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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Kraftstoffüberströmventil
für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit Kraftstoffüberströmventil nach der Gattung
des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7.
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Ein
solches Kraftstoffüberströmventil und eine solche
Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die
DE 100 57 244 A1 bekannt.
Dieses Kraftstoffüberströmventil dient zur Druckbegrenzung
in einem Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Das
Kraftstoffüberströmventil weist ein Ventilgehäuse
auf, in dem ein Ventilglied beweglich angeordnet ist, das mit einem
im Ventilgehäuse angeordneten Ventilsitz zusammenwirkt.
Das Ventilglied ist durch eine Ventilfeder in Schließrichtung
und durch den im Niederdruckbereich herrschenden Druck in Öffnungsrichtung
beaufschlagt. Wenn der Druck im Niederdruckbereich den durch die
Ventilfeder bestimmten Öffnungsdruck überschreitet,
so öffnet das Kraftstoffüberströmventil
und Kraftstoff kann aus dem Niederdruckbereich in einen Entlastungsbereich
abströmen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe
auf, durch die Kraftstoff unter Hochdruck zumindest mittelbar, beispielsweise über einen
Speicher, zu wenigstens einem Injektor gefördert wird.
Durch eine Förderpumpe wird Kraftstoff zur Hochdruckpumpe
gefördert. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens einen durch
einen in einem Antriebsbereich angeordneten Antrieb in einer Hubbewegung
angetriebenen Pumpenkolben auf. Der Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
erstreckt sich zwischen der Förderpumpe und der Hochdruckpumpe
und in diesem herrscht ein durch die Förderpumpe erzeugter
Niederdruck. Der Niederdruckbereich ist mit dem Antriebsbereich
der Hochdruckpumpe verbunden. Aufgrund der Hubbewegung des wenigstens
einen Pumpenkolbens ändert sich das Volumen des Antriebsbereichs,
da bei dem auswärts gerichteten Hub des Pumpenkolbens das Volumen
des Antriebsbereichs vergrößert und beim einwärts
gerichteten Hub des Pumpenkolbens das Volumen des Antriebsbereichs
verkleinert wird. Hierdurch entstehen Druckschwankungen im Antriebsbereich.
Insbesondere bei einer Hochdruckpumpe mit nur einem Pumpenkolben
entstehen relativ starke Druckschwankungen. Hierdurch werden auch
Druckschwankungen im gesamten Niederdruckbereich erzeugt, die die
Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung beeinträchtigen
können. Diese Druckschwankungen können durch das
Kraftstoffüberströmventil nicht ausgeglichen werden
solange der Druck im Niederdruckbereich unterhalb des Öffnungsdrucks
des Kraftstoffüberströmventils liegt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Kraftstoffüberströmventil
mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass durch den Ausgleichskolben auf einfache Weise
bei geschlossenem Kraftstoffüberströmventil Druckschwankungen im
Niederdruckbereich zumindest teilweise ausgeglichen werden können.
Hierbei ist als zusätzliches Bauteil nur der Ausgleichskolben
erforderlich. Entsprechende Vorteile ergeben sich für die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch
7 deren Funktion durch die verringerten Druckschwankungen im Niederdruckbereich
verbessert ist.
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In
den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffüberströmventils
angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht
eine einfache und wenig Bauraum erfordernde Anordnung und Führung
des Ausgleichskolbens. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch
3 ist der Hub des Ausgleichskolbens definiert. Die Ausbildung gemäß Anspruch
6 ermöglicht eine einfache und gewichtsgarende Ausführung
des Ausgleichskolbens.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
in einer vereinfachten schematischen Darstellung, 2 ein
Kraftstoffüberströmventil der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
in geschlossenem Zustand in einem Längsschnitt mit einem
Ausgleichskolben in einer ersten Stellung, 3 das Kraftstoffüberströmventil
in geschlossenem Zustand mit einem Ausgleichskolben in einer zweiten
Stellung und 4 das Kraftstoffüberströmventil
in geöffnetem Zustand.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe 10 auf,
die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 12 ansaugt
und zur Saugseite einer Hochdruckpumpe 14 fördert.
Von der Förderpumpe 10 wird der Kraftstoff auf
einen Förderdruck von beispielsweise etwa 4 bis 6 bar
verdichtet. Die Förderpumpe 10 kann elektrisch
oder mechanisch angetrieben sein. Zwischen der Förderpumpe 10 und
der Saugseite der Hochdruckpumpe 14 kann eine Kraftstoffzumesseinrichtung 16 angeordnet
sein, durch die die von der Hochdruckpumpe 14 angesaugte
und unter Hochdruck geförderte Kraftstoffmenge variabel eingestellt
werden kann. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 16 kann ein
Proportionalventil sein, das unterschiedlich große Durchflussquerschnitte
einstellen kann, oder ein getaktetes Ventil und wird mechanisch oder
elektrisch durch eine elektronische Steuereinrichtung 17 angesteuert.
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Die
Hochdruckpumpe 14 weist ein Gehäuse 18 auf,
in dem in einem Innenraum 19 eine rotierend angetriebene
Antriebswelle 20 angeordnet ist. Der Innenraum 19 des
Gehäuses 18 mit der Antriebswelle 20 bildet
einen Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 14. Die Antriebswelle 20 weist
wenigstens einen Nocken 22 oder Exzenter auf, wobei der
Nocken 22 auch als Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die
Hochdruckpumpe weist wenigstens ein oder mehrere Pumpenelemente 24 mit
jeweils einem Pumpenkolben 26 auf, der durch den Nocken 22 der Antriebswelle 20 mittelbar
in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung
zur Drehachse der Antriebswelle 20 angetrieben wird. Der
Pumpenkolben 26 ist in einer Zylinderbohrung 28 dicht geführt
und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 20 abgewandten
Seite einen Pumpenarbeitsraum 30. Der Pumpenarbeitsraum 30 weist über
ein in den Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Einlassventil 32 eine
Verbindung mit dem Kraftstoffzulauf von der Förderpumpe 10 her
auf. Der Pumpenarbeitsraum 30 weist ausserdem über
ein aus dem Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Auslassventil 34 eine
Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 110 verbunden
ist. Mit dem Hochdruckspeicher 110 sind ein oder vorzugsweise mehrere
an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 120 verbunden,
durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt
wird. Der Hochdruckspeicher 110 kann auch entfallen, wobei
die Hochdruckpumpe 14 dann mit den Injektoren 120 über
hydraulische Leitungen verbunden ist. Bei seinem Saughub bewegt
sich der Pumpenkolben 26 in den Innenraum 19 hinein
und saugt dabei über das geöffnete Einlassventil 32 Kraftstoff
aus dem Zulauf von der Förderpumpe 10 her in den
Pumpenarbeitsraum 30 an. Bei seinem Förderhub
bewegt sich der Pumpenkolben 26 aus dem Innenraum 19 heraus
und fördert Kraftstoff unter Hochdruck aus dem Pumpenarbeitsraum 30 über
das geöffnete Auslassventil 34 in den Hochdruckspeicher 110 bzw.
zu den Injektoren 120.
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Es
kann vorgesehen sein, dass der gesamte von der Förderpumpe 10 geförderte
Kraftstoff zunächst durch den Innenraum 19 des
Gehäuses 18 und damit den Antriebsbereich der
Hochdruckpumpe 14 geleitet wird und erst stromabwärts
des Innenraums 19 die Kraftstoffzumesseinrichtung 16 angeordnet
ist, durch die die der Saugseite der Hochdruckpumpe 14 zugeführte
Kraftstoffmenge bestimmt wird. Der Bereich zwischen der Förderpumpe 10 und
der Kraftstoffzumesseinrichtung 16 bildet dabei einen Niederdruckbereich,
in dem der von der Förderpumpe 10 erzeugte Druck
herrscht. Durch die Förderpumpe 10 wird dabei
ständig dieselbe Kraftstoffmenge gefördert, jedoch
wird durch die Hochdruckpumpe 14 abhängig von
der Einstellung der Kraftstoffzumesseinrichtung 16 eine
variable Kraftstoffmenge angesaugt. Aus diesem Grund ist ein Kraftstoffüberströmventil 36 vorgesehen,
durch das der Druck im Niederdruckbereich begrenzt wird. Das Kraftstoffüberströmventil 36 öffnet,
wenn der Druck im Niederdruckbereich dessen Öffnungsdruck überschreitet
und über das geöffnete Kraftstoffüberströmventil 36 wird
die von der Förderpumpe 10 geförderte,
jedoch von der Hochdruckpumpe 14 nicht angesaugte Kraftstoffmenge
in einen Entlastungsbereich abgesteuert, der beispielsweise ein
Rücklauf zum Kraftstoffvorratsbehälter 12 ist.
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Das
Kraftstoffüberströmventil 36 wird anhand
der 2 bis 4 nachfolgend näher
erläutert. Das Kraftstoffüberströmventil 36 weist
ein rohrförmiges Ventilgehäuse 38 auf,
das einen rohrförmigen Abschnitt 39 mit geringerem
Durchmesser und einen rohrförmigen Abschnitt 40 mit
größerem Durchmesser umfasst. Am Übergang
zwischen den beiden Abschnitten 39 und 40 ist
innen im Ventilgehäuse 38 ein als Flachsitz oder
Schrägsitz 42 ausgebildeter Ventilsitz vorhanden.
Dieser wirkt mit einem Ventilglied 44 zusammen, an dem
eine beispielsweise etwa konische Dichtfläche 45 ausgebildet
ist. Das Ventilglied 44 weist einen ersten hohlzylinderförmigen
Abschnitt 46 mit kleinerem Durchmesser auf, der in den
Abschnitt 39 des Ventilgehäuses 38 hineinragt,
und einen zweiten hohlzylinderförmigen Abschnitt 47 mit
größerem Durchmesser, der im Abschnitt 40 des
Ventilgehäuses 38 verschiebbar geführt
ist. Die Dichtfläche 45 ist am Übergang
zwischen den beiden Abschnitten 46 und 47 des
Ventilglieds 44 ausgebildet. Radial außerhalb
der Dichtfläche 45 ist wenigstens eine Öffnung 48 am
Ventilglied 44 an dessen Übergang zum Abschnitt 47 vorgesehen.
Das Ventilglied 44 und das Ventilgehäuse 38 können
spanlos als Blechteil gefertigt sein.
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In
einen dem Ventilsitz 42 abgewandten Endbereich des Abschnitts 40 des
Ventilgehäuses 38 ist ein beispielsweise ebenfalls
als Blechformteil hergestellter Deckel 50 eingefügt,
beispielsweise eingepresst. Ein Randbereich 51 des Abschnitts 40 des Ventilgehäuses 38 kann
nach dem Einfügen des Deckels 50 über
diesen umgebördelt sein. Zwischen dem Deckel 50 und
dem Ventilglied 44 ist eine Ventilfeder 52 eingespannt.
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In
den dem Ventilsitz 42 abgewandten Endbereich des Abschnitts 39 des
Ventilgehäuses 38 kann eine Siebeinrichtung 54 eingefügt,
beispielsweise eingepresst sein. Die Siebeinrichtung 54 umfasst einen
Haltering 55, der mit Pressung im Abschnitt 39 des
Ventilgehäuses 38 gehalten ist, und einen sich von
diesem zum Ventilsitz 42 hin erstreckenden Filterabschnitt 56.
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Das
Kraftstoffüberströmventil 36 weist außerdem
einen Ausgleichskolben 58 auf, der im Abschnitt 46 des
Ventilglieds 44 dicht verschiebbar geführt ist.
Der Ausgleichskolben 58 ist beispielsweise topfförmig
ausgebildet, wobei das geschlossene Ende des Ausgleichskolbens 58 zur
Ventilfeder 52 hin weist. Der Ausgleichskolben 58 weist
an seinem offenen Endbereich einen radial nach außen über den
Abschnitt 46 des Ventilglieds 44 abstehenden Kragen 59 auf.
Der Ausgleichskolben 58 ist vorzugsweise wie das Ventilgehäuse 38 und
das Ventilglied 44 spanlos als Blechteil gefertigt.
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Das
Kraftstoffüberströmventil 36 mit dem Ventilgehäuse 38,
dem Ventilglied 44, der Ventilfeder 52, der Siebeinrichtung 54 und
dem Ausgleichskolben 58 bildet eine vormontierte Baugruppe,
die in eine Bohrung 60 eines Aufnahmegehäuses 62 eingefügt
ist. Dabei kann der Abschnitt 39 des Ventilgehäuses 38 mit
einem Presssitz in der Bohrung 60 angeordnet sein. Das
Aufnahmegehäuse 62 kann ein separates Gehäuse
sein oder ein Teil des Gehäuses 18 der Hochdruckpumpe 14.
In Einbaulage des Kraftstoffüberstromventils 36 liegt
ein radial außerhalb des Ventilsitzes 42 am Übergang
zwischen den Abschnitten 39 und 40 gelegener Übergangsabschnitt 41 des
Ventilgehäuses 38 an einer Außenseite 63 des
Aufnahmegehäuses 62 an.
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In
dem die Bohrung 60 umgebenden Bereich der Außenseite
des Aufnahmegehäuses 62 ist koaxial zur Bohrung 60 eine ringförmige
Ausnehmung 64 vorhanden, in die ein Dichtring 65 eingelegt
ist. Der Dichtring 65 ist bei eingebautem Kraftstoffüberströmventil 36 zwischen
dem Übergangsabschnitt 41 des Ventilgehäuses 38 und
dem Aufnahmegehäuse 62 eingespannt. Von einem
radial innen liegenden Bereich der Ausnehmung 64 erstreckt
sich etwa koaxial zur Bohrung 60 in axialer Richtung eine
umlaufende Nut 66, die einen Ringkanal bildet, von dem
beispielsweise in etwa radialer Richtung ein Auslasskanal 68 abführt,
der mit dem Entlastungsbereich verbunden ist. Der Auslasskanal 68 steht über
die Nut 66 und die Ausnehmung 64 sowie wenigstens
eine Öffnung 70 im Übergangsabschnitt 41 des
Ventilgehäuses 38 mit dem Innenraum des Abschnitts 40 des Ventilgehäuses 38 in
Verbindung. Die wenigstens eine Öffnung 70 bildet
einen Auslass des Kraftstoffüberströmventils 36,
der mit dem Entlastungsbereich verbunden ist und der Abschnitt 39 des
Ventilgehäuses 38 bildet einen Einlass des Kraftstoffüberströmventils 36,
der mit dem Niederdruckbereich verbunden ist.
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Das
Ventilglied 44 des Kraftstoffüberströmventils 36 ist
in Schließrichtung durch die vorgespannte Ventilfeder 52 beaufschlagt
und in Öffnungsrichtung durch den auf dessen innerhalb
des Ventilsitzes 42 angeordnete Fläche wirkenden
Druck im Niederdruckbereich. Durch die Vorspannung der Ventilfeder 52 wird
der Öffnungsdruck des Kraftstoffüberströmventils 36 bestimmt.
Der Ausgleichskolben 58 ist bezüglich des Ventilglieds 44 in
axialer Richtung verschiebbar zwischen zwei Endstellungen. In der
einen Endstellung kommt der Ausgleichskolben 58 mit seinem
Kragen 59 am Haltering 55 als Anschlag zur Anlage
und in der anderen Endstellung kommt der Ausgleichskolben 58 mit
seinem Kragen 59 am Stirnende des Abschnitts 46 des
Ventilglieds 44 zur Anlage. Der Ausgleichskolben 58 ist
auf seiner der Siebeinrichtung 54 zugewandten Seite, und
damit auf seiner Innenseite, von dem im Niederdruckbereich herrschenden
Druck beaufschlagt und auf seiner der Ventilfeder 52 zugewandten
Seite von dem im Entlastungsbereich herrschenden Druck beaufschlagt.
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Nachfolgend
wird die Funktion des Kraftstoffüberströmventils 36 erläutert.
Wenn der Druck im Niederdruckbereich geringer ist als der Öffnungsdruck
des Kraftstoffüberströmventils 36 so
liegt dessen Ventilglied 44 durch die Ventilfeder 52 bewirkt
mit seiner Dichtfläche 45 am Ventilsitz 42 an,
so dass der Niederdruckbereich vom Entlastungsbereich getrennt ist.
Hierbei kann es im Niederdruckbereich zu Druckschwankungen kommen,
die unter anderem durch die Hubbewegung des Pumpenkolbens 26 verursacht
werden. Insbesondere wenn nur ein Pumpenkolben 26 vorhanden
ist können die durch diesen verursachten Volumenschwankungen
des Innenraums 19 und damit des gesamten Niederdruckbereichs
und dadurch hervorgerufene Druckschwankungen nicht innerhalb der
Hochdruckpumpe 14 ausgeglichen werden. Hier setzt die Funktion
des Ausgleichskolbens 58 an, indem dieser abhängig
von der Differenz zwischen dem im Niederdruckbereich herrschenden
Druck und dem im Entlastungsbereich herrschenden Druck Ausgleichsbewegungen
ausführen kann und dadurch Druckschwankungen im Niederdruckbereich
zumindest teilweise ausgeglichen werden. Es kann vorgesehen sein,
dass der Ausgleichskolben 58 auf seiner dem Deckel 50 zugewandten.
Seite zusätzlich zu dem dort herrschenden Druck von einer
vorgespannten Feder 57 beaufschlagt ist. Die Feder 57 kann
dabei zwischen dem Deckel 50 und dem Boden des Ausgleichskolbens 58 angeordnet
sein. Am Boden des Ausgleichskolbens 58 und/oder am Deckel 50 kann
dabei eine Sicke 57a bzw. 57b ausgebildet sein,
durch die die Feder 57 zentriert wird. Die Feder 57 ist
fakultativ vorhanden und nur in 2 dargestellt,
während diese in den 3 und 4 nicht
dargestellt ist. In 2 ist der Ausgleichskolben 58 in
einer ersten Endstellung dargestellt, in der dieser mit seinem Kragen 59 am
Haltering 55 anliegt.
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In 3 ist
der Ausgleichskolben 58 in einer Zwischenstellung angeordnet,
in der dieser mit seinem Kragen 59 weder am Haltering 55 noch
am Abschnitt 46 des Ventilglieds 44 anliegt.
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In 4 ist
der Ausgleichskolben 58 in seiner anderen Endstellung dargestellt,
in der dieser mit seinem Kragen 59 am Abschnitt 46 des
Ventilglieds 44 anliegt. In dieser Endstellung befindet
sich der Ausgleichskolben 58 auch wenn der Druck im Niederdruckbereich
den Öffnungsdruck des Kraftstoffüberströmventils 36 erreicht
bzw. überschreitet. Dann bewegt sich das Ventilglied 44 in
die in 4 dargestellte geöffnete Stellung, in
der dieses mit seiner Dichtfläche 45 vom Ventilsitz 42 abgehoben
ist. Zwischen der Dichtfläche 45 und dem Ventilsitz 42 kann dann
Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in den Entlastungsbereich
abströmen. Durch die wenigstens eine Öffnung 48 im
Ventilglied 44 kann dabei Kraftstoff aus dem Abschnitt 40 des
Ventilgehäuses 38 überströmen,
der bei der Öffnungsbewegung des Ventilglieds 44 verdrängt
wird. Entsprechend kann bei der Schließbewegung des Ventilglieds 44 Kraftstoff über
die wenigstens eine Öffnung 48 in den Abschnitt 40 einströmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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