WO2019197065A1 - Druckbegrenzungsventil - Google Patents
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- F02M63/0245—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure between the high pressure pump and the common rail
Definitions
- the invention relates to a pressure relief valve according to the preamble of claim 1.
- the invention also relates to an associated high-pressure fuel pump.
- High-pressure fuel pumps for fuel systems of internal combustion engines for example for a gasoline direct injection, are known from the market.
- fuel is conveyed from a fuel tank by means of a prefeed pump and the mechanically driven high-pressure pump under high pressure into a high-pressure accumulator ("rail").
- Such fuel systems typically include a pressure relief valve that prevents a pressure in the high pressure accumulator from increasing too much. If the pressure in the high-pressure accumulator reaches too high a value, the pressure-limiting valve opens in the intake stroke of the high-pressure pump
- High-pressure accumulator sucked into the delivery chamber.
- the pressure limiting valve opens when the pressure in the high pressure accumulator is so great that a pressure difference that occurs between the high pressure accumulator and the delivery chamber in the intake stroke of the high pressure pump, an opening pressure of
- the invention has the advantage that due to the point-like connection between the loading element and the valve element, the introduction or transmission of torque from
- valve element directly or in particular also indirectly via the contact point on
- the invention is based on the following considerations: The fact that high-pressure fuel pumps are usually mounted directly on the internal combustion engine, they are exposed to high vibrational acceleration excitations.
- Beaufschlagungselement can thereby be excited axially and / or radially to vibrations, which may be particularly pronounced in particular in the eigenmodes (resonance points) of the biasing element.
- this dynamic excitation can lead to a deformation along the bending line of the eigenmodes.
- connection between the loading element and the valve element is punctiform or at least essentially point-shaped, no or no relevant torque is introduced from the loading element into the valve element.
- an undesirable movement of the valve element can be prevented at the valve seat.
- a rotation of the valve element can be prevented.
- the invention reduces the wear between the valve seat and the valve element, which over the life of the
- Pressure relief valve leads to a smaller change in the opening pressure and to an improved tightness. Overall, costs can be saved because the service life of the pressure relief valve can be extended. Also, a relatively inexpensive production is possible.
- Beauftschungselement arranged a holding piece on which the
- Beauftschungselement is fixed, wherein the holding piece has a contact surface for conditioning of the valve element, and wherein the contact surface of the
- the valve element thus touches the holding piece. Due to the movement of the holding piece relative to the valve element, the contact point between the valve element and holding piece can move. Nevertheless, the contact point remains punctiform or at least substantially punctiform. As a result, the wear between the valve element and
- Valve seat and between the valve element and holding piece are reduced in an advantageous manner ..
- the contact surface comprises an orthogonal to the opening direction extending flat surface. This contact surface is thus touched by the valve element at the contact point.
- the holding piece can still move relative to the valve element, for example
- Recess may be introduced in the form of a Kugelsegements, so that in this way the concave surface is formed.
- valve element in particular in the case of a ball-shaped valve element, rolling along the valve element. This can prevent that a torque is introduced into the valve element. Nevertheless, a movement of the holding piece is made possible relative to the valve element.
- the valve element is designed as a valve ball.
- the curvature of the valve ball can be greater than the curvature of the contact surface. The curvature is the reciprocal of the radius. As a result, the holding piece can roll on the valve element.
- the contact surface is formed convex seen from the valve element. Consequently, the holding piece may have a bulge in the direction of the valve seat. This bulge may be formed in particular in the form of a convex spherical segment. The curvature of this ball segment can in turn be greater than the curvature of a
- Valve ball formed valve element The holding piece can move relative to the valve element rolling.
- the contact surface is at least partially coated.
- the holding piece comprises a hardening element, wherein the hardening element in any case comprises a portion of the contact surface. As a result, a particularly wear-resistant pressure relief valve is provided.
- the holding piece has an edge surface orthogonal to the opening direction, which has an arcuate, convex outer contour. Consequently, when the holding piece against the
- the holding piece can come over the edge surface on an inner side of a recess to the plant in which the
- Pressure relief valve is arranged. This contact can also be punctiform. This can also reduce the wear of the
- Pressure relief valve can be reduced and thus the service life can be increased.
- the edge surface has a recess extending in the opening direction for fluid outflow.
- a continuous and secure fluid outflow can also be provided when the holding piece is displaced in the open position of the pressure limiting valve from a neutral position relative to the valve element in a Auslenklage, in particular the edge surface comes to rest on the inside of the recess for the pressure relief valve.
- the pressure relief valve can open to a pumping chamber and be arranged fluidly between the pumping chamber and a high-pressure accumulator.
- Pressure relief valve opens at low pressures and thus the
- the pressure relief valve opens to an antechamber of the inlet valve and is thus arranged fluidly between the antechamber of the inlet valve and, for example, the high-pressure accumulator.
- FIG. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a high-pressure fuel pump with a pump housing, a
- Pressure relief valve according to a first embodiment, and a recess in which the pressure relief valve is accommodated;
- Figure 2 is an enlarged detail of the recess and the
- Figure 3 is a view similar to Figure 2 of a portion of a
- FIG. 4 shows a representation of the pressure limiting valve according to FIG. 3 during operation
- Figure 5 is a view similar to Figure 2 of a portion of a
- a high-pressure fuel pump for an internal combustion engine not shown in detail bears the reference numeral 10.
- the high-pressure fuel pump 10 has an overall substantially cylindrical pump housing 12 in or on which the essential components of the high-pressure fuel pump 10 are arranged.
- the high-pressure fuel pump 10 has an inlet and quantity control valve 14, an arranged in a delivery chamber 16, displaceable by a drive shaft not shown in a reciprocating motion delivery piston 18, an exhaust valve 20 and a pressure relief valve 22.
- a first channel 24 is present, which extends coaxially to the delivery chamber 16 and the delivery piston 18 and which leads from the delivery chamber 16 to a second channel 26 in the form of an overall substantially cylindrical recess which at an angle of 90 ° to first channel 24 is arranged and in which the pressure relief valve 22 is received.
- a longitudinal axis of the pump housing 12 carries in Figure 1 a total of the reference numeral 28, a longitudinal axis of the recess 26, the reference numeral 29.
- a pressure damper 30 is disposed in the pump housing 12.
- the high-pressure region 32 is connected to the high-pressure fuel pump 10 via an outlet connection 34.
- the amount of fuel that is expelled during a delivery stroke is adjusted by the solenoid-operated intake and quantity control valve 14. With an impermissible pressure in the high-pressure area, this opens Pressure limiting valve 22, whereby fuel from the high-pressure region can flow into the delivery chamber 16.
- the pressure limiting valve 22 connects, as I said, in an open state, the high-pressure region 32 with the delivery chamber 16 of the high-pressure fuel pump 10.
- the pressure relief valve 22 opens when a pressure difference between the outlet-side high-pressure region 32 and the delivery chamber 16 of the high-pressure fuel pump 10 a Exceeds limit. By the pressure limiting valve 22 is thus prevented that the pressure in the outlet-side high-pressure region 32 is unacceptably high.
- Pressure relief valve 22 initially includes a sleeve-like valve seat body 38 which is pressed into the recess 26 and in which a longitudinal direction 29 of the valve seat body 38 extending channel 40 is present.
- a valve seat 42 is formed on the valve seat body 38 which cooperates with a valve element 44 in the form of a valve ball.
- Valve element 44 is a cross-sectionally T-shaped holding piece 46 is arranged.
- the holding piece 46 On the side of the holding piece 46 facing away from the valve element 44, the holding piece 46 has a pin-like extension 48. On this one left in the figure, the first end portion 50 of a trained as a spiral spring
- Pressure limiting valve 22 is arranged in a cylindrical end region 54 of the recess 26.
- valve body 38 and the retaining piece 46 are rotationally symmetrical about a central longitudinal axis 56 which is connected to the longitudinal axis 29 of the
- Opening direction 58 This direction is parallel to the longitudinal axis 29 and the central longitudinal axis 56th
- the holding piece 46 has a
- abutment surface 60 is exemplarily designed as a flat surface 61 that extends orthogonally to opening direction 58.
- the contact surface 60 contacts the valve element 44 at a point-shaped contact point 62.
- the point-shaped contact point 62 is located on the
- Contact surface 60 is not flat, but seen from the valve element 44 is concave. Consequently, on the valve element 44 facing side of the holding piece 46 has a recess 64 is introduced in the form of a spherical segment.
- the valve element 44 in this case has a radius r1, wherein the center of the valve element 44 is in the closed position on the longitudinal axis 29.
- the radius r2 associated with the spherical segment-shaped recess 64 is greater than the radius r1.
- the radius r2 is greater than the radius r1, so that the valve element 44 has a greater curvature than the spherical segment-shaped recess 64.
- the radius r1 can be between 0.5 and 1, 5 mm.
- the radius r2 can be between 0.6 and 5 mm.
- the holding piece 46 viewed from the valve element 44, has a convex contact surface 60. Consequently, the holding piece 46 is bulged out to the valve element 44 and is thus formed as a whole mushroom-shaped.
- the bulge 66 has the shape of a Kugelsegements. This spherical segment can have a radius r3.
- the center of an imaginary ball to this ball segment is also in the rest position on the longitudinal axis 29.
- the radius r3 is greater than the radius r1 of the valve element, so that in total the curvature of
- Valve element 44 is greater than the curvature of the contact surface 60th
- the abutment surface 60 of the embodiment shown in FIG. 5 is formed by a hardening element 68 which projects into a recess 70 in the region of the bulge 66 of the retaining piece 46 was introduced.
- the region of the holding piece 46 surrounding the hardening element 68 may be made of a softer material and thus
- the holding piece 46 has an edge surface 72, which has an arcuate outer contour that is convex when viewed from the outside. This edge surface extends over the entire circumference of the holding piece 46. However, at least one recess 74 is introduced into the edge surface 72 in a peripheral region.
- the mode of operation of the pressure limiting valve 22 is explained below by way of example, in particular, with reference to FIG. 4: Due to the fact that the high-pressure fuel pump 10 can be mounted directly on the internal combustion engine, high vibration acceleration excitations can occur. As a result, the biasing element 52 can be excited to oscillations, which can be particularly pronounced, in particular in the eigenmodes. This excitation can lead to a deformation along a bending line 76 of the loading element 52. The vibration of the
- Beauftschungselements 52 may in this case be sinusoidal in particular.
- Vibrational excitations may additionally or alternatively also be effected by the operation of the high-pressure fuel pump 10 itself, for example by cyclically impressing flow forces on the biasing element 52 in the conveying space 16 during conveying and / or suction.
- the wear can be further advantageously reduced by making the edge surface 72 arcuate. Consequently, if the holding piece 46 comes to bear against the inner wall 77 of the recess 26, in turn results in an ideally punctiform contact point. Thus, the wear can also be reduced by the arcuate design. As a result of the fact that at least one recess 74 is provided, a reliable fluid removal can still be provided.
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Abstract
Druckbegrenzungsventil (22), umfassend ein Ventilelement (44) und ein Beaufschlagungselement (52), das das Ventilelement (44) entgegen einer Öffnungsrichtung (58) gegen einen Ventilsitz (42) beaufschlagt, wobei das Ventilelement (44) über eine punktförmige oder im Wesentlichen punktförmige Kontaktstelle (62) am Beaufschlagungselement (52) angeordnet ist.
Description
Beschreibung
Titel
Druckbeqrenzunqsventil
Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft auch eine dazugehörige Kraftstoff- Hochdruckpumpe.
Kraftstoff-Hochdruckpumpen für Kraftstoffsysteme von Brennkraftmaschinen, beispielsweise für eine Benzindirekteinspritzung, sind vom Markt her bekannt. Bei diesen Brennkraftmaschinen wird Kraftstoff aus einem Kraftstofftank mittels einer Vorförderpumpe und der mechanisch angetriebenen Hochdruckpumpe unter hohem Druck in einen Hochdruckspeicher ("Rail") gefördert.
Derartige Kraftstoffsysteme weisen üblicherweise ein Druckbegrenzungsventil auf, das verhindert, dass ein Druck in dem Hochdruckspeicher zu stark ansteigt. Erreicht der Druck im Hochdruckspeicher einen zu hohen Wert, so öffnet im Saughub der Hochdruckpumpe das Druckbegrenzungsventil zu einem
Förderraum der Hochdruckpumpe des Kraftstoffsystems hin und der Druck im Hochdruckspeicher wird nicht weiter erhöht, sondern Kraftstoff aus dem
Hochdruckspeicher in den Förderraum abgesaugt. Das Druckbegrenzungsventil öffnet dabei, wenn der Druck im Hochdruckspeicher derart groß ist, dass eine Druckdifferenz, die zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Förderraum im Saughub der Hochdruckpumpe auftritt, einen Öffnungsdruck des
Druckbegrenzungsventils überschreitet.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch ein
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale
finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Erfindungsgemäß ist zwischen dem Ventilelement und dem
Beaufschlagungselement eine punktförmige oder im wesentlichen punktförmige Kontaktstelle vorhanden. Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass aufgrund der punktförmigen Verbindung zwischen dem Beaufschlagungselement und dem Ventilelement die Einleitung bzw. Übertragung von Drehmomenten vom
Beaufschlagungselement auf den Dichtkörper nicht mehr möglich ist bzw.
jedenfalls soweit minimiert ist, dass keine oder keine wesentliche
Relativbewegung mehr zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz in der Geschlossenstellung des Ventils auftritt. Dabei kann das Ventilelement unmittelbar oder insbesondere auch mittelbar über die Kontaktstelle am
Beaufschlagungselement angeordnet sein.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde: Dadurch, dass Kraftstoff- Hochdruckpumpen meist direkt am Verbrennungsmotor angebaut sind, sind diese hohen Schwingungsbeschleunigungsanregungen ausgesetzt. Das
Beaufschlagungselement kann dadurch axial und/oder radial zu Schwingungen angeregt werden, was insbesondere in den Eigenmoden (Resonanzstellen) des Beaufschlagungselements besonders ausgeprägt sein kann. Insbesondere bei einer Spiralfeder als Beaufschlagungselement kann diese dynamische Anregung zu einer Verformung entlang der Biegelinie der Eigenmoden führen.
Da jedoch erfindungsgemäß die Verbindung zwischen Beaufschlagungselement und Ventilelement punktförmig ist bzw. jedenfalls im Wesentlichen punktförmig ist, wird kein bzw. kein relevantes Drehmoment vom Beaufschlagungselement in das Ventilelement eingeleitet. Somit kann eine unerwünschte Bewegung des Ventilelements am Ventilsitz verhindert werden. Insbesondere bei kugelförmigen Ventilelementen kann eine Rotation des Ventilelements verhindert werden.
Insgesamt wird erfindungsgemäß der Verschleiß zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement reduziert, was über die Lebensdauer des
Druckbegrenzungsventils zu einer geringeren Änderung des Öffnungsdrucks sowie zu einer verbesserten Dichtheit führt. Insgesamt können Kosten gespart
werden, da die Lebensdauer des Druckbegrenzungsventils verlängert werden kann. Auch eine vergleichsweise kostengünstige Herstellung ist möglich.
In einer Ausgestaltung ist zwischen dem Ventilelement und dem
Beaufschlagungselement ein Haltestück angeordnet, an dem das
Beaufschlagungselement befestigt ist, wobei das Haltestück eine Anlagefläche zur Anlage des Ventilelements aufweist, und wobei die Anlagefläche die
Kontaktstelle umfasst. Die Kontaktstelle ist insoweit also zwischen der
Anlagefläche und dem Ventilelement vorhanden. An der punktförmigen oder im Wesentlichen punktförmigen Kontaktstelle berührt das Ventilelement folglich das Haltestück. Aufgrund der Bewegung des Haltestücks relativ zum Ventilelement kann sich die Kontaktstelle zwischen Ventilelement und Haltestück verlagern. Dennoch bleibt die Kontaktstelle punktförmig oder jedenfalls im Wesentlichen punktförmig. Hierdurch kann der Verschleiß zwischen Ventilelement und
Ventilsitz sowie zwischen Ventilelement und Haltestück in vorteilhafter Weise reduziert werden..
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Anlagefläche eine orthogonal zur Öffnungsrichtung verlaufende ebene Fläche. Diese Anlagefläche wird folglich vom Ventilelement an der Kontaktstelle berührt. Das Haltestück kann sich dennoch gegenüber dem Ventilelement relativ bewegen, beispielsweise
Verkippen, ohne dass ein Drehmoment in das Ventilelement eingeleitet werden würde.
In diesem Zusammenhang ist denkbar, dass die Anlagefläche vom Ventilelement her gesehen konkav ausgebildet ist. Folglich kann in das Haltestück eine
Aussparung in Form eines Kugelsegements eingebracht sein, so dass hierdurch die konkave Oberfläche ausgebildet wird. Bei einer Relativbewegung des Haltestücks gegenüber dem Ventilelement, beispielsweise aufgrund einer Bewegung des Beaufschlagungselements, kann sich das Haltestück,
insbesondere bei einem kugelförmig ausgebildeten Ventilelement, entlang des Ventilelements abrollend bewegen. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Drehmoment in das Ventilelement eingeleitet wird. Dennoch ist eine Bewegung des Haltestücks relativ zum Ventilelement ermöglicht.
ln diesem Zusammenhang ist denkbar, dass das Ventilelement als Ventilkugel ausgebildet ist. Dabei kann die Krümmung der Ventilkugel größer sein als die Krümmung der Anlagefläche. Die Krümmung ist der Kehrwert des Radiusses. Dadurch kann sich das Haltestück auf dem Ventilelement abrollen.
Denkbar ist andererseits auch, dass die Anlagefläche vom Ventilelement her gesehen konvex ausgebildet ist. Folglich kann das Haltestück in Richtung des Ventilsitzes eine Auswölbung aufweisen. Diese Auswölbung kann insbesondere in Form eines konvexen Kugelsegments ausgebildet sein. Die Krümmung dieses Kugelsegments kann wiederum größer sein als die Krümmung eines als
Ventilkugel ausgebildeten Ventilelements. Somit kann sich das Haltestück gegenüber dem Ventilelement abrollend bewegen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Anlagefläche jedenfalls abschnittsweise beschichtet ist. Zusätzlich oder alternativ ist denkbar, dass das Haltestück ein Härtungselement umfasst, wobei das Härtungselement jedenfalls einen Abschnitt der Anlagefläche umfasst. Dadurch wird ein besonders verschleißbeständiges Druckbegrenzungsventil bereitgestellt.
In diesem Zusammenhang ist denkbar, dass das Haltestück orthogonal zur Öffnungsrichtung eine Randfläche aufweist, die eine bogenförmige, konvexe Außenkontur aufweist. Wenn sich folglich das Haltestück gegenüber dem
Ventilelement verlagert, so kann das Haltestück über die Randfläche an einer Innenseite einer Ausnehmung zur Anlage kommen, in der das
Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Diese Kontaktierung kann ebenfalls punktförmig sein. Auch dadurch kann der Verschleiß des
Druckbegrenzungsventils reduziert werden und somit die Lebensdauer erhöht werden.
Dabei ist vorstellbar, dass die Randfläche eine sich in Öffnungsrichtung erstreckende Aussparung zur Fluidabströmung aufweist. Dadurch kann eine kontinuierliche und sichere Fluidabströmung auch dann bereitgestellt werden, wenn das Haltestück in der Offenstellung des Druckbegrenzungsventils aus einer Neutrallage gegenüber dem Ventilelement in eine Auslenklage verlagert ist, wobei insbesondere die Randfläche an der Innenseite der Ausnehmung für das Druckbegrenzungsventil zur Anlage kommt.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch gelöst durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer
Brennkraftmaschine, umfassend ein erfindungsgemäßes
Druckbegrenzungsventil. Das Druckbegrenzungsventil kann dabei zu einem Förderraum hin öffnen und fluidisch zwischen dem Förderraum und einem Hochdruckspeicher angeordnet sein. Durch diese Anordnung kann insbesondere die Gefahr zu hoher Drücke in einem Rail minimiert werden, in dem eine Gefahr des Berstens oder eine Gefahr, dass Injektoren nicht mehr öffnen, reduziert werden kann. Ferner kann insbesondere vermieden werden, dass das
Druckbegrenzungsventil bei zu niedrigen Drücken öffnet und somit der
Systemdruck im Rail nicht mehr erreicht bzw. gehalten werden kann.
Andererseits ist auch denkbar, dass das Druckbegrenzungsventil zu einem Vorraum des Einlassventils hin öffnet und somit fluidisch zwischen dem Vorraum des Einlassventils und beispielsweise dem Hochdruckspeicher angeordnet ist.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnung erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe mit einem Pumpengehäuse, einem
Druckbegrenzungsventil gemäß einer ersten Ausführungsform, und einer Ausnehmung, in dem das Druckbegrenzungsventil aufgenommen ist;
Figur 2 eine vergrößerte Detaildarstellung der Ausnehmung und des
Druckbegrenzungsventils von Figur 1 ;
Figur 3 eine Darstellung ähnlich zu Figur 2 eines Abschnitts eines
Druckbegrenzungsventils gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Figur 4 eine Darstellung des Druckbegrenzungsventil gemäß Figur 3 während eines Betriebs; und
Figur 5 eine Darstellung ähnlich zu Figur 2 eines Abschnitts eines
Druckbegrenzungsventils gemäß einer dritten Ausführungsform;
Funktionsäquivalente Elemente und Bereiche tragen in den nachfolgenden Figuren die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail erläutert.
In Figur 1 trägt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kraftstoff- Hochdruckpumpe 10 weist ein insgesamt im Wesentlichen zylindrisches Pumpengehäuse 12 auf, in oder an dem die wesentlichen Komponenten der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 angeordnet sind. So weist die Hochdruck- Kraftstoffpumpe 10 ein Einlass- und Mengensteuerventil 14, einen in einem Förderraum 16 angeordneten, durch eine nicht gezeigte Antriebswelle in eine Hin-und Herbewegung versetzbaren Förderkolben 18, ein Auslassventil 20 und ein Druckbegrenzungsventil 22 auf.
In dem Gehäuse 12 ist ein erster Kanal 24 vorhanden, der sich koaxial zum Förderraum 16 und zum Förderkolben 18 erstreckt und der vom Förderraum 16 zu einem zweiten Kanal 26 in Form einer insgesamt im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung führt, die in einem Winkel von 90° zum ersten Kanal 24 angeordnet ist und in der das Druckbegrenzungsventil 22 aufgenommen ist. Eine Längsachse des Pumpengehäuses 12 trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 28, eine Längsachse der Ausnehmung 26 das Bezugszeichen 29. In Figur 1 oben ist in dem Pumpengehäuse 12 ein Druckdämpfer 30 angeordnet.
Im Betrieb wird vom Förderkolben 18 bei einem Saughub Kraftstoff über das Einlass- und Mengensteuerventil 14 in den Förderraum 16 angesaugt. Bei einem Förderhub wird der im Förderraum 16 befindliche Kraftstoff verdichtet und über das Auslassventil 20 beispielsweise in einen Hochdruckbereich 32,
beispielsweise zu einer Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“) ausgestoßen, wo der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Der Hochdruckbereich 32 ist über einen Auslassstutzen 34 mit der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 verbunden. Die Kraftstoffmenge, die bei einem Förderhub ausgestoßen wird, wird dabei durch das elektromagnetisch betätigte Einlass- und Mengensteuerventil 14 eingestellt. Bei einem unzulässigen Überdruck im Hochdruckbereich öffnet das
Druckbegrenzungsventil 22, wodurch Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Förderraum 16 strömen kann.
Das Druckbegrenzungsventil 22 verbindet, wie gesagt, in einem geöffneten Zustand den Hochdruckbereich 32 mit dem Förderraum 16 der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 10. Dabei öffnet das Druckbegrenzungsventil 22 dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem auslassseitigen Hochdruckbereich 32 und dem Förderraum 16 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 einen Grenzwert überschreitet. Durch das Druckbegrenzungsventil 22 wird also verhindert, dass der Druck in dem auslassseitigen Hochdruckbereich 32 unzulässig hoch ist.
Die Komponenten des Druckbegrenzungsventils 22 werden nun insbesondere unter Bezugnahme auf Figur 2 stärker im Detail erläutert. Zu dem
Druckbegrenzungsventil 22 gehört zunächst ein hülsenartiger Ventilsitzkörper 38, der in die Ausnehmung 26 eingepresst ist und in dem ein in Längsrichtung 29 des Ventilsitzkörpers 38 verlaufender Kanal 40 vorhanden ist. Am in Figur 2 rechten Ende des Kanals 40 ist an dem Ventilsitzkörper 38 ein Ventilsitz 42 ausgebildet, der mit einem Ventilelement 44 in Form einer Ventilkugel zusammenwirkt. Auf der vom Ventilsitz 42 abgewandten Seite des
Ventilelements 44 ist ein im Querschnitt T-förmiges Haltestück 46 angeordnet.
Auf der vom Ventilelement 44 abgewandten Seite des Haltestücks 46 weist das Haltestück 46 einen zapfenartigen Fortsatz 48 auf. Auf diesen ist ein in der Figur linker erster Endabschnitt 50 eines als Spiralfeder ausgebildeten
Beaufschlagungselements 52 aus Federdraht aufgeschoben. Ein in Figur 2 rechter zweiter Endabschnitt 53 des Beaufschlagungselements 52 des
Druckbegrenzungsventils 22 ist in einem zylindrischen Endbereich 54 der Ausnehmung 26 angeordnet.
Der Ventilkörper 38 und das Haltestück 46 sind dabei rotationssymmetrisch um eine Mittellängsachse 56 ausgebildet, die mit der Längsachse 29 der
Ausnehmung 26 zusammenfällt. Das Druckbegrenzungsventil öffnet in
Öffnungsrichtung 58. Diese Richtung verläuft parallel zur Längsachse 29 bzw. zur Mittellängsachse 56.
In der Ausführungsform gemäß Figur 2 weist das Haltestück 46 eine
Anlagefläche 60 auf, die dem Ventilelement 44 zugewandt ist. Diese
Anlagefläche 60 ist vorliegend beispielhaft als ebene Fläche 61 ausgebildet, die sich orthogonal zur Öffnungsrichtung 58 erstreckt. Die Anlagefläche 60 berührt das Ventilelement 44 an einer punktförmigen Kontaktstelle 62. In einer Ruhelage, in der keine äußeren Kräfte auf das Beaufschlagungselement 52 bzw. das Haltestück 46 einwirken, liegt die punktförmige Kontaktstelle 62 auf der
Mittellängsachse 56 des Haltestücks 46.
In der in den Figuren 3 und 4 gezeigten zweiten Ausführungsform ist die
Anlagefläche 60 nicht eben, sondern vom Ventilelement 44 her gesehen konkav ausgebildet. Folglich ist auf der dem Ventilelement 44 zugewandten Seite des Haltestücks 46 eine Aussparung 64 in Form eines Kugelsegments eingebracht. Das Ventilelement 44 weist hierbei einen Radius r1 auf, wobei der Mittelpunkt des Ventilelements 44 in der Geschlossenstellung auf der Längsachse 29 liegt. Der Radius r2, der zu der kugelsegmentförmigen Aussparung 64 zugeordnet ist, ist größer als der Radius r1. Der Mittelpunkt einer gedachten, zu dem
Kugelsegment gehörigen Kugel liegt in der Ruheposition ebenfalls auf der Längsachse 29. Der Radius r2 ist dabei größer als der Radius r1 , so dass das Ventilelement 44 eine größere Krümmung aufweist, als die kugelsegmentförmig ausgebildete Aussparung 64. Der Radius r1 kann zwischen 0,5 und 1 ,5 mm betragen. Der Radius r2 kann zwischen 0,6 und 5 mm betragen.
In der in Figur 5 gezeigten dritten Ausführungsform weist das Haltestück 46 vom Ventilelement 44 her gesehen eine konvex ausgebildete Anlagefläche 60 auf. Folglich ist das Haltestück 46 zum Ventilelement 44 hin ausgewölbt und ist somit insgesamt pilzförmig ausgebildet. Die Auswölbung 66 weist die Form eines Kugelsegements auf. Dieses Kugelsegment kann einen Radius r3 aufweisen.
Der Mittelpunkt einer gedachten Kugel zu diesem Kugelsegment liegt in der Ruhelage ebenfalls auf der Längsachse 29. Dabei ist der Radius r3 größer als der Radius r1 des Ventilelements, so dass insgesamt die Krümmung des
Ventilelements 44 größer ist als die Krümmung der Anlagefläche 60.
Im Bereich der Kontaktstelle 62 wird die Anlagefläche 60 der in Figur 5 dargestellten Ausführungform von einem Härtungselement 68 augebildet, das in eine Aussparung 70 im Bereich der Auswölbung 66 des Haltestücks 46
eingebracht wurde. Der das Härtungselement 68 umgebende Bereich des Haltestücks 46 kann dabei aus einem weicheren Material und damit
insbesondere aus einem kostengünstigeren Material als das Material des Härtungselements hergestellt sein.
In Figur 5 weist das Haltestück 46 eine Randfläche 72 auf, die eine bogenförmige und von außen gesehen konvexe Außenkontur aufweist. Diese Randfläche erstreckt sich über den gesamten Umfang des Haltestücks 46. Allerdings ist in einem Umfangsbereich wenigstens eine Aussparung 74 in die Randfläche 72 eingebracht.
Die Funktionsweise des Druckbegrenzungsventils 22 wird im Folgenden beispielhaft insbesondere unter Bezugnahme auf Figur 4 erläutert: Dadurch, dass die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 direkt am Verbrennungsmotor angebracht sein kann, können hohe Schwingungsbeschleunigungsanregungen auftreten. Dadurch kann das Beaufschlagungselement 52 zu Schwingungen angeregt werden, die insbesondere in den Eigenmoden besonders ausgeprägt sein können. Diese Anregung kann zu einer Verformung entlang einer Biegelinie 76 des Beaufschlagungselements 52 führen. Die Schwingung des
Beaufschlagungselements 52 kann hierbei insbesondere sinusförmig sein.
Schwingungsanregungen können zusätzlich oder alternativ auch durch den Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 selbst erfolgen, beispielsweise indem Medien im Förderraum 16 beim Fördern und/oder Saugen Strömungskräfte auf das Beaufschlagungselement 52 zyklisch einprägen.
Aufgrund dieser Bewegung wird eine Kraft F auf das Haltestück 46 ausgeübt. Dies führt zu einer Verkippung des Haltestücks 46 um den Winkel a aus einer Ruhelage in eine Auslenklage. Aufgrund dieser Bewegung des Haltestücks 46 rollt sich die Anlagefläche 60 entlang der Oberfläche des Ventilelements 44 ab. Dadurch verschiebt sich auch die Kontaktststelle 62 von der Längsachse 29 weg. Dennoch bleibt die Kontaktstelle 62 weiterhin punktförmig. Aufgrund dieser punktförmigen Berührung zwischen Ventilelement 44 und Haltestück 46 wird kein Drehmoment in das Ventilelement 44 eingebracht, auch wenn das Haltestück 46 vom Beaufschlagungselement 52 zu einer Hin- und Herbewegung im
Geschlossenzustand des Druckbegrenzungsventils 22 angeregt wird. Dadurch wird der Verschleiß zwischen Ventilsitz 42 und Ventilelement 44 reduziert.
Zudem wird auch der Verschleiß zwischen Ventilelement 44 und Haltestück 46 reduziert.
Die Ausführungsform gemäß den Figuren 2 und 5 weisen dabei das gleiche Wirkprinzip wie die Ausführungsform der Figur 4 auf, nämlich, dass sich die
Position der Kontaktstelle 62 zwischen Ventilelement 44 und Haltestück 46 zwar durch eine Bewegung des Haltestücks 46 verschiebt. Dennoch bleibt die
Kontaktstelle 62 weiterhin punktförmig, so dass - insbesondere auf Grund eines Abrollens des Haltestücks 46 auf dem Ventilelement 44 - kein Drehmoment in das Ventilelement 44 eingeleitet wird. In der Ausführungsform gemäß Figur 5 kann der Verschleiß weiterhin vorteilhaft reduziert werden, indem die Randfläche 72 bogenförmig ausgebildet ist. Wenn folglich das Haltestück 46 zur Anlage an die Innenwand 77 der Ausnehmung 26 gelangt, ergibt sich wiederum eine im Idealfall punktförmige Kontakstelle. So kann durch die bogenförmige Ausbildung ebenfalls der Verschleiß reduziert werden. Dadurch, dass weiterhin wengistens eine Aussparung 74 vorgesehen ist, kann dennoch eine zuverlässige Fluidabfuhr bereitgestellt werden.
Claims
1. Druckbegrenzungsventil (22), umfassend ein Ventilelement (44) und ein Beaufschlagungselement (52), das das Ventilelement (44) entgegen einer Öffnungsrichtung (58) gegen einen Ventilsitz (42) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (44) über eine punktförmige oder im Wesentlichen punktförmige Kontaktstelle (62) am Beaufschlagungselement (52) angeordnet ist.
2. Druckbegrenzungsventil (22) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilelement (44) und dem Beaufschlagungselement (52) ein Haltestück (46) angeordnet ist, an dem das
Beaufschlagungselement (52) befestigt ist, wobei das Haltestück (46) eine Anlagefläche (60) zur Anlage des Ventilelements (44) aufweist, und wobei die Anlagefläche (60) die Kontaktstelle (62) umfasst.
3. Druckbegrenzungsventil (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (60) eine orthogonal zur Öffnungsrichtung (58) verlaufende ebene Fläche (61 ) umfasst.
4. Druckbegrenzungsventil (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (60) konkav ausgebildet ist.
5. Druckbegrenzungsventil (22) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (44) als Ventilkugel ausgebildet ist und dass die Krümmung der Ventilkugel (44) größer ist als die Krümmung der
Anlagefläche (60).
6. Druckbegrenzungsventil (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (60) konvex ausgebildet ist.
7. Druckbegrenzungsventil (22) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (60) jedenfalls abschnittsweise beschichtet ist und/oder dass das Haltestück (46) ein Härtungselement (68) umfasst, wobei das Härtungselement (68) jedenfalls einen Abschnitt der Anlagefläche (60) umfasst.
8. Druckbegrenzungsventil (22) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltestück (46) orthogonal zur Öffnungsrichtung (58) eine Randfläche (72) aufweist, die eine bogenförmige, konvexe Außenkontur aufweist.
9. Druckbegrenzungsventil (22) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Randfläche (72) eine sich in Öffnungsrichtung (58) erstreckende Aussparung (74) zur Fluidabströmung aufweist.
10. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Druckbegrenzungsventil (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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