DE102011083154A1

DE102011083154A1 - Druckregelsystem und Druckregelventil

Info

Publication number: DE102011083154A1
Application number: DE102011083154A
Authority: DE
Inventors: Matthias Bleeck; Bernd Gugel; Thomas Kraft
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-03-21
Also published as: WO2013041664A1; KR20140063864A; IN2014DN02470A; EP2758653A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckregelsystem, mit einem Druckregelventil (10) zur Regelung eines Drucks eines Fluids in einem Druckkreis (60), das aufweist ein Ventilgehäuse (12) mit einer Längsachse (L), in dem eine Ventilgehäuseausnehmung (14) mit einer Fluid-eintrittsöffnung (24) und mindestens einer Fluidaustrittsöffnung (26) angeordnet ist, wobei die Fluideintrittsöffnung (24) mit dem Druckkreis (60) hydraulisch koppelbar ist, einen in der Ventilgehäuseausnehmung (14) axial beweglich angeordneten Schließkörper (18) mit einem Dichtelement (20), wobei das Dichtelement (20) in einer Schließposition des Schließkörpers (18) mit einem Dichtsitz (30) der Ventilgehäuseausnehmung (14) fluiddicht zusammenwirkt und in einer Offenposition des Schließkörpers (18) den Fluidfluss von der Fluideintrittsöffnung (24) zu der Fluidaustrittsöffnung (26) freigibt, und eine Aktuatoreinheit (38), die ausgebildet ist zum Einwirken auf den Schließkörper (18), und einer Steuereinheit (70). Die Steuereinheit (70) ist ausgebildet zum Ansteuern der Aktuatoreinheit (38), derart, dass der Schließkörper (18) die eine vorgegebene Offenposition einnimmt zum Reduzieren eines Drucks des Fluids in dem Druckkreis (60). Die Erfindung betrifft weiter ein Druckregelventil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelsystem und ein Druckregelventil zur Regelung eines Drucks eines Fluids in einem Druckkreis.
Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, kommen Einspritzanlagen zum Einsatz, die in den letzten Jahren immer mehr als so genannte „Common-Rail“-Anlagen ausgeführt sind. Bei diesen werden die in den Brennräumen angeordneten Injektoren aus einem gemeinsamen Kraftstoffspeicher, dem Common-Rail, mit Kraftstoff versorgt. Der einzuspritzende Kraftstoff liegt dabei im Kraftstoffspeicher unter einem Druck von bis über 2000 Bar vor. Derartige Einspritzanlagen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit des zur Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdrucks.
Dies ist besonders wichtig, da immer strengere Gesetzesvorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, erlassen werden. Diese machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. So ist beispielsweise die Bildung von Ruß stark abhängig von der Aufbereitung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Dabei ist es vorteilhaft für die Senkung der Schadstoffemissionen, wenn der Kraftstoff sehr präzise in den Zylinder eingespritzt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Druckregelsystem und ein Druckregelventil zur Regelung eines Drucks eines Fluids in einem Druckkreis zu schaffen, welche einen einfachen Aufbau des Druckregelventils mit einer geringen Zahl von Bauteilen bei einer zuverlässigen und präzisen Druckregelung durch das Ventil ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Druckregelsystem, mit einem Druckregelventil zur Regelung eines Drucks eines Fluids in einem Druckkreis, das aufweist ein Ventilgehäuse mit einer Längsachse, in dem eine Ventilgehäuseausnehmung mit einer Fluideintrittsöffnung und mindestens einer Fluidaustrittsöffnung angeordnet ist, wobei die Fluideintrittsöffnung mit dem Druckkreis hydraulisch koppelbar ist, einen in der Ventilgehäuseausnehmung axial beweglich angeordneten Schließkörper mit einem Dichtelement, wobei das Dichtelement in einer Schließposition des Schließkörpers mit einem Dichtsitz der Ventilgehäuseausnehmung fluiddicht zusammenwirkt und in einer Offenposition des Schließkörpers den Fluidfluss von der Fluideintrittsöffnung zu der Fluidaustrittsöffnung freigibt, und eine Aktuatoreinheit, die ausgebildet ist zum Einwirken auf den Schließkörper, und einer Steuereinheit. Die Steuereinheit ist ausgebildet ist zum Ansteuern der Aktuatoreinheit, derart, dass der Schließkörper die eine vorgegebene Offenposition einnimmt zum Reduzieren eines Drucks des Fluids in dem Druckkreis.
Der Schließkörper nimmt die eine vorgegebene Offenposition zum Reduzieren des Drucks des Fluids in dem Druckkreis ein unabhängig davon, wie stark der Druck des Fluids in dem Druckkreis reduziert werden soll.
Dies hat den Vorteil, dass die Druckregelung in getakteter Weise erfolgen kann, indem das Druckregelventil abwechselnd in seiner Offenposition und seiner Schließposition betrieben wird. Damit kann vermieden werden, dass permanent Strom an der Aktuatoreinheit anliegt. Damit kann die für die Aktuatoreinheit aufzuwendende Energie klein gehalten werden. Des Weiteren kann ein derartiges Druckregelventil einfach und aus wenigen Bauteilen aufgebaut sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Aktuatoreinheit einen Anker auf, der mit dem Schließkörper gekoppelt ist. Das Ventilgehäuse weist an einem von der Fluideintrittsöffnung und der Fluidaustrittsöffnung distalen Ende einen das Ventilgehäuse fluiddicht abschließenden becherförmigen Abschnitt auf, und der Anker in dem becherförmigen Abschnitt angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Ventilgehäuse, der Anker und der Schließkörper in einer Baugruppe angeordnet sein können. Des Weiteren können bewegliche Teile der Aktuatoreinheit, die mit dem Schließkörper zusammenwirken, innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet sein. Damit kann das Ventilgehäuse sehr fluiddicht ausgebildet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Aktuatoreinheit eine Magnetspule auf, und die Magnetspule ist in einem Gehäuse angeordnet, das von dem Ventilgehäuse separat ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Gehäuse mit der Magnetspule gegenüber dem Ventilgehäuse verschiebbar beziehungsweise um die Längsachse drehbar angeordnet sein kann. Damit kann die Magnetspule gegenüber dem Ventilgehäuse in gewünschter Weise ausgerichtet werden. Damit kann eine sehr gute Funktion der elektromagnetischen Aktuatoreinheit erreicht werden.
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Druckregelventil zur Regelung eines Drucks eines Fluids in einem Druckkreis, das aufweist ein Ventilgehäuse mit einer Längsachse, in dem eine Ventilgehäuseausnehmung mit einer Fluideintrittsöffnung und mindestens einer Fluidaustrittsöffnung angeordnet ist, wobei die Fluideintrittsöffnung mit dem Druckkreis hydraulisch koppelbar ist, einen in der Ventilgehäuseausnehmung axial beweglich angeordneten Schließkörper mit einem Dichtelement, wobei das Dichtelement in einer Schließposition des Schließkörpers mit einem Dichtsitz der Ventilgehäuseausnehmung fluiddicht zusammenwirkt und in einer Offenposition des Schließkörpers den Fluidfluss von der Fluideintrittsöffnung zu der Fluidaustrittsöffnung freigibt, und eine elektromagnetischen Aktuatoreinheit, die ausgebildet ist zum Einwirken auf den Schließkörper, wobei die Aktuatoreinheit einen Anker aufweist, der mit dem Schließkörper gekoppelt ist. Das Ventilgehäuse weist an einem von der Fluideintrittsöffnung und der Fluidaustrittsöffnung distalen Ende einen das Ventilgehäuse fluiddicht abschließenden becherförmigen Abschnitt auf, und der Anker ist in dem becherförmigen Abschnitt angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung weist die Aktuatoreinheit eine Magnetspule auf, und die Magnetspule ist in einem Gehäuse angeordnet, das von dem Ventilgehäuse separat ausgebildet ist.
Die Vorteile des zweiten Aspekts der Erfindung korrespondieren mit den Vorteilen des ersten Aspekts der Erfindung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der einzigen schematischen Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Druckregelsystem mit einem im Längsschnitt dargestellten Druckregelventil 10 und einer Steuereinheit 70.
Das Druckregelventil 10 umfasst ein Ventilgehäuse 12 mit einer Längsachse L. In dem Ventilgehäuse 12 ist eine Ventilgehäuseausnehmung 14 angeordnet. Die Ventilgehäuseausnehmung 14 hat eine Wand 16.
In der Ventilgehäuseausnehmung 14 ist ein Schließkörper 18 angeordnet. Der Schließkörper 18 kann axial in der Ventilgehäuseausnehmung 14 bewegt werden. An einem Ende des Schließkörpers 18 ist ein Dichtelement 20 ausgebildet. Das Dichtelement 20 ist vorzugsweise als Halbkugel ausgebildet.
Die Ventilgehäuseausnehmung 14 hat eine Fluideintrittsöffnung 24 und eine Fluidaustrittsöffnung 26.
Das Druckregelventil 10 hat einen Sitzkörper 28. Der Sitzkörper 28 ist vorzugsweise separat von dem Ventilgehäuse 12 ausgebildet. In weiteren Ausführungsformen sind das Ventilgehäuse 12 und der Sitzkörper 28 einstückig miteinander ausgebildet. In dem Sitzkörper 28 sind ein Zulaufkanal 32 und eine Bohrung 34 angeordnet. Durch eine geeignete Wahl der geometrischen Abmessungen des Zulaufkanals 32 und der Bohrung 34 kann ein gewünschter Fluidstrom durch den Zulaufkanal 32 und die Bohrung 34 erreicht werden.
In einer Schließposition des Schließkörpers 18 liegt das Dichtelement 20 fluiddicht an einem Dichtsitz 30 an, der in der Wand 16 der Ventilgehäuseausnehmung 14 angeordnet ist. Damit wird ein Fluidstrom durch den Zulaufkanal 32 und die Bohrung 34 verhindert.
Nahe des Zulaufkanals 32 ist ein Filter 36 angeordnet, mittels dem Partikel, die sich in dem Fluid befinden, ausgefiltert werden können, so dass verhindert werden kann, dass sie in die Ventilgehäuseausnehmung 14 gelangen.
Das Druckregelventil 10 hat weiter eine Aktuatoreinheit 38. Die Aktuatoreinheit 38 ist vorzugsweise als elektromagnetische Aktuatoreinheit ausgebildet. Die elektromagnetische Aktuatoreinheit 38 umfasst eine Magnetspule 40, die in einem Gehäuse 42 angeordnet ist. Die elektromagnetische Aktuatoreinheit 38 umfasst weiter einen Anker 44 und einen Polkern 46. Das Ventilgehäuse 12 weist an einem von der Fluideintrittsöffnung 24 und der Fluidaustrittsöffnung 26 distalen Ende einen becherförmigen Abschnitt 47 auf, der das Ventilgehäuse 12 fluiddicht abschließt. Der Anker 44 und der Polkern 46 sind in dem becherförmigen Abschnitt 47 angeordnet. Das Ventilgehäuse 12 bildet zusammen mit dem in dem becherförmigen Abschnitt 47 angeordneten Anker 44 und dem Polkern 46 eine Baugruppe. Bei einem Zusammenbau des Druckregelventils 10 kann das Gehäuse 42 mit der Magnetspule 40 über die Baugruppe mit dem becherförmigen Abschnitt 47, dem Anker 44 und dem Polkern 46 geschoben werden, das Gehäuse 42 gegenüber dem becherförmigen Abschnitt 47 um die Längsachse L verdreht werden, so dass eine geeignete räumliche Anpassung zwischen der Magnetspule 40 einerseits und dem Anker 44 und dem Polkern 46 andererseits erreicht werden kann, und schließlich das Gehäuse 42 gegenüber dem becherförmigen Abschnitt 47 fixiert werden kann. Die Magnetspule 40 und das Gehäuse 42 sowie der becherförmige Abschnitt 47 mit dem Anker 44 und dem Polkern 46 bilden zusammen einen elektromagnetischen Kreis.
In der Ventilgehäuseausnehmung 14 insbesondere in dem becherförmigen Abschnitt 47 ist eine Feder 48 angeordnet. Die Feder 48 ist vorzugsweise in einer Ausnehmung 50 des Polkerns 46 axial zwischen dem Polkern 46 und einer Zwischenplatte 52 angeordnet. Der Anker 44, die Zwischenplatte 52 und der Schließkörper 18 sind vorzugsweise starr miteinander gekoppelt. In weiteren Ausführungsformen können der Schließkörper 18, der Anker 44 und die Zwischenplatte 52 auch in anderer Weise fest miteinander gekoppelt sein, soweit sichergestellt ist, dass eine Bewegung des Ankers 44 auf den Schließkörper 18 übertragbar ist. Die Feder 48 ist vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildet. Mittels der Feder 48 kann eine Kraft auf die Zwischenplatte 52 und damit den mit der Zwischenplatte 52 gekoppelten Schließkörper 18 ausgeübt werden.
Das Druckregelventil 10 ist mit einem Druck führenden Bauteil 54 gekoppelt. Das Druck führende Bauteil 54 ist beispielsweise eine Pumpe oder ein Rail einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine. Das Druckregelventil 10 ist teilweise in einem in dem Druck führenden Bauteil 54 ausgebildeten Druckkreis 60 angeordnet, in dem sich Fluid befindet. Das Druckregelventil 10 ist vorzugsweise mittels einer Verschraubung, einer Pressverbindung oder einer Schweißverbindung mit dem Druck führenden Bauteil 54 gekoppelt.
Im Folgenden soll die Funktion des Druckregelventils 10 im Detail beschrieben werden:
In einer Schließposition des Schließkörpers 18 wirkt das Dichtelement 20 mit dem Ventilsitz 28 der Ventilgehäuseausnehmung 14 fluiddicht zusammen. Damit kann ein Fluidstrom von dem Druckkreis 60 in die Ventilgehäuseausnehmung 14 verhindert werden. In einer Offenposition des Schließkörpers 18 ist das Dichtelement 20 von dem Sitzkörper 28 beabstandet, so dass ein Fluidfluss F von der Fluideintrittsöffnung 24 durch die Ventilgehäuseausnehmung 14 zu der Fluidaustrittsöffnung 26 ermöglicht ist.
Wird die Magnetspule 40 der elektromagnetischen Aktuatoreinheit 38 von einem elektrischen Strom durchflossen wird, kann mittels der Aktuatoreinheit 38 eine elektromagnetische Kraft auf den Anker 44 ausgeübt werden. Der Anker 44 wird von der Magnetspule 40 angezogen und bewegt sich in axialer Richtung weg von der Fluideintrittsöffnung 24. Der Anker 44 nimmt den Schließkörper 18 über die Zwischenplatte 52 mit sich. Damit bewegt sich der Schließkörper 18 in axialer Richtung weg von der Fluideintrittsöffnung 24 in eine Offenposition. Damit kann Fluid von der Fluideintrittsöffnung 24 über den Zulaufkanal 32 und die Bohrung 34 zu der Fluidaustrittsöffnung 26 gelangen.
Wird der Strom durch die Magnetspule 40 der Aktuatoreinheit 38 unterbrochen, kann die Feder 48 den Schließkörper 18 in axialer Richtung in seine Schließposition bewegen. Ob der Schließkörper 18 seine Schließposition oder seine Offenposition einnimmt, ist abhängig von dem Kräftegleichgewicht zwischen der Kraft, die von der elektromagnetischen Aktuatoreinheit 38 auf den Schließkörper 18 ausgeübt wird, und der durch die Feder 48 auf den Schließkörper 18 wirkenden Kraft.
Soll ein Fluidvolumen aus dem Druckkreis 60 entnommen werden, so wird die Magnetspule 40 bestromt und der Schließkörper 18 gelangt in die eine vorgegebene Offenposition zum Reduzieren des Drucks des Fluids in dem Druckkreis 60. Diese eine vorgegebene Offenposition des Schließkörpers 18 wird solange beibehalten, bis ein bestimmtes Fluidvolumen aus dem Druckkreis 60 entnommen ist. Dabei kann sich der Volumenstrom über die Druckdifferenz zwischen der Fluideintrittsöffnung 24 und der Fluidaustrittsöffnung 26 und die geometrischen Maße des Zulaufkanals 32 und der Bohrung 34 einstellen. Ist dem Druckkreis 60 ein ausreichendes Volumen an Fluid entnommen worden, so kann die Stromzufuhr zu der Magnetspule unterbrochen werden, und der Schließkörper 18 kann wieder in seine Schließposition gelangen.
Ein derartiges Druckregelventil 10 hat den Vorteil, dass es als digitales Druckregelventil ausgebildet sein kann, und die Magnetspule 40 nicht dauerhaft von einem elektrischen Strom durchflossen werden muss. Die Aktuatoreinheit 38 muss nur dann betätigt werden, wenn der vorgegebene Wert des Drucks des Fluids in dem Druckkreis 60 überschritten wird. Damit kann der Energieverbrauch des Druckregelventils 10 klein gehalten werden.
Des Weiteren kann vermieden werden, dass ein dauerhafter Volumenstrom des Fluids für die Druckregelung zur Verfügung gestellt werden muss. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Druckregelventils 10 besteht darin, dass die Zahl der Bauteile klein sein kann.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren, so dass auch derartige Anordnungen von der Erfindung umfasst sind.

Claims

Druckregelsystem, mit – einem Druckregelventil (10) zur Regelung eines Drucks eines Fluids in einem Druckkreis (60), das aufweist – ein Ventilgehäuse (12) mit einer Längsachse (L), in dem eine Ventilgehäuseausnehmung (14) mit einer Fluideintrittsöffnung (24) und mindestens einer Fluidaustrittsöffnung (26) angeordnet ist, wobei die Fluideintrittsöffnung (24) mit dem Druckkreis (60) hydraulisch koppelbar ist, – einen in der Ventilgehäuseausnehmung (14) axial beweglich angeordneten Schließkörper (18) mit einem Dichtelement (20), wobei das Dichtelement (20) in einer Schließposition des Schließkörpers (18) mit einem Dichtsitz (30) der Ventilgehäuseausnehmung (14) fluiddicht zusammenwirkt und in einer Offenposition des Schließkörpers (18) den Fluidfluss von der Fluideintrittsöffnung (24) zu der Fluidaustrittsöffnung (26) freigibt, und – eine Aktuatoreinheit (38), die ausgebildet ist zum Einwirken auf den Schließkörper (18), und – einer Steuereinheit (70), wobei die Steuereinheit (70) ausgebildet ist zum Ansteuern der Aktuatoreinheit (38), derart, dass der Schließkörper (18) die eine vorgegebene Offenposition einnimmt zum Reduzieren eines Drucks des Fluids in dem Druckkreis (60).
Druckregelsystem nach Anspruch 1, wobei die Aktuatoreinheit (38) einen Anker (44) aufweist, der mit dem Schließkörper (18) gekoppelt ist, und wobei das Ventilgehäuse (12) an einem von der Fluideintrittsöffnung (24) und der Fluidaustrittsöffnung (26) distalen Ende einen das Ventilgehäuse (12) fluiddicht abschließenden becherförmigen Abschnitt (47) aufweist, und der Anker (44) in dem becherförmigen Abschnitt (47) angeordnet ist.
Druckregelsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aktuatoreinheit (38) eine Magnetspule (40) aufweist, und die Magnetspule (40) in einem Gehäuse (42) angeordnet ist, das von dem Ventilgehäuse (12) separat ausgebildet ist.
Druckregelventil (10) zur Regelung eines Drucks eines Fluids in einem Druckkreis (60), das aufweist – ein Ventilgehäuse (12) mit einer Längsachse (L), in dem eine Ventilgehäuseausnehmung (14) mit einer Fluideintrittsöffnung (24) und mindestens einer Fluidaustrittsöffnung (26) angeordnet ist, wobei die Fluideintrittsöffnung (24) mit dem Druckkreis (60) hydraulisch koppelbar ist, – einen in der Ventilgehäuseausnehmung (14) axial beweglich angeordneten Schließkörper (18) mit einem Dichtelement (20), wobei das Dichtelement (20) in einer Schließposition des Schließkörpers (18) mit einem Dichtsitz (30) der Ventilgehäuseausnehmung (14) fluiddicht zusammenwirkt und in einer Offenposition des Schließkörpers (18) den Fluidfluss von der Fluideintrittsöffnung (24) zu der Fluidaustrittsöffnung (26) freigibt, und – eine elektromagnetischen Aktuatoreinheit (38), die ausgebildet ist zum Einwirken auf den Schließkörper (18), wobei die Aktuatoreinheit (38) einen Anker (44) aufweist, der mit dem Schließkörper (18) gekoppelt ist, wobei das Ventilgehäuse (12) an einem von der Fluideintrittsöffnung (24) und der Fluidaustrittsöffnung (26) distalen Ende einen das Ventilgehäuse (12) fluiddicht abschließenden becherförmigen Abschnitt (47) aufweist, und der Anker (44) in dem becherförmigen Abschnitt (47) angeordnet ist.
Druckregelventil (10) nach Anspruch 4, wobei die Aktuatoreinheit (38) eine Magnetspule (40) aufweist, und die Magnetspule (40) in einem Gehäuse (42) angeordnet ist, das von dem Ventilgehäuse (12) separat ausgebildet ist.