DE19927197A1

DE19927197A1 - Ventil, insbesondere Rückschlagventil für eine Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE19927197A1
Application number: DE19927197A
Authority: DE
Inventors: Stefan Geise
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: ITMI20001224A1; FR2795137B1; FR2795137A1; ITMI20001224A0; DE19927197B4; JP2001012626A; IT1317792B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil für eine Hochdruckpumpe, mit einem Schließkörper (28), der von einer Ventilfeder (39) auf einen Ventilsitz (29) hingedrückt wird. Um eine zuverlässige Führung des Schließkörpers (28) bei gleichzeitig geringer bewegter Masse zu gewährleisten, ist vorgesehen, daß die Ventilfeder (30) eine Schraubenfeder ist, die mit zwei Windungen (32') den Schließkörper (28) umgreifend an diesem anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Rück schlagventil für eine Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Aus der EP 0 268 520 B1 ist bereits ein Rückschlagventil be kannt, bei dem eine als Schließkörper dienende Ventilkugel zwischen einem eine Ventilöffnung umgebenden Ventilsitz und einem der Ventilöffnung gegenüberliegenden Anschlag angeord net ist und von einer Ventilfeder auf den Ventilsitz ge drückt wird. Die Ventilfeder liegt dabei mit ihrer letzten Federwindung an der Ventilkugel an, um sich an dieser abzu stützen.

Ein anderes bekanntes Rückschlagventil (DE 37 42 824 A1), das in einer Rückförderpumpe eines Antiblockierregelsystems vorgesehen ist, weist eine als Schließkörper dienende Ven tilkugel auf, die in einer Auslaßkammer angeordnet ist und von einer Ventilfeder auf einen die Einlaßöffnung dieser Ventilkammer umgebenden Ventilsitz gedrückt wird.

Bei einer Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem weist ein als Rückschlagventil ausgebildetes Hochdruckaus laßventil als Schließkörper eine Ventilkugel auf, die zur Führung von einem Federteller gehalten wird, an dem eine Ventilfeder angreift, um die Ventilkugel in einen die Ven tilöffnung umgebenden Ventilsitz zu drücken. Der Federteller umgreift dabei hülsenartig einen Führungsstift, auf dem die Ventilfeder gelagert ist.

Durch den Federteller wird die wirksame Masse des Schließ körpers derart vergrößert, daß es aufgrund der Massenträg heit zu Drucküberhöhungen im Pumpengehäuse kommt, da das Hochdruckventil bei Erreichen des Öffnungsdrucks nicht un mittelbar vollständig öffnet, sondern einen verzögerten Öff nungsvorgang durchführt. Dabei werden Druckspitzen erreicht, die bis zu 25% über dem gewünschten Betriebsdruck liegen. Bei einem Betriebsdruck von 1.600 bar entstehen also Druck spitzen bis über 2.000 bar. Derartige Druckspitzen können zu Gehäusebrüchen und damit zum Ausfall der Hochdruckpumpe füh ren.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Ein Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die bewegte Masse im Ven til, also die Masse des Schließkörpers im Vergleich zum Stand der Technik auf weniger als 30% (beispielsweise auf 0,5 g bei der Erfindung im Vergleich zu 1,8 g beim Stand der Technik) reduziert werden kann, ohne daß auf die zuverlässi ge Führung des Schließkörpers verzichtet zu werden braucht, da die Ventilfeder den Schließkörper mit zwei Windungen korbartig umgreift und führt.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die den Schließkör per umgreifenden Windungen der Ventilfeder Todwindungen sind. Hierdurch wird ein sogenanntes Atmen des den Ventil körper haltenden Federendes, also ein Aufweiten der Feder windungen, wie dies beim Stand der Technik auftritt, ausge schlossen, so daß auch Verschleiß und evtl. Bruch der Ven tilfeder zuverlässig vermieden werden können. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn das Ende der letzten Windung der Ventilfeder an der vorhergehenden Windung angelötet ist.

Wird als Schließkörper eine Ventilkugel vorgesehen, die vor zugsweise aus Keramik, insbesondere Si₃N₄-Keramik besteht, so läßt sich ein besonders schnell ansprechendes Ventil, insbesonders Hochdruckventil schaffen, mit dem es möglich ist, Druckspitzen im Pumpengehäuse so zu verringern, daß sie nur noch knapp 7% über dem normalen Betriebsdruck liegen. Bei einem Betriebsdruck von 1.600 bar bedeutet das, daß die Druckspitzen nur 100 bar über dem Betriebsdruck liegen.

Um eine Hubbegrenzung für den Schließkörper zu realisieren, ist weiter vorgesehen, daß der Schließkörper zwischen dem eine Ventilöffnung umgebenden Ventilsitz und einer den Schließkörper in seiner Offenstellung abstützenden Anschlag fläche angeordnet ist. Um eine stets gute Zentrierung des Schließkörpers, also eine exakte Ausrichtung bezüglich sei nes Ventilsitzes hin zu gewährleisten, ist vorgesehen, daß die Anschlagfläche als Zentrierung für den Schließkörper in seiner Offenstellung dient. Hierdurch wird nicht nur eine zuverlässige Führung des Schließkörpers erreicht, sondern auch verhindert, daß die Ventilfeder seitlich ausgelenkt wird. Somit wird ein Scheuern der Ventilfeder ausgeschlos sen, was sonst zu Verschleiß und Federbruch führen könnte.

Ein weiterer Vorteil der zuverlässigen Führung des Schließ körpers besteht darin, daß das Ventil schneller schließt, da der Schließkörper, insbesondere die Ventilkugel nicht unde finiert an irgendeiner Stelle auf den Ventilsitz aufschlägt, sondern unmittelbar an der richtigen Position auf den Ven tilsitz gedrückt wird. Durch dieses schnellere Schließen er gibt sich ein höherer Wirkungsgrad der Pumpe, da die Rück strommenge infolge des schnellen Schließens verringert wird. Daneben wird auch der Verschleiß von Ventilsitz und Schließ körper reduziert.

ZEICHNUNG

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird in der nachfol genden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen das erfin dungsgemäße Ventil aufweisenden Abschnitt einer Pumpe, ins besondere einer Hochdruckpumpe,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Ventils,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer Ventilfeder des erfin dungsgemäßen Ventils und

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Führungsstift für die Ven tilfeder, wobei der als Ventilkugel ausgebildete Schließkör per auf einer kalottenförmig ausgebildeten Anschlagsfläche liegend dargestellt ist.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Wie in Fig. 1 vereinfacht schematisch dargestellt ist, ist ein Kolben 10 in einer Zylinderkammer 11 in einem Pumpenge häuse 12 so angeordnet, daß er von einem Exzenter 13 zu ei ner hin- und hergehenden Hubbewegung angetrieben werden kann. Der in Fig. 1 nur schematisch angedeutete Exzenter 13 läuft um eine Drehachse A um, die in der Zeichenebene liegt und senkrecht zur Kolbenlängsrichtung verläuft. Eine Kolben feder 14 hält den Kolben 10 in Anlage am Exzenter 13.

Der Kolben 10 begrenzt in der Zylinderkammer 11 einen Ar beitsraum 15, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser des Kolbens 10, so daß ein ein Arbeits ende 16 des Kolbens 10 umgebender Ringraum 17 gebildet ist, von dem ein Auslaßkanal 18 für ein unter Druck stehendes Me dium, insbesondere für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff abzweigt.

Der Einlaß von zu pumpendem Medium, z. B. von Kraftstoff in den Arbeitsraum 15 kann beispielsweise über eine Leitung 19 durch eine Kammer 20 hindurch erfolgen, in der nicht näher dargestellte Zuflußsteuermittel angeordnet sein können.

Zur Aufnahme des Ventils ist in dem Pumpengehäuse 12 eine Ventilkammer 21 vorgesehen, deren Einlaßbereich 22 mit dem Auslaßkanal 18 kommuniziert. An ihrem vom Einlaßbereich 22 abgewandten Ende weist die Ventilkammer 21 einen Gewindeab schnitt 23 mit erweitertem Durchmesser auf, in den eine Ven tilschraube 24 mit ihrem Außengewindeabschnitt 25 (siehe Fig. 4) eingeschraubt ist.

Am vorderen Ende der Ventilschraube 24 ist ein Stift 26 aus gebildet, der stirnseitig eine Anschlagfläche 27 trägt, de ren Form entsprechend der Form eines Schließkörpers 28 aus gebildet ist. Die Anschlagfläche 27 kann grundsätzlich auch die Form eines Hohlkegels haben. Der Schließkörper ist bei dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung als Ventilkugel 28 ausgebildet und zwischen der Anschlagfläche 27 am Stift 26 der Ventilschraube 24 und ei nem im Einlaßbereich 22 der Ventilkammer 21 vorgesehenen Ventilsitz 29 angeordnet und wird von einer Ventilfeder 30 in den Ventilsitz 29 gedrückt.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, weist die Ventilfeder 30 ei nen mittleren, im wesentlich zylindrischen Federabschnitt 31, einen Führungsabschnitt 32 für die Ventilkugel 28 an ei nem Ende und am anderen Ende einen Befestigungsabschnitt 33 auf, mit dem sie auf einem Haltebund 34 an der Ventilschrau be 24 gehalten ist. Der Haltebund 34 ist an seinem vom Stift 26 abgewandten Ende von einer Schulter 35 begrenzt, an dem sich die Ventilfeder 30 mit ihrem Befestigungsabschnitt 33 abstützt.

Der Befestigungsabschnitt 33 kann, wie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, einen geringeren Durchmesser als der zylindrische Federabschnitt 31 besitzen und aus einer einzi gen auf den Haltebund aufgepreßten Federwindung bestehen. Es ist auch möglich, den Befestigungsabschnitt 33 so auszubil den, daß er, wie in Fig. 3 dargestellt, zwei Todwindungen 33' umfaßt, deren Durchmesser dem Durchmesser des zylindri schen Federabschnitts 31 entspricht.

Der Führungsabschnitt 32 weist zumindest zwei Todwindungen 32' auf, deren Durchmesser so gewählt sind, daß beide Tod windungen 32' an der Ventilkugel 28 anliegen, um diese korb artig zu umgreifen und zu führen. Das freie Ende der letzten Todwindung 32' kann dabei mit der vorhergehenden Todwindung 32' der Ventilfeder 30 verlötet sein, um eine zusätzliche Stabilität des Führungsabschnitts 32 zu gewährleisten.

Der als korbartiges Führungselement ausgebildete Führungsab schnitt 32 am Ende der Ventilfeder 30 dient somit als Feder teller, über den sich die Ventilfeder 30 an der Ventilkugel 28 abstützt.

Wie besonders gut in Fig. 2 zu erkennen ist, sind für die Ventilkugel 28 ingesamt drei Führungselemente, nämlich der konisch ausgebildete Ventilsitz 29, der Führungsabschnitt 32 der Ventilfeder 30 sowie die als Hubanschlag dienende kalot tenförmige Anschlagfläche 27 vorgesehen.

Solange das Ventil geschlossen ist, wird die Ventilkugel 28 von der Ventilfeder 30 in den Ventilsitz 29 gedrückt, so daß sie sowohl vom Ventilsitz 29 als auch vom Führungsabschnitt 32 der Ventilfeder 30 geführt ist. Steigt der Druck im Ar beitsraum 15 auf den gewünschten Betriebsdruck, z. B. 1.600 bar, an, so wird die Ventilkugel 28 gegen die Kraft der Ven tilfeder 30 und eine von dem Medium in der Ventilkammer 21 ausgeübte Druckkraft vom Ventilsitz 29 abgehoben und auf die Anschlagfläche 27 gedrückt. Bei der Bewegung vom Ventilsitz 29 zur kalottenförmigen Anschlagfläche 27 wird die Ventilku gel 28 im wesentlichen nur vom korbartig ausgebildeten Füh rungsabschnitt 32 der Ventilfeder 30 geführt. In der Offen stellung wird die Ventilkugel 28 wiederum von zwei Führungs elementen zentriert gehalten.

Die Anschlagfläche 27 dient also einerseits als Hubanschlag und andererseits zusammen mit dem Ventilsitz 29 als weitere Führung für die Ventilkugel 28.

Der Führungsabschnitt 32 der Ventilfeder 30 kann auch aus drei oder mehr Todwindungen bestehen, falls dies bei einem größeren Durchmesser der Ventilkugel zweckmäßig sein sollte.

Die zusätzliche Führung der Ventilkugel 28 durch Ventilsitz 29 und kalottenförmige Anschlagfläche 27 verhindert eine seitliche Auslenkung der Ventilkugel 28 und damit eine seit liche Auslenkung der Ventilfeder 30, so daß diese nicht scheuern kann.

Für die als Schließkörper dienende Ventilkugel 28 kann je nach Verwendungszweck ein entsprechendes Material verwendet werden. Beispielsweise ist hierbei auch der Einsatz von Stahl denkbar. Vorzugsweise besteht jedoch die Ventilkugel 28 aus Keramik, insbesondere aus Si₃N₄-Keramik, da hierdurch eine besonders hohe Festigkeit des Schließkörpers bei gleichzeitig geringer Masse ermöglicht wird.

Claims

1. Ventil, insbesondere Rückschlagventil für eine Hoch druckpumpe, mit einem Schließkörper (28), der von einer Ven tilfeder (30) auf einen Ventilsitz (29) hingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (30) eine Schraubenfeder ist, die mit wenigstens zwei Windungen (32') den Schließkörper (28) um greifend an diesem anliegt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schließkörper (28) umgreifenden Windungen (32') der Ven tilfeder (30) Todwindungen sind.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der letzten Windung (32') der Ventilfeder (30) an der vorhergehenden Windung (32') angelötet ist.

4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß als Schließkörper eine Ventilkugel (28) vorgesehen ist.

5. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (28) aus Keramik, insbesondere aus Si₃N₄-Keramik besteht.

6. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (28) zwischen dem eine Ventilöffnung umgebenden Ventilsitz (29) und einer den Schließkörper (28) in seiner Offenstellung abstützenden An schlagsfläche (27) angeordnet ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagsfläche (27) so als Kalotte ausgebildet ist, daß sie als Führung für den Schließkörper (28) in seiner Offenstel lung dient.

8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagsfläche (27) an einem Stift (26) ausgebildet ist, an dem die Ventilfeder (30) diesen mit Spiel umgreifend gehalten ist.

9. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der den Schließkör per (28) umgreifenden Windungen (32') der Ventilfeder (30) entsprechend der Form des Schließkörpers (28) so gewählt sind, daß die Windungen (32') einen korbartigen Führungsab schnitt (32) bilden.