WO2012097888A1 - Ventileinheit für eine kraftstoffpumpe - Google Patents

Ventileinheit für eine kraftstoffpumpe Download PDF

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Stefan Hamper
Wilfried Huber
Horst Steinbinder
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
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    • F04B53/1007—Ball valves having means for guiding the closure member
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    • F04B53/1002—Ball valves
    • F04B53/101—Ball valves having means for limiting the opening height

Definitions

  • the present invention relates to a valve unit for a fuel pump of an internal combustion engine, comprising a valve seat and a valve seat mounted on the seat, spring-loaded valve body.
  • the fuel pump may be a fuel delivery pump or an injection pump.
  • a valve unit according to the aforementioned type is known from the publication DE 10255615 A1.
  • a valve unit is arranged in a fuel chamber. It consists of a spherical valve body, a valve element and a spring.
  • the spring biases the valve body in the direction of the valve element.
  • the valve unit allows the pressurized fuel to flow out of the pressurizing chamber and prevent the fuel from flowing back into the pressurizing chamber.
  • the spring lies directly on the valve body. With fast opening and closing times of the valve unit, it may happen that the contact between the spring end and the spherical valve body is not permanently guaranteed.
  • the invention has for its object to provide a safe valve unit available, which is also easy to install user-friendly. Summary of the invention
  • valve unit comprises a valve housing, a valve body and a guide body, wherein the valve housing radially surrounds the guide body and the valve body mounted in the guide body.
  • the guide body has at its first end a concave surface for the positive reception of the valve body and at its second, opposite end a contact surface for a spring.
  • the guide body carries at its first end the valve body secured against loss in the valve housing while it cooperates with its second, opposite end with the spring.
  • the spring acts directly on the often spherical valve body. This has the disadvantage that the contact point of the spring can slip on the spherical surface. As a result, the valve unit does not function reliably.
  • the guide body corrects this problem by having it on its one end has a flat contact surface, whereby slipping of the spring end is prevented during operation, and it leads the valve body contact-safe with its other end due to the positive connection. Furthermore, the guide body allows the use of a shorter spring, whereby a possible Federausknickung is counteracted.
  • the spring is supported with a first spring end on the guide body and with a second spring end on a shoulder of an adjacent adjusting screw.
  • the adjusting screw can directly influence the opening and closing behavior of the valve unit. Through it is predetermined at which fluid pressure, the valve body lifts off from its valve seat and presses against the spring.
  • valve housing on fluid channels, which extend axially on the inside of the valve housing.
  • the fluid channels may be straight or arcuate, or may be curved.
  • the number as well as the width of the fluid channels can be adapted to the respective flow conditions. However, it has proven to be particularly advantageous to arrange the fluid channels at an angle of 70-75 degrees to each other.
  • the fluid channels have a convex curvature on the circumference. It would also be conceivable to form fluid channels with a rectangular profile. From a fluid engineering point of view, however, it proves to be advantageous to choose non-angular profiles, since turbulence or foaming of the fluid at the edges can occur. Rounded profiles on the other hand allow a controlled flow.
  • valve housing is manufactured in a F bonnepressischen process.
  • suitable tools it is possible even complex geometries of the fluid channels in the Insert wall of the valve housing. Without the additional milling or Höhne is necessary because a high dimensional accuracy and surface quality is achieved by means of this forming process.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a valve unit in the installed position
  • Figure 3a shows a valve housing in plan view
  • Figure 3b is a three-dimensional view of the valve housing.
  • FIG. 2 shows a preassemblable valve unit (1).
  • the valve unit (1) consists of a valve housing (5) which has at its one end a housing bottom (10) in which an opening (9) is arranged.
  • a valve body (4) is arranged to be movable.
  • the housing bottom (10) is formed as a dome-shaped valve seat (3), so that the valve body (4) when it rests against the valve seat (3) closes the opening (9) in the housing bottom (10).
  • a longitudinally movable guide body (7) is arranged in the valve housing (5).
  • the guide body (7) has at its one end a nearly flat surface (17), while at its other end a concave surface (18) is formed.
  • the concave surface (18) is of the type that surrounds the valve body (4) partially positive fit.
  • Both the valve housing (5) and the guide body (7) can be produced in a cost-effective and suitable for mass production extrusion molding process.
  • FIG. 3 a and FIG. 3 b show the valve housing (5) produced in the extrusion molding process, in which flow-optimized fluid channels (13) and the valve seat (3) are formed.
  • the fluid channels (13) are perpendicular to the wall of the valve housing (5) along.
  • the fluid channels (13) on the circumference of a convex curvature (14) which projects into the wall of the valve housing (5).
  • the opening (9) in the housing bottom (10) is temporarily closed by the valve body (3) adjacent valve body (4).
  • FIG. 1 shows the valve unit (1) in the installed state. Due to the preassembled valve unit (1), it is no longer necessary to introduce complicated flow geometries such as fluid channels in the pump housing of the fuel pump (2) itself. It is sufficient a bore (16) into which the compact valve unit (1) can be pressed.
  • the bore (16) is penetrated by two lines (1 1, 15). One of the lines is a supply line (1 1) through which the fluid flows via the opening (9) of the valve housing (5) in the valve unit (1).
  • the second line is a discharge line (15) through which the fluid after which it has left the valve unit (1) can flow out of the bore (16).
  • the guide body (7) is pressurized together with the valve body (4) by a spring (8).
  • the spring (8) is supported with its one spring end on the guide body (7) and with its second end on a shoulder (6) of an adjusting screw (12). About the set screw (12), the spring (8) is biased. The biased spring (8) transmits its spring force to the guide member (7). Due to the positive connection between the guide body (7) and valve body (4), the pressure force is transmitted to the valve body (4). The so-pressurized valve body (4) is pressed into the valve seat (3) and closes the opening (9) and thus also the supply line (1 1). Exceeds the fluid in the supply line (1 1) a predetermined pressure which is greater than the pressure exerted by the spring (8) on the valve body (4), the valve body (4) of the pressurized fluid against the Spring (8) press and lifted out of the valve seat (3).
  • valve unit (1) The fluid flowing in via the supply line (11) flows through the fluid channels (13) of the valve housing (5) and then flows out of the discharge line (15) adjoining the valve unit (1).
  • the valve unit (1) remains open until there is a pressure drop in the fluid and the spring force forces the valve body (4) back into the valve seat (3).
  • About the screw (12) determines at which fluid pressure, the valve unit (1) opens.

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Abstract

Ventileinheit (1) für eine Kraftstoffpumpe (2) einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Ventilsitz (3) und einen am Ventilsitz (3) beweglich angeordneten, federdruckbeaufschlagten Ventilkörper (4), wobei die Ventileinheit (1) ein Ventilgehäuse (5), einen Ventilkörper (4) und einen Führungskörper (7) aufweist, wobei das Ventilgehäuse (5) den Führungskörper (7) und den im Führungskörper (7) gelagerten Ventilkörper (4) radial umschließt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Ventileinheit für eine Kraftstoffpumpe
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinheit für eine Kraftstoffpumpe einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Ventilsitz und einen am Ventilsitz beweglich angeordneten, federdruckbeaufschlagten Ventilkörper. Bei der Kraftstoffpumpe kann es sich um eine Kraftstoffförderpumpe oder eine Einspritz- pumpe handeln.
Hintergrund der Erfindung Eine Ventileinheit gemäß der vorgenannten Gattung ist aus der Druckschrift DE 10255615 A1 bekannt. In dieser Schrift ist eine Ventileinheit in einer Kraftstoffkammer angeordnet. Es besteht aus einem kugelförmigen Ventilkörper, einem Ventilelement und einer Feder. Die Feder spannt den Ventilkörper in Richtung des Ventilelements vor. Die Ventileinheit gestattet, dass der druckbe- aufschlagte Kraftstoff aus der Druckbeaufschlagungskammer herausströmt und verhindert, dass der Kraftstoff zurück in die Druckbeaufschlagungskammer strömt. Die Feder liegt hierbei direkt auf dem Ventilkörper an. Bei schnellen Öffnungs- und Schließzeiten der Ventileinheit kann es passieren, dass der Kontakt zwischen dem Federende und dem kugelförmigen Ventilkörper nicht dauerhaft gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine betriebsichere Ventileinheit zur Verfügung zu stellen, die außerdem anwenderfreundlich zu montieren ist. Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ventileinheit ein Ventilgehäuse, einen Ventilkörper und einen Führungskörper aufweist, wobei das Ventilgehäuse den Führungskörper und den im Führungskörper gelagerten Ventilkörper radial umschließt. Der besondere Vorteil dabei ist, dass die Ventileinheit zu einer Baueinheit vormontiert werden kann. Dadurch muss das Gehäuse der Kraftstoffpumpe lediglich eine Bohrung aufweisen, in welcher die Ventileinheit eingepresst ist. Komplexe strömungsoptimierte Geometrien für das durchfliesende Fluid müssen, somit nicht mehr in einem aufwendigen Her- stellungsprozess in das Gehäuse der Kraftstoffpumpe direkt eingebracht werden.
In Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass das Ventilgehäuse einen Gehäuseboden mit einer Öffnung aufweist, wobei die Öffnung mit einer Zufuhrleitung der Kraftstoffpumpe kommuniziert. Im Weiteren ist der Gehäuseboden kalottenförmig ausgebildet ist und als Ventilsitz für den Ventilkörper vorgesehen. Das in der Zufuhrleitung unter Druck anstehende Fluid, kann über die Öffnung des Ventilgehäuses in die Ventileinheit einströmen, wenn der Druck ausreicht, den federdruckbeaufschlagten Ventilkörper aus seinem Ventilsitz zu heben.
Nach einer Weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass der Führungskörper an seinem ersten Ende eine konkave Flä- che zur formschlüssigen Aufnahme des Ventilkörpers und an seinem zweiten, gegenüberliegenden Ende eine Anlagefläche für eine Feder aufweist. Der Führungskörper führt an seinem ersten Ende den Ventilkörper verliergesichert im Ventilgehäuse während er mit seinem zweiten, gegenüberliegenden Ende mit der Feder zusammenwirkt. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Feder direkt an den oftmals kugelig ausgeführten Ventilkörper angreift. Dies hat den Nachteil, dass der Auflagepunkt der Feder auf der sphärischen Fläche verrutschen kann. Dies führt dazu, dass die Ventileinheit nicht betriebssicher funktioniert. Der Führungskörper behebt dieses Problem dadurch, dass er an seinem einen Ende eine ebene Anlagefläche aufweist, wodurch ein Abrutschen des Federendes während des Betriebs verhindert wird, und er mit seinem anderen Ende auf Grund der formschlüssigen Verbindung den Ventilkörper kontaktsicher führt. Im Weiteren ermöglicht der Führungskörper den Einsatz einer kürzeren Feder, wodurch einer möglichen Federausknickung entgegengewirkt wird.
Nach einer Weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Feder sich mit einem ersten Federende am Führungskörper und mit einem zweiten Federende an einem Absatz einer angrenzenden Stell- schraube abstützt. Mit der Stellschraube kann direkt Einfluss auf das Öffnungsund Schließverhalten der Ventileinheit genommen werden. Durch sie wird vorbestimmt bei welchem Fluiddruck der Ventilkörper von seinem Ventilsitz abhebt und gegen die Feder drückt.
In bevorzugter Ausgestaltung weist das Ventilgehäuse Fluidkanäle auf, welche axial an der Innenseite des Ventilgehäuses verlaufen. Je nach Strömungsbedingungen können die Fluidkanäle als gerade Linie oder bogenförmig verlaufen, oder in sich gebogen sein. Die Anzahl so wie die Breite der Fluidkanäle kann an die jeweiligen Strömungsbedingungen angepasst sein. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Fluidkanäle in einem Win- kelabstand von 70 - 75 Grad zueinander anzuordnen.
Nach einer Weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass die Fluidkanäle eine umfangsseitig konvexe Wölbung aufweisen. Ebenso denkbar wäre es, Fluidkanäle mit einem rechteckigen Profil auszubilden. Es erweist sich jedoch aus strömungstechnischer Sicht als vorteilhaf- ter, keine eckigen Profile zu wählen, da es zu Verwirbelungen oder Verschäu- mungen des Fluids an den Kanten kommen kann. Abgerundete Profile hingegen ermöglichen einen kontrollierten Strömungsverlauf.
In Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass das Ventilgehäuse in einem fließpresstechnischen Verfahren hergestellt ist. Mittels geeigneter Werkzeuge ist es möglich, auch komplexe Geometrien der Fluidkanäle in die Wandung des Ventilgehäuses einzubringen. Ohne das ein zusätzliches Fräsen oder Höhnen nötig ist, da mittels dieses umformtechnischen Verfahrens eine hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte erreicht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 1 - 3 dargestellt, die nachfolgend detailliert beschrieben sind, wobei sich die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ventileinheit in Einbaulage,
Figur 2 eine Ventileinheit in einer Schnittdarstellung,
Figur 3a ein Ventilgehäuse in der Draufsicht und
Figur 3b eine räumliche Darstellung des Ventilgehäuses.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Figur 2 zeigt eine vormontierbare Ventileinheit (1 ). Die Ventileinheit (1 ) besteht aus einem Ventilgehäuse (5), das an seinem einen Ende einen Gehäuseboden (10) aufweist, in welchem eine Öffnung (9) angeordnet ist. Innerhalb des Ventilgehäuses (5) ist ein Ventilkörper (4) beweglich angeordnet. Der Gehäuseboden (10) ist als ein kalottenförmiger Ventilsitz (3) ausgebildet, so dass der Ventilkörper (4), wenn er an dem Ventilsitz (3) anliegt die Öffnung (9) im Gehäuseboden (10) verschließt. Des Weiteren ist ein längsbeweglicher Führungskör- per (7) im Ventilgehäuse (5) angeordnet. Der Führungskörper (7) weist an seinem einen Ende eine nahezu ebene Fläche (17) auf, während an seinem anderen Ende eine konkave Fläche (18) ausgebildet ist. Die konkave Fläche (18) ist der Art ausgebildet, dass sie den Ventilkörper (4) teilweise formschlüssig umgreift. Sowohl das Ventilgehäuse (5) als auch der Führungskörper (7) können in einem kostengünstigen und für die Massenproduktion geeigneten Fließpressverfahren hergestellt werden.
Figur 3a und Figur 3b zeigen das im Fließpressverfahren hergestellte Ventil- gehäuse (5), in welchem strömungsoptimierte Fluidkanäle (13) und der Ventilsitz (3) ausgebildet sind. Die Fluidkanäle (13) verlaufen senkrecht an der Wandung des Ventilgehäuses (5) entlang. Außerdem weisen die Fluidkanäle (13) umfangsseitig eine konvexe Wölbung (14) auf, welche in die Wandung des Ventilgehäuses (5) ragt. Die Öffnung (9) im Gehäuseboden (10) wird durch den im Ventilsitz (3) anliegenden Ventilkörper (4) temporär verschlossen.
Figur 1 zeigt die Ventileinheit (1 ) im eingebauten Zustand. Auf Grund der vormontierten Ventileinheit (1 ), ist es nicht mehr nötig, komplizierte Strömungsgeometrien wie z.B. Fluidkanäle in das Pumpengehäuse der Kraftstoffpumpe (2) selbst einzubringen. Es genügt eine Bohrung (16), in welche die kompakte Ventileinheit (1 ) eingepresst werden kann. Die Bohrung (16) wird von zwei Leitungen (1 1 , 15) durchdrungen. Eine der Leitungen ist eine Zufuhrleitung (1 1 ) durch diese fließt das Fluid über die Öffnung (9) des Ventilgehäuses (5) in die Ventileinheit (1 ) ein. Die zweite Leitung ist eine Abfuhrleitung (15) durch die das Fluid nach dem es die Ventileinheit (1 ) verlassen hat aus der Bohrung (16) abfließen kann. Der Führungskörper (7) wird zusammen mit dem Ventilkörper (4) durch eine Feder (8) druckbeaufschlagt. Die Feder (8) stützt sich mit ihrem einen Federende auf dem Führungskörper (7) und mit ihrem zweiten Ende an einem Absatz (6) einer Stellschraube (12) ab. Über die Stellschraube (12) wird die Feder (8) vorgespannt. Die unter Vorspannung stehende Feder (8) überträgt ihre Federkraft auf das Führungselement (7). Auf Grund der formschlüssigen Verbindung zwischen Führungskörper (7) und Ventilkörper (4), wird die Druckkraft an den Ventilkörper (4) übertragen. Der so federdruckbeaufschlagte Ventilkörper (4) wird in den Ventilsitz (3) gedrückt und verschließt die Öffnung (9) und somit auch die Zufuhrleitung (1 1 ). Überschreitet das in der Zufuhrleitung (1 1 ) anstehende Fluid einen vorbestimmter Druck, welcher größer ist als der Druck, welchen die Feder (8) auf den Ventilkörper (4) ausübt, wird der Ventilkörper (4) von dem unter Druck stehenden Fluid gegen die Feder (8) ge- drückt und aus dem Ventilsitz (3) gehoben. Das über die Zufuhrleitung (1 1 ) einfließende Fluid durchströmt die Fluidkanäle (13) des Ventilgehäuses (5) und strömt anschließend aus der an die Ventileinheit (1 ) angrenzenden Abfuhrleitung (15) wieder aus. Die Ventileinheit (1 ) bleibt solange geöffnet, bis ein Druckabfall im Fluid erfolgt und die Federkraft den Ventilkörper (4) wieder in den Ventilsitz (3) drängt. Über die Stellschraube (12) wird festgelegt, bei welchem Fluiddruck sich die Ventileinheit (1 ) öffnet.
Bezugszahlenliste
Ventileinheit
Kraftstoffpumpe
Ventilsitz
Ventilkörper
Ventilgehäuse
Absatz
Führungskörper
Feder
Öffnung
Gehäuseboden
Zufuhrleitung
Stellschraube
Fluidkanal
konvexe Wölbung
Abfuhrleitung
Bohrung
ebene Fläche
konkave Fläche

Claims

Patentansprüche
Ventileinheit (1 ) für eine Kraftstoffpumpe (2) einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Ventilsitz (3) und einen am Ventilsitz (3) beweglich angeordneten, federdruckbeaufschlagten Ventilkörper (4) dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (1 ) ein Ventilgehäuse (5), einen Ventilkörper (4) und einen Führungskörper (7) aufweist, wobei das Ventilgehäuse (5) den Führungskörper (7) und den im Führungskörper (7) gelagerten Ventilkörper (4) radial umschließt.
Ventileinheit (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (5) einen Gehäuseboden (10) mit einer Öffnung (9) aufweist, wobei die Öffnung (9) mit einer Zufuhrleitung (1 1 ) der Kraftstoffpumpe (2) kommuniziert.
Ventileinheit (1 ) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (10) kalottenförmig ausgebildet ist und als Ventilsitz (3) für den Ventilkörper (4) vorgesehen ist.
Ventileinheit (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (7) an seinem ersten Ende eine konkave Fläche zur formschlüssigen Aufnahme des Ventilkörpers (4) und an seinem zweiten, gegenüberliegenden Ende eine Anlagefläche für eine Feder (8) aufweist.
Ventileinheit (1 ) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (7) an seinem ersten Ende den Ventilkörper (4) verliergesichert im Ventilgehäuse (5) führt und an seinem zweiten, gegenüberliegenden Ende mit der Feder (8) zusammenwirkt.
Ventileinheit (1 ) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (8) sich mit einem ersten Federende am Führungskörper (7) und mit einem zweiten Federende an einem Absatz (6) einer angrenzenden Stellschraube (12) abstützt.
7. Ventileinheit (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (5) Fluidkanäle (13) aufweist.
8. Ventileinheit (1 ) nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanäle (13) axial an der Innenseite des Ventilgehäuses (5) verlaufen.
9. Ventileinheit (1 ) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanäle (13) umfangseitig eine konvexe Wölbung (14) aufweisen. l O.Ventileinheit (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (5) in einem fließpresstechnischen Verfahren hergestellt ist.
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