EP1387944B1 - Kraftstoffeinspritzpumpe für brennkraftmaschinen, insbesondere dieselmotoren - Google Patents

Kraftstoffeinspritzpumpe für brennkraftmaschinen, insbesondere dieselmotoren Download PDF

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EP1387944B1
EP1387944B1 EP01998730A EP01998730A EP1387944B1 EP 1387944 B1 EP1387944 B1 EP 1387944B1 EP 01998730 A EP01998730 A EP 01998730A EP 01998730 A EP01998730 A EP 01998730A EP 1387944 B1 EP1387944 B1 EP 1387944B1
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EP
European Patent Office
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valve
fuel injection
injection pump
bore
pressure
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EP01998730A
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English (en)
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Rainer Haeberer
Frieder Buerkle
Helmut Clauss
Markus Rueckle
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/005—Pressure relief valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/46—Valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection pump according to the preamble of patent claim 1.
  • a fuel injection pump of the type described above has become known from DE 198 22 671 A1.
  • the pressure relief valve described therein is intended exclusively for mounting outside the fuel injection pump (high pressure pump) (e.g., rail, function block, etc.).
  • the known concept requires a correspondingly large space, and it is a conduit system for the return of each unneeded fuel required.
  • the invention has for its object to reduce the space to be provided for a fuel injection pump of the type in question.
  • Fig. 1, 3 and 7, 10 denotes a substantially cylindrical valve carrier with a stepped bore 11, 12 which is formed as a blind hole.
  • a cylindrical valve insert 13 is fixedly and sealingly arranged, for example, pressed, which has a coaxial with the stepped bore 11, 12 guide bore 14.
  • a total of 15 numbered valve piston is arranged axially displaceable, consisting of an (upper) cylindrical part 16 and a (lower) conical part 17.
  • a stepped inlet bore 18 high pressure port
  • the portion 19 forms - at 20 - a valve seat which cooperates with the tip of the conical valve piston part 17.
  • a lying in the region of the valve seat 20 (lower) part of the piston guide bore 14 forms - due to the conical portion 17 of the valve piston 15 - a valve chamber 21, from which a valve insert 13 in the transverse direction passing first drain hole 22 takes its output, directly into the Camshaft space (not shown) of the relevant fuel injection pump (high pressure pump) leads.
  • valve piston 15 At the remote from the valve seat 20 rear end of the valve piston 15 is followed by a bolt-shaped stop member 23, which in this case in the (upper) portion 12 smaller diameter of the stepped bore 11, 12 protrudes, which forms a corresponding cylindrical space.
  • a valve spring 25 is further arranged, which surrounds the bolt-shaped stop member 23 and is supported rearwardly at the designated bottom 24 of the cylindrical space 12.
  • the bottom 24 also forms a counter-stop for the bolt-shaped stop member 23.
  • the valve spring 25 acts on the valve piston 15 in the direction of arrow 28 via a disc 26, which rests on a shoulder 27 of the valve piston 15, whereby this in his from Fig. 1, 3 and 7 apparent closing position, ie against the valve seat 20, is pressed.
  • the internal configuration of the valve insert 13a according to FIG. 3 differs from the embodiment according to FIG. 1 as follows.
  • a special feature of the pressure limiting valve according to FIG. 3 is that the total here designated 22a first drain hole formed at its transition into the valve chamber 21 as a throttle bore 31 and at its rear end - at 32 - is sealed.
  • the first drainage hole 22 a is connected via a connecting bore 33 with the cylindrical space 12 accommodating the valve spring 25.
  • the second drain hole 30a designed as a throttle bore.
  • FIG. 3 is characterized by the special feature that a third drain hole 34 is provided, which - at right angles or substantially at right angles - starts from the cylindrical guide bore 14 of the valve piston 15.
  • the third drainage bore 34 has a comparatively large diameter and cooperates with a control edge 35 on the valve piston 15, which is formed at the transition of the conical part 17 in the cylindrical part 16 of the valve piston 15.
  • the third drainage bore 34 which is directed transversely to the longitudinal axis 29 of the pressure relief valve, does not depart from the valve chamber 21, but rather above the conical valve piston section 17, from the guide bore 14.
  • a very significant feature of the pressure relief valve according to the invention is that the pressure relief valve is not outside arranged the fuel injection pump, but directly into the pump body (not shown) screwed, so that is integrated and sealed against this high and low pressure side.
  • the valve carrier 10 has on its outer circumference a screw thread 36 which cooperates with a corresponding internal thread in the pump body. The sealing of the pressure limiting valve with respect to the pump body (not shown) takes place on the one hand (high pressure side) by a biting edge 37 and on the other hand (low pressure side) via an O-ring 38.
  • a collar 39th formed such that between screw thread 36 and collar 39, an annular groove 40 is formed in which the O-ring 38 is arranged for low-pressure side sealing of the pressure relief valve.
  • a peculiarity of the embodiment of FIG. 5 is that in a bore 114 of the valve core 13b not directly the valve piston, but a cylindrical piston insert 41 is arranged with a central bore 114 concentric piston guide bore 42 in which the valve piston 43 is guided. Further, two mutually aligned first drain holes 44, 45 are provided, which pass through the valve core 13 b and the piston insert 41 perpendicular or substantially perpendicular to the common center axis 29.
  • the piston insert 41 passing through portions 46, 47 of the drain holes 44, 45 have a smaller diameter than the valve insert 13 b passing through the remaining drainage hole sections.
  • valve piston 43 has a stepped design and the step-shaped cross-sectional transition a control edge 48 is formed, which with the drain holes 44, 46; 45, 47 cooperates.
  • the valve seat 20 cooperates with a spherical sealing element 49, which is acted upon by the valve piston 43.
  • valve variant according to FIG. 7 essentially corresponds in its construction to the embodiment according to FIG. 1. Concerning certain functional differences, reference is made to the statements below.
  • system pressure is in each case at the inlet bore 18, 19 at.
  • the valve piston 15 lifts out of the valve seat 20 (conical, spherical, flat seat, etc.).
  • the second drain hole 30 is necessary. Without the second drainage bore 30 namely - because of the incompressible fuel - a dynamic piston movement would not be possible.
  • the second drain hole 30 can be designed by diameter variations as piston damping (system damping).
  • the outflowing amount of fuel is discharged via the first drain hole 22 directly into the camshaft space of the high-pressure pump. This saves additional external return lines.
  • the first drain hole 22 can be designed so that after opening the pressure relief valve, a system pressure builds up according to the opening pressure.
  • the characteristic curve resulting in this respect is apparent from FIG. 2 and designated there by 50.
  • the first drain hole 22 is to be dimensioned so that it does not act as a throttle.
  • the result of this design alternative is a regulating - single-stage - pressure relief valve (the valve piston 15 "floats"). An emergency travel of the vehicle at system pressure corresponding to the opening pressure of the valve is possible.
  • a possible second design alternative is characterized by the following measures. Throttle bore 19 and first drain hole 22 must be tuned so that the valve piston 15 moves after the valve opening with the bolt-shaped stop 23 against the counter-stop 24 in the valve carrier 10. The system pressure breaks down below the opening pressure of the injectors (not shown) and the system shuts down. The resulting characteristic curve is numbered 51 in FIG. In the embodiment of Fig. 3 is a two-stage pressure relief valve. This works as follows.
  • the pressure relief valve according to FIG. 3 regulates a system pressure via a variable fuel flow rate (Q) corresponding to the course of the characteristic curve 52 in FIG. 4.
  • FIG. 5 Another embodiment of a two-stage pressure relief valve is shown in FIG. 5.
  • the system pressure is at the inlet throttle 19. If the system pressure overcomes the pretensioning force of the spring 25, the sealing element 49 lifts off the valve seat 20 and displaces the valve piston 43 upward until its control edge 48 releases the first drainage holes 44, 45 or their sections 46, 47 tapered in cross section. The quantity of fuel then flows via the first start-up bores 44, 45 into the (not shown) camshaft space of the high-pressure pump.
  • a pressure curve 54 can be achieved in accordance with FIG. 1.
  • the first drain hole 22b is designed so that after opening the valve with minimum delivery of the high pressure pump (idle) results in a system pressure above the nozzle opening pressure.
  • the valve piston 15 rests with its bolt-shaped stop member 23 on the counter-stop (bottom 24 of the cylindrical space 12) in the valve carrier 10.
  • the system pressure is now rising - following the law of Bernoulli - with increasing delivery rate of the high-pressure pump.
  • the permissible system pressure must not be exceeded. Thus, emergency travel within certain delivery rates of the high-pressure pump is possible.

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Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem Druckbegrenzungsventil, weist einen Ventilträger (10), einen Hochdruckanschluss (Zulaufbohrung 18), einen Rücklaufanschluss (Ablaufbohrung 22, 22a, 22b, 44, 45), einen der Zulaufbohrung zugewandten Ventilsitz (20), einen axial verschieblichen Ventikolben (15, 43) und eine den Ventilkolben in Richtung des Ventilsitzes beaufschlagende Ventilfeder (25) auf. Die Besonderheit besteht vornehmlich darin, dass da Druckbegrenzungsventil unmittelbar in die Kraftstoffeinspritzpumpe integriert und gegenüber dem Pumpenkörper hoch- und niederdruckseitig (bei 37 bzw. 38, 39) abgedichtet ist. Durch diese Maßnahmen gelingt es, den für eine Kraftstoffeinspritzpumpe der in Rede stehenden Art bereitzustellenden Bauraum zu reduzieren und gesonderte Rücklaufleitungen einzusparen.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine Kraftstoffeinspritzpumpe der vorbezeichneten Art ist durch die DE 198 22 671 A1 bekannt geworden. Das dort beschriebene Druckbegrenzungsventil ist ausschließlich für den Anbau außerhalb der Kraftstoffeinspritzpumpe (Hochdruckpumpe) vorgesehen (z.B. Rail, Funktionsblock etc.). Die bekannte Konzeption bedingt einen entsprechend großen Bauraum, und es ist ein Leitungssystem für die Rückleitung des jeweils nicht benötigten Kraftstoffs erforderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den für eine Kraftstoffeinspritzpumpe der in Rede stehenden Art bereitzustellenden Bauraum zu reduzieren.
    • Vorteile der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe der eingangs bezeichneten Gattung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die wesentlichen Vorteile der Erfindung gegenüber dem o.a. Stand der Technik, d.h. einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit extern angebautem Druckbegrenzungsventil, sind darin zu sehen, dass ein geringerer Bauraum für das Kraftstoffeinspritzsystem benötigt wird, da Pumpe und Druckbegrenzungsventil ja nunmehr eine Funktionsheit bilden. Hieraus ergibt sich wiederum der weitere Vorteil, dass der Rücklauf des Druckbegrenzungsventils direkt in die Hochdruckpumpe eingeleitet werden kann und somit eine gesonderte Rücklaufleitung entbehrlich wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und praktische Realisierungsmöglichkeiten für deren Grundgedanken können den Patentansprüchen 2 - 26 entnommen werden.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung veranschaulicht, die im Folgenden detailliert beschrieben sind. Es zeigt:
    • Fig. 1 -
    Im Vertikalen Längsschnitt - eine Ausführungsform eines - einstufigen - Druckbegrenzungsventils,
    Fig. 2 -
    in Diagrammform - die Charakteristik des Systemdruckes (P), aufgetragen über dem Ventildurchsatz (Q), für das Druckbegrenzungsventil nach Fig. 1,
    Fig. 3 -
    eine andere Ausführungsform eines - in diesem Falle zweistufigen - Druckbegrenzungsventils, in Darstellung entsprechend Fig. 1,
    Fig. 4 -
    die Druckkennlinie des Druckbegrenzungsventils nach Fig. 3, in Diagrammdarstellung entsprechend Fig. 2,
    Fig. 5 -
    eine weitere Ausführungsform eines - zweistufigen - Druckbegrenzungsventils, in Darstellung entsprechend Fig. 1 und 3,
    Fig. 6 -
    die Druckkennlinie des Druckbegrenzungsventils nach Fig. 5, in Diagrammdarstellung entsprechend Fig. 2 und 4,
    Fig. 7 -
    eine weitere Ausführungsform eines - einstufigen - Druckbegrenzungsventils, in Schnittdarstellung entsprechend Fig. 1, 3 und 5, und
    Fig. 8 -
    die Druckkennlinie des Druckbegrenzungsventils nach Fig. 7, nach in Diagrammdarstellung entsprechend Fig. 2, 4 und 6.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Fig. 1, 3 und 7 bezeichnet 10 einen im wesentlichen zylindrischen Ventilträger mit einer abgestuften Bohrung 11, 12, die als Sacklochbohrung ausgebildet ist. In dem (unteren) Teil 11 größeren Durchmessers der abgestuften Bohrung 11, 12 ist ein zylindrischer Ventileinsatz 13 fest und dichtend angeordnet, zum Beispiel eingepresst, der eine koaxial zur abgestuften Bohrung 11, 12 liegende Führungsbohrung 14 aufweist. In der Führungsbohrung 14 ist ein insgesamt mit 15 bezifferter Ventilkolben axialverschieblich angeordnet, der aus einem (oberen) zylindrischen Teil 16 und einem (unteren) konischen Teil 17 besteht. Am unteren Ende des Ventileinsatzes 13 befindet sich eine abgestufte Zulaufbohrung 18 (Hochdruckanschluß), die in einem oberen, in die Führungsbohrung 14 übergehenden Abschnitt 19 einen stark verjüngten (Drossel-)Querschnitt aufweist.
  • Der Abschnitt 19 bildet - bei 20 - einen Ventilsitz, der mit der Spitze des konusförmigen Ventilkolbenteils 17 zusammenwirkt. Ein im Bereich des Ventilsitzes 20 liegender (unterer) Teil der Kolbenführungsbohrung 14 bildet - bedingt durch den kegelförmigen Abschnitt 17 des Ventilkolbens 15 - eine Ventilkammer 21, von der eine den Ventileinsatz 13 in Querrichtung durchsetzende erste Ablaufbohrung 22 ihren Ausgang nimmt, die unmittelbar in den (nicht dargestellten) Nockenwellenraum der betreffenden Kraftstoffeinspritzpumpe (Hochdruckpumpe) führt.
  • An das vom Ventilsitz 20 abgewandte rückwärtige Ende des Ventilkolbens 15 schließt sich ein bolzenförmiges Anschlagteil 23 an, das hierbei in den (oberen) Abschnitt 12 kleineren Durchmessers der abgestuften Bohrung 11, 12 hineinragt, der einen entsprechenden zylindrischen Raum bildet. In diesem zylindrischen Raum 12 ist des Weiteren eine Ventilfeder 25 angeordnet, die das bolzenförmige Anschlagteil 23 umgibt und sich rückwärtig an dem mit 24 bezeichneten Boden des zylindrischen Raumes 12 abstützt. Der Boden 24 bildet zugleich einen Gegenanschlag für das bolzenförmige Anschlagteil 23. An ihrem anderen, einen verjüngten Querschnitt aufweisenden Ende beaufschlagt die Ventilfeder 25 über eine Scheibe 26, die auf einem Absatz 27 des Ventilkolbens 15 aufliegt, den Ventilkolben 15 in Pfeilrichtung 28, wodurch dieser in seine aus Fig. 1, 3 und 7 ersichtliche Schließstellung, d.h. gegen den Ventilsitz 20, gedrückt wird.
  • Von dem zylindrischen Raum 12 - in Querrichtung zur gemeinsamen Längsachse 29 von Ventilträger 10, Bohrung 11, 12 und Ventilkolben 15 - geht eine zweite Ablaufbohrung 30 bzw. 30a (Fig, 3) aus, die den Ventilträger 10 vollständig durchdringt und unmittelbar in den (nicht gezeigten) Nockenwellenraum der Kraftstoffeinspritzpumpe mündet. Die zweite Ablaufbohrung 30a nach Fig. 3 ist - im Unterschied zur zweiten Ablaufbohrung 30 nach Fig. 1 - als Drosselbohrung ausgebildet (siehe hierzu im Einzelnen die Ausführungen weiter unten).
  • Die innere Ausgestaltung des Ventileinsatzes 13a nach Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 wie folgt.
    Eine Besonderheit des Druckbegrenzungsventils nach Fig. 3 besteht darin, dass die hier insgesamt mit 22a bezeichnete erste Ablaufbohrung an ihrem Übergang in die Ventilkammer 21 als Drosselbohrung 31 ausgebildet und an ihrem rückwärtigen Ende - bei 32 - abgedichtet ist. Des Weiteren ist die erste Ablaufbohrung 22a über eine Verbindungsbohrung 33 mit dem die Ventilfeder 25 aufnehmenden zylindrischen Raum 12 verbunden. Darüber hinaus ist die zweite Ablaufbohrung 30a, wie schon erwähnt, als Drosselbohrung ausgeführt. Somit ist bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil ein Abfluß des Kraftstoffs aus der Ventilkammer 21 über die erste Ablaufbohrung 22a und die Verbindungsbohrung 33 ausschließlich in den zylindrischen Raum 12 und von dort durch die zweite Ablaufbohrung 30a (Drossel) möglich.
  • Schließlich zeichnet sich die Ausführungsform nach Fig. 3 noch durch die Besonderheit aus, dass eine dritte Ablaufbohrung 34 vorgesehen ist, die - rechtwinklig oder im wesentlichen rechtwinklig - von der zylindrischen Führungsbohrung 14 des Ventilkolbens 15 ausgeht. Die dritte Ablaufbohrung 34 besitzt einen vergleichsweise großen Durchmesser und wirkt mit einer Steuerkante 35 am Ventilkolben 15 zusammen, die am Übergang des kegelförmigen Teils 17 in den zylindrischen Teil 16 des Ventilkolbens 15 ausgebildet ist. Hierzu geht die - quer zur Längsachse 29 des Druckbegrenzungsventils gerichtete - dritte Ablaufbohrung 34 nicht von der Ventilkammer 21, sondern - oberhalb des kegelförmigen Ventilkolbenabschnitts 17 -.von der Führungsbohrung 14 aus.
  • Eine ganz wesentliche Besonderheit des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils, die nicht nur den im Vorstehenden beschriebenen Ausführungsformen nach Fig. 1 und 3, sondern auch den bisher in ihrem Aufbau noch nicht beschriebenen Ausführungsformen nach Fig. 5 und 7 (siehe hierzu die Ausführungen weiter unten) gemeinsam ist, besteht darin, dass das Druckbegrenzungsventil nicht außerhalb der Kraftstoffeinspritzpumpe angeordnet, sondern unmittelbar in den (nicht dargestellten) Pumpenkörper eingeschraubt, damit integriert und gegenüber diesem hoch- und niederdruckseitig abgedichtet ist. Hierzu besitzt der Ventilträger 10 an seinem Außenumfang ein Schraubgewinde 36, das mit einem entsprechenden Innengewinde im Pumpenkörper zusammenwirkt. Die Abdichtung des Druckbegrenzungsventils gegenüber dem (nicht dargestellten) Pumpenkörper erfolgt einerseits (hochdruckseitig) durch eine Beißkante 37 und andererseits (niederdruckseitig) über einen O-Ring 38. Hierzu ist oberhalb des Schraubgewindes 36 und in axialem Abstand zu diesem am Ventilträger 10 ein Bund 39 ausgebildet, derart, dass zwischen Schraubgewinde 36 und Bund 39 eine Ringnut 40 entsteht, in welcher der O-Ring 38 zur niederdruckseitigen Abdichtung des Druckbegrenzungsventils angeordnet ist.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die der Ausführungsform nach Fig. 1 bzw. der Variante nach Fig. 3 gleichen oder ähnlichen Bauteile mit den entsprechenden Bezugszeichen wie in Fig. 1 bzw. Fig. 3 versehen.
  • Eine Besonderheit der Ausführungsform nach Fig. 5 besteht darin, dass in einer Bohrung 114 des Ventileinsatzes 13b nicht unmittelbar der Ventilkolben, sondern ein zylindrischer Kolbeneinsatz 41 mit einer zur zentrischen Bohrung 114 konzentrischen Kolbenführungsbohrung 42 angeordnet ist, in welcher der Ventilkolben 43 geführt ist. Ferner sind zwei zueinander fluchtende erste Ablaufbohrungen 44, 45 vorgesehen, die den Ventileinsatz 13b und den Kolbeneinsatz 41 senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu deren gemeinsamer Mittelachse 29 durchsetzen. Hierbei haben den Kolbeneinsatz 41 durchsetzende Abschnitte 46, 47 der Ablaufbohrungen 44, 45 einen kleineren Durchmesser als die den Ventileinsatz 13b durchsetzenden übrigen Ablaufbohrungsabschnitte.
  • Eine weitere Besonderheit der Variante nach Fig. 5 ist darin zu sehen, dass der Ventilkolben 43 abgestuft ausgeführt und am stufenförmigen Querschnittsübergang eine Steuerkante 48 ausgebildet ist, die mit den Ablaufbohrungen 44, 46; 45, 47 zusammenwirkt. Der Ventilsitz 20 kooperiert mit einem kugelförmigen Dichtelement 49, das vom Ventilkolben 43 beaufschlagt ist.
  • Die Ventilvariante nach Fig. 7 entspricht in ihrem Aufbau im Wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 1. Bezüglich gewisser funktioneller Unterschiede wird auf die Ausführungen weiter unten verwiesen.
  • Im folgenden sollen nun die funktionellen Besonderheiten der im Vorstehenden aufbaumäßig beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils erläutert werden.
  • Der sogenannte Systemdruck steht jeweils an der Zulaufbohrung 18, 19 an.
  • Übersteigt nun bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Kraft aus Systemdruck und Dichtfläche die Vorspannkraft der Ventilfeder 25, so hebt der Ventilkolben 15 aus dem Ventilsitz 20 (Kegel-, Kugel-, Flachsitz etc.) ab. Um eine ungehinderte Bewegung des Ventilkolbens 15 zu ermöglichen, ist die zweite Ablaufbohrung 30 notwendig. Ohne die zweite Ablaufbohrung 30 wäre nämlich - wegen des inkompressiblen Kraftstoffs - eine dynamische Kolbenbewegung nicht möglich. Die zweite Ablaufbohrung 30 kann durch Durchmesservariationen als Kolbendämpfung (Systemdämpfung) ausgelegt werden.
  • Die abfließende Kraftstoffmenge wird über die erste Ablaufbohrung 22 direkt in den Nockenwellenraum der Hochdruckpumpe abgeleitet. Dies erspart zusätzliche externe Rücklaufleitungen.
  • Es besteht nun die Möglichkeit, die erste Ablaufbohrung 22 unter zwei alternativen Gesichtspunkten auszulegen.
  • Nach einer möglichen Alternative kann die erste Ablaufbohrung 22 so ausgelegt werden, dass sich nach dem Öffnen des Druckbegrenzungsventils ein Systemdruck entsprechend dem Öffnungsdruck aufbaut. Die sich diesbezüglich ergebende Kennlinie ist aus Fig. 2 ersichtlich und dort mit 50 bezeichnet. Hierzu ist die erste Ablaufbohrung 22 so zu dimensionieren, dass sie nicht als Drossel wirkt. Das Resultat dieser Auslegungsalternative ist ein sich regelndes - einstufiges - Druckbegrenzungsventil (der Ventilkolben 15 "schwimmt"). Eine Notfahrt des Fahrzeugs bei Systemdruck entsprechend dem Öffnungsdruck des Ventils ist möglich.
  • Eine mögliche zweite Auslegungsalternative ist durch folgende Maßnahmen gekennzeichnet. Drosselbohrung 19 und erste Ablaufbohrung 22 müssen so abgestimmt sein, dass der Ventilkolben 15 nach dem Ventilöffnen mit dem bolzenförmigen Anschlag 23 an den Gegenanschlag 24 im Ventilträger 10 fährt. Der Systemdruck bricht unter dem Öffnungsdruck der Einspritzdüsen (nicht gezeigt) zusammen, und das System stellt ab. Die sich hierbei ergebende Kennlinie ist in Fig. 2 mit 51 beziffert.
    Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 handelt es sich um ein zweistufiges Druckbegrenzungsventil. Dieses funktioniert wie folgt.
    Steigt der Systemdruck über den Ventilöffnungsdruck, so fließt die abströmende Kraftstoffmenge durch die Drossel 31 der ersten Ablaufbohrung 22a und die Verbindungsbohrung 33 in den zylindrischen Raum 12 hinter dem Ventilkolben 15 und baut dort einen Gegendruck auf, der eine Kraft in Federwirkrichtung 28 ausübt und dadurch ein "Aufschlagen" des Ventils verhindert. Dieser Gegendruck kann nur über die als abgestimmte Drosselbohrung ausgelegte zweite Ablaufbohrung 30a abgebaut werden. Der Ventilkolben 15 hebt vom Ventilsitz 20 ab bis die Steuerkante 35 die dritte Ablaufbohrung 34 öffnet.
  • Bei abgestimmter Auslegung der Drosseln 19, 31 und 30a regelt das Druckbegrenzungsventil nach Fig. 3 einen Systemdruck über einen variablen Kraftstoffdurchsatz (Q) entsprechend dem Verlauf der Kennlinie 52 in Fig. 4.
  • Eine weitere Ausführungsform eines zweistufigen Druckbegrenzungsventils geht aus Fig. 5 hervor. Hierbei steht der Systemdruck an der Zulaufdrossel 19 an. Überwindet der Systemdruck die Vorspannkraft der Feder 25, so hebt das Dichtelement 49 vom Ventilsitz 20 ab und verschiebt den Ventilkolben 43 nach oben bis dessen Steuerkante 48 die ersten Ablaufbohrungen 44, 45 bzw. deren im Querschnitt verjüngte Abschnitte 46, 47 freigibt. Die Kraftstoffmenge fließt dann über die ersten Anlaufbohrungen 44, 45 in den (nicht dargestellten) Nockenwellenraum der Hochdruckpumpe.
  • Über die Regelbewegung zwischen Ablaufbohrungen 44, 45 (bzw. deren Abschnitten 46, 47) und der Steuerkante 48 stellt sich nach dem Ventilöffnen ein Systemdruck ein, der eine Notfahrt über den gesamten Förderstrom (Q) der Hochdruckpumpe ermöglicht. Um diese Druckregelung zu erreichen, müssen die Bohrungen 19 und 44, 45 (46, 47) sowie der Durchmesser des Ventilkolbens 43 exakt aufeinander abgestimmt werden. Daraus ergibt sich eine Druckkennlinie 53 gemäß Fig. 6.
  • Aufbau und Funktion der aus Fig. 7 ersichtlichen Variante des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils entsprechen im wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 1. Durch geeignete Abstimmung der als Drossel konzipierten ersten Ablaufbohrung 22b kann indessen eine Druckkennlinie 54 gemäß Fig. 8 erzielt werden. Hierzu wird die erste Ablaufbohrung 22b so ausgelegt, dass sich nach dem Öffnen des Ventils bei minimaler Förderleistung der Hochdruckpumpe (Leerlauf) ein Systemdruck oberhalb des Düsenöffnungsdrucks ergibt. Der Ventilkolben 15 liegt dabei mit seinem bolzenförmigen Anschlagteil 23 am Gegenanschlag (Boden 24 des zylindrischen Raumes 12) im Ventilträger 10 an. Der Systemdruck steigt nun - hierbei dem Gesetz von Bernoulli folgend - mit steigender Förderrate der Hochdruckpumpe. Bei maximaler Förderleistung der Hochdruckpumpe darf der zulässige Systemdruck nicht überschritten werden Somit ist eine Notfahrt innerhalb gewisser Förderraten der Hochdruckpumpe möglich.

Claims (26)

  1. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem Druckbegrenzungsventil, das einen Ventilträger (10), einen Hochdruckanschluss (18), einen Rücklaufanschluss (22, 22a, 22b, 44, 45), einen der Zulaufbohrung zugewandten Ventilsitz (20), einen axial verschieblichen Ventilkolben (15, 43) und eine den Ventilkolben in Richtung des Ventilsitzes beaufschlagende Ventilfeder (25) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil unmittelbar in die Kraftstoffeinspritzpumpe integriert und gegenüber dem Pumpenkörper hoch- und niederdruckseitig (bei 37 bzw. 38, 39) abgedichtet ist.
  2. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil in den Pumpenkörper eingeschraubt (36) und gegenüber diesem über eine Beißkante (37) hochdruckseitig und über einen O-Ring (38) niederdruckseitig abgedichtet ist.
  3. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilträger (10) an seinem Außenumfang ein Schraubgewinde (36) aufweist, das mit einem entsprechenden Innengewinde im Pumpenkörper zusammenwirkt.
  4. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Schraubgewindes (36) und in axialem Abstand zu diesem am Ventilträger (10) ein Bund (39) ausgebildet ist, derart, dass zwischen Schraubgewinde (36) und Bund (39) eine Ringnut (40) entsteht, in welcher der O-Ring (38) zur niederdruckseitigen Abdichtung des Druckbegrenzungsventils angeordnet ist.
  5. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zulaufbohrung (18), Ventilsitz (20) und Ventilkolben (15) in einem separaten Ventileinsatz (13, 13a) angeordnet sind, der in einer Aufnahme (11) im Ventilträger (10), koaxial zu diesem, dichtend eingesetzt ist, und dass im Ventileinsatz (13, 13a) eine den Ventilkolben (15) umgebende Ventilkammer (21) ausgebildet ist, von der eine den Ventileinsatz (13, 13a) radial oder im Wesentlichen radial durchsetzende erste Ablaufbohrung (22, 22a, 22b) ihren Ausgang nimmt.
  6. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventileinsatz (13, 13a, 13b) zylindrisch ausgebildet und in eine entsprechend zylindrische Aufnahme (11) im Ventilträger (10) eingepresst ist.
  7. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (15) im Ventileinsatz (13, 13a) in einer zylindrischen Führungsbohrung (14) angeordnet und geführt ist und dass der Ventilkolben (15) an seinem dem Ventilsitz (20) zugewandten (vorderen) Ende (17) Kegelform aufweist, derart, dass der das kegelförmige Ende (17) des Ventilkolbens (15) umgebende, ventilsitzseitige Bereich (21) der Führungsbohrung (14) zugleich die Ventilkammer bildet.
  8. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich rückseitig des Ventilkolbens (15, 43) im Ventilträger (10) ein zylindrischer Raum (12) erstreckt, der die den Ventilkolben (15, 43) beaufschlagende Ventilfeder (25) aufnimmt.
  9. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Raum (12) als Sacklochbohrung ausgebildet ist, von der radial oder im Wesentlichen radial eine den Ventilträger (10) durchsetzende zweite Ablaufbohrung (30, 30a) ausgeht.
  10. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass am rückseitigen Ende (27) des Ventilkolbens (15, 43) ein bolzenförmiges, in den zylindrischen Raum (12) hineinragendes und hierbei von der Ventilfeder (25) umgebenes Anschlagteil (23) angeformt ist, das an seinem Ende mit dem einen Gegenanschlag bildenden Boden (24) des zylindrischen Raumes (12) zusammenwirkt.
  11. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ventilfeder (25) einerseits - unmittelbar oder mittelbar über eine Scheibe (26) - an einem am Übergang vom Ventilkolben (15) zum bolzenförmigen Anschlagteil (23) ausgebildeten Absatz (27) und andererseits am Boden (24) des zylindrischen Raumes (12) abstützt.
  12. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (25) ventilkolbenseitig einen verkleinerten Durchmesser aufweist.
  13. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 5 - 12, die als Hochdruckpumpe ausgebildet ist und eine in einem Nockenwellenraum angeordneten Nockenwelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufbohrungen (22, 22a, 22b, 30, 30a, 34, 44, 45) unmittelbar in den Nockenwellenraum der Hochdruckpumpe einmünden.
  14. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 5 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ablaufbohrung (22) in ihrem Durchmesser so ausgelegt ist, dass sich nach dem Öffnen des Druckbegrenzungsventils ein Systemdruck entsprechend dem Öffnungsdruck ergibt
  15. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 5 - 13, wobei die Zulaufbohrung (18) des Druckbegrenzungsventils in ihrem den Ventilsitz (20) bildenden Bereich als Drosselbohrung (19) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Drosselbohrung (19) und erste Ablaufbohrung (22) in ihren Durchmessern so aufeinander abgestimmt sind, dass der Ventilkolben (15) nach dem Öffnen des Druckbegrenzungsventils mit seinem bolzenförmigen Anschlag (23) am Gegenanschlag (24) im Ventilträger (10) zur Anlage kommt.
  16. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 9 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ablaufbohrung (22, 22b) in ihrem Durchmesser so ausgelegt ist, dass sie zur Dämpfung des Ventilkolbens (15) dient.
  17. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ablaufbohrung (22a) an ihrem Übergang in die Ventilkammer (21) als Drosselbohrung (31) ausgebildet ist und dass die erste Ablaufbohrung (22a) durch eine Verbindungsbohrung (33) mit dem die Ventilfeder (25) aufnehmenden zylindrischen Raum (12) verbunden ist.
  18. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ablaufbohrung (22a) an ihrem vom Ventilraum (21) abgewandten Ende (bei 32) abgedichtet ist, derart, dass bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil ein Abfluss aus der Ventilkammer (21) über die erste Ablaufbohrung (22a) und die Verbindungsbohrung (33) ausschließlich in den zylindrischen Raum (12) und von dort durch die zweite Ablaufbohrung (30a) möglich ist.
  19. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ablaufbohrung (30a) als Drosselbohrung ausgebildet ist.
  20. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Ablaufbohrung (34) vorgesehen ist, die - rechtwinklig oder im Wesentlichen rechtwinklig - von der zylindrischen Führungsbohrung (14) des Ventilkolbens (15) ausgeht.
  21. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Ablaufbohrung (34) oberhalb der durch den konischen Endbereich (17) des Ventilkolbens (15) bestimmten Ventilkammer (21) angeordnet ist.
  22. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zentrischen Bohrung (114) des Ventileinsatzes (13b) ein zylindrischer Kolbeneinsatz (41) mit einer zur zentrischen Bohrung (114) konzentrischen Kolbenführungsbohrung (42) angeordnet ist, in welcher der Ventilkolben (43) geführt ist
  23. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch zwei zueinander fluchtende erste Ablaufbohrungen (44,45), die den Ventileinsatz (13b) und den Kolbeneinsatz (41) senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu deren gemeinsamer Mittelachse (29) durchsetzen.
  24. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass den Kolbeneinsatz (41) durchsetzende Abschnitte (46, 47) der Ablaufbohrungen (44, 45) einen kleineren Durchmesser aufweisen, als die den Ventileinsatz (13b) durchsetzenden übrigen Ablaufbohrungsabschnitte.
  25. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 22, 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (43) abgestuft ausgeführt und am stufenförmigen Durchmesserübergang eine Steuerkante (48) ausgebildet ist, die mit den Ablaufbohrungen (44, 46; 45, 47) zusammenwirkt.
  26. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe nach einem der Ansprüche 22 - 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (20) mit einem kugelförmigen Dichtelement (49) kooperiert, das vom Ventilkolben (43) beaufschlagt ist.
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