WO2007031120A1 - Druckventil für eine kraftstoffeinspritzvorrichtung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Druckventil für eine kraftstoffeinspritzvorrichtung einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2007031120A1
WO2007031120A1 PCT/EP2006/004311 EP2006004311W WO2007031120A1 WO 2007031120 A1 WO2007031120 A1 WO 2007031120A1 EP 2006004311 W EP2006004311 W EP 2006004311W WO 2007031120 A1 WO2007031120 A1 WO 2007031120A1
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WO
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valve
pressure
fuel
pressure valve
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/004311
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English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Steinbinder
Christian Rabanus
Original Assignee
Schaeffler Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/0011—Constructional details; Manufacturing or assembly of elements of fuel systems; Materials therefor
    • F02M37/0023—Valves in the fuel supply and return system
    • F02M37/0029—Pressure regulator in the low pressure fuel system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/0047—Layout or arrangement of systems for feeding fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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
    • F02M63/0001—Fuel-injection apparatus with specially arranged lubricating system, e.g. by fuel oil

Definitions

  • the invention relates to a pressure valve for a fuel injection device of an internal combustion engine.
  • the fuel injector includes a prefeed pump for delivering fuel from a fuel tank and a high pressure pump connected to the priming pump via a fuel line for fueling at least one fuel injector, the pressure valve communicating with a throttle and a fuel filter in a branching off of the fuel line and into the high pressure pump leading bypass pipe for cooling and / or lubrication of the high-pressure pump is arranged with fuel.
  • a pressure valve for a fuel injection device with a prefeed pump and a high pressure pump wherein the prefeed pump fuel from a fuel tank and forwards to the high pressure pump, which then builds up the actual injection pressure and the output side with the fuel injection valves of the fuel ei nspritzvor - Direction is connected.
  • the known pressure valve serves to block the secondary flow of fuel through the bypass line during the starting process of the internal combustion engine, so that the amount of fuel delivered by the prefeed pump is completely sufficient to increase the pressure of the high-pressure pump at its intake. running side is available.
  • This pressure valve is already designed as inexpensive producible and space-saving mountable in the bypass line check valve.
  • the cited document also proposes to integrate a possibly required in the bypass line throttle in the pressure valve.
  • the invention is therefore based on the object to avoid these disadvantages and thus a pressure valve for a fuel injection device to create, which can be arranged together with a throttle and a fuel filter to save space and cost in the bypass line.
  • this object is achieved in that the pressure valve is integrated together with the throttle and the fuel filter in a unit which can be mounted in the bypass line as a structural unit.
  • this solution has the advantage that reaching the bypass line residual dirt can be filtered out substantially space neutral, without the need for a separately manufactured and assembled component ,
  • the valve unit is a longitudinally movably guided in a cylindrical housing and hollow cylindrical valve piston with a valve piston bottom, a valve piston axially spaced in the housing mounted and hollow cylindrical support piston formed with a support piston bottom and a clamped between the valve piston bottom and the support piston bottom compression spring.
  • the housing, the valve piston and the support piston can advantageously be made low-weight and inexpensive as thin-walled sheet metal parts in a deep-drawing process.
  • the valve piston bottom is intended to seal a valve seat formed on a housing bottom of the housing in the closed state of the pressure valve and to have one or more openings which form the throttle when the pressure valve is open.
  • the openings may in this case be kidney-shaped and arranged on a circle which extends around the longitudinal axis of the valve unit.
  • the fuel filter is designed as a filter screen in the form of a plurality in the housing bottom or in the support piston bottom or both in the housing bottom and in the support piston bottom extending bores.
  • the bores are in a particularly preferred embodiment of the invention by means of a laser pulsed drilling method and formed substantially circular with a diameter in the range between 50 .mu.m and 200 .mu.m.
  • the introduction of microbores in metallic workpieces by means of laser drilling is known to those skilled in the field of manufacturing technology and is already used, inter alia, in the manufacture of filters and sieves. These are usually produced by so-called single-pulse drilling, in which the material to be removed is heated, melted and evaporated with a single high-energy laser pulse in a very short time. Due to the high vapor pressure in the borehole, the melt is then driven out of the borehole. This highly dynamic process can be repeated with high processing frequency, so that the filter screen can be produced in a short time with a suitable relative movement of laser optics to workpiece.
  • the housing bottom should have a circular ring, which merges in the region of the valve seat in a cylindrical shape, in which the between the throttle forming openings spherically shaped valve piston bottom, the valve seat sealingly protrudes.
  • the surface of the valve piston bottom pressurized by the fuel is smaller when the pressure valve is closed than when the pressure valve is open, so that the pressure valve opens only when a predetermined opening pressure is exceeded and only closes again when falling below a predetermined hold-open pressure, which is smaller than the opening pressure.
  • the opening pressure is expediently to be chosen so that the pressure valve opens only when the required to operate the high-pressure pump minimum operating pressure is reached in order not to delay the pressure required for a smooth starting process of the engine pressure build-up on the inlet side of the high-pressure pump.
  • the lower hold-open pressure in comparison ensures that the pressure valve in the opened state produces only a slight pressure loss in the secondary fuel flow and thus during normal operation of the internal combustion engine the greatest possible pressure prevails in the bypass pipe without the need for complicated control.
  • valve unit A free of additional fasteners and thus space-saving and cost-effective installation of the valve unit can finally be achieved by the valve unit by means of a L Lucasspress said between an outer circumferential surface of the housing and an inner circumferential surface of the bypass line in the bypass line can be fixed non-positively.
  • the positioning of the valve unit is of course also possible in housing parts of the high pressure pump immediately before the drive range.
  • FIG. 2 shows a first embodiment variant of the valve unit in longitudinal section
  • FIG. 4 shows a second variant of the valve unit in longitudinal section
  • Figure 5 shows the pressure valve according to Figure 4 in plan view
  • FIG. 6 shows the view Y and the detail Z according to FIG. 2 or FIG. 5.
  • FIG. 1 shows a fuel injection device 1 for an internal combustion engine, preferably designed as a diesel engine.
  • the fuel injection device 1 designed as a common rail system has a prefeed pump 2, through which fuel is conveyed from a fuel tank 3 via a fuel filter 4 and a fuel line 11 to a high-pressure pump 5.
  • the high-pressure pump 5 is followed by a distribution line 6, branch off from the individual lines 7 to fuel injection valves 8.
  • a downstream of the prefeed pump 2 leads from the fuel line 11 branching bypass line 9 in the high-pressure pump 5, which is preferably designed as a driven by a shaft 10 radial piston pump.
  • the fuel branched off via the bypass line 9 causes lubrication and cooling of the high-pressure pump 5 and its drive region.
  • the fuel used for these purposes then passes back to the fuel tank 3 via a discharge line 12 connected to the high-pressure pump 5.
  • a pressure valve 13 is arranged on the one hand, which accelerates the fuel pressure build-up generated by the high pressure pump 5 when starting the internal combustion engine by the pressure valve 13 is closed until reaching the minimum operating pressure of the high pressure pump 5 and interrupts the secondary fuel flow.
  • a throttle 14 is arranged downstream of the pressure valve 13, which limits the over the bypass line 9 with the pressure valve 13 open flowing secondary fuel flow during operation of the internal combustion engine.
  • a fuel filter 15 is provided, through which the initially described, manufacturing residual dirt downstream of the fuel filter 4 and other impurities that are not retained by the fuel filter 4, filtered out and kept away from the drive range of the high-pressure pump 5.
  • valve unit 17 which can be mounted as a structural unit 16 in the bypass line 9 and which is described in more detail with reference to embodiments shown in the following figures.
  • a first embodiment variant of a valve unit 17a is disclosed in FIG.
  • the valve unit 17a consists of a cylindrical housing 18a, a longitudinally movably guided in the housing 18a and a hollow cylindrical valve piston 19 and a hollow cylindrical support piston 20a, all of which are made as thin-walled sheet metal parts in a deep drawing process. Between a valve piston bottom 21 of the valve piston 19 and a support piston bottom 22a of the support piston 20a, a compression spring 23 is clamped. The support piston 20a is mounted axially spaced from the valve piston 19 and serves to limit the stroke of the valve piston 19. The valve unit 17a is fastened in the bypass line 9 by means of a longitudinal compression dressing between an outer circumferential surface 24 of the housing 18a and an inner lateral surface 25 of the bypass line 9.
  • valve piston bottom 21 seals a valve seat 27 formed on a housing bottom 26a of the housing 18a.
  • the secondary fuel flow passes through the valve unit 17a in the direction of the arrow and is thereby limited by a throttle 28 which is formed by openings 29 in the valve piston bottom 21.
  • the openings 29 are kidney-shaped and arranged on a circle which runs around the longitudinal axis 30 of the valve unit 17a.
  • the characteristic of opening pressure and holding pressure of the pressure valve 17a described above is achieved in that the housing bottom 26a has a circular ring 31, which merges in the region of the valve seat 27 in a cylindrical shape 32a, into which the valve piston 21 protrudes spherically shaped between the openings 29.
  • the pressurized surface of the valve piston bottom 21 is closed with the pressure valve 13 smaller than when the pressure valve 13 is open in accordance with a larger than the open holding pressure opening pressure.
  • the secondary fuel flow leaves the valve unit 17a via the opening 33 formed in the support piston bottom 22a, wherein an end face 34 of the support piston 20a facing the valve piston 19 serves as a stop for the valve piston 19. Furthermore, as an axial stop for the support piston 20a an annular bottom portion 35 of the housing 18a is provided, which is preferably made by a crimping of the previously continuous cup-shaped housing 18a.
  • the fuel filter 15 is in this embodiment - viewed in the direction of the fuel side stream - at the entrance of the valve unit 17 a.
  • the fuel filter 15 is formed as a screen filter 36 in the form of a plurality of bores 37 which extend here in the housing bottom 26a between the cylindrical shape 32a.
  • the holes 37 shown in FIG. 6 in a greatly enlarged detail are essentially circular in shape by means of the laser pulse drilling method described above and have a diameter which is preferably in the range between 50 ⁇ m and 200 ⁇ m. Depending on the requirements of the fuel filter 15, however, smaller or larger holes 37 are conceivable and can also be produced without problems using the method mentioned.
  • a second embodiment variant of a valve unit 17b which is shown in FIGS. 4 and 5, essentially differs from the embodiment described above in that the fuel filter 15 is arranged downstream of the pressure valve 13 and the throttle 28 at the outlet of the valve unit 17b.
  • a cylindrical shape 32b of a housing bottom 26b of a housing 18b is designed to be open, while the bores 37 likewise produced by the laser pulse drilling method and forming the sieve filter 36 run in a continuous support piston bottom 22b of a support piston 20b.
  • An advantage of the thus formed valve unit 17b is compared to the first embodiment, on the one hand, that the to form the screen filter 36 available surface on the support piston bottom 22b is greater than that in the region of the cylindrical shape 32a of the housing bottom 26a ( Figure 2).
  • the number of holes 37 in the mesh filter 36 can be increased to minimize the risk of clogging of the valve unit 17b due to a completely contaminated mesh filter 36.
  • a combination of the different embodiments may be provided, in which case the fuel filter 15 is formed both at the entrance and at the outlet of the valve unit 17.
  • Valve piston a, b support piston

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein Druckventil (13) für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) einer Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) umfasst eine Vorförderpumpe (2) zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter (3) und eine mit der Vorförderpumpe (2) über eine Kraftstoffleitung (11) verbundene Hochdruckpumpe (5) zur Kraftstoffspeisung mindestens eines Kraftstoffeinspritzventils (8), wobei das Druckventil (13) gemeinsam mit einer Drossel (14) und einem Kraftstofffilter (15) in einer von der Kraftstoffleitung (11) abzweigenden und in die Hochdruckpumpe (5) führenden Bypassleitung (9) zur Kühlung und/oder Schmierung der Hochdruckpumpe (5) mit Kraftstoff angeordnet ist. Dabei soll das Druckventil (13) gemeinsam mit der Drossel (14) und dem Kraftstofffilter (15) in einer als Baueinheit (16) in die Bypassleitung (9) montierbaren Ventileinheit (17, 17a, 17b) integriert sein.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Druckventil für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Druckventil für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst eine Vorförder- pumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter und eine mit der Vorförderpumpe über eine Kraftstoffleitung verbundene Hochdruckpumpe zur Kraftstoffspeisung mindestens eines Kraftstoffeinspritzventils, wobei das Druckventil gemeinsam mit einer Drossel und einem Kraftstofffilter in einer von der Kraftstoffleitung abzweigenden und in die Hochdruckpumpe führenden By- passleitung zur Kühlung und/oder Schmierung der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff angeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 199 33 567 C1 ist ein Druckventil für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe bekannt, wobei die Vorförderpumpe Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter fördert und an die Hochdruckpumpe weiterleitet, die dann den eigentlichen Einspritzdruck aufbaut und ausgangsseitig mit den Kraftstoffeinspritzventilen der Kraftstoff ei nspritzvor- richtung verbunden ist. Dabei dient eine zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe abzweigende und in die Hochdruckpumpe führende Bypassleitung zur Kühlung und Schmierung der Hochdruckpumpe sowie deren Antriebsbereich mit Kraftstoff. Das bekannte Druckventil dient dazu, den Kraftstoffnebenstrom durch die Bypassleitung während des Anlassvorgangs der Brennkraftmaschine zu sperren, so dass die von der Vorförderpumpe geförderte Kraft-, stoffmenge vollständig zum Druckaufbau der Hochdruckpumpe an deren Zu- laufseite zur Verfügung steht. Dieses Druckventil ist bereits als kostengünstig herstellbares sowie platzsparend in die Bypassleitung montierbares Rückschlagventil ausgeführt. Als zusätzliche konstruktive Vereinfachung schlägt die zitierte Schrift außerdem vor, auch eine in der Bypassleitung gegebenenfalls erforderliche Drossel in das Druckventil zu integrieren.
Weiterhin ist aus der gattungsbildenden DE 102 39 429 A1 ist weiterhin bekannt, ein Kraftstofffilter stromabwärts der Vorförderpumpe vor oder in der Bypassleitung anzuordnen. Zwar befindet sich zwischen Kraftstoffbehälter und Vorförderpumpe in der Regel bereits ein Kraftstofffilter, durch das Verunreinigungen aus dem angesaugten Kraftstoff ausgefiltert werden, so dass diese nicht in die Hochdruckpumpe oder in die Bypassleitung gelangen können. Dennoch können stromabwärts der Vorförderpumpe Verunreinigungen vorhanden sein, beispielsweise in Form von bei der Bauteilherstellung anfallenden Spänen oder Graten, die durch das stromaufwärts der Vorförderpumpe angeordnete Kraftstofffilter nicht herausgefiltert werden. Diese auch als Restschmutz bekannten Verunreinigungen können in die Bypassleitung gelangen und zu einem hohen Verschleiß bis hin zum Ausfall des Druckventils oder des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe führen. .
Obwohl dieses Konzept ein hervorragendes Mittel darstellt, den Restschmutz vor dem Eintritt in das Druckventil oder in den Antriebsbereich der Hochdruckpumpe zurückzuhalten, sind mit der dort vorgeschlagenen konstruktiven Umsetzung dennoch einige Nachteile verbunden. Hierzu zählt neben dem erhöhten Bauteile- und Kostenaufwand auch ein erhöhter Bauraumbedarf, der insbesondere bei bereits bestehenden Kraftstoffeinspritzvorrichtungen den Einbau des über das Druckventil und die Drossel hinaus vorgesehenen Kraftstofffilters in die Bypassleitung erschwert.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit ein Druckventil für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, das gemeinsam mit einer Drossel und einem Kraftstofffilter platzsparend und kostengünstig in der Bypassleitung angeordnet werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Druckventil gemeinsam mit der Drossel und dem Kraftstofffilter in einer als Baueinheit in die Bypassleitung montierbaren Ventileinheit integriert ist. Gegenüber dem im Stand der Technik vorgeschlagenen Kraftstofffilter, der dort als separates Bauteil in der Bypassleitung angeordnet ist, hat diese Lösung den Vorteil, dass in die Bypassleitung gelangender Restschmutz im wesentlichen bauraumneutral herausgefiltert werden kann, ohne dass es eines separat herzustellenden und zu montierenden Bauteils bedarf.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll die Ventileinheit einen in einem zylindrischen Gehäuse längsbeweglich geführten und hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilkolben mit einem Ventilkolbenboden, einen zum Ventilkolben im Gehäuse axial beabstandet gelagerten und hohlzylindrisch ausgebildeten Stützkolben mit einem Stützkolbenboden sowie eine zwischen dem Ventilkolbenboden und dem Stützkolbenboden eingespannte Druckfeder umfassen. Das Gehäuse, der Ventilkolben und der Stützkolben können dabei zweckmäßigerweise gewichtsarm und kostengünstig als dünnwandige Blechteile in einem Tiefziehverfahren hergestellt sein. Weiterhin soll der Ventilkolbenboden einen an einem Gehäuseboden des Gehäuses ausgebildeten Ventilsitz im geschlossenen Zustand des Druckventils abdichten und ein oder mehrere Öffnungen aufweisen, die die Drossel bei geöffnetem Druckventil bilden. Die Öffnungen können hierbei nierenförmig ausgebildet und auf einem Kreis angeordnet sein, der um die Längsachse der Ventileinheit verläuft.
Das Kraftstofffilter ist als Siebfilter in Form von einer Vielzahl im Gehäuseboden oder im Stützkolbenboden oder sowohl im Gehäuseboden als auch im Stützkolbenboden verlaufender Bohrungen ausgebildet. Die Bohrungen sind in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mittels eines Laser- puls-Bohrverfahrens hergestellt und im wesentlichen kreisförmig mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 50 μm und 200μm ausgebildet. Das Einbringen von Kleinstbohrungen in metallische Werkstücke mittels Laserbohren ist dem Fachmann im Bereich der Fertigungstechnik bekannt und findet unter anderem bereits bei der Herstellung von Filtern und Sieben Anwendung. Diese werden üblicherweise durch so genanntes Einzelpulsbohren hergestellt, bei dem der zu entfernende Werkstoff mit einem einzigen energiereichen Laserpuls in sehr kurzer Zeit erwärmt, geschmolzen und verdampft wird. Durch den hohen Dampfdruck im Bohrloch wird die Schmelze dann aus dem Bohrloch getrieben. Dieser hochdynamische Vorgang lässt sich mit hoher Bearbeitungsfrequenz wiederholen, so dass sich das Siebfilter bei geeigneter Relativbewegung von Laseroptik zu Werkstück in kurzer Zeit herstellen lässt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung soll der Gehäuseboden einen Kreisring aufweisen, der im Bereich des Ventilsitzes in eine zylindrische Ausformung übergeht, in die der zwischen den die Drossel bildenden Öffnungen sphärisch geformte Ventilkolbenboden, den Ventilsitz dichtend, hineinragt. Dadurch ist die vom Kraftstoff druckbeaufschlagte Fläche des Ventilkolbenbodens bei geschlossenem Druckventil kleiner als bei geöffnetem Druckventil, so dass das Druckventil erst bei Überschreiten eines vorgegebenen Öffnungsdrucks öffnet und erst bei Unterschreiten eines vorgegebenen Offenhaltedrucks, der kleiner als der Öffnungsdruck ist, wieder schließt. Der Öffnungsdruck ist dabei zweckmäßigerweise so zu wählen, dass das Druckventil erst öffnet, wenn der zum Betrieb der Hochdruckpumpe erforderliche minimale Betriebsdruck erreicht ist, um den für einen zügigen Anlassvorgang der Brennkraftmaschine erforderlichen Druckaufbau an der Zulaufseite der Hochdruckpumpe nicht zu verzögern. Der im Vergleich dazu niedrigere Offenhaltedruck gewährleistet gleichzeitig, dass das Druckventil im geöffneten Zustand einen nur geringen Druckverlust im Kraftstoffnebenstrom erzeugt und somit im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine ein möglichst großer Druck in der By- passleitung herrscht, ohne dass eine aufwändige Steuerung erforderlich ist. Eine von zusätzlichen Befestigungsmitteln freie und somit platzsparende und kostengünstige Montage der Ventileinheit kann schließlich dadurch erzielt werden, dass die Ventileinheit mittels eines Längspressverbands zwischen einer Außenmantelfläche des Gehäuses und einer Innenmantelfläche der Bypasslei- tung in der Bypassleitung kraftschlüssig befestigbar sein. Die Positionierung der Ventileinheit ist dabei selbstverständlich auch in Gehäuseteilen der Hochdruckpumpe unmittelbar vor deren Antriebsbereich möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,
Figur 2 eine erste Ausführungsvariante der Ventileinheit im Längsschnitt,
Figur 3 den Schnitt A-A gemäß Figur 2,
Figur 4 eine zweite Ausführungsvariante der Ventileinheit im Längsschnitt,
Figur 5 das Druckventil gemäß Figur 4 in der Draufsicht und
Figur 6 die Ansicht Y sowie die Einzelheit Z gemäß Figur 2 bzw. Figur 5.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen In Figur 1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 für eine vorzugsweise als Dieselmotor ausgebildete Brennkraftmaschine dargestellt. Die als Common- Rail-System ausgebildete Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 weist eine Vorförder- pumpe 2 auf, durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 3 über ein Kraftstofffilter 4 und eine Kraftstoffleitung 11 zu einer Hochdruckpumpe 5 gefördert wird. An die Hochdruckpumpe 5 schließt sich eine Verteilerleitung 6 an, von der Einzelleitungen 7 zu Kraftstoffeinspritzventilen 8 abzweigen. Außerdem führt eine stromabwärts der Vorförderpumpe 2 von der Kraftstoffleitung 11 abzweigende Bypassleitung 9 in die Hochdruckpumpe 5, die vorzugsweise als von einer Welle 10 angetriebene Radialkolbenpumpe ausgebildet ist. Dabei bewirkt der über die Bypassleitung 9 abgezweigte Kraftstoff nebenstrom eine Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe 5 und deren Antriebsbereich. Der zu diesen Zwecken verwendete Kraftstoff gelangt anschließend über eine an die Hochdruckpumpe 5 angeschlossene Abführleitung 12 zurück in den Kraftstoffbehälter 3.
In der Bypassleitung 9 ist zum einen ein Druckventil 13 angeordnet, das den durch die Hochdruckpumpe 5 erzeugten Kraftstoffdruckaufbau beim Anlassen der Brennkraftmaschine beschleunigt, indem das Druckventil 13 bis zum Erreichen des minimalen Betriebsdrucks der Hochdruckpumpe 5 geschlossen bleibt und den Kraftstoffnebenstrom unterbricht. Zum anderen ist stromabwärts hinter dem Druckventil 13 eine Drossel 14 angeordnet, die den über die Bypassleitung 9 bei geöffnetem Druckventil 13 abfließenden Kraftstoffnebenstrom während des Betriebs der Brennkraftmaschine begrenzt. Schließlich ist in der Bypassleitung 9 ein Kraftstofffilter 15 vorgesehen, durch das der eingangs beschriebene, herstellbedingte Restschmutz stromabwärts des Kraftstofffilters 4 und weitere Verunreinigungen, die nicht vom Kraftstofffilter 4 zurückgehalten werden, herausgefiltert und vom Antriebsbereich der Hochdruckpumpe 5 ferngehalten werden. Das Verschleiß- und Ausfallrisiko des Antriebbereichs der Hochdruckpumpe 5 kann somit minimiert werden. Gegenüber dem dargestellten Hydraulikschema kann das Kraftstofffilter 15 aber auch alternativ oder ergänzend stromaufwärts des Druckventils 13 zum Schutz des Druckventils 13 und der Drossel 14 angeordnet sein. Das Druckventil 13, die Drossel 14 und das Kraftstofffilter 15 sind in einer als Baueinheit 16 in die Bypassleitung 9 montierbaren Ventileinheit 17 integriert, die anhand von in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsvarianten näher beschrieben ist. Eine erste Ausführungsvariante einer Ventileinheit 17a ist in Figur 2 offenbart. Die Ventileinheit 17a besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 18a, einem im Gehäuse 18a längsbeweglich geführten und hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilkolben 19 sowie einem hohlzylindrisch ausgebildeten Stützkolben 20a, die sämtlich als dünnwandige Blechteile in einem Tief ziehverfahren hergestellt sind. Zwischen einem Ventilkolbenboden 21 des Ventilkolbens 19 und einem Stützkolbenboden 22a des Stützkolbens 20a ist eine Druckfeder 23 eingespannt. Der Stützkolben 20a ist zum Ventilkolben 19 axial beabstandet gelagert und dient zur Hubbegrenzung des Ventilkolbens 19. Die Ventileinheit 17a ist mittels eines Längspressverbandes zwischen einer Außenmantelfläche 24 des Gehäuses 18a und einer Innenmantelfläche 25 der Bypassleitung 9 in der Bypassleitung 9 befestigt.
Im dargestellten geschlossenen Zustand des Druckventils 13 dichtet der Ventilkolbenboden 21 einen an einem Gehäuseboden 26a des Gehäuses 18a ausgebildeten Ventilsitz 27 ab. Im geöffneten Zustand des Druckventils 13 passiert der Kraftstoffnebenstrom die Ventileinheit 17a in Pfeilrichtung und wird dabei durch eine Drossel 28 begrenzt, die durch Öffnungen 29 im Ventilkolbenboden 21 gebildet ist. Wie in Figur 3 erkennbar ist, sind die Öffnungen 29 nierenför- mig ausgebildet und auf einem Kreis angeordnet, der um die Längsachse 30 der Ventileinheit 17a verläuft.
Die eingangs beschriebene Charakteristik von Öffnungsdruck und Offenhaltedruck des Druckventils 17a wird dadurch erreicht, dass der Gehäuseboden 26a einen Kreisring 31 aufweist, der im Bereich des Ventilsitzes 27 in eine zylindrische Ausformung 32a übergeht, in die der zwischen den Öffnungen 29 sphärisch geformte Ventilkolbenboden 21 hineinragt. Somit ist die druckbeaufschlagte Fläche des Ventilkolbenbodens 21 bei geschlossenem Druckventil 13 kleiner als bei geöffnetem Druckventil 13 entsprechend einem gegenüber dem Offenhaltedruck größeren Öffnungsdruck.
Bei geöffnetem Druckventil 13 verlässt der Kraftstoffnebenstrom die Ventileinheit 17a über die im Stützkolbenboden 22a ausgebildete Öffnung 33, wobei eine dem Ventilkolben 19 zugewandte Stirnseite 34 des Stützkolbens 20a als Anschlag für den Ventilkolben 19 dient. Weiterhin ist als Axialanschlag für den Stützkolben 20a ein ringförmiger Bodenabschnitt 35 des Gehäuses 18a vorgesehen, der vorzugsweise durch einen Bördelvorgang des zuvor durchgehend tassenförmigen Gehäuses 18a hergestellt ist.
Das Kraftstofffilter 15 befindet sich bei dieser Ausführungsvariante - in Richtung des Kraftstoff nebenstroms betrachtet - am Eingang der Ventileinheit 17a. Das Kraftstofffilter 15 ist als Siebfilter 36 in Form von einer Vielzahl von Bohrungen 37 ausgebildet, die hier im Gehäuseboden 26a zwischen der zylindrischen Ausformung 32a verlaufen. Die in Figur 6 im stark vergrößerten Ausschnitt dargestellten Bohrungen 37 sind mittels des eingangs beschriebenen Laserpuls-Bohrverfahrens im wesentlichen kreisförmig ausgebildet und weisen einen Durchmesser auf, der vorzugsweise im Bereich zwischen 50 μm und 200 μm liegt. Je nach Anforderungen an das Kraftstofffilter 15 sind jedoch auch kleinere oder größere Bohrungen 37 denkbar und mit dem genannten Verfahren auch problemlos herstellbar.
Eine zweite Ausführungsvariante einer Ventileinheit 17b, die in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsvariante im wesentlichen dadurch, dass das Kraftstofffilter 15 stromabwärts des Druckventils 13 und der Drossel 28 am Ausgang der Ventileinheit 17b angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist eine zylindrische Ausformung 32b eines Gehäusebodens 26b eines Gehäuses 18b offen ausgeführt, während die ebenfalls nach dem Laserpuls-Bohrverfahren hergestellten und das Siebfilter 36 bildenden Bohrungen 37 in einem durchgehenden Stützkolbenboden 22b eines Stützkolbens 20b verlaufen. Vorteilhaft an der so ausgebildeten Ventileinheit 17b ist gegenüber der ersten Ausführungsvariante zum einen, dass die zur Ausbildung des Siebfilters 36 zur Verfügung stehende Fläche am Stützkolbenboden 22b größer ist als diejenige im Bereich der zylindrischen Ausformung 32a des Gehäusebodens 26a (Figur 2). Somit kann die Anzahl der Bohrungen 37 im Siebfilter 36 erhöht werden, um das Risiko einer Verstopfung der Ventileinheit 17b in Folge eines vollständig mit Verunreinigungen zugesetzten Siebfilters 36 zu minimieren. Zum gleichzeitigen Schutz des Druckventils 13 und der Hochdruckpumpe 5 vor Verunreinigungen kann jedoch auch eine Kombination der verschiedenen Ausführungsvarianten vorgesehen sein, wobei dann das Kraftstofffilter 15 sowohl am Eingang als auch am Ausgang der Ventileinheit 17 ausgebildet ist.
Liste der Bezugszahlen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung
Vorförderpumpe
Kraftstoffbehälter
Kraftstofffilter
Hochdruckpumpe
Verteilerleitung
Einzelleitung
Kraftstoffeinspritzventil
Bypassleitung
Welle
Kraftstoffleitung
Abführleitung
Druckventil
Drossel
Kraftstofffilter
Baueinheit ,17a,b Ventileinheit a,b Gehäuse
Ventilkolben a, b Stützkolben
Ventilkolbenboden a,b Stützkolbenboden
Druckfeder
Außenmantelfläche
Innenmantelfläche a,b Gehäuseboden
Ventilsitz
Drossel
Öffnung
Längsachse
Kreisring a,b Ausformung
Öffnung
Stirnseite
Bodenabschnitt
Siebfilter
Bohrung

Claims

Patentansprüche
1. Druckventil für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) einer Brennkraftmaschine, welche Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) eine Vorförderpumpe (2) zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter (3) und eine mit der Vorförderpumpe (2) über eine Kraftstoffleitung (11 ) verbundene Hochdruckpumpe (5) zur Kraftstoffspeisung mindestens eines Kraftstoffeinspritzventils (8) umfasst, wobei das Druckventil (13) gemeinsam mit einer Drossel (14) und einem Kraftstofffilter (15) in einer von der Kraftstoffleitung (11) abzweigenden und in die Hochdruckpumpe (5) führenden Bypassleitung (9) zur Kühlung und/oder Schmierung der Hochdruckpumpe (5) mit Kraftstoff angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckventil (13) gemeinsam mit der Drossel (14) und dem Kraftstofffilter (15) in einer als Baueinheit (16) in die Bypassleitung (9) montierbaren Ventileinheit (17, 17a, 17b) integriert ist.
2. Druckventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (17a, 17b) folgende Merkmale aufweist:
■ die Ventileinheit (17a, 17b) umfasst einen in einem zylindrischen Gehäuse (18a, 18b) längsbeweglich geführten und hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilkolben (19) mit einem Ventilkolbenboden (21), einen zum Ventilkolben (19) im Gehäuse (18a, 18b) axial beabstandet gelagerten und hohlzylindrisch ausgebildeten Stützkolben (20a, 20b) mit einem Stützkolbenboden (22a, 22b) sowie eine zwischen dem Ventilkolbenboden (21) und dem Stützkolbenboden (22a, 22b) eingespannte Druckfeder (23);
■ der Ventilkolbenboden (21) dichtet einen an einem Gehäuseboden (26a, 26b) des Gehäuses (18a, 18b) ausgebildeten Ventilsitz (27) im geschlossenen Zustand des Druckventils (13) ab und weist ein oder mehrere Öffnungen (29) auf, die die Drossel (28) bei geöffnetem Druckventil (13) bilden und das Kraftstofffilter (15) ist als Siebfilter (36) in Form von einer Vielzahl im Gehäuseboden (26a) und/oder im Stützkolbenboden (22b) verlaufender Bohrungen (37) ausgebildet.
3. Druckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18a, 18b), der Ventilkolben (19) und der Stϋtzkolben (20a, 20b) als dünnwandige Blechteile in einem Tief zieh verfahren hergestellt sind.
4. Druckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (37) mittels eines Laserpuls-Bohrverfahrens im wesentlichen kreisförmig mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 50μm und 200μm hergestellt sind.
5. Druckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (29) nierenförmig ausgebildet und auf einem Kreis angeordnet sind, der um die Längsachse (30) der Ventileinheit (17a, 17b) verläuft.
6. Druckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (26a, 26b) einen Kreisring (31) aufweist, der im Bereich des Ventilsitzes (27) in eine zylindrische Ausformung (32a, 32b) übergeht, in die der zwischen den Öffnungen (29) sphärisch geformte Ventilkolbenboden (21), den Ventilsitz (27) dichtend, hineinragt, wobei die druckbeaufschlagte Fläche des Ventilkolbenbodens (21) bei geschlossenem Druckventil (13) kleiner als bei geöffnetem Druckventil (13) ist, so dass das Druckventil (13) erst bei Überschreiten eines vorgegebenen Öffnungsdrucks öffnet und erst bei Unterschreiten eines vorgegebenen Offenhaltedrucks, der kleiner als der Öffnungsdruck ist, wieder schließt.
7. Druckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (17a, 17b) mittels eines Längspressverbands zwischen einer Außenmantelfläche (24) des Gehäuses (18a, 18b) und einer Innenmantelfläche (25) der Bypassleitung (9) in der Bypassleitung (9) kraftschlüssig befestigbar ist.
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