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Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere zum Begrenzen des Fluiddruckes in einem Verteilerrohr eines Common-Rail-Einspritzsystem.
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In modernen Dieselmotoren werden zunehmend sogenannte Common-Rail-Einspritzsysteme eingesetzt, bei denen der für die Einspritzung des Kraftstoffes erforderliche Druck von einer im Allgemeinen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Hochdruckpumpe erzeugt wird. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird einem sogenannten Verteilerrohr zugeführt, von dem aus Leitungen zu den einzelnen Einspritzventilen abzweigen. Die Einspritzventile werden im Allgemeinen elektrisch angesteuert, so dass die je Arbeitstakt eines Zylinders in den Brennraum eingespritzte Kraftstoffmenge in vorbestimmter Weise auf verschiedene Einspritzungen mit vorbestimmtem Zeitablauf aufgeteilt werden kann. Das Volumen des Verteilerrohrs ist erheblich größer als die je Arbeitstakt abgespritzte Kraftstoffmenge, so dass der Druck im Verteilerrohr, der gegebenenfalls an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine angepasst werden kann, nur wenig schwankt und dadurch eine genaue Steuerbarkeit der einzelnen Einspritz- bzw. Kraftstoffmengen gegeben ist. Moderne Systeme arbeiten mit einem Kraftstoffdruck innerhalb des Verteilerrohrs von bis zu beispielsweise 2800 bar.
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Um das Common-Rail-Einspritzsystem vor unzulässig hohem Druck zu schützen und zusätzlich den Druck innerhalb des Verteilerrohrs zu stabilisieren, ist ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, das den maximalen Druck im Verteilerrohr auf einen vorbestimmten Wert von beispielsweise etwa 2900 bar begrenzt. Steigt der Druck im Verteilerrohr auf diesen Wert an, öffnet das Druckbegrenzungsventil und überschüssiger Kraftstoff wird über eine Ausströmöffnung abgegeben. Von dort strömt er beispielsweise in einen Vorratsbehälter zurück, von wo aus er erneut unter Druck gesetzt und dem Verteilerrohr zugeführt wird. Dabei ist das Druckbegrenzungsventil vorteilhafterweise derart gebaut, dass in seinem geöffneten Zustand im Verteilerrohr ein Druck von beispielsweise etwa 1000 bar aufrechterhalten wird, der einen „Notlauf” des Dieselmotors ermöglicht.
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Aus der
DE 103 55 124 B4 , von deren Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird, ist ein Druckbegrenzungsventil bekannt, bei dem der radiale Abströmkanal unmittelbar in einen im Ventilgehäuse ausgebildeten Rücklaufanschluss mündet. Die Ventilschließfeder wirkt auf das Ventilglied über einen Kolben, der mit Fluiddruck beaufschlagbar ist, um das Ventil unter Überwindung der Schließkraft der Schließfeder zu öffnen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Druckbegrenzungsventil derart weiterzubilden, dass es bei einfachem Aufbau und hoher Funktionssicherheit vielseitig einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Druckbegrenzungsventil gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil wird mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 8 in vorteilhafter Weise weitergebildet.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Figur, die einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils zeigt, beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
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Gemäß der einzigen Figur endet ein Verteilerrohr in einem Anschlussbereich 10, der mit einer abgestuften Durchgangsbohrung 12 ausgebildet ist, die einen ersten Bereich 12a enthält, der mit dem im Inneren des Verteilerrohrs herrschenden Druck beaufschlagt ist. Der erste Bereich 12a geht über eine Stufe in einen zweiten Bereich 12b mit gegenüber dem ersten Bereich 12a größerem Durchmesser über. In axialem Abstand von der Stufe weist der zweite Bereich 12b ein Innengewinde 14 auf. Zwischen einem durch die Stufe gebildeten Boden 16 und dem Innengewinde 14 führt aus dem zweiten Bereich 12b ein Durchlasskanal 18 radial durch den Anschlussteil 10 hindurch, an den eine nicht dargestellte Rücklaufleitung anschließbar ist.
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Der zweite Bereich 12b bildet eine Aufnahmeausnehmung, in die ein Ventilgehäuse 20 einschraubbar ist.
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Das Ventilgehäuse 20 ist mit einer mehrstufigen Durchgangsbohrung 22 versehen, die einen von der gemäß der Figur linksseitigen Stirnseite 24 ausgehenden Einlassabschnitt 22e aufweist. Der Einlassabschnitt 22e geht in einen ersten Bohrungsabschnitt 22a über, der gegenüber dem Einlassabschnitt 24 mit vermindertem Durchmesser ausgebildet ist. An den ersten Bohrungsabschnitt 22a schließt sich ein zweiter Bohrungsabschnitt 22b mit gegenüber dem ersten Bohrungsabschnitt größerem Durchmesser an, an den sich ein dritter Bohrungsabschnitt 22c mit gegenüber dem zweiten Bohrungsabschnitt 22b vergrößerten Durchmesser anschließt.
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Die Stirnseite 24 des Ventilgehäuses 20 ist mit einem ringförmigen, schneidenartigen Vorsprung 26 ausgebildet.
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An der Umfangsseite des Ventilgehäuses 20 ist ein dem Innengewinde 14 entsprechendes Außengewinde 28 ausgebildet, außerhalb dessen in einer Umfangsnut 30 ein Dichtring 32 aufgenommen ist.
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In dem zweiten Bohrungsabschnitt 22b ist ein Ventilschaft 34a eines Ventilglieds 34 axial beweglich unter Belassung eines Leckagespaltes geführt. Der Ventilschaft 34a endet gemäß der Figur linksseitig in einer Ventilnadel 34b mit gegenüber dem Ventilschaft kleinerem Durchmesser, deren freies Ende in dichtende Anlage an einen Ventilsitz 38 drängbar ist, der im Übergangsbereich vom ersten Bohrungsabschnitt 22a zum zweiten Bohrungsabschnitt 22b ausgebildet ist.
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Gemäß der Figur rechtsseitig endet der Ventilschaft 34a in einer Platte 34c, die den Querschnitt des dritten Bohrungsabschnitts 22c unter Belassung eines Ringspaltes ausfüllt.
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Von dem Bereich des zweiten Bohrungsabschnitts 22b, der im geschlossenen Zustand des Ventils von dem Ventilschaft 34a überdeckt wird, geht ein radialer Abströmkanal 42 aus, der in einen zwischen dem Anschlussteil und dem Ventilgehäuse ausgebildeten Ringraum 44 mündet, von dem der Durchlasskanal 18 abgeht.
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Von dem durch die Durchmesserstufe zwischen dem zweiten Bohrungsabschnitt 22b und dem dritten Bohrungsabschnitt 22c ausgebildeten Boden des dritten Bohrungsabschnittes führt eine Axialbohrung 46 in den Abströmkanal 42.
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Der Endbereich des dritten Bohrungsabschnittes 22c ist mit einem Innengewinde 48 versehen, in das ein Außengewinde 50 einer Verschlusskappe 52 einschraubbar ist. Zwischen der außenseitigen Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses 20 und einem Bund 56 der Verschlusskappe 52 ist ein Dichtring 58 angeordnet.
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Die Verschlusskappe 52 ist mit einer Sackbohrung 60 versehen, in die ein Distanzring 61 eingesetzt oder eingeschraubt ist. Eine Ventilschließfeder 62 liegt mit ihrem einen Ende an dem Distanzring 61 und mit ihrem anderen Ende an der Platte 34c des Ventilgliedes 34 an.
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Der Zusammenbau der beschriebenen Anordnung ist wie folgt:
In das Ventilgehäuse 20 wird das Ventilglied 34 eingesetzt. Die Verschlusskappe 52 wird unter Zwischenanordnung der Ventilschließfeder 62 und des Dichtrings 58 in das Ventilgehäuse 20 eingeschraubt, bis der Dichtring 58 die Verschlusskappe 52 sicher gegen das Ventilgehäuse 20 abdichtet. Die Ventilschließfeder 62 ist derart abgestimmt, dass bei in das Ventilgehäuse 20 angeschraubter Verschlusskappe 52 die Ventilnadel 34b in dichtende Anlage an den Ventilsitz 38 gedrückt wird. Die Vorspannung der Ventilschließfeder 62 kann mit dem Distanzring 61 eingestellt werden.
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Das Ventilgehäuse 20 wird anschließend in den Anschlussbereich 10 eingeschraubt, wobei der Dichtring 32 zwischen der Außenseite des Ventilgehäuses 20 und der Innenseite des dritten Bohrungsabschnittes 22c dichtet. Das Ventilgehäuse 20 wird eingeschraubt, bis der ringförmige Vorsprung 26 in dichtende Anlage gegen den Boden 16 gepresst ist.
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Die Funktion der beschriebenen Baugruppe ist wie folgt:
Wenn der im ersten Bereich 12a der Durchgangsbohrung 12 des Anschlussbereiches 10 herrschende Druck einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird das Ventilglied 36 gegen die Kraft der Ventilschließfeder 62 gemäß der Figur nach rechts bewegt. Sobald die Ventilnadel 34b vom Ventilsitz 38 abhebt, vergrößert sich die mit dem Druck im ersten Bereich 12a beaufschlagte Fläche des Ventilgliedes 34 sprunghaft, so dass es nach rechts bewegt wird, bis der Ventilschaft 34a den Einlass in den radialen Abströmkanal 42 freigibt. Dadurch kann Fluid, beispielsweise Kraftstoff, abströmen, so dass der Druck, mit dem das Ventilglied in Öffnungsrichtung gedrängt wird, abnimmt und sich dieses bei ausreichender Abnahme zurück in die Schließstellung bewegt oder je nach Druckverhältnissen eine Zwischenstellung einnimmt, in der Kraftstoff nur durch einen kleinen Leckagespalt zwischen der Außenseite des Ventilschaftes 34a und der Innenseite des zweiten Bohrungsabschnitts 22b in den Abströmkanal 42 strömen kann und ein Notlaufdruck aufrecht erhalten wird. Sobald die Abströmung in den radialen Abströmkanal 42 freigegeben wird, füllt sich bei Inbetriebnahme der die Ventilschließfeder 62 aufnehmende Raum mit Fluid und bleibt anschließend fluidgefüllt, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilgliedes durch geeignete Dimensionierung des Ringspaltes zwischen der Platte 34c und der Innenseite des dritten Bohrungsabschnittes 22c gebremst werden kann.
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In der dargestellten Ausführungsform erfolgt das Abströmen des Fluids nach außen durch den radialen Durchlasskanal 18 hindurch.
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Das geschilderte Druckbegrenzungsventil kann ohne Änderung des Ventilgehäuses 20 und des Ventilgliedes 34 auch für eine axiale Abströmung des Fluids zur Druckentlastung verwendet werden, in dem die Bodenwand der Verschlusskappe 52 mit einem Durchlasskanal 64 (gestrichelt eingezeichnet) versehen wird, an den eine nicht dargestellte Rücklaufleitung anschließbar ist. Der Anschlussteil 10 des Verteilerrohrs muss in diesem Fall keinen radialen Durchlasskanal 18 aufweisen. Alternativ können jedoch der Durchlasskanal 18 und der Durchlasskanal 64 vorgesehen sein.
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Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Beispielsweise kann die Axialbohrung 46 durch einen oder mehrere Axialkanäle ersetzt werden, die an der Innenseite des zweiten Bohrungsabschnitts 22b im Bereich zwischen dem radialen Abströmkanal 42 und dem dritten Bohrungsabschnitt 22c beispielsweise in Form von axialen Nuten ausgebildet sind und/oder in der Außenseite des Ventilschaftes 34a an geeigneter Stelle ausgebildet sind, wobei gewährleistet sein muss, dass der Ventilschaft zumindest während des ersten Teils seiner Öffnungsbewegung die Verbindung zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 22a und dem Abströmkanal 42 zumindest weitgehend abdichtet.
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Das Ventilglied 34 muss nicht zwingend mit einer Ventilnadel 34b ausgebildet sein; seine Stirnseite kann auch derart ausgebildet sein, dass sie unmittelbar in dichte Anlage an den Ventilsitz drängbar ist, wobei die geometrische Ausbildung derart ist, dass die mit dem im ersten Bereich 12a der Durchgangsbohrung 12 des Anschlussteils 10 beaufschlagte Fläche des Ventilglieds 34 bei Öffnung des Ventils zunimmt.
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Der dritte Bohrungsabschnitt muss nicht zwangsläufig einen größeren Durchmesser als der zweite Bohrungsabschnitt haben. Der erste Bohrungsabschnitt kann als Durchgangsöffnung eines Ventilsitzbauteils ausgebildet sein.
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Die Befestigung des Ventilgehäuses 20 an dem Anschlussteil 10 kann mittels einer Überwurfmutter erfolgen und so weiter.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anschlussbereich
- 12
- Durchgangsbohrung
- 12a
- erster Bereich
- 12b
- zweiter Bereich
- 14
- Innengewinde
- 16
- Boden
- 18
- Durchlasskanal
- 20
- Ventilgehäuse
- 22
- Durchgangsbohrung
- 22a
- erster Bohrungsabschnitt
- 22b
- zweiter Bohrungsabschnitt
- 22c
- dritter Bohrungsabschnitt
- 22e
- Einlassabschnitt
- 24
- Stirnseite
- 26
- ringförmiger Vorsprung
- 28
- Außengewinde
- 30
- Umfangsnut
- 32
- Dichtring
- 34
- Ventilglied
- 34a
- Ventilschaft
- 34b
- Ventilnadel
- 38
- Ventilsitz
- 34c
- Platte
- 42
- Abströmkanal
- 44
- Ringraum
- 46
- Axialbohrung
- 48
- Innengewinde
- 50
- Außengewinde
- 52
- Verschlusskappe
- 54
- Stirnfläche
- 56
- Bund
- 58
- Dichtring
- 60
- Sackbohrung
- 61
- Distanzring
- 62
- Ventilschließfeder
- 64
- Durchlasskanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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