WO2019238329A1 - Ventil und kraftstoff-hochdruckpumpe sowie deren herstellung - Google Patents

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WO2019238329A1
WO2019238329A1 PCT/EP2019/062196 EP2019062196W WO2019238329A1 WO 2019238329 A1 WO2019238329 A1 WO 2019238329A1 EP 2019062196 W EP2019062196 W EP 2019062196W WO 2019238329 A1 WO2019238329 A1 WO 2019238329A1
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valve
closing element
sealing seat
spherical closing
valve body
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PCT/EP2019/062196
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Inventor
Christoph Buehler
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M59/48—Assembling; Disassembling; Replacing
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member

Definitions

  • the invention relates to a valve according to the preamble of claim 1, for example for use in a high-pressure fuel pump.
  • High-pressure fuel pumps for fuel systems of internal combustion engines, for example for direct petrol injection, are known from the market.
  • a high-pressure fuel pump can deliver fuel from a low-pressure area, for example downstream of a prefeed pump
  • high-pressure fuel pumps have various valves, in particular frequently in addition to an inlet valve and an outlet valve
  • Pressure limiting valve which can limit a fuel pressure in the high pressure range to a predeterminable maximum value. Operation of the high-pressure fuel pump can thus be improved and possible damage to the fuel system can be prevented.
  • the invention is based on the observation that
  • Pressure relief valve wears out due to pressure pulsations that occur during operation of the high-pressure fuel pump, i.e. opens over time at even lower pressures in the high pressure range. Moreover, it can
  • valve which has a movable spherical closing element and a fixed one Has valve body, wherein the valve body has a sealing seat against which the spherical closing element lies flat when the valve is closed. Due to the flat system, the pulsation between the spherical
  • the delivery rate of the high-pressure fuel pump remains significantly more stable over its service life, in particular largely unabated.
  • a flat concern is understood to mean, in particular, a not only linear concern.
  • a line-shaped contact is understood to mean a request that can occur between a conical surface and a ball inserted on the inside of the conical surface. Is there an elasticity as a result of the application?
  • Deformation of the conical surface and / or the ball continues to be interpreted as linear.
  • the flat contact of a first surface with a second surface presupposes and is made possible by the fact that the first surface and the second surface are congruent - even without the action of elastically deforming forces.
  • the sealing seat of the valve body can have a conical basic shape, for example be inclined by 30 ° to 60 ° against a longitudinal axis of the valve.
  • the spherical closing member can for example have the radius R and lie flat against the sealing seat of the valve body with the valve closed with a surface area between R 2/2 and 2R. 2
  • the spherical closing element has a wear-resistant material and / or has a wear-resistant surface, for example that the wear-resistant material is a cermet and / or a hard metal, for example tungsten carbide.
  • the valve body can
  • Fuel high pressure pumps according to the invention are distinguished by the fact that their degree of delivery remains high over their service life. In addition, they are able to provide a pressure in the high pressure range that does not decrease over the service life.
  • the invention also relates to a method for producing such a valve and for producing a high-pressure pump with such a valve.
  • valve body is provided with an initially conical sealing seat, so that the spherical closing element comes to rest along a line on the sealing seat of the valve body and then a force is generated between a ball and the valve body, which plastically deforms the sealing seat.
  • the ball can already be the spherical closing element of the valve.
  • the outer contour is spherical
  • valve when installing the high-pressure fuel pump can be handled independently of each other, so they do not have to stay together as a couple.
  • the valve is not inserted into the housing of the high-pressure fuel pump as a preassembled unit, but rather the
  • Valve seat, the spherical valve element and possibly other components of the valve are introduced as discrete components in the housing of the high-pressure fuel pump, this is a considerable one
  • the force that plastically deforms the sealing seat preferably acts along a longitudinal axis of the valve in the closing direction. It can be a pulsating force, for example with a frequency between 20 kHz and 500 kHz.
  • the plastic deformation of the sealing seat can also be done by embossing respectively.
  • the deformation, measured in the axial longitudinal direction, can preferably be 5-15 pm, for example 0.5% to 1.5% of the radius of the spherical
  • Figure 1 is a schematic representation of a fuel system for a
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a pressure limiting valve of a high-pressure fuel pump of the fuel system from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a detailed view from FIG. 2
  • FIG. 1 shows a fuel system 10 for a not shown
  • a fuel such as gasoline is fed from a fuel tank 12 via a suction line 14, by means of a prefeed pump 16, via a low pressure line 18, via an inlet 20 of a quantity control valve 24 which can be actuated by an electromagnetic actuating device 22 to a delivery chamber 26 of a high pressure fuel pump 28.
  • the quantity control valve 24 can be a forcibly opening inlet valve of the high-pressure fuel pump 28.
  • the high-pressure fuel pump 28 is designed as a piston pump, wherein a piston 30 can be moved vertically in the drawing by means of a cam disk 32.
  • Hydraulically between the delivery chamber 26 and an outlet 36 of the high-pressure fuel pump 28 is an outlet valve 40 shown in FIG. 1 as a spring-loaded check valve and also as a spring-loaded check valve
  • Pressure relief valve 42 arranged.
  • the outlet 36 is at one High-pressure line 44 and connected via this to a high-pressure accumulator 46 ("common rail").
  • the outlet valve 40 can open to the outlet 36 and the pressure relief valve 42 to the delivery chamber 26.
  • Actuating device 22 is controlled by a control and / or regulating device 48.
  • a connection of the pressure-limiting valve 42 on the left in FIG. 1 can alternatively be used instead of
  • Delivery chamber 26 can also be connected to the low-pressure region of the high-pressure fuel pump 28 or any other element upstream of the high-pressure fuel pump 28.
  • the prefeed pump 16 delivers fuel from the fuel tank 12 into the low-pressure line 18.
  • the quantity control valve 24 can be closed and opened depending on a particular fuel requirement. This influences the amount of fuel delivered to the high-pressure accumulator 46.
  • the pressure relief valve 42 is normally closed.
  • a fuel pressure in the high pressure line 44 is higher than a fuel pressure in a region of the delivery chamber 26 (plus a spring force of a valve spring 60 of the
  • Pressure relief valve 42 see also Figure 2), so it can
  • High-pressure line 44 flows back into the delivery chamber 26 and from there, if necessary, back into the low-pressure line 18. As a result of the expansion, the fuel pressure in the high-pressure line 44 can drop to a permissible value and the pressure-limiting valve 42 can close again.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the pressure relief valve 42 of the high-pressure fuel pump 28 from FIG. 1.
  • the pressure relief valve 42 is hydraulic between the outlet 36 and one of the outlet 36
  • the pressure relief valve 42 or its elements described in more detail below are essentially rotationally symmetrical in this example.
  • the pressure limiting valve 42 comprises a housing 50, which is essentially designed as a cylindrical sleeve. On an end face on the left in FIG. 2, the housing 50 has an axial first opening 52, a radius of the opening 52 corresponding to an inner radius of the cylindrical sleeve.
  • the first opening 52 is hydraulic to the outlet 36 or to the outlet downstream thereof
  • the housing 50 is designed to be closed on a right end wall 54 in FIG. 2. In a lower right section, the housing 50 has a radial second opening 56.
  • the second opening 56 is hydraulically assigned to the upstream region of the high-pressure fuel pump 28 and is connected, for example, to the delivery chamber 26. In the present case, the housing 50 is made in one piece.
  • Pressure-limiting valve 42 has a closing element 58 which is acted upon by a valve spring 60 designed as a helical spring by means of a closing body 62 in the closing direction, that is to the left in FIG. 2.
  • the closing element 58 is a "free-flying" valve ball.
  • a stop body 64 of the pressure limiting valve 42 is arranged, which interacts with the closing body 62.
  • the stop body 64 is supported axially on the end wall 54 of the housing 50 and is acted upon by the valve spring 60 against the end wall 54 of the housing 50, ie to the right.
  • a section of the housing 50 in the region of the end wall 54 has a reduced inside diameter, as a result of which the stop body 64 and thus also the valve spring 60 are held in a defined manner.
  • the closing body 62 and the stop body 64 are essentially identical.
  • an end section 62a of the closing body 62 and an end section 64a of the stop body 64 are plate-shaped, an outer diameter of the respective end sections 62a and 64a being larger than an inner diameter of the valve spring 60.
  • the closing body 62 comprises a peg-shaped one
  • Outer diameter of the guide portions 62b and 64b smaller than one Inner diameter of the valve spring 60. This enables, among other things, improved guidance of the valve spring 60.
  • the closing body 62 has a centering recess 66 on the plate-shaped end section 62a for the radial holding of the closing element 58 and is otherwise identical to the stop body 64.
  • a pressure force generated by the valve spring 60 can be optimally transmitted to the closing element 58.
  • a valve body 68 is arranged, which is held in a frictionally locking manner on a radially outer lateral surface in the housing 50 and is preferably pressed therein.
  • the valve body 68 has a continuous axial central longitudinal channel 70, which has a constant inner diameter in sections.
  • the longitudinal channel 70 is hydraulically connected to the outlet 36 through the first opening 52.
  • a radially circumferential valve seat 72 is formed on the valve body 68, which cooperates with the closing element 58.
  • the housing 50 of the pressure relief valve 42 is an integral part of the high-pressure fuel pump 28 and is therefore not an independent element.
  • the high-pressure fuel pump 28 has, for example, a cylindrical bore in which the functional elements of the pressure relief valve 42
  • the closing element 58 is designed as a ball.
  • the closing element 58 consists of tungsten carbide.
  • the closing element can also have such a hard metal and moreover have a binding material, for example cobalt, nickel, iron, nickel-chromium and / or the like.
  • the valve body 68 is made of steel in this example or it is made of steel and has one wear-resistant surface.
  • valve body 68 is made of tungsten carbide. Nevertheless, in alternative embodiments, it could also be made of another wear-resistant material, e.g. consist of a cermet or hard metal or only have tungsten carbide or another hard metal. Examples of preferred other hard metals are as given above.
  • closing element 58 is made of steel or it is made of steel and has a wear-resistant surface.
  • the valve body and / or the closing body have a wear-resistant surface.
  • Each can be a CrCN layer, CrN layer, DLC layer (for example aC: H and / or ta-C and / or CrN and / or CrC), nickel layer, nickel-tungsten layer, nickel Act phosphorus layer, nickel-phosphorus-chromium layer, chromium layer, NiP + SiC dispersion layer, soft running-in layer, nitriding layer, titanium dioxide layer and / or titanium carbide layer.
  • DLC layer for example aC: H and / or ta-C and / or CrN and / or CrC
  • nickel layer nickel-tungsten layer
  • nickel Act phosphorus layer nickel-phosphorus-chromium layer
  • chromium layer chromium layer
  • NiP + SiC dispersion layer soft running-in layer
  • nitriding layer titanium dioxide layer and / or titanium carbide layer.
  • Valves have proven to be particularly wear-resistant, in particular
  • Tungsten carbide and the valve body have a wear-resistant surface and / or consist of steel.
  • FIG. 3 shows an enlarged and schematic section of a portion of the valve body 68 and the spherical closing element 58 when the valve is closed (e.g. pressure relief valve 42) in a longitudinal section.
  • the spherical closing element 58 lies flat against the sealing seat of the valve body 68. While the spherical closing element 58 has the undeformed shape of a ball, the sealing seat of the valve body 68 has, starting from a conical surface, a circumferential groove 85 in which the spherical
  • Closing element 58 rests flat on the sealing seat.
  • the spherical closing element has a radius that is R. Due to the presence of the circumferential groove 85 in the sealing seat of the valve body 68, the spherical closing element 58 comes to a
  • valve body 68 is provided with an initially conical sealing seat so that the valve is manufactured
  • spherical closing element 58 comes to rest along a line on the sealing seat of the valve body 68 (method step 1).
  • Valve body 68 generates a pulsating force F, whereby the spherical closing element 58 penetrates into the sealing seat in the axial direction and plastically deforms it in such a way that the spherical closing element 58 contributes to
  • valve body 68 and the spherical closing element 58 can then be assembled into a separate valve unit, which in turn as
  • Pressure relief valve can be mounted in a housing of a high-pressure fuel pump 28 (method step 3).
  • the valve body 68 and the spherical closing element 58 can also be mounted separately in the housing of a high-pressure fuel pump 28, so that they subsequently have the function of a pressure-limiting valve 42.
  • Diameter is equal to the diameter of the spherical closing element 58 or another tool with a corresponding surface shape.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem beweglichen kugelförmigen Schließelement (58) und einem festen Ventilkörper (68), wobei der Ventilkörper (68) einen Dichtsitz aufweist an dem das kugelförmige Schließelement (58) bei geschlossenem Ventil (42) flächig anliegt.

Description

Beschreibung
Titel
Ventil und Kraftstoff-Hochdruckpumpe sowie deren Herstellung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , beispielsweise zur Verwendung in einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe.
Vom Markt her bekannt sind Kraftstoff-Hochdruckpumpen für Kraftstoffsysteme von Brennkraftmaschinen, beispielsweise für eine Benzindirekteinspritzung. Eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich, beispielsweise stromabwärts von einer Vorförderpumpe, in einen
Hochdruckbereich, insbesondere in einen Hochdruckspeicher (Rail) fördern.
Dazu weisen Kraftstoff-Hochdruckpumpen verschiedene Ventile auf, neben einem Einlassventil und einem Auslassventil insbesondere häufig ein
Druckbegrenzungsventil, welches einen Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich auf einen vorgebbaren Maximalwert begrenzen kann. Somit kann ein Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe verbessert werden und mögliche Beschädigungen des Kraftstoffsystems können verhindert werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass das
Druckbegrenzungsventil aufgrund von im Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe anliegenden Druckpulsationen verschleißt, d.h. im Laufe der zeit bereits bei kleineren Drücken im Hochdruckbereich öffnet. Überdies kann es zu
Undichtigkeiten kommen, insgesamt verschlechtert sich der Liefergrad der Kraftstoff-Hochdruckpumpe.
Erfindungsgemäß wird dieser Mangel des Standes der Technik durch ein Ventil gelöst, das ein bewegliches kugelförmiges Schließelement und einen festen Ventilkörper aufweist, wobei der Ventilkörper einen Dichtsitz aufweist, an dem das kugelförmige Schließelement bei geschlossenem Ventil flächig anliegt. Durch die flächige Anlage ist die bei Pulsationen zwischen dem kugelförmigen
Schließelement und dem Dichtsitz des Ventilkörpers auftretende
Flächenpressung (Druck) viel geringer und Verschleiß tritt nur in weitaus geringerem Maß auf. Infolgedessen bleibt der Öffnungsdruck des Ventils über Lebensdauer weitestgehend konstant und es kommt auch nicht zu
Undichtigkeiten. Der Liefergrad der Kraftstoff-Hochdruckpumpe bleibt über Lebensdauer deutlich stabiler, insbesondere weitestgehend unvermindert.
Unter einem flächigen Anliegen wird vorliegend insbesondere ein nicht nur linienförmiges Anliegen verstanden. Unter einem linienförmigen Anliegen wird vorliegend ein Anliegen verstanden, zu dem es zwischen einer konischen Fläche und einer auf der Innenseite der konischen Fläche eingeschobenen Kugel kommen kann. Kommt es in Folge des Anliegens zu einer elastischen
Verformung der konischen Fläche und/oder der Kugel wird das Anliegen insbesondere weiterhin als linienförmig aufgefasst. Mit anderen Worten: Das flächige Anliegen einer ersten Fläche an einer zweiten Fläche setzt voraus und wird dadurch ermöglicht, dass die erste Fläche und die zweite Fläche - auch ohne Einwirkung elastisch deformierender Kräfte - deckungsgleich sind.
Der Dichtsitz des Ventilkörpers kann eine konische Grundform aufweisen, beispielsweise gegen eine Längsachse des Ventils um 30° bis 60° geneigt sein.
Das kugelförmige Schließelement kann beispielsweise den Radius R aufweisen und bei geschlossenem Ventil mit einer Fläche zwischen R2/2 und 2R2 flächig an dem Dichtsitz des Ventilkörpers anliegen.
Es ist besonders bevorzugt, dass das kugelförmige Schließelement ein verschleißfestes Material aufweist und/oder eine verschleißfeste Oberfläche aufweist, beispielsweise, dass das verschleißfeste Material ein Cermet und/oder ein Hartmetall ist, zum Beispiel Wolframcarbid. Der Ventilkörper kann
beispielsweise aus Stahl bestehen. In diesem Fall ist sichergestellt, dass das kugelförmige Schließelement härter ist als der Ventilkörper, sodass an dem kugelförmigen Schließelement praktisch kein Verschleiß und an dem Ventil keine damit einhergehende Undichtigkeit auftritt, selbst wenn es zu Drehungen der Kugel kommt. Erfindungsgemäße Kraftstoffh och d ruckpumpen zeichnen sich dadurch aus, dass ihr Liefergrad über Lebensdauer hoch bleibt. Überdies vermögen sie einen Druck im Hochdruckbereich bereit zu stellen, der über Lebensdauer nicht abnimmt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Ventils und zur Herstellung einer Hochdruckpumpe mit einem derartigen Ventil.
Dabei ist vorgesehen, dass der Ventilkörper mit einem zunächst konischen Dichtsitz bereitgestellt wird, sodass das kugelförmige Schließelement entlang einer Linie an dem Dichtsitz des Ventilkörpers zur Anlage kommt und dann zwischen einer Kugel und dem Ventilkörper eine Kraft erzeugt wird, die den Dichtsitz plastisch verformt.
Bei der Kugel kann es sich bereits um das kugelförmige Schließelement des Ventils handeln. In diesem Fall ist die Außenkontur des kugelförmigen
Schließelements in den Dichtsitz gleichsam abgebildet. Die Dichtwirkung ist dann optimal.
Andererseits kann es sich aber auch um eine andere Kugel handeln.
Insbesondere um eine Kugel, deren Größe der Größe des kugelförmigen Schließelements gleich ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass der Ventilkörper und das kugelförmige Schließelement bei der Montage des Ventils
beziehungsweise bei der Montage der Kraftstoff-Hochdruckpumpe unabhängig voneinander gehandhabt werden können, also nicht als Paar zusammenbleiben müssen. Insbesondere, wenn das Ventil nicht als vormontierte Einheit in das Gehäuse der Kraftstoff-Hochdruckpumpe eingebracht wird, sondern der
Ventilsitz, das kugelförmige Ventilelement und ggf. weitere Bestandteile des Ventils als diskrete Komponenten in das Gehäuse der Kraftstoff- Hochdruckpumpe eingebracht werden, ist das ein erheblicher
fertigungstechnischer Vorteil.
Die Kraft, die den Dichtsitz plastisch verformt, wirkt bevorzugt längs einer Längsachse des Ventils in Schließrichtung. Es kann sich um eine pulsierende Kraft handeln, beispielsweise mit einer Frequenz zwischen 20 kHz und 500 kHz.
Die plastische Verformung des Dichtsitz es kann andererseits auch durch Prägen erfolgen.
Die Verformung kann in axialer Längsrichtung gemessen bevorzugt 5 - 15 pm betragen, beispielsweise 0,5% bis 1 ,5% des Radius des kugelförmigen
Schließelements.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine
Brennkraftmaschine;
Figur 2 einen Längsschnitt durch ein Druckbegrenzungsventil einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe des Kraftstoffsy stems von Figur 1 ;
Figur 3 eine Detailansicht aus Figur 2
Figur 1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 für eine weiter nicht dargestellte
Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird ein Kraftstoff wie Benzin über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16, über eine Niederdruckleitung 18, über einen Einlass 20 eines von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 22 betätigbaren Mengensteuerventils 24 einem Förderraum 26 einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe 28 zugeführt. Beispielsweise kann das Mengensteuerventil 24 ein zwangsweise öffnendes Einlassventil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 sein.
Vorliegend ist die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 als Kolbenpumpe ausgeführt, wobei ein Kolben 30 mittels einer Nockenscheibe 32 in der Zeichnung vertikal bewegt werden kann. Hydraulisch zwischen dem Förderraum 26 und einem Auslass 36 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 ist ein in der Figur 1 als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes Auslassventil 40 sowie ein ebenfalls als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes
Druckbegrenzungsventil 42 angeordnet. Der Auslass 36 ist an eine Hochdruckleitung 44 und über diese an einen Hochdruckspeicher 46 ("Common Rail") angeschlossen.
Das Auslassventil 40 kann zum Auslass 36 und das Druckbegrenzungsventil 42 zu dem Förderraum 26 hin öffnen. Die elektromagnetische
Betätigungseinrichtung 22 wird durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 48 angesteuert. Abweichend von der Darstellung der Figur 1 kann ein in der Figur 1 linker Anschluss des Druckbegrenzungsventils 42 alternativ statt mit dem
Förderraum 26 auch mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 oder einem beliebigen sonstigen Element stromaufwärts der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 28 verbunden sein.
Im Betrieb des Kraftstoffsystems 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Das Mengensteuerventil 24 kann in Abhängigkeit von einem jeweiligen Bedarf an Kraftstoff geschlossen und geöffnet werden. Hierdurch wird die zu dem Hochdruckspeicher 46 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst. Im Normalfall ist das Druckbegrenzungsventil 42 geschlossen.
Wenn in einem vom Normalfall abweichenden Betriebsfall ein Kraftstoffdruck in der Hochdruckleitung 44 höher ist als ein Kraftstoffdruck in einem Bereich des Förderraums 26 (zuzüglich einer Federkraft einer Ventilfeder 60 des
Druckbegrenzungsventils 42, siehe auch die Figur 2), so kann das
Druckbegrenzungsventil 42 öffnen und somit kann Kraftstoff aus der
Hochdruckleitung 44 zurück in den Förderraum 26 und von dort gegebenenfalls zurück in die Niederdruckleitung 18 strömen. Durch die Expansion kann der Kraftstoffdruck in der Hochdruckleitung 44 auf einen zulässigen Wert sinken und das Druckbegrenzungsventil 42 wieder schließen.
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Druckbegrenzungsventil 42 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 von Figur 1. Das Druckbegrenzungsventil 42 ist hydraulisch zwischen dem Auslass 36 und einem vom Auslass 36
stromaufwärtigen Bereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 angeordnet und kann zu dem stromaufwärtigen Bereich hin öffnen. Das Druckbegrenzungsventil 42 bzw. dessen nachfolgend näher beschriebene Elemente sind in diesem Beispiel im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt. Das Druckbegrenzungsventil 42 umfasst ein im Wesentlichen als zylindrische Hülse ausgeführtes Gehäuse 50. An einer in der Figur 2 linken Stirnseite weist das Gehäuse 50 eine axiale erste Öffnung 52 auf, wobei ein Radius der Öffnung 52 einem Innenradius der zylindrischen Hülse entspricht. Die erste Öffnung 52 ist hydraulisch dem Auslass 36 bzw. dem zu diesem stromabwärtigen
Hochdruckbereich zugeordnet. An einer in der Figur 2 rechten Stirnwand 54 ist das Gehäuse 50 geschlossen ausgeführt. In einem rechten unteren Abschnitt weist das Gehäuse 50 eine radiale zweite Öffnung 56 auf. Die zweite Öffnung 56 ist hydraulisch dem besagten stromaufwärtigen Bereich der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 28 zugeordnet und beispielsweise mit dem Förderraum 26 verbunden. Vorliegend ist das Gehäuse 50 einstückig ausgeführt.
In einem in der Figur 2 horizontal mittleren Abschnitt weist das
Druckbegrenzungsventil 42 ein Schließelement 58 auf, welches von einer als Schraubenfeder ausgeführten Ventilfeder 60 mittels eines Schließkörpers 62 in Schließrichtung beaufschlagt wird, also in der Figur 2 nach links. Vorliegend ist das Schließelement 58 eine "frei fliegende" Ventilkugel.
In der Figur 2 rechts ist ein Anschlagkörper 64 des Druckbegrenzungsventils 42 angeordnet, der mit dem Schließkörper 62 zusammenwirkt. Der Anschlagkörper 64 stützt sich axial an der Stirnwand 54 des Gehäuses 50 ab und wird von der Ventilfeder 60 gegen die Stirnwand 54 des Gehäuses 50 beaufschlagt, also nach rechts. Dazu weist ein Abschnitt des Gehäuses 50 im Bereich der Stirnwand 54 einen verminderten Innendurchmesser auf, wodurch der Anschlagkörper 64 und somit auch die Ventilfeder 60 definiert gehalten werden.
Der Schließkörper 62 und der Anschlagkörper 64 sind im Wesentlichen identisch ausgeführt. Insbesondere sind ein Endabschnitt 62a des Schließkörpers 62 und ein Endabschnitt 64a des Anschlagkörpers 64 tellerförmig ausgeführt, wobei ein Außendurchmesser des jeweiligen Endabschnitts 62a bzw. 64a größer ist als ein Innendurchmesser der Ventilfeder 60.
Weiterhin umfassen der Schließkörper 62 einen zapfenförmigen
Führungsabschnitt 62b und der Anschlagkörper 64 einen zapfenförmigen Führungsabschnitt 64b, welche beide radial innerhalb der Ventilfeder 60 zueinander benachbart angeordnet sind. Entsprechend ist ein jeweiliger
Außendurchmesser der Führungsabschnitte 62b und 64b kleiner als ein Innendurchmesser der Ventilfeder 60. Dadurch wird unter anderem eine verbesserte Führung der Ventilfeder 60 ermöglicht.
Vorliegend weist der Schließkörper 62 an dem tellerförmigen Endabschnitt 62a eine Zentrierausnehmung 66 zur radialen Halterung des Schließelements 58 auf und ist ansonsten identisch zu dem Anschlagkörper 64 ausgeführt. Mittels des Schließkörpers 62 bzw. der Zentrierausnehmung 66 kann eine durch die Ventilfeder 60 erzeugte Druckkraft optimal auf das Schließelement 58 übertragen werden.
In einem in der Figur 2 linken Abschnitt des Gehäuses 50 ist ein Ventilkörper 68 angeordnet, der an einer radial äußeren Mantelfläche in dem Gehäuse 50 reibschlüssig gehalten und vorzugsweise darin eingepresst ist. Der Ventilkörper 68 weist einen durchgehenden axialen zentrischen Längskanal 70 auf, welcher abschnittsweise einen konstanten Innendurchmesser aufweist. Der Längskanal 70 ist durch die erste Öffnung 52 mit dem Auslass 36 hydraulisch verbunden. An einem in der Figur 2 rechten Endabschnitt des Längskanals 70 ist an dem Ventilkörper 68 ein radial umlaufender Ventilsitz 72 ausgebildet, welcher mit dem Schließelement 58 zusammenwirkt.
In einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 50 des Druckbegrenzungsventils 42 ein integraler Bestandteil der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 28 und somit kein eigenständiges Element. Dazu weist die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 beispielsweise eine zylindrische Bohrung auf, in welcher die funktionalen Elemente des Druckbegrenzungsventils 42
aufgenommen sind.
Im vorliegenden Beispiel ist das Schließelement 58 als Kugel ausgeführt. Im vorliegenden Beispiel besteht das Schließelement 58 aus Wolframkarbid.
Gleichwohl könnte es in alternativen Ausführungsformen auch aus einem anderen verschleißfesten Material, z.B. einem Cermet oder Hartmetall bestehen oder Wolframkarbid oder ein anderes Hartmetall lediglich aufweisen. Beispiele für bevorzugte andere Hartmetalle sind Titankarbid, Tantalkarbid, Chromkarbid und/oder andere Karbide. Das Schließelement kann alternativ auch solch ein Hartmetall aufweisen und überdies ein Bindematerial aufweisen, beispielsweise Kobalt, Nickel, Eisen, Nickel-Chrom und/oder dergleichen. Der Ventilkörper 68 besteht in diesem Beispiel aus Stahl oder er besteht aus Stahl und weist eine verschleißfeste Oberfläche auf.
In einem anderen Beispiel besteht der Ventilkörper 68 aus Wolframkarbid. Gleichwohl könnte er in alternativen Ausführungsformen auch aus einem anderen verschleißfesten Material, z.B. einem Cermet oder Hartmetall bestehen oder Wolframkarbid oder ein anderes Hartmetall lediglich aufweisen. Beispiele für bevorzugte andere Hartmetalle sind wie oben angegeben. Das
Schließelement 58 besteht in diesem Beispiel aus Stahl oder es besteht aus Stahl und weist eine verschleißfeste Oberfläche auf.
In anderen Beispielen und in Weiterbildungen weisen der Ventilkörper und/oder der Schließkörper eine verschleißfeste Oberfläche auf. Es kann sich jeweils um eine CrCN-Schicht, CrN-Schicht, DLC-Schicht (z.B. a-C:H und/oder ta-C und/oder CrN und/oder CrC), Nickel-Schicht, Nickel-Wolfram-Schicht, Nickel- Phosphor-Schicht, Nickel-Phosphor-Chrom-Schicht, Chrom-Schicht, NiP+SiC- Dispersion-Schicht, weiche Einlaufschicht, Nitrierschicht, Titandioxid-Schicht und/oder Titancarbidschicht handeln.
Als besonders verschleißfest haben sich Ventile, insbesondere
Druckbegrenzungsventile, herausgestellt, deren Schließelement aus
Wolframkarbid besteht und deren Ventilkörper eine verschleißfeste Oberfläche aufweisen und/oder aus Stahl bestehen.
Figur 3 zeigt vergrößert und schematisch einen Teilbereich des Ventilkörpers 68 und des kugelförmigen Schließelements 58 bei geschlossenem Ventil (z.B: Druckbegrenzungsventil 42) in einem Längsschnitt. Ersichtlich liegt das das kugelförmige Schließelement 58 flächig an dem Dichtsitz des Ventilkörpers 68 an. Während das kugelförmige Schließelement 58 die undeformierte Form einer Kugel aufweist, weist der Dichtsitz des Ventilkörpers 68 ausgehend von einer konischen Fläche eine umlaufende Nut 85 auf, in der das kugelförmige
Schließelement 58 an dem Dichtsitz flächig anliegt.
Im Beispiel weist das kugelförmige Schließelement einen Radius auf, der R beträgt. Durch das Vorhandensein der umlaufenden Nut 85 in dem Dichtsitz des Ventilkörpers 68 kommt das kugelförmige Schließelement 58 zu einem
(gedachten) konischen Dichtsitz um ca. R/100 in axialer Richtung, in Figur 3 nach unten, verschoben an dem Ventilkörper 68 zu Anlage. Die Größe der Fläche, mit der das kugelförmige Schließelement 58 dabei an dem Dichtsitz anliegt, beträgt etwa 1 ,1 * R2.
Gemäß einem ersten Beispiel wird zur Herstellung des Ventils der Ventilkörper 68 mit einem zunächst konischen Dichtsitz bereitgestellt, sodass das
kugelförmige Schließelement 58 entlang einer Linie an dem Dichtsitz des Ventilkörpers 68 zur Anlage kommt (Verfahrensschritt 1 ).
Sodann wird zwischen dem kugelförmigen Schließelement 58 und dem
Ventilkörper 68 eine pulsierende Kraft F erzeugt wird, wodurch das kugelförmige Schließelement 58 in axialer Richtung in den Dichtsitz eindringt und ihn dabei plastisch so verformt, dass das kugelförmige Schließelement 58 bei
geschlossenem Ventil an dem verformten Dichtsitz des Ventilkörpers 68 flächig anliegt. (Verfahrensschritt 2).
Der Ventilkörper 68 und das kugelförmige Schließelement 58 können sodann zu einer separaten Ventileinheit montiert werden, die wiederum als
Druckbegrenzungsventil in einem Gehäuse einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 montiert werden kann (Verfahrensschritt 3). Alternativ können der Ventilkörper 68 und das kugelförmige Schließelement 58 auch separat im Gehäuse einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 montiert werden, sodass sie dort nachfolgend die Funktion eines Druckbegrenzungsventils 42 haben.
Alternativ ist es auch möglich, im Verfahrensschritt 2 nicht das kugelförmige Schließelement 58 zu verwenden, sondern eine andere Kugel, deren
Durchmesser gleich dem Durchmesser des kugelförmigen Schließelements 58 ist oder ein anderes Werkzeug mit einer entsprechenden Oberflächenform. Zur Montage des Ventils (Verfahrensschritt 3) wird dann das kugelförmige
Schließelement 58 dem Ventil bzw. der Kraftstoff-Hochdruckpumpe erstmals zugeführt.

Claims

Ansprüche
1. Ventil mit einem beweglichen kugelförmigen Schließelement (58) und einem festen Ventilkörper (68), wobei der Ventilkörper (68) einen Dichtsitz aufweist an dem das kugelförmige Schließelement (58) bei geschlossenem Ventil (42) flächig anliegt.
2. Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das kugelförmige Schließelement (58) die Form einer Kugel mit dem Radius R aufweist, und die Größe der Fläche, mit der das kugelförmige Schließelement (58) bei geschlossenem Ventil (42) an dem Dichtsitz anliegt, nicht kleiner ist als R2/2 ist.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der
Fläche, mit der das kugelförmige Schließelement (58) bei geschlossenem Ventil (42) an dem Dichtsitz anliegt, nicht größer als 2 R2 ist.
4. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kugelförmige Schließelement (58) ein verschleißfestes Material aufweist und/oder eine verschleißfeste Oberfläche aufweist.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das verschleißfeste Material ein Cermet und/oder ein Hartmetall ist.
6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
verschleißfeste Material Wolframcarbid ist und der Ventilkörper (68) aus Stahl besteht.
7. Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem (10) für eine
Brennkraftmaschine, mit einem Förderraum (26) und einem hydraulisch zwischen dem Förderraum (26) und einem Einlass (20) angeordnetem und zu dem Förderraum (26) hin öffnendem Einlassventil (24) und einem hydraulisch zwischen dem Förderraum (26) und einem Auslass (36) angeordnetem und zu dem Auslass (36) hin öffnendem Auslassventil (40) und einem hydraulisch zwischen dem Auslass (36) und einem von dem Auslass (36) stromaufwärtigen Bereich und zu dem stromaufwärtigen Bereich hin öffnenden Druckbegrenzungsventil (42), dadurch
gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (42) ein Ventil (42) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.
8. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (28) nach dem vorangehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (42) ein Druckbegrenzungsventil (42) ist, dessen kugelförmiges Schließelement (58) eine Wolframkarbidkugel ist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (68) mit einem zunächst konischen Dichtsitz bereitgestellt wird, sodass das kugelförmige
Schließelement (58) entlang einer Linie an dem Dichtsitz des Ventilkörpers (68) zur Anlage kommt und dann zwischen dem kugelförmigen
Schließelement (58) und dem Ventilkörper (68 ) eine Kraft (F) erzeugt wird, die den Dichtsitz plastisch so verformt, dass das kugelförmige
Schließelement (58) bei geschlossenem Ventil (42) an dem verformten Dichtsitz des Ventilkörpers (68) flächig anliegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft (F) nicht zwischen dem kugelförmigen Schließelement (58) und dem
Ventilkörper (68) erzeugt wird, sondern zwischen dem Ventilkörper (68) und einer anderen Kugel, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser des kugelförmigen Schließelements (58) ist.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft (F) eine pulsierende Kraft ist, deren Frequenz im
Hochfrequenzbereich liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Dichtsitz so verformt, dass das kugelförmige Schließelement (58) bzw. die andere Kugel um 5 - 15pm in axialer Richtung in den zunächst konischen Dichtsitz eindringt.
13. Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (28) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (42) gemäß einem der Anspruch 9 bis 12 hergestellt wird und anschließend in dem Gehäuse der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (28) montiert wird.
14. Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (28) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (42) gemäß einem der Anspruch 9 bis 12 während der Montage in dem Gehäuse der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (28) hergestellt wird.
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