DE10115166C2 - Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen - Google Patents
Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-EinspritzeinrichtungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für Kraft
stoff-Einspritzeinrichtungen, insbesondere für als Common-Rail-
Systeme ausgebildete Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen von
Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Druckbegrenzungsventile der vorgenannten Art sind aus der DE 198 22 671 A1
in der Ausgestaltung gemäß Fig. 4 bekannt. Zur
drosselnden Durchflussverbindung sind im Übergang vom Druckraum
auf den Rücklaufanschluss Drosselelemente in Form von Festdros
seln vorgesehen, die in Hintereinanderschaltung zwei Drossel
stufen bilden. In konstruktiver Ausgestaltung ist hierzu dem
eingangsseitigen Hochdruckanschluss ein Ventilsitz zugeordnet,
der mit dem Schließglied eines Ventilkörpers zusammenwirkt. Der
Ventilkörper ist als axial verschiebliches, in Richtung auf
seine Schließlage federbelastetes Kolbenelement ausgestaltet
und grenzt angrenzend an den Ventilsitz einen Druckraum ab.
Dieser Druckraum steht in drosselnder Verbindung mit einem Auf
nahmeraum des Ventilkörpers, in dem ein weiteres, kolbenartiges
Sperrglied längsverschieblich und in Schließrichtung federbe
lastet angeordnet ist, das in seiner Sperrlage den gedrosselten
Überströmweg vom Druckraum auf den Aufnahmeraum absperrt und
das seinerseits über Drosselöffnungen mit dem Rücklaufanschluss
in Verbindung steht. Die zur Belastung von Ventilkörper und
Sperrglied in Schließrichtung vorgesehene Federanordnung ist
rückseitig, d. h. in Richtung auf den Rücklauf im Aufnahmeraum
vorgesehen und durch eine gemeinsame Feder gebildet, die das
Sperrglied beaufschlagt und über das Sperrglied in dessen
Schließlage den Ventilkörper, wobei die Abstützung gegen den
Ventilkörper über die Dichtgrenze erfolgt, die von Sperrglied
und Ventilkörper im Übergang vom Aufnahmeraum zum Druckraum ge
bildet ist.
Der Aufbau eines derartigen Druckbegrenzungsventiles mit mehre
ren hintereinander geschalteten Sperrelementen und diesen zuge
ordneten, in Richtung auf den Rücklauf durchströmbaren Fest
drosseln macht es zwar möglich, den insgesamt abzudeckenden
Druckbereich zwischen oberem Grenzdruck - Ansprechen des Druck
begrenzungsventiles - und unterem Grenzdruck - Schließen des
Druckbegrenzungsventiles - in kleinere, durch den Druckabfall
über den jeweiligen Drosselweg gegebene Druckbereiche zu unter
teilen und damit bezogen auf die Verstetigung der Abströmver
hältnisse auch zu verbessern, dies aber auf Kosten eines ver
hältnismäßig komplizierten Gesamtaufbaus und unter der Voraus
setzung einer weitgehend konstanten Abströmmenge, wobei zudem
die Abstützung des jeweiligen Sperrelementes über die Dicht
grenze bei gemeinsamer Federbeaufschlagung und Abstützung der
Feder gegen das Sperrglied insbesondere für die diesem zugeord
nete Dichtgrenze zu besonders hohen Belastungen führt.
Aus der US 5,295,469 A ist ein Druckbegrenzungsventil mit einem
Ventilkörper bekannt, der federabgestützt anströmseitig ein mit
einem Ventilsitz zusammenwirkendes Schließglied beaufschlagt
und der umfangsseitig anschließend an den den Ventilsitz um
schließenden Druckraum, also in seinem dem Schließglied benach
barten Bereich, mit axialen Überströmquerschnitten versehen
ist, die auf einen axial in Durchflussrichtung versetzten Ring
bereich des Ventilkörpers auslaufen. Bezogen auf die Schließla
ge des Ventilkörpers axial in Durchflussrichtung zu den axialen
Überströmquerschnitten versetzt ist die Aufnahmebohrung für den
Ventilkörper erweitert und es ist dadurch ein Ringraum gebil
det, der nach der vom Schließglied abgelegenen Seite des Ven
tilkörpers für diesen mit einer Schulter eine ringförmige An
schlagzone bildet, wobei der Ventilkörper im Bereich seiner Ü
berdeckung zu dieser Anschlagzone wiederum axiale Überström
querschnitte aufweist. In der Aufnahmebohrung ist der Ventil
körper dichtend gleitgeführt, so dass die vom Druckraum ausge
henden axialen Überströmquerschnitte über eine schmale, ge
schlossene Ringzone des Ventilkörpers in dessen Schließlage ge
gen den Ringraum abgegrenzt sind und zum Ringraum bei der
druckabhängigen Verlagerung des Ventilkörpers in Öffnungsrich
tung in Überdeckung kommen. Dieser Überdeckungsgrad vergrößert
sich druckabhängig und der maximale Überdeckungsgrad ist bei
Erreichen der Anschlagstellung für den Ventilkörper gegen die
Schulter des Ringraumes erreicht, bei gleichzeitiger Verringe
rung des Abströmquerschnittes aus dem Ringraum, der anströmsei
tig erst bei zur Schließstellung des Ventilkörpers in Öffnungs
richtung versetzter Lage desselben gegen die vom Druckraum aus
gehenden Überströmquerschnitte geöffnet wird, so dass kleinere,
kurzzeitige Schwankungen um den Öffnungsdruck nicht zur Freiga
be des Abströmweges über das Druckbegrenzungsventil führen.
Gemäß der Erfindung soll ein Druckbegrenzungsventil der ein
gangs genannten Art dahin ausgestaltet werden, dass sich ein
unempfindlicherer Aufbau mit besseren Voraussetzungen für fall
bedingte Anpassungen und auch für die Beherrschung größeren
Schwankungen unterworfener Abströmmengen ergibt, so dass sich
für alle Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine im Bezug auf
die Druckversorgung der Einspritzelemente aus dem Druckspeicher
auch bei Ausfall der diesbezüglichen Regelungseinrichtungen ein
akzeptabler Kompromisswert einstellen lässt.
Gemäß der Erfindung ist hierzu ein Druckbegrenzungsventil mit
den Merkmalen des Anspruches 1 vorgesehen, bei dem das Sperr
glied als Steuerschieber ausgestaltet und in einem Aufnahmeraum
des Ventilkörpers axial verschieblich geführt ist, wobei der
Aufnahmeraum umfangsseitig, also in den Führungsflächen für den
Steuerschieber axial überfahrbare und in Schließstellung über
deckte Abströmöffnungen aufweist, deren freier Querschnitt
durch Verschiebung des Steuerschiebers in Abhängigkeit vom im
Aufnahmeraum anstehenden Druck einstellbar ist. Der Aufnahme
raum bildet in dem durch den Steuerschieber abgegrenzten Be
reich bei offener Verbindung zu dem Druckraum, den der Ventil
körper hochdruckseitig gegen die Sitzfläche für das ventilkör
perseitige Schließglied abgrenzt, bei ungedrosseltem Übergang
zwischen Aufnahmeraum und Druckraum quasi ein Teil des Druck
raumes, so dass sich eine entsprechende Beaufschlagung des
Steuerschiebers ergibt.
Ist der Druckraum gegen den Hochdruckanschluss abgesperrt, so
überdeckt auch der Steuerschieber die Abströmöffnungen und bei
de Sperrelemente befinden sich in ihrer Schließlage. Ergibt
sich hochdruckseitig ein Druckanstieg über einen vorgegebenen
Grenzwert, so wird der Ventilkörper mit dem Sperrglied, und un
ter Aufrechterhaltung der Absperrstellung für die über das
Sperrglied in ihrem Querschnitt gesteuerten Abströmöffnungen,
in eine Öffnungslage versetzt, die für den Ventilkörper bevor
zugt anschlagbegrenzt ist.
In dieser Öffnungslage des Ventilkörpers baut sich entsprechend
dem hochdruckseitig anstehenden Druck der Druck auf, bis ein
oberer Grenzdruck erreicht ist, bei dem das Sperrglied relativ
zum Ventilkörper gegen Federkraft in Öffnungsrichtung versetzt
wird und die Abströmöffnungen freigibt, wobei es zweckmäßig
ist, den Verschiebeweg des als Steuerschieber ausgebildeten
Sperrgliedes in Öffnungsrichtung ebenfalls über einen Anschlag
zu begrenzen, um ein Überschwingen zu verhindern. Entsprechend
der über das Druckbegrenzungsventil abzuführenden Kraftstoff
menge und den Drosselverlusten, die sich ausgehend von der
Hochdruckseite bei Durchströmen der Dichtgrenze zwischen Ven
tilkörper und zugehörigem Schließglied und gegebenenfalls auch
beim Überströmen vom Druckraum auf den Aufnahmeraum ergeben,
ergibt sich zunächst ein Druckanstieg im Druckraum bzw. Aufnah
meraum auf einen durch die konstruktive Auslegung vorgebebenen
Grenzwert, bei dem das Sperrglied öffnet und die Abströmöffnun
gen freigibt und es lässt sich, bezogen auf eine vorgebebene
Abströmmenge und den unter Berücksichtigung der Drosselwerte
sich dadurch einstellenden Druck der angestrebte Kompromisswert
für den über das Druckbegrenzungsventil zu erreichenden Druck
abbau einstellen. Ergeben sich Schwankungen in der abzuführen
den Menge, so führt dies zu Druckschwankungen, korrespondierend
zu denen sich durch Verschiebung des als Steuerschieber ausge
bildeten Sperrgliedes der freie Abströmquerschnitt ändert, so
dass eine Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse unter Aus
richtung auf den als Kompromisswert vorgegebenen Arbeitsdruck
erreicht wird.
Im Hinblick auf dieses Ziel bietet die Erfindung weitgehende
Möglichkeiten in der Auslegung durch Festlegung des druckbeauf
schlagten Querschnittes des Ventilkörpers des Steuerschiebers
und der Federkräfte, wobei es im Rahmen der Erfindung liegt,
dem Ventilkörper und dem Steuerschieber als Sperrglied auch ge
trennte oder einander überlagernde Federanordnungen zuzuordnen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an
hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, das eine sche
matische Schnittdarstellung durch ein Druckbegrenzungsventil
gemäß der Erfindung zeigt.
In der Zeichnung, die der schematischen Veranschaulichung der
Erfindung dient, ist mit 1 das Gehäuse eines Druckbegrenzungs
ventiles 2 gezeigt, das in einen angedeuteten Druckspeicher 3
dichtend 3 einzusetzen ist. Der entsprechende Anschlussbereich
des Gehäuses 1 ist mit 4 bezeichnet. Dieser Anschlussbereich 4
bildet mit einer Ausnehmung die Aufnahme für ein Kopfteil 5,
das als Einsatzstück gegenüber dem Gehäuse 1 festgelegt ist und
das die Bohrung und Führung 6 für einen Ventilkörper 7 auf
nimmt. Der Ventilkörper 7 ist als im Bereich seines hochdruck
seitigen Endes geschlossener Hohlzylinder 8 ausgebildet, wobei
das geschlossene Ende dieses Hohlzylinders 8 in Form eines
Dichtkegels gestaltet ist und ein Schließglied 9 bildet, das
mit dem gehäuseseitigen, dem Kopfteil 5 zugeordneten Ventilsitz
10 eine Dichtgrenze bildet, über die die hochdruckseitige An
schlussbohrung 11 gegen die Führungsbohrung 6 für den Ventil
körper 7 abzugrenzen ist, die im Anschlussbereich an die An
schlussbohrung 11 zu einem Druckraum 12 erweitert ist.
Der als Hohlzylinder 8 ausgebildete Ventilkörper 7 weist an
grenzend an den als Schließglied 9 dienenden Endbereich Über
gangsöffnungen 13 auf, über die der Druckraum 12 mit dem Auf
nahmeraum 14 des Hohlzylinders 8 zu verbinden ist, der ein
Sperrglied 15 in Form eines Steuerschiebers aufnimmt. Der das
Sperrglied 15 bildende Steuerschieber ist als zylindrischer, im
Hohlzylinder 8 geführter Körper ausgebildet, der sich über ei
nen Federteller 16 gegen eine Feder 17 abstützt, über die das
Sperrglied 15 und der Ventilkörper 7 in Richtung auf den Hoch
druckanschluss, bzw. Ventilsitz 10 belastet sind.
Schematisiert ist angedeutet, dass der Hohlzylinder 8 vom
Sperrglied 15 als Steuerschieber übersteuerte Abströmöffnungen
18 aufweist, die auf einen angedeuteten Abströmweg 19 zum Rück
lauf ausmünden, welcher im Weiteren nicht dargestellt ist und
durch den vom Federraum 21 ausgehenden, strichliert angedeute
ten Niederdruckanschluss 22 symbolisiert ist.
Der Federraum 21 liegt in dem außerhalb des Druckspeichers 3
liegenden Teil des Gehäuses 1, der im druckspeichernahen Endbe
reich eine napfförmige Hülse 23 aufnimmt, deren Boden vom obe
ren Teil des Ventilkörpers bzw. einem mit dem Ventilkörper ver
bundenen Zwischenstück 24 durchsetzt ist, das mit einem Stütz
rand 25 den Boden der Hülse 23 untergreift, so dass beim Öffnen
des Druckbegrenzungsventiles 2 durch Anheben des Ventilkörpers
7 und Freigabe der Dichtgrenze zwischen Druckraum 12 und An
schlussbohrung 11 die Hülse 23 gegen die Kraft der Feder 17 an
gehoben wird, wobei der Anhebeweg anschlagbegrenzt ist und der
Anschlag schematisiert durch eine Anschlaghülse 26 veranschau
licht ist. Die Anschlaghülse 26 stützt sich ihrerseits auf ei
nem Abschlussteil 27 ab, das als Widerlager für die Feder 17
dient und das seinerseits in das Gehäuse 1 eingeschraubt ist.
Der anschlagbegrenzte Anhebeweg ist als Spalt 28 zwischen Hülse
23 und der Anschlaghülse 26 veranschaulicht.
Übergriffen ist der Bodenteil der Hülse 23 vom Federteller 16,
so dass der Boden der Hülse 23 zwischen dem Stützrand 25 und
dem Federteller 16 liegt, dem seinerseits eine gehäuseseitige
Anschlagbegrenzung zugeordnet ist. Diese ist symbolisiert durch
eine Stütze 29, welche über das Anschlussteil 27 gehäusefest
gehalten ist und welche mit einem Anschlagzapfen 30 des Feder
tellers 16 zusammenwirkt. Der dadurch begrenzte Verschiebeweg
ist durch den Spalt 31 veranschaulicht.
Der Spalt 28 zwischen Hülse 23 und Anschlaghülse 26 begrenzt
den Verschiebeweg des Ventilkörpers 7 in Öffnungsrichtung, der
Spalt 31 den Verschiebeweg des als Steuerschieber ausgebildeten
Sperrgliedes 15 relativ zum Ventilkörper 7, und ist deshalb um
das Maß größer als der Spalt 28, das im Hinblick auf den durch
Verschiebung des Sperrgliedes 15 maximal freizugebenden Quer
schnitt der Abströmöffnungen 18 festgelegt ist.
Die vorgeschilderte konstruktive Ausgestaltung ist im Wesentli
chen lediglich eine das Funktionsprinzip erläuternde Schemadar
stellung. Deshalb sind konstruktiv weitreichende Abweichungen
möglich, so insbesondere auch die Abstützung des Ventilkörpers
7 und des Sperrgliedes 5 über getrennte Federanordnungen, wobei
eine solche abweichende Ausgestaltung auch im vorgegebenen Bau
raum durchaus realisierbar wäre, wenn beispielsweise radial
zwischen der Feder 17 und der Stütze 29 eine weitere Feder an
geordnet würde, die gegen den Federteller 16 abzustützen wäre.
Die Feder 17 könnte bei dieser Lösung unmittelbar gegen den Bo
den der Hülse 23 abgestützt sein, sei es beispielsweise durch
entsprechende Verringerung des Durchmessers des Federtellers
oder auf über den Federteller durchsetzende Stützelemente.
Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, den
Federteller dem Sperrglied 15 unmittelbar, gegebenenfalls auch
einstückig zuzuordnen, und in entsprechender Weise auch die
Hülse 23, oder das Zwischenstück 24 und den Ventilkörper 7 oder
auch Hülse 23, Zwischenstück 24 und Ventilkörper 7 zu einer
Baueinheit zusammenzufassen, wie dies gezeigt ist. Auch die
Darstellung der in Anschluss an die Abströmöffnungen 18 veran
schaulichten Abströmwege dient nur der prinzipiellen Veran
schaulichung, und so ist es beispielsweise auch möglich, an
stelle eines Abströmweges innerhalb der Bohrung 6 längs des
Ventilkörpers 7 einen unmittelbaren, radialen Anschluss auf zum
Niederdruckanschluss 22 führende Kanäle vorzusehen.
Claims (14)
1. Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtun
gen, insbesondere für als Common-Rail-Systeme ausgebildete
Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen von Brennkraftmaschinen, um
fassend ein Gehäuse mit einem eingangsseitigen Hochdruck
anschluss, einem Rücklaufanschluss und einer zwischen diesen
liegenden, drosselnden Durchflussverbindung, die eingangsseitig
einen Ventilsitz aufweist und in der, jeweils in Richtung auf
die Schließlage federbelastet und druckabhängig in Öff
nungsrichtung verschiebbar, ein Ventilkörper, der ein bodensei
tig vorgesehenes, mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Schließ
glied aufweist, sowie ein in einem Aufnahmeraum des Ventilkör
pers axial verschiebbar geführtes und über den Ventilkörper in
Öffnungsrichtung mitbewegtes Sperrglied angeordnet sind, das in
seiner Schließlage zum Ventilsitz hin einen Druckraum abgrenzt,
der in Abhängigkeit von dem Druckniveau, das sich über die vom
Schließglied des Ventilkörpers gesteuerte Verbindung zum Hoch
druckanschluss einstellt, durch Verlagerung des Sperrgliedes
gegenüber dem Ventilkörper mit dem Rücklauf zu verbinden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der über das Sperrglied (Steuerschieber 15) gegen den
Rücklauf abgegrenzte Aufnahmeraum (14) des Ventilkörpers (7) in
offener Verbindung zum Druckraum (12) steht und von dem Sperr
glied als Steuerschieber (15) axial überfahrbare und in Schließ
stellung überdeckte Abströmöffnungen (18) aufweist, deren frei
er Abströmquerschnitt durch Verschiebung des Steuerschiebers
(15) gegenüber dem Ventilkörper (7) in Abhängigkeit vom in Auf
nahmeraum (14) anstehenden Druck einstellbar ist.
2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufnahmeraum (14) in ungedrosselter Verbindung zum Druckraum
(12) steht.
3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufnahmeraum (14) in gedrosselter Verbindung zum
Druckraum (12) steht.
4. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verschiebeweg des Ventilkörpers (7) in Öffnungsrich
tung anschlagbegrenzt ist.
5. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verschiebeweg des Sperrgliedes (Steuerschieber 15) in
Öffnungsrichtung anschlagbegrenzt ist.
6. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anschlagbegrenzung für den Ventilkörper (7) und/oder
das Sperrglied (Steuerschieber 15) gehäuseseitig vorgesehen
ist.
7. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anschlagbegrenzung für das Sperrglied (Steuerschieber
15) dem Ventilkörper (7) zugeordnet ist.
8. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprü
che 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass ausgehend von der öffnungsseitigen Anschlaglage des Ven
tilkörpers (7) das Sperrglied (Steuerschieber 15) in Öffnungs
richtung verschiebbar ist.
9. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
dass Ventilkörper (7) und Sperrglied (Steuerschieber 15) über
eine gemeinsame Federanordnung (Feder 17) beaufschlagt sind.
10. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass Ventilkörper (7) und Sperrglied (Steuerschieber 15) über
getrennte Federanordnungen (Federn 17 und 45) beaufschlagt
sind.
11. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass von den den Ventilkörper (7) und das Sperrglied (Steuer
schieber 15) jeweils beaufschlagenden Federanordnungen (Federn
17 und 45) die das Sperrglied (Steuerschieber 15) beaufschla
gende Feder (45) über das Sperrglied (Steuerschieber 15) auf
den Ventilkörper (7) abgestützt ist.
12. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führung für das Sperrglied (Steuerschieber 15) durch
eine Bohrung (6) im Ventilkörper (7) gebildet ist.
13. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bohrung (6) in ihrem Umfang mit den vom Sperrglied
(Steuerschieber 15) übersteuerten Abströmöffnungen (18) auf
den Rücklauf versehen ist.
14. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilkörper (7) als düsennadelförmiger, geschlossener
Hohlzylinder ausgebildet ist, dessen vorderes, dem Ventilsitz
(10) zugeordnetes Ende als Dichtkegel ein Schließglied (9) bil
det.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20141001 |