich 14 geförderte Kraftstoffmenge
wieder vollständig
in den Förderraum 60 abzuführen. Speziell
im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine würde dann immer noch eine bestimmte
Kraftstoffmenge über das
Saugventil 34 angesaugt werden und infolge davon der Druck
in der Kraftstoffsammelleitung 46 unzulässig ansteigen.
-
Insbesondere durch die Ausführungsbeispiele
gemäß den 9 und 10 kann gewährleistet werden, dass es nicht
zu einer unzulässigen
Drucksteigerung in der Kraftstoffsammelleitung 46 kommt, selbst
wenn das Mengensteuerventil 52 klemmt und/oder das Steuergerät fehlerhaft
arbeitet, da die Druckbegrenzungsventile 56 einen ausreichend
großen
Rückfluss
von Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 14 in den Förderraum 60 während des Saughubs
der Hochdruckpumpe 30 ermöglichen.
-
Anhand der 11 und 12 wird
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 erläutert. Auch
dieses Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Druckbearenzungsventils 56 ist
in Patronenbauweise hergestellt. Daraus ergibt sich der Vorteil,
dass, ähnlich
wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 4, das Druckbegrenzungsventil 5o vor
der Montage in dem Gehäuse 58 der
Hochdruckpumpe 3C montiert, geprüft und der Öffnungsdruck eingestellt werden kann.
-
Das Druckbegrenzungsventil gemäß 11 besteht aus einem Ventilgehäuse 128,
weiches eine gestufte Mittenbohrung 130 aufweist. An seinem
Außendurchmesser
weist das Ventilgehäuse 128 einen ersten
Dichtwulst 132, einen zweiten Dichtwulst 134 und
einen dritten Dichtwulst 136 auf.
-
Die Mittenbohrung 130 ist
als Sacklochbohrung ausgeführt
und in der in 11 dargestellten Lage
des Druckbegrenzungsventil 56 auf der rechten Seite verschlossen.
An dem geschlossenen Ende der Mittenbohrung 130 ist die
Feder 76 angeordnet. Die Feder 76 wird zu beiden
Seiten von je einer Führungshülse 138 in
der Mittenbohrung 130 geführt. Die Federkraft der Feder 76 wird über die
in 11 linke Führungshülse 138 und
zwei Stifte 140 auf den Federteller 94 und von
diesem auf das Ventilglied 74 übertragen.
-
Zwischen der in 11 linken Führungshülse 138 und dem Federteller 94 ist
ein Zwischenstück 142 in
die Mittenbohrung 130 eingepresst. Das Zwischenstück 142 dient
unter anderem auch der Führung
der Stifte 140.
-
Auf der in 11 linken Seite des Ventilgehäuses 128 ist
eine Sitzhülse 102,
in der der Ventilsitz 72 ausgebildet ist, eingepresst.
Die axiale Position der Sitzhülse 102 in
der Mittenbohrung 130 wird durch einen Absatz der Mittenbohrung 130 und
eine Schulter in der Sitzhülse 102 eindeutig
festgelegt. In der Sitzhülse 102 ist
ein Kraftstoffsieb 144 befestigt, welches Verschmutzungen
im Kraftstoff von dem Dichtsitz 72 und dem Ventilglied 74 fernhält.
-
Hydraulisch ist das Druckbegrenzungsventil 56 wie
folgt in die Hochdruckpumpe 130 integriert. Über den
Abschnitt 70a der vierten Zweigleitung wird die linke Seite
des Ventilglieds 74 mit dem Hochdruckbereich der Hochdruckpumpe 30 herrschenden Druck
des Kraftstoff beaufschlagt. Über
den Abschnitt 70b der vierten Zweigleitung, welcher sich
im Ventilgehäuse 128 bis
zur Mittenbohrung 130 fortsetzt, wird eine Radialbohrung 146 im
Zwischenstück mit
dem im Förderraum 60 der
Hochdruckpumpe 30 herrschenden Druck beaufschlagt. Um eine
zuverlässige
hydraulische Verbindung zwischen der dem Abschnitt 70b der
vierten Zweigleitung und der Radialbohrung 146 im Zwischenstück 142 zu
gewährleisten,
weist das Zwischenstück 142 zwei
Dichtwülste 148 auf.
Zwischen diesen Dichtwülsten 148 ist
eine Umfangsnut vorhanden, die zusammen mit der Mittenbohrung 130 des
Ventilgehäuses 128 einen
umlaufenden Ringraum bildet. Der Abschnitt 70b im Ventilgehäuse 128 ist
so positioniert, dass er in diesen Ringraum mündet. Ebenfalls die Radialbohrung 146 so
positioniert, dass sie in den Ringraum mündet, so dass unabhängig von
der Winkellage des Abschnitts 70b und der Radialbohrung 146 zu
einander die hydraulische Verbindung zwischen dem Abschnitt 70b und
der Radialbohrung 146 stets gewährleistet ist. Die Radialbohrung 146 mündet in
eine als Sackloch ausgeführte
Zentrumsbohrung 150 des Zwischenstücks 142 in der Trennkolben 152 gleitend
und dichtend geführt
wird. Der Trennkolben 152 stützt sich mit einem Ende an
dem Federteller 94 ab. Somit überträgt der Trennkolben 152 eine
dem Druck im Förderraum 60 proportionale
Kraft auf den Federteller 94 und bewirkt somit, dass der Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsvertils 56 während des Förderhubs, wenn nämlich der
Druck im Förderraum
ebenfalls hoch ist, erhöht
wird, so dass die unerwünschten Öffnungsvorgänge während des
Förderhubs
unterdrückt
werden.
-
Wenn der Druck im Förderraum 60 während des
Saughubs absinkt, wird keine nennenswerte Kraft vom Trennkolben 152 auf
den Federteller 94 übertragen,
so dass der Öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventiis 56 in diesem Zeitraum im wesentlichen
nur von der Feder 76 bestimmt wird.
-
Wenn das Ventilglied 74 von
dem Dichtsitz 72 abhebt, kann Kraftstoff aus dem Abschnitt 70a der vierten
Zweigleitung 70, dass heißt aus dem Hochdruckbereich 14 des
Kraftstoffsystems 10, über
eine Querbohrung 154 im Ventilgehäuse 128 in die Niederdruckleitung 22 abfließen. Die
Querbohrung 154 ist zwischen dem ersten Dichtwulst 132 und
dem zweiten Dichtwulst 134 angeordnet. Der Abschnitt 70b
im Ventilgehäuse 128 ist
zwischen dem zweiten Dichtwulst 134 und dem dritten Dichtwulst 136 angeordnet.
-
Zwischen dem dritten Dichtwulst 136 und
einem Bund 156 des Ventilgehäuses 128 ist eine
Umfangsnut 158 vorgesehen, so dass Kraftstoff in einem Abschnitt
der Niederdruckleitung 22 im Gehäuse 58 der
Hochdruckpumpe 30 um das Ventilgehäuse 128 herum fließen kann
und zu einem nicht dargestellten Druckdämpfer 32 weiter strömen kann.
Das Ventilgehäuse 128 wird
an dem Bund 156 mit dem Gehäuse 58 verschweißt. Dies
ist in 11 durch eine
stilisierte Schweißnaht 160 angedeutet.
-
Durch die Dichtwülste 132, 134, 136 und 148 zwischen
dem Gehäuse 58 und
dem Ventilgehäuse 128 bzw.
zwischen dem Ventilgehäuse 128 und
dem Zwischenstäck 142 sowie
die Schweißnaht 160,
werden Abdichtungen erzielt, durch die keine Kraftstoffdiffusion.
stattfindet. Außerdem
altern diese Dichtverbindung nicht, wie es beispielsweise eine O-Ring aus einem elastomeren
Werkstoff tut.
-
In der 12 ist
das Druckbegrenzungsventil 56 gemäß 11 in einer Hochdruckpumpe 30 dargestellt.
Aus dieser Darstellung lässt
sich die hydraulische Anbindung des Druckbegrenzungsventils 56 in
der Hochdruckpumpe 30 besser erkennen. Es wurden in 12 nicht alle Bauteile des
Druckbegrenzungsventils 56 mit Bezugszeichen versehen, um
die Übersichtlichkeit
der 12 nicht zu beeinträchtigen.
-
Durch eine geeignete Wahl des Durchmessers
des Trennkolbens 152 kann die vom Druck im Förderraum 60 abhängige Anpresskraft
des Federtellers 94 auf das Ventilglied 64 eingestellt
werden.
-
Die vom Förderraumdruck verursachte Öffnungsdruckerhöhung des
Druckbegrenzungsventils 56 ist so auf die Strömungswiderstände zwischen
der Hochdruckpumpe 30 und die Kraftstoffsammelleitung 46 vorhandenen
Strömungswiderstände abgestimmt, dass
das Druckbegrenzungsventil 56 beim Förderhub des Kolbens 62 nicht öffnet.
-
In 13 ist
ein weiteres Ausführungsbeipiel eines
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 56 dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel
weist viele parallelen zu dem in den 11 und 12 dargestellten und anhand
dieser Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel auf. Es werden
anchfolgend nur die wesentlichen Unterschiede herausgestellt und
ansonsten auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 13 ist das Gehäuse 58 des
Druckbegrenzungsventils 56 gleichzeitig auch das Gehäuse der
Hocharuckpumpe 20; d. h. anders als bei dem Ausführungsbeispiel genmäß der 11 und 12 ist das Druckbegrenzungsventil 56 in 13 nicht in Patronenbauweise ausgeführt. Dadurch
können
einige Bauteile entfallen. Trotzdem kann der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 56 bei
der Montage desselben eingestellt werden und so die Streuung des
Betriebsverhaltens bei der Serienfertigung minimert werden. Erreicht
werden diese Vorteile dadurch, dass sich die Feder 76 einenends
gegen den Federteller 94 und anderenends gegen das Zwischenstück 142 abstützt.
-
Der Federteller 94 weist
mindestens eine Längsnut 162 auf,
durch die Kraftstoff , welcher bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil 56 aus
dem Abschnitt 70a in das Druckbegrenzungsventil 56 strömt, in die
Niderdruck-Kraftstoffleitung 22 abgeführt werden
kann. Die Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 mündet bei
diesem Ausführungsbeispiel
in der Federkammer 78.
-
Das Zwischenstück wird mit den Dichtwulstens 148 fest
und flüssigkeitsdicht
in die Mittenbohrung 130 eingepresst. Je nachdem wie tief
das Zwischenstück
in die Mittenbohrung 130 eingepresst wird, stellt sich
eine Vorspannung der Feder 76 und damit der öffnungsdruck
des Druckbegrenzungsventils 56 ein. Nach erfolgter Einstellung
des Öffnungsdruck
wird die Mittenbohrung 130 durch einen Deckel 164 verschlossen.
Der Deckel 164 kann mit dem Gehäuse 58 verschweißt werden.
-
Zwischen den Dichtwülsten 148,
der Mittenbohrung 130 und dem Zwischenstück 142 ensteht
ein Rindraum, der eine hydraulische Verbindung zwischen dem Abschnitt 70b der vierten
Zweigleitung und der Radialbchrung 146 im Zwischenstück 142 sicherstellt.
-
Die Ausführungsbeispiele gemäß der 7, 8, 11, 12, und 13 unterscheiden sich von den anderen Ausführungsbeispielen
dadurch, dass der Druckabbau nicht zum Förderraum 60 erfolgt,
sondern in die Niederdruck-Kraftstoffleitung 22.
-
Alle in den Zeichnungen, deren Beschreibung
und den Patentansprüchen
erläuterten
Merkmale können
sowohl einzeln als auch in Verbindung miteinander erfindungswesentlich
sein.