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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Druckregelventil, insbesondere für
einen Hochdruckspeicherkörper eines Kraftstoffeinspritzsystems
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein
derartiges Druckregelventil ist aus
DE 10 2007 013 525 A1 bekannt
geworden und dient der Regelung eines in einem auch als Common-Rail
bezeichneten Hochdruckspeicherkörpers, in dem beispielsweise
Flüssigkeitsdrücke von über 2000 bar herrschen.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem umfasst neben dem Druckregelventil
und dem Hochdruckspeicherkörper ebenfalls eine Druckmesseinrichtung,
die am Hochdruckspeicherkörper angeordnet ist. Dabei ist
die Messung des Flüssigkeitsdrucks im Hochdruckspeicherkörper
erforderlich, um das Druckregelventil entsprechend anzusteuern.
Mittels des von dem Druckregelventil eingestellten Druck wird eine präzise
Dosierung der Einspritzmenge an den Kraftstoffzumesseinrichtungen
ermöglicht.
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Bekannte
Druckmesseinrichtungen werden als separate Baueinheiten hergestellt
und mit dem Hochdruckspeicherkörper verbunden. Dabei werden diese
Druckmessenrichtungen entweder mittels einer Schraubverbindung mit
dem Hochdruckspeicherkörper verbunden, oder aber bei Drücken
im Bereich mehrerer 100 bar auch in den Hochdruckspeicherkörper
eingepresst. Kritisch ist hierbei insbesondere die Herstellung einer
dichten Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherkörper
und der Druckmesseinrichtung. Bei Einschraublösungen ist
der ein zuschraubende, dichtende Stutzen daher sehr aufwändig
gestaltet und kostenintensiv.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend
von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Druckregelventil derart weiterzubilden, dass
sich ein damit ausgestattetes Kraftstoffeinspritzsystem insgesamt
gesehen kostengünstiger realisieren lässt. Diese
Aufgabe wird mittels eines Druckregelventils mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee
zugrunde, das Druckregelventil, welches bereits über eine
hochdichte Verbindung mit dem Hochdruckspeicherkörper in
Verbindung steht, gleichzeitig zur Messung des im Hochdruckspeicherkörper
herrschenden Druckes zu nutzen. Dadurch ist keine zusätzliche
hochdichte Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherkörper und
einer Druckmesseinrichtung erforderlich, so dass das Kraftstoffeinspritzsystem
insgesamt gesehen daher kostengünstiger herstellbar ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Druckregelventils,
insbesondere für einen Hochdruckspeicherkörper
in einem Kraftstoffeinspritzsystem, sind in den Unteransprüchen
angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen
aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In
einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass die Druckmesseinrichtung einen Messwertaufnehmer aufweist,
der über eine zweite Bohrung in Wirkverbindung mit dem Hochdruckspeicherkörper
angeordnet ist. Dadurch ist ein nur geringer vorrichtungstechnischer
Aufwand erforderlich, um das Druckregelventil an die gleichzeitige
Verwendung als Druckmesseinrichtung anzupassen.
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Besonders
vorteilhaft ist es hierbei, dass sowohl die Bohrung für
das Ventilschließglied als auch die Bohrung für
den Messwertaufnehmer in einem Ventilkörper ausgebildet
sind, der mit dem Gehäuse verbunden ist. Dadurch lassen
sich die beiden Bohrungen, die sehr exakt ausgeführt werden
müssen, unabhän gig vom Gehäuse in einem
separaten Arbeitsschritt in dem Ventilkörper herstellen,
wodurch die Handhabung und die Herstellung vereinfacht werden.
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Um
einen möglichst einfachen und kostengünstigen
Aufbau der Druckmesseinrichtung bei kompakten Bauraum zu ermöglichen,
ist es in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Druckmesseinrichtung
einen mechanische Spannungen erfassenden Messaufnehmer aufweist,
dass die zweite Bohrung als Sacklochbohrung mit einem auf der dem
Speicherkörper abgewandten Seite am Grund der Sacklochbohrung
angeordneten Wandabschnitt ausgebildet ist, dass auf den Wandabschnitt
der Druck des Fluids wirkt, dass sich der Wandabschnitt in Abhängigkeit
von der Höhe des Drucks des Fluids verformt und, dass der
Messwertaufnehmer in Wirkverbindung mit dem Wandabschnitt zur Erfassung
der Verformung des Wandabschnitts angeordnet ist.
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Zur
Erzeugung der zweiten Bohrung, die, wie bereits beschrieben, präzise
ausgeführt sein muss, kann vorteilhafterweise ein mechanisches
Bohrverfahren mit anschließender Nachbearbeitung der zweiten
Bohrung, beispielsweise durch Nachschneiden o. ä. eingesetzt
werden.
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Bezüglich
der Druckmesseinrichtung ist besonders vorteilhaft, wenn der Messwertaufnehmer eine
integrierte Auswerteschaltung zur Erzeugung eines den Druck repräsentierenden
Ausgangssignals aufweist oder, dass nahe des Messwertaufnehmers innerhalb
des Gehäuses eine Auswerteschaltung angeordnet ist. Diese
lokale Auswerteschaltung im Druckregelventil bietet den Vorteil,
dass sensorelementnah bereits ein hoher Ausgangssignalpegel vorliegt.
Dadurch werden Störungen durch das u. a. getaktet betriebene
Druckregelventil gering gehalten.
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Um
die Auswerteschaltung elektrisch zu kontaktieren ohne, dass sich
dadurch die Baugröße des Druckregelventils ändert
ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
dass die Auswerteschaltung oder eine zusätzliche elektrische Schaltung
mit einer Leitung für das Ausgangssignal verbunden ist,
die in einer Bohrung des Gehäuses angeordnet und mit einem
Anschlussstecker verbunden ist.
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Um
zu verhindern, dass unter Druck stehendes Fluid aus dem Gehäuse
bzw. der Leitung in die Umgebung entweicht, ist es besonders vorteilhaft, wenn
die Leitung dabei abgedichtet ist.
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Um
insgesamt gesehen ein kompaktes Druckregelventil bereitzustellen,
welches kostengünstig herstellbar ist, ist es darüber
hinaus vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Stecker zur Ansteuerung
des Druckregelventils gleichzeitig die Anschlüsse für
die Druckmesseinrichtung trägt.
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Um
hierbei das Magnetfeld bzw. den Magnetkreis zur Ansteuerung des
Ventilschließgliedes möglichst nicht zu beeinträchtigen,
ist es in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, dass symmetrisch zur Bohrung für die Leitung
eine zweite, als Sacklochbohrung ausgebildete Blindbohrung im Gehäuse
angeordnet ist.
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Ein
Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen
Druckregelventil hat den besonderen Vorteil, dass es relativ kostengünstig
herstellbar ist, da auf eine separate Druckmesseinrichtung und die
dazu erforderliche Verbindung mit dem Hochdruckspeicherkörper
verzichtet werden kann und, dass gleichzeitig durch den Verzicht
auf eine separate Druckmesseinrichtung an dem Hochdruckspeicherkörper
keine zusätzlichen Bauteile angeordnet werden müssen,
die den im Motorraum des Kraftfahrzeugs stets knappen Raum ausfüllen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese
zeigen in:
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1 ein
erfindungsgemäßes Druckregelventil, welches in
einem Hochdruckspeicherkörper angeordnet ist, in einem
Längsschnitt und
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2 einen
Ausschnitt aus dem Druckregelventil gemäß 1 in
einer vergrößerten Darstellung zur Erläuterung
der Anordnung und Ausbildung der Druckmesseinrichtung.
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Das
in der 1 dargestellte Druckregelventil 10 dient
der Regelung eines Fluiddruckes innerhalb eines nur ausschnittsweise
dargestellten Hochdruckspeicherkörpers 11 (Common-Rail).
Sowohl das Druckregelventil 10 als auch der Hochdruckspeicherkörper 11 sind
Bestandteil eines Kraftstoffeinspritzsystems 1, das in
einem Kraftfahrzeug zur Bereitstellung von Kraftstoff für
eine Verbrennungskraftmaschine dient. In dem Kraftstoffeinspritzsystem 1 herrschen
typischerweise Systemdrücke von über 2000 bar.
Der Systemdruck wird im Hochdruckspeicherkörper 11 durch
ein nicht dargestelltes Hochdruckförderaggregat, wie z.
B. über eine Hochdruckpumpe, abhängig von der
Drehzahl der zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine aufrechterhalten.
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Das
Druckregelventil 10 weist ein Gehäuse 13 auf,
welches mittels einer Überwurfmutter 14 in einer
Aufnahmeöffnung des Hochdruckspeicherkörpers 11 befestigt
ist. Ein zwischen dem Gehäuse 13 und der Überwurfmutter 14 angeordneter
Abstützring 15, sowie ein zwischen dem Gehäuse 13 und
der Aufnahmeöffnung des Hochdruckspeicherkörpers 11 angeordneter
Dichtring 16 bewirken hierbei eine druckdichte Verbindung
zwischen dem Druckregelventil 10 und dem Hochdruckspeicherkörper 11,
sodass kein Fluid aus dem Hochdruckspeicherkörper 11 ausdringen
kann.
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In
dem Gehäuse 13 des Druckregelventils 10 ist
in seiner Längsachse eine Öffnung 17 zur
gleitenden Aufnahme eines Ankerbolzens 18 ausgebildet. Der
stiftförmige Ankerbolzen 18 ist an seinem dem Hochdruckspeicherkörper 11 entgegengesetzten Ende
mit einem scheibenförmigen Anker 20 fest verbunden.
Der Anker 20 ist in Wirkverbindung mit einer Magnetspule 21 angeordnet,
die Bestandteil eines Magnetkreises ist.
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An
seinem dem Hochdruckspeicherkörper 11 entgegengesetzten
Ende ist das Gehäuse 13 mit einem aus Kunststoff
bestehenden Steckeranschlusskörper 22 versehen,
der u. a. die elektrischen Anschlüsse zur Ansteuerung der
Magnetspule 21 trägt. Ferner ist im Gehäuse 13 noch
eine Druckfeder 23 angeordnet, die an einer Stirnseite
des Ankers 20 anliegt.
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An
dem dem Hochdruckspeicherkörper 11 zugewandten
Ende des Gehäuses 13 ist im Gehäuse 13 ein
Sitzring 25 angeordnet, in dem ein Sitz 26 für ein
hier kugelförmig ausgebildetes Ventilelement 27 ausgebildet
ist. Eine zwischen dem Sitzring 25 und dem Gehäuse 13 angeordnete
Scheibe 28 dient dem Ausgleich von Fertigungstoleranzen.
In dem Sitzring 25 ist in der Längsachse, d. h.
fluchtend mit dem Ankerbolzen 18 bzw. dem Ventilelement 27,
eine erste Bohrung 30 ausgebildet, die vom Ventilelement 27 verschließbar
ist. Die erste Bohrung 30 steht in Wirkverbindung mit dem
Innenraum des Hochdruckspeicherkörpers 11, d.
h., dass in der ersten Bohrung 30 der Systemdruck p des
Hochdruckspeicherkörpers 11 anliegt. Ferner weist
der Sitzring 25 noch ein Filtersiebelement 31 auf,
das die erste Bohrung 30 überdeckt und das Eindringen
von Schmutzpartikeln in die erste Bohrung 30 verhindert.
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Im
Gehäuse 13 ist ein Abströmraum 33 ausgebildet,
der über mehrere radial angeordnete Abströmbohrungen 34 und
mit den Abströmbohrungen 34 im Hochdruckspeicherkörper 11 angeordnete Rücklaufleitungen 36 mit
dem Tank des Kraftstoffeinspritzsystems 1 verbunden ist.
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Mittels
des soweit beschriebenen Druckregelventils 10 lässt
sich der in dem Hochdruckspeicherköper 11 erforderliche
Systemdruck p in bekannter Weise regeln, indem durch eine entsprechende Ansteuerung
des Ankerbolzens 18 das Ventilelement 27 die erste
Bohrung 30 freigibt, um den Druck im Hochdruckspeicherkörper 11 entsprechend
auf den Systemdruck p einzustellen, wobei das Fluid bzw. der Kraftstoff über
die Abströmbohrungen 34 und die Rücklaufleitungen 36 zum
Tank abfließt.
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Zur
Regelung des Systemdrucks p ist es erforderlich, den in dem Hochdruckspeicherkörper 11 vorhandenen
Systemdruck p zu erfassen. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass in dem Druckregelventil 10 eine Druckmesseinrichtung 40 angeordnet
ist. Wie am besten aus der 2 erkennbar
ist, weist hierzu der Sitzring 25 eine zweite Bohrung auf,
die als Sacklochbohrung 41 ausgebildet ist und mit dem
Innern des Hochdruckspeicherkörpers 11 in Wirkverbindung
steht, das heißt, dass in der Sacklochbohrung 41 ebenfalls
der Systemdruck p herrscht. Die insbesondere mittels eines mechanischen
Bohrverfahrens mit anschließender Nachbearbeitung durch
Nachschneiden o. ä. hergestellte Sacklochbohrung 41 verläuft
parallel zur ersten Bohrung 30 und reicht bis knapp unterhalb
der Scheibe 28. Hierbei ist wesentlich, dass zwischen dem
Grund der Sacklochbohrung 41 und der Oberseite 42 des Sitzrings 25 ein
Wandabschnitt 43 geringer Dicke stehen bleibt. Der Wandabschnitt 43 wird
dabei von der Schei be 28 nicht überdeckt. Der
Wandabschnitt 43 wirkt somit als Verformungskörper
in Form einer Membran, d. h., dass sich der Wandabschnitt 43 in Abhängigkeit
des in dem Hochdruckspeicherkörper 11 vorhandenen
Systemdrucks p verformt, derart, dass sich der Wandabschnitt 43 wölbt.
Diese Wölbung, die ein Maß für den Systemdruck
p darstellt, wird mittels eines Messwertaufnehmers 45 erfasst. Der
Messwertaufnehmer 45 ist beispielsweise in Metalldünnschichttechnik
hergestellt, oder alternativ hierzu weist dieser eine aufgelaserte
Widerstandsmessbrücke oder einen aufgelaserten ASIC mit
integrierter Messbrücke auf. Der Messwertaufnehmer 45 besitzt
weiterhin eine integrierte Auswerteschaltung 47, die in
Abhängigkeit von der erfassten Wölbung des Wandabschnitts 43 ein
entsprechendes Ausgangssignal liefert. Im Ausführungsbeispiel
ist nahe des Messwertaufnehmers 45 noch eine Umverdrahtungsplatine 48 dargestellt,
die mittels Drähten 49, 50 mit der Auswerteschaltung 47 elektrisch
kontaktiert ist. Zur Aufnahme eines Teils des Messwertaufnehmers 45 sowie
der Umverdrahtungsplatine 48 und der Drähte 49, 50 weist
die Scheibe 28 hierzu eine entsprechende Aussparung 51 auf.
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Das
von der Auswerteschaltung 47 erzeugte Ausgangssignal wird
mittels einer Leitung 53 vorzugsweise Anschlüssen
in dem Steckeranschlusskörper 22 zugeführt.
Zur Führung der Leitung 53 innerhalb des Gehäuses 13 weist
das Gehäuse 13 hierzu eine ggf. aus mehreren Bohrungsabschnitten ausgebildete
Leitungsbohrung 54 auf. Um zu verhindern, dass Druckmittel
bzw. Fluid über die Leitungsbohrung 54 in den
Steckeranschlusskörper 22 bzw. außerhalb
des Gehäuses 13 gelangt, ist hierzu die Leitungsbohrung 54 entsprechend
abgedichtet.
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Obwohl
die Leitungsbohrung 54 grundsätzlich so angeordnet
sein soll, dass das Magnetfeld, welches durch die Magnetspule 21 erzeugt
wird, so gering wie möglich beeinflusst wird, kann es jedoch trotzdem
erforderlich sein, koaxial zur Leitungsbohrung 54 eine
im Wesentlichen identisch ausgebildete Blindbohrung 56 auszubilden,
welche jedoch als Sacklochbohrung ausgebildet ist. Durch die Ausbildung
als Sacklochbohrung wird verhindert, dass Fluid über die
Blindbohrung 56 an die Umgebung abgegeben werden kann.
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Ergänzend
wird darauf hingewiesen, dass es je nach Ausführungsform
auch denkbar ist, auf die Umverdrahtungsplatine 48 zu verzichten.
In diesem Fall wird die Auswerteschaltung 47 direkt mit
der Leitung 53 verbunden. Weiterhin ist es selbstverständlich
auch denkbar, andere Arten von Messwertaufnehmern 45 vorzusehen.
Wesentlich ist lediglich, dass eine im Wandabschnitt 43 vorhandene
Spannung bzw. Wölbung mittels des Messwertaufnehmers 45 erkannt
wird.
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Auch
kann das Ausgangssignal der Druckmesseinrichtung 40 über
einen separaten Steckeranschluss nach außen geführt
werden, so dass auf eine ggf. aufwändige Ausbildung der
Leitungsbohrung 54 und der ggf. erforderlichen Blindbohrung 56 verzichtet
werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007013525
A1 [0002]