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Stand der
Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Drucksteuerventil für
ein direkt einspritzendes Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine,
mit einem Ventilgehäuse,
mindestens einem Einlass, mindestens einem Auslass und mindestens
einem vorgespannten, elektrisch betätigbaren und wenigstens bereichsweise
kugelförmigen
Ventilglied, welches mit einem gehäusefesten Ventilsitz zusammen
arbeitet, der sich zum Ventilglied hin konisch erweitert.
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Ein solches Drucksteuerventil ist
aus der
DE 35 10 222 bekannt.
Bei diesem bekannten Drucksteuerventil, welches als Mengensteuerventil
für eine Kraftstoffeinspritzanlage
einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird, sitzt eine Ventilkugel
am Ende eines Einlasskanals, welcher mit einem sich konisch erweiternden
Abschnitt einen Ventilsitz bildet. Auf diesen Ventilsitz wird die
Kugel durch einen Ventilstößel gedrückt, der
mit einem Magnetanker verbunden ist, welcher von einer ringförmigen Magnetspule
umgeben ist. Bei nicht erregter Magnetspule wird der Ventilstößel durch
eine Feder vom Ventilsitz weggezogen. Bei einer Erregung der Magnetspule
wird der Ventilstößel und
in der Folge auch die Ventilkugel gegen den konischen Ventilsitz
beaufschlagt.
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Ferner ist aus der
EP 0 267 162 ein Drucksteuerventil
bekannt. Auch bei diesem bekannten Drucksteuerventil sitzt eine
Ventilkugel am Ende eines Einlasskanals, welcher somit einen Ventilsitz
bildet. Auf diesen Ventilsitz wird die Kugel durch einen Ventilstößel gedrückt, welcher
von einer Feder beaufschlagt ist. An dem von der Kugel abgewandten Ende
des Ventilstößels ist
ein Magnetanker befestigt, welcher von einem ringförmigen Elektromagneten umgeben
ist. Bei nicht erregter Magnetspule wird die Anpresskraft der Ventilkugel
ausschließlich
durch die Federkraft der Feder bewirkt. Bei einer Erregung der Magnetspule
wird zusätzlich
die Magnetkraft überlagert.
Die Überlagerung
erfolgt in Richtung der Federkraft, so dass je nach Stärke der
Magnetkraft der Schließdruck
des Ventils gegenüber
dem nur durch die Feder bewirkten Schließdruck erhöht werden kann.
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Bei dem bekannten Drucksteuerventil
hat sich jedoch herausgestellt, dass die Qualität der Drucksteuerung nicht
immer den Anforderungen genügt.
Insbesondere wurde festgestellt, dass das bekannte Drucksteuerventil
u.U. zu einem hochfrequenten Flattern neigt.
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Die vorliegende Erfindung hat daher
die Aufgabe, ein Drucksteuerventil der eingangs genannten Art so
weiterzubilden, dass es auf einfache Art und Weise sicher betrieben
werden kann und eine stabile Drucksteuerung erlaubt.
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Diese Aufgabe wird bei einem Drucksteuerventil
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Kugeldurchmesser
des Ventilglieds so gewählt
ist, dass bei geschlossenem Ventil das Ventilglied den Ventilsitz
in der Nähe
von dessen weiterem Ende berührt.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Strömung stromabwärts der
Durchtrittsstelle zwischen Ventilsitz und Ventilglied beruhigt bzw.
stabilisiert werden kann, wenn die Strömung durch eine konische Erweiterung
des Ventilsitzes nach radial außen
geführt
wird. Zusätzlich
ist es jedoch erforderlich, dass die engste Stelle des Durchtrittsspalts
zwischen Ventilglied und Ventilsitz möglichst nahe am weiteren, also
am stromabwärtigen
Ende des Ventilsitzes liegt. Bei einer derartigen Ausbildung des Ventilsitzes und
des Ventilglieds erhält
man bei geöffnetem
Ventil eine relativ ruhige und stabil nach radial außen gerichtete
Strömung
stromabwärts
der Durchtrittsstelle durch den Ventilspalt.
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Dies ermöglicht wiederum eine deutlich
bessere Qualität
der Steuerung bzw. Regelung des Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffsystem.
Hierdurch wird eine genauere Zumessung des Kraftstoffs bei einer Einspritzung
beispielsweise in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ermöglicht,
was das Verbrauchsverhalten und auch die Emissionseigenschaften
der Brennkraftmaschine verbessert. Die Verbesserung der Steuer- und Regelqualität wird dabei
erreicht, ohne dass zusätzliche
Komponenten oder komplexe Bearbeitungsschritte erforderlich sind.
Das erfindungsgemäße Drucksteuerventil
kann somit relativ preiswert hergestellt werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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In einer ersten Weiterbildung wird
vorgeschlagen, dass die Vorspannkraft, insbesondere mittels einer
durch eine Schraube spannbaren Feder, einstellbar ist. Auf diese
Weise kann der mechanische Öffnungsdruck
für jedes
Drucksteuerventil auf besonders einfache Art und Weise eingestellt
werden.
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Ferner ist möglich, dass das Ventilglied
als Kugel ausgebildet ist und ein Halteelement vorgesehen ist, in
dem die Kugel quer zur Betätigungsrichtung
gehalten ist. Durch ein solches Halteelement wird sichergestellt,
dass auch bei geöffnetem
Ventil, also dann, wenn das Ventilglied vom Ventilsitz abgehoben
ist, der Ringspalt zwischen dem Ventilglied und dem Ventilsitz überall in
etwa gleich groß ist.
Somit werden laterale Druckunterschiede am Ringspalt verhindert,
welche unter bestimmten Umständen
zu einer lateralen Schwingbewegung des Ventilgliedes führen könnten.
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Dabei wird besonders bevorzugt, wenn
das Halteelement mindestens drei radial einwärts gerichtete Haltezungen
mit jeweils einer radial inneren Wand aufweist, an der die Kugel
anliegt. Mit solchen Haltezungen ist eine eindeutige Zentrierung
des Ventilglieds gegenüber
dem Ventilsitz möglich,
ohne dass der Durchtritt von Fluid durch das Halteelement stark
beeinträchtigt
ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung
umfasst das erfindungsgemäße Drucksteuerventil
einen Ventilstößel, welcher
das Ventilglied beaufschlagt. Ferner sind mindestens zwei Kunststoff-Gleitbuchsen
vorgesehen, in denen der Ventilstößel axial gleitend gehalten
ist. Durch eine derartige möglichst
reibungsarme oder gar reibungsfreie Lagerung des Ventilstößels weist
die Verstellcharakteristik des Ventilstößels eine geringe Hysterese
auf, was einer feinfühligen
Druckeinstellung durch das Drucksteuerventil zuträglich ist.
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Die Ansteuerung des Drucksteuerventils kann
auf besonders einfache Art und Weise dadurch erfolgen, dass es elektomagnetisch
betätigbar
ist, wobei mindestens ein Magnetanker am Ventilstößel über eine
Pressverbindung gehalten ist.
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Dabei wird wiederum besonders bevorzugt, wenn
das Drucksteuerventil einen sich koaxial zum Ventilstößel erstreckenden
Magnetkern umfasst, an dem eine der Kunststoff-Gleitbuchsen befestigt
ist, und die Kunststoff-Gleitbuchse
zum Anker hin eine Schulter aufweist, welche als Abstandshalter
zwischen dem Magnetkern und dem Anker dient. Die Schulter stellt
sicher, dass auch bei angezogenem Anker immer ein für die Magnetwirkung
erforderlicher Restluftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Anker
vorhanden ist. Die Anordnung eines Magnetkerns führt zu einer Verstärkung der
Magnetwirkung, welche die Dynamik des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils
verbessert. Die Anordnung der Kunststoff-Gleitbuchse am Magnetkern
erübrigt
wiederum ein separates Halteteil, was die Herstellkosten des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils
senkt.
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Erfindungsgemäß kann auch ein Hydraulikmodul
vorgesehen sein, welches das Ventilgehäuse, den Einlass, den Auslass,
das Ventilglied, den Ventilsitz, das Vorspannelement, den Ventilstößel, den
Anker, den Magnetkern und die Kunststoff-Gleitbuchsen umfasst, und es kann ein
Spulenmodul vorgesehen sein, welches eine sich koaxial zum Magnetanker
erstreckende Magnetspule mit einem Wicklungsträger und einen elektrischen
Anschluss umfasst, wobei Hydraulikmodul und Spulenmodul voneinander
separate Baugruppen bilden.
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Diese Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils
hat den Vorteil, dass das Hydraulikmodul und das Spulenmodul getrennt
voneinander hergestellt werden können,
was die Herstellkosten aufgrund der unterschiedlichen Fertigungsanforderungen
senkt. Im Fehlerfall ist es möglich,
die einzelnen Module getrennt auszutauschen. Ein separates Spulenmodul
ermöglicht
darüber
hinaus die Kombination unterschiedlicher Spulenmodule, welche mit
den jeweiligen Kundenwünschen
entsprechenden Anschlüssen
ausgestattet sind, mit jeweils dem gleichen Hydraulikmodul. Dies
senkt ebenfalls die Herstellkosten des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils,
da zumindest vom Hydraulikmodul relativ große Stückzahlen hergestellt werden.
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Die Verbindung des Hydraulikmoduls
mit dem Spulenmodul erfolgt vorzugsweise über eine Reibschluss- und/oder
eine Rastverbindung. Hierdurch wird auch eine Transportsicherung
geschaffen, durch die verhindert wird, dass innenliegende Teile verschmutzt
oder beschädigt
werden. Die Lösbarkeit der
Reibschluss- und/oder Rastverbindung ermöglicht einen leichten Austausch
der Teile.
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In einer anderen Weiterbildung wird
vorgeschlagen, dass das Spulenmodul ein in etwa U-förmiges Bügelelement
umfasst, welches als Basis einen Befestigungsabschnitt mit mindestens
zwei lateral abstehenden Halteflanschen und als Schenkel mindestens
zwei streifenförmige
Kapselungsabschnitte aufweist, welche die Spule von außen übergreifen. Mit
dem U-förmigen
Bügelelement
kann das erfindungsgemäße Drucksteuerventil
somit auf einfache Art und Weise an einem Element des Kraftstoffsystems
befestigt werden. Gleichzeitig ermöglicht das Bügelelement
eine Verstärkung
der Magnetkraft durch eine lateral äußere Kapselung mindestens eines
Bereichs der Magnetspule.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn
das Bügelelement
an den Enden der Schenkel Befestigungsabschnitte, insbesondere Rastnasen,
aufweist, an denen ein Deckelelement befestigt, insbesondere verstemmt,
werden kann, mit dem die Spule endseitig magnetisch gekapselt ist.
Die endseitige Kapselung der Spule verstärkt nochmals die Magnetkraft, wobei
die Halterung des entsprechenden Deckels auf einfache Weise durch
das Bügelelement
bewerkstelligt wird.
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Weiterhin ist es möglich, dass
das Ventilgehäuse
eine lateral nach außen
weisende Schulter aufweist, die an dem Bügelelement anliegt. Auf diese Weise
ist keine separate Befestigung des Hydraulikmoduls am Spulenmodul
beim eingebauten Drucksteuerventil erforderlich, da das Hydraulikmodul
in Einbaulage durch den Hydraulikdruck mit seiner Schulter an das
Spulenmodul gedrückt
wird.
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Zur weiteren Stärkung der Magnetkraft wird vorgeschlagen,
dass zwischen Ventilgehäuse
und Magnetkern ein Spalt vorhanden und das Ventilgehäuse mit
dem Magnetkern über
einen Ring aus einem antimagnetischen Material verbunden ist.
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Besonders bevorzugt ist auch jene
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils, bei
der ein Aufnahmeteil mit einer Stufenbohrung vorgesehen ist, in
die ein Anschlusszapfen des Ventilgehäuses eingesetzt ist, wobei
in einen Abschnitt der Stufenbohrung eine eingangsseitige Leitung
und in einen anderen Abschnitt eine ausgangsseitige Leitung mündet, und
wobei die eingangsseitige Leitung gegenüber der ausgangsseitigen Leitung
durch eine erste Ringdichtung und die ausgangsseitige Leitung gegenüber der
Umgebung durch eine zweite Ringdichtung abgedichtet ist und wobei
die zweite Ringdichtung einen größeren Durchmesser
aufweist als die erste Ringdichtung, und wobei in Einbaulage der Abstand
zwischen der ersten Ringdichtung und der ersten Stufe der Stufenbohrung
kleiner ist als der Abstand zwischen der zweiten Ringdichtung und
der zur Umgebung führenden
zweiten Stufe, und wobei die Befestigung des Ventilgehäuses am
Aufnahmeteil in axialer Richtung elastisch ist. Dieser Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Drucksteuerventils
liegt folgende Überlegung
zugrunde:
Sollte aufgrund eines Fehlers das Ventilglied in
seiner Schließstellung
verklemmt sein, bedeutet dies, dass die Druckbegrenzungsfunktion
des Drucksteuerventils nicht mehr wirksam ist. In diesem Fall kann aufgrund
der in axialer Richtung elastischen Befestigung des Ventilgehäuses am
Aufnahmeteil das Ventilgehäuse
und hierdurch das gesamte Drucksteuerventil aus dem Aufnahmeteil
bzw. aus der Stufenbohrung bei steigendem Hydraulikdruck herausgedrückt werden.
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Wenn nun Einlass und Auslass sowie
die entsprechenden Ringdichtungen in der beanspruchten Art und Weise
ausgebildet sind, ist sichergestellt, dass dann, wenn der Anschlusszapfen
sich in axialer Richtung aus dem Aufnahmeteil herausbewegt, zunächst die
Ringdichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass über die
entsprechende Stufe rutscht und somit eine direkte Verbindung zwischen
dem Einlass und dem Auslass hergestellt wird. Auf diese Weise wirkt
quasi das gesamte Drucksteuerventil als Ventilelement, welches bei
steigendem Hydraulikdruck von seinem Ventilsitz, nämlich der
Stufenbohrung, abgehoben wird. Somit ist auch bei blockiertem Ventilglied
eine gewisse Druckbegrenzungsfunktion des Drucksteuerventils sichergestellt.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
prinzipielle Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einem Drucksteuerventil;
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2 einen
Längsschnitt
durch das Drucksteuerventil von 1;
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3 einen
Schnitt längs
der Linie III-III von 2;
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4 eine
Detailansicht IV von 2;
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5 einen
Längsschnitt
durch einen Bereich des Drucksteuerventils von 1 und eines Aufnahmeteils;
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6 eine
perspektivische Darstellung eines Halteelements für ein Ventilglied
des Drucksteuerventils von 1;
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7 eine
Draufsicht auf das Halteelement von 6;
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8 eine
perspektivische Darstellung eines Rohlings, aus dem ein Bügelelement
des Drucksteuerventils von 1 hergestellt
wird; und
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9 das
aus dem Rohling von 8 hergestellte
Bügelelement.
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Ein Kraftstoffsystem trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10.
Es umfasst einen Kraftstofftank 12, aus dem Kraftstoff über eine
Kraftstoffleitung 14 von einer elektrischen Kraftstoffpumpe 16 zu
einem Filter 18 und von dort zu einer Hochdruckpumpe 20 gefördert wird.
Der Druck in der Kraftstoffleitung 14 wird durch einen
Niederdruckregler 22 geregelt, welcher in einer Zweigleitung 24 angeordnet
ist.
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Von der Hochdruckpumpe 20 führt eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 26 zu
einer als "Rail" bezeichneten Kraftstoff-Sammelleitung 28.
An diese sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Hochdruck-Einspritzventile 30 angeschlossen. Über diese wird
der Kraftstoff direkt in einen nicht dargestellten Brennraum einer
ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespritzt. Der
Druck in der Rail 28 wird von einem Drucksensor 32 abgegriffen.
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Die Einstellung des Drucks in der
Rail 28 erfolgt durch ein Drucksteuerventil 34,
welches eingangsseitig über
eine Kraftstoffleitung 36 mit der Rail 28 und
ausgangsseitig über
eine Kraftstoffleitung 38 mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 14 verbunden ist.
Durch das Drucksteuerventil 34 kann der Druck im Rail 28 in
einem Bereich von ungefähr
4–130
bar eingestellt werden. Hierzu wird das Drucksteuerventil 34 von
einem nicht dargestellten Steuer- und Regelgerät angesteuert. Dieses erhält wiederum
Signale vom Drucksensor 32. Die Einstellung des Drucks
im Rail 28 kann durch einen geschlossenen Regelkreis oder
durch eine einfache Ansteuerung des Drucksteuerventils 34 erfolgen.
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Das Drucksteuerventil 34 wird
nun im Detail unter Bezugnahme auf die 2–9 erläutert (in 3 sind aus Darstellungsgründen nicht
alle Bezugzeichen eingetragen):
Zunächst umfasst das Drucksteuerventil 34 ein
zylindrisches Ventilgehäuse 40.
Der in den 2 und 3 untere Bereich des Ventilgehäuses 40 bildet
zusammen mit einem Ventilkörper 43 einen
Anschlusszapfen 42. In diesem Anschlusszapfen 42 verläuft koaxial
ein als Stufenbohrung ausgebildeter Einlasskanal 44. Oberhalb
des Einlasskanals
44 befinden sich zwei radial verlaufende
Auslasskanäle 46 (in
einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur ein
Auslasskanal vorhanden; ebenso sind mehr als zwei Auslasskanäle denkbar).
Im Innern des Anschlusszapfens 42 münden der Einlasskanal 44 und die
Auslasskanäle 46 in
einen Strömungsraum 48. Auf
das freie Ende des Anschlusszapfens 42 ist ein Filterstück 49 aufgesetzt.
In etwa in seiner axialen Mitte trägt das Ventilgehäuse 40 einen
umlaufenden, nach radial außen
gerichteten Ringsteg 51.
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Die Stufenbohrung des Einlasskanals 44 verjüngt sich
in axialer Richtung von außen
nach innen. Am oberen Ende des in 2 obersten
Abschnitts des Einlasskanals 44 ist allerdings eine konische
Erweiterung 50 vorhanden (vergl. 4). Diese bildet einen Ventilsitz für eine Ventilkugel 52.
Der Durchmesser der Ventilkugel 52 ist so gewählt, dass dann,
wenn die Ventilkugel 52 am Ventilsitz 50 anliegt,
die Ventilkugel 52 den Ventilsitz 50 in der Nähe von dessen
weiterem, also in den 2–4 oberem Ende berührt.
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Die Ventilkugel 52 wird
in radialer Richtung des Anschlusszapfens 42 durch ein
Halteelement 54 gehalten. Dieses weist eine dreieckige
Außenkontur mit
abgerundeten Ecken auf. Im Zentrum des Halteelements 54 ist
eine ebenfalls in etwa dreieckige Ausnehmung 56 mit ebenfalls
abgerundeten Ecken vorhanden. Von den Mitten der Dreieckseiten der
Ausnehmung 56 erstrecken sich nach radial einwärts Haltezungen 58,
deren radial innere Wand jeweils das Bezugszeichen 60 trägt. An diesen
radial inneren Wänden 60 der
Haltezungen 58 liegt die Ventilkugel 52 an. Auf
diese Weise wird die Ventilkugel 52 quer zur Betätigungsrichtung
von den Haltezungen 58 gehalten. Das Halteelement 54 hat
insgesamt scheibenförmige
Gestalt und ist in eine axiale Ausnehmung in der Oberseite des Ventilkörpers 43 eingesetzt.
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Die obere Begrenzungswand des Strömungsraums 48 wird
von einer Bohrung 62 durchbrochen, in die eine erste Kunststoff-Gleitbuchse 64 eingesetzt
ist. In der ersten Kunststoff-Gleitbuchse 64 ist ein als
Zylinderstift ausgebildeter Ventilstößel 66 reibungsarm
gelagert. Oberhalb des Strömungsraums 48 ist
im Ventilgehäuse 40 eine
weitere koaxiale und zylindrische Ausnehmung 68 vorhanden,
welche nach oben hin offen ist. Auf den Ventilstößel 66 ist ein zylindrischer
Magnetanker 70 aufgepresst. Dessen untere Stirnfläche ist
von der unteren Stirnfläche
der Ausnehmung 68 beabstandet. Mit seinem oberen Ende steht
der Magnetanker 70 über
das obere Ende des Ventilgehäuses 40 über.
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Auf die äußere Mantelfläche am oberen Ende
des Ventilgehäuses 40 ist
ein Ringelement 72 aus einem antimagnetischen Material
aufgeschweißt.
Das Ringelement 72 steht ebenfalls über das obere Ende des Ventilgehäuses 40 über und
ist an seinem oberen Ende mit einem sich koaxial zum Ventilgehäuse 40 erstreckenden
Magnetkern 74 verschweißt. Der Außendurchmesser des Magnetkerns 74 entspricht
in etwa dem Außendurchmesser
des oberen Abschnitts des Ventilgehäuses 40.
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Der Magnetkern 74 weist
eine sich über
seine ganze Länge
erstreckende Bohrung 76 auf. Die Durchgangsbohrung 76 ist
ebenfalls stufenförmig ausgebildet.
In ihren in den 2 und 3 untersten Abschnitt ist
eine zweite Kunststoff-Gleitbuchse 78 eingesetzt.
Mit einer Schulter 79 steht die Kunststoff-Gleitbuchse 78 etwas über die
Grundfläche
einer Einsenkung 80 in der Unterseite des Magnetkerns 74 über. Der
Durchmesser der Einsenkung 80 ist etwas größer als
der Durchmesser des Magnetankers 70. Die Schulter 79 bildet
einen Abstandshalter für
den Anker 70. Das in den 2 und 3 obere Ende des Ventilstößels 66 ist
in der zweiten Kunststoff-Gleitbuchse 78 reibungsarm gelagert.
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Am oberen Ende des Ventilstößels 66 ist
ein Federhalter 82 befestigt. Dieser trägt an seinem dem Ventilstößel 66 zugewandten
Ende einen Kopf 84, an dem sich eine Druckfeder 86 abstützt. Die
Druckfeder 86 erstreckt sich koaxial zum Ventilstößel 66 nach oben
und wird durch einen sich nach oben erstreckenden Führungsabschnitt 88 des
Federhalters 82 geführt.
Das obere Ende der Feder 86 stützt sich wiederum an einer
Einstellschraube 90 ab. Diese ist in einen Gewindeabschnitt 92 im
oberen Bereich der Durchgangsbohrung 76 in den Magnetkern 74 eingeschraubt.
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Die Einstellschraube 90 ist
gegenüber
der Durchgangsbohrung 76 durch eine O-Ringdichtung 94 abgedichtet.
Durch die Einstellschraube 90 kann die Vorspannkraft der
Feder 86 eingestellt werden. Die Vorspannkraft der Feder 86 wird über den
Ventilstößel 66 auf
die Ventilkugel 52 übertragen,
wodurch diese gegen den Ventilsitz 50 gepresst wird.
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Das Ventilgehäuse 40, der Ventilkörper 43 mit
dem Einlasskanal 44 und den Auslasskanälen 46, die Ventilkugel 52 und
der dazugehörige
Ventilsitz 50, die Druckfeder 86, der Ventilstößel 66,
die Kunststoff-Gleitbuchsen 64 und 78, der Magnetanker 70, der
Magnetkern 74, der Federhalter 82 und die Einstellschraube 90 bilden
insgesamt ein eine zusammengehörige
Baugruppe bildendes Hydraulikmodul 96.
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Zur Erzeugung einer Magnetkraft ist
zunächst
ein ringförmiger
Wicklungsträger 98 vorgesehen.
Dieser ist koaxial zum Ventilgehäuse 40 angeordnet
und umgibt den oberen Bereich des Ventilgehäuses 40 sowie den
unteren Bereich des Magnetkerns 74. Auf den Wicklungsträger 98 ist
Wickeldraht aufgewickelt, so dass eine Spule 99 gebildet
wird. Der Wicklungsträger 98 weist
an seinem unteren Ende einen radial innen liegenden und axial nach
unten überstehenden
Kragen 100 auf, der mit seinem Rand auf dem Bügelelement 102 aufliegt
und umspritzt ist.
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Das Bügelelement 102 ist
im Detail in den 8 und 9 dargestellt. Es wird als
Flachteil ausgestanzt (8)
und dann durch Hochbiegen zweier Schenkel 104 zu einem
U-förmigen Teil
geformt. In einer Basis 106 des Bügelelements 102 ist
eine kreisrunde Ausnehmung 108 vorhanden, deren Innendurchmesser
in etwa dem Außendurchmesser
des oberen Abschnitts des Ventilgehäuses 40 entspricht. Von
der Basis 106 stehen nach lateral zwei Halteflansche 110 ab,
in denen jeweils Befestigungsbohrungen 112 vorhanden sind.
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Die Schenkel 104 des Bügelelements 102 bilden
streifenförmige
Kapselungsabschnitte, welche den Wicklungsträger 98 mit der aufgewickelten
Spule 99 von außen übergreifen.
An den Enden der Schenkel 104 sind Rastnasen 114 ausgebildet,
welche mit einem plattenförmigen
Deckelelement 116 verstemmt sind. Das Deckelelement 116 weist
ebenfalls eine zentrische Ausnehmung 118 auf, deren Durchmesser
in etwa dem Außendurchmesser
des Magnetkerns 74 entspricht. Durch das Bügelelement 102 und
das Deckelelement 116 wird eine Außenkapselung der Spule 99 auf
dem Wicklungsträger 98 geschaffen.
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Die Spule 99 auf dem Wicklungsträger 98 ist an
einen radial abstehenden Flachstecker 120 angeschlossen.
Das Bügelelement 102,
das Deckelelement 116, der Flachstecker 120 und
der Wicklungsträger 98 mit
der Spule 99 sind vollständig mit Kunststoff 122 umspritzt.
Der Wicklungsträger 98 mit
der Spule 99, das Bügelelement 102,
das Deckelelement 116, der Flachstecker 120 und
die Umspritzung 122 bilden insgesamt ein als separate Baugruppe
ausgebildetes Spulenmodul 124.
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Die Verbindung des Spulenmoduls 124 mit dem
Hydraulikmodul 96 erfolgt dadurch, dass das Spulenmodul 124 einfach
auf das Hydraulikmodul 96 aufgeschoben wird, bis die Basis 106 des
Bügelelements 102 an
der Ringschulter 51 am Ventilgehäuse 40 anliegt. Ein
Abrutschen des Spulenmoduls 124 vom Hydraulikmodul 96 wird
durch Rastnasen 126 verhindert, welche im oberen Bereich
des Magnetkerns ausgebildet sind und in die Kunststoffumspritzung 122 eingreifen.
Dadurch, dass das Drucksteuerventil 34 ein als separate
Baugruppe ausgebildetes Hydraulikmodul 96 und ein ebenfalls
als separate Baugruppe ausgebildetes Spulenmodul 124 aufweist,
ist es möglich,
das Hydraulikmodul 96 mit unterschiedlichen Spulenmodulen 124 zu
verbinden.
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Dies ermöglicht es wiederum, das Hydraulikmodul 96 in
sehr großen
Stückzahlen
herzustellen, was dessen Herstellkosten senkt. Das relativ einfach herzustellende
Spulenmodul wiederum kann kundenspezifischen Anforderungen entsprechend
beispielsweise mit einem speziellen Flachstecker 120 ausgestattet
werden. Im Fehlerfall kann das Spulenmodul 124 einfach
vom Hydraulikmodul 96 abgezogen werden, wodurch die zentralen
Komponenten des Hydraulikmoduls 96 zur Überprüfung und ggf. Reparatur auf
einfache Art und Weise zugänglich werden.
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Wie aus 5 ersichtlich ist, wird das Drucksteuerventil
34 mit
dem Anschlusszapfen 42 des Ventilgehäuses 40 voran in eine
Stufenbohrung 128 eines Aufnahmeteils 130 eingesetzt.
Das Aufnahmeteil 130 kann an unterschiedlichen Stellen
des Kraftstoffsystems 10 angeordnet sein. Möglich ist
z.B., dass es direkt am Rail 28 vorhanden ist. Denkbar
ist aber auch eine Anbringung direkt an der Hochdruckpumpe 20.
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Das Aufnahmeteil 130 kann
als separates Teil vorgesehen sein oder einstückig mit Rail 28 oder dem
Gehäuse
der Hochdruckpumpe 20 ausgebildet sein. Die im Aufnahmeteil 130 ausgebildete
eingangsseitige Kraftstoffleitung trägt wie in 1 das Bezugszeichen 36, wohingegen
die ausgangsseitige Kraftstoffleitung das Bezugszeichen 38 trägt. Das Drucksteuerventil 34 ist
am Aufnahmeteil 130 über die
in 5 nur teilweise dargestellten
Halteflansche 110 befestigt. Dabei wird das Hydraulikmodul
durch den Kraftstoffdruck mit dem Ringsteg 51 gegen das Bügelelement 102 gedrückt.
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Das Drucksteuerventil 34 arbeitet
folgendermaßen:
Wenn die durch die Spule 99 und den Wicklungsträger 98 gebildete
Magneteinheit nicht erregt ist, wird der Öffnungsdruck des Drucksteuerventils 34 ausschließlich durch
die Vorspannkraft der Feder 86 bestimmt. Wird der entsprechende
Grenzdruck überschritten,
wird die Ventilkugel 52 aufgrund der Druckdifferenz zwischen
dem Einlasskanal 44 und dem Strömungsraum 48 vom Ventilsitz 50 abgehoben. Hierdurch
gelangt Kraftstoff aus der eingangsseitigen Leitung 36 und
den Einlasskanal 44 durch den Spalt zwischen dem Ventilsitz 50 und
der Ventilkugel 52 hindurch in den Strömungsraum 48 und kann über die
Auslasskanäle 46 in
die ausgangsseitige Leitung 38 abfließen.
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Dadurch, dass der Ventilsitz 50 als
konische Erweiterung ausgebildet ist und der Durchtrittsspalt für den Kraftstoff
zwischen Ventilkugel 52 und Ventilsitz 50 im Bereich
des weiteren Endes des Ventilsitzes 50 vorhanden ist, wird
bei einem Öffnen
des Drucksteuerventils 34 ein stabiler Strömungszustand erreicht,
wodurch die Regel- bzw. Steuergüte
des Drucksteuerventils 34 optimal ist. Laterale Schwingbewegungen
der Ventilkugel 52 werden durch das Halteelement 54 mit
den Haltezungen 58 zuverlässig verhindert.
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Um einen anderen Öffnungsdruck des Drucksteuerventils 34 realisieren
zu können,
wird die Spule 99 bestromt. Je nach Stärke und Art der Bestromung übt der Magnetkern 74 auf
den Magnetanker 70 eine Kraft aus. Diese wird der durch
die Feder 86 bereitgestellten Vorspannkraft überlagert.
Dadurch, dass der Magnetkern 74 auf den Magnetanker 70 eine
Anziehungskraft ausübt,
verringert sich die vom Ventilstößel 66 auf
die Ventilkugel 52 ausgeübte Anpresskraft, so dass die
Ventilkugel 52 mit einer geringeren Kraft gegen den Ventilsitz 50 gepresst
wird. Hierdurch wird der Öffnungsdruck
des Drucksteuerventils 34 also abgesenkt. Auf diese Weise
können unterschiedliche
Drücke
im Rail 28 eingestellt werden. Dabei ist eine Absenkung
des Raildrucks auf bis ungefähr
4 bar möglich,
Dies entspricht dem Druck, der üblicherweise
in der Kraftstoffleitung 14 vorliegt.
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Durch die wie ein Abstandshalter
wirkende Schulter 79 der Kunststoff-Gleitbuchse 78 wird
sichergestellt, dass auch bei vollständig angezogenem Magnetanker 70 immer
ein für
die Magnetwirkung erforderlicher Restluftspalt zwischen dem Magnetanker 70 und
dem Magnetkern 74 vorhanden ist. Die magnetische Entkopplung
zwischen dem Ventilgehäuse 40 und dem
Magnetkern 74 wird dabei durch das antimagnetische Ringelement 72 sichergestellt.
Durch die Gleitbuchsen 64 und 78 wird der Ventilstößel reibungsarm
gelagert, so dass er – wenn überhaupt – nur eine
geringe Hysterese bei einer Betätigung zeigt.
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Doch selbst dann, wenn die Ventilkugel 52 aus
irgendwelchen Gründen
am Ventilsitz 50 blockiert ist, ein Öffnen des Drucksteuerventils 34 also nicht
möglich
ist, kann das Drucksteuerventil 34 noch eine "Not-Druckbegrenzungsfunktion" bereitstellen. Dies
geschieht folgendermaßen:
Wie
insbesondere aus 5 ersichtlich
ist, trägt
der Anschlusszapfen 42 des Ventilgehäuses 40 auf seiner
Außenseite
zwei Ringdichtungen 132 und 134. Aus 5 ist ferner ersichtlich,
dass zwischen dem Abschnitt der Stufenbohrung 128 im Aufnahmeteil 130 mit
kleinerem Durchmesser und jenem mit größerem Durchmesser eine als
Einführschräge ausgebildete
Stufe 136 vorhanden ist. Der Bereich der Stufenbohrung 128 mit
größerem Durchmesser
weist an seinem oberen Ende ebenfalls eine Einführschräge 138 auf. Die in 5 untere Ringdichtung 132 sorgt für die Abdichtung
zwischen der eingangsseitigen Leitung 36 und der ausgangsseitigen
Leitung 38, wohingegen die in 5 obere Ringdichtung 134 für die Abdichtung
zwischen der ausgangsseitigen Leitung 38 und der Umgebung
sorgt. Die untere Ringdichtung 132 hat einen dem Durchmesser
des entsprechenden Abschnitts der Stufenbohrung 128 angepassten kleineren
Durchmesser als die obere Ringdichtung 134.
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Steigt nun der Druck in der eingangsseitigen Leitung 36 an,
und kann dieser Druckanstieg aufgrund einer klemmenden Ventilkugel 52 nicht über den
Einlasskanal 44, den Strömungsraum 48 und die Einlasskanäle 46 zur
ausgangsseitigen Leitung 38 abgeleitet werden, dann wird
aufgrund des Differenzdrucks zwischen eingangsseitiger Leitung 36 und Umgebung
das gesamte Drucksteuerventil 34' aus der Stufenbohrung 128 im
Aufnahmeteil 130 etwas herausgedrückt. Dies ist möglich, da
die Halteflansche 110 des Bügelelements 102 in
axialer Richtung des Drucksteuerventils 34 über eine
gewisse Elastizität
verfügen.
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Da, wie aus 5 ersichtlich ist, der Abstand zwischen
der unteren Ringdichtung 132 und der Einführschräge 136 kleiner
ist als der Abstand zwischen der oberen Ringdichtung 134 und
der Einführschräge 138,
gelangt dann, wenn sich das Drucksteuerventil 34 axial
nach oben bewegt, zunächst
die untere Ringdichtung 132 in den Bereich der Einführschräge 136,
wohingegen die obere Ringdichtung 134 noch im Bereich des
Abschnitts mit größerem Durchmesser
der Stufenbohrung 128 verbleibt.
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Wenn die untere Ringdichtung 132 aber
in den Bereich der Einführschräge 136 gelangt,
verringert sich die Dichtwirkung zwischen der Ringdichtung 132 und
der Wand der Stufenbohrung 128, so dass Kraftstoff unter
Umgehung des Drucksteuerventils 34 direkt von der eingangsseitigen
Leitung 36 an der Ringdichtung 132 vorbei zur
ausgangsseitigen Leitung 38 gelangen kann. In diesem Fall
wirkt also das gesamte Drucksteuerventil 34 mit der unteren
Ringdichtung 132 als Ventilglied und die Stufenbohrung 128 im
Aufnahmeteil 130 als Ventilsitz. Die Halteflansche 110 am
Bügelelement 102 wirken
als Vorspannelement.
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Auf diese Weise kann auch dann Druck
aus der eingangsseitigen Leitung 36 in die ausgangsseitige
Leitung
38 abgelassen werden, wenn das Drucksteuerventil 34 nicht
mehr ordnungsgemäß arbeitet. Dabei
bleibt sichergestellt, dass kein Kraftstoff in die Umgebung gelangt.
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Zum Abschluss sei darauf hingewiesen, dass
die in der Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendeten
Begriffe "unten" und "oben" sich auf die Anordnung
des Drucksteuerventils 34 in den 1–9 beziehen. Es versteht sich, dass
das Drucksteuerventil 34 in beliebiger Lage in einem Kraftstoffsystem 10 eingebaut
werden kann. Allerding erfolgt der Einbau bevorzugt in einer eher aufrechten
Lage, um dem Problem der Verschmutzung und der Vereisung im Betrieb
des Drucksteuerventils vorzubeugen.