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Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Ventil zur Druckregelung und/oder Druckbegrenzung.
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Stand der Technik
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Zur Druckregelung und/oder Druckbegrenzung finden in einem Kraftstoffeinspritzsystem regelmäßig Überströmventile und/oder Druckbegrenzungsventile Einsatz. Die Anordnung erfolgt bevorzugt in einem Niederdruckbereich, weiterhin bevorzugt im Zulaufbereich einer Hochdruckpumpe. Die Ventile werden hierzu in eine Gehäusebohrung der Hochdruckpumpe oder einer sonstigen Komponente des Systems eingeschraubt.
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Ein entsprechendes Überströmventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 042 089 A1 hervor. Das Ventil umfasst ein Ventilgehäuse mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Ausgang durch einen Steuerkolben verschließbar ist, der gegen die Kraft einer Druckfeder verschiebbar ist. Die Druckfeder ist in einem Federraum des Ventilgehäuses aufgenommen und der Steuerkolben im Ventilgehäuse verschiebbar geführt. Um eine unerwünschte Geräuschentwicklung zu vermeiden, ist der Federraum mit dem Eingang des Ventilgehäuses durch zumindest eine Druckausgleichsleitung verbunden. Die Druckausgleichsleitung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie den Steuerbolzen parallel zur Bewegungsrichtung auf seiner ganzen Länge durchdringt. Dadurch sollen die Herstellungskosten gering gehalten und die Montage vereinfacht werden.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kompaktbauendes Hydraulikventil zur Druckregelung und/oder Druckbegrenzung in einem Kraftstoffeinspritzsystem bereit zu stellen, das bei gleichzeitiger Dämpfung der Bewegung des Ventilelementes strömungswegoptimiert ist. Insbesondere soll die Zahl der Anschlüsse reduziert und die Montage des Ventils vereinfacht werden. Ferner soll der Einbau eines solchen Ventils in ein Kraftstoffeinspritzsystem sich günstig auf die Herstellungskosten auswirken.
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Die Aufgaben werden gelöst durch ein Hydraulikventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Hydraulikventil zur Druckregelung und/oder Druckbegrenzung in einem Kraftstoffeinspritzsystem umfasst ein einen Eingang und einen Ausgang aufweisendes Ventilgehäuse, ein im Ventilgehäuse aufgenommenes, axial verschiebbar geführtes Ventilelement, über dessen axiale Verschiebung eine Verbindung des Eingangs mit dem Ausgang herstellbar ist, sowie ein in einem Federraum des Ventilgehäuses aufgenommenes Federelement, welches das Ventilelement in axialer Richtung mit einer Druckkraft beaufschlagt. Erfindungsgemäß umfasst der Ausgang des Ventilgehäuses eine Axialbohrung und/oder wenigstens zwei axial zueinander beabstandete Radialbohrungen, über welche sowohl eine Absteuermenge abführbar als auch der Federraum entlastbar ist. Die axial zueinander beabstandeten Radialbohrungen sind dabei über eine außenumfangseitig im Ventilgehäuse ausgebildete Längsnut oder Abflachung miteinander verbunden.
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Die gewünschte Strömungswegoptimierung wird demnach vorliegend dadurch erreicht, dass wenigsten zwei Ausgänge zusammengelegt werden, indem eine Axialbohrung als gemeinsamer Ausgang dient oder zwei als Radialbohrungen ausgeführte Ausgänge über eine Längsnut oder Abflachung zusammengeführt werden. Die außenumfangseitig am Ventilgehäuse angeordnete Längsnut oder Abflachung bildet zusammen mit der Wandung einer Gehäusebohrung, in welcher das Ventil aufgenommen ist, einen Strömungskanal aus, welcher vorzugsweise über eine Rücklaufleitung mit einem Kraftstofftank verbindbar ist. Die Rücklaufleitung kann wiederum als Gehäusebohrung ausgeführt sein. Dadurch, dass die Ausgänge zur Abführung der Absteuermenge und zur Entlastung des Federraumes zusammengelegt werden, kann die Anzahl der Anschlüsse an eine Rücklaufleitung und demzufolge auch die Anzahl der Gehäusebohrungen zur Ausbildung einer solchen Rücklaufleitung reduziert werden. Dadurch verringern sich die Herstellungskosten und der Montageaufwand sinkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Federraum in axialer Richtung einerseits von dem Ventilelement und andererseits von einem im Ventilgehäuse aufgenommenen Einstellelement begrenzt, an welchem das Federelement abgestützt ist. Das Einstellelement ermöglicht die Einstellung der axialen Druckkraft, mit welcher das Federelement das Ventilelement beaufschlagt, und damit die Einstellung des Öffnungsdrucks des Ventils. Hierzu ist vorzugsweise die axiale Lage des Einstellelementes innerhalb des Ventilgehäuses veränderbar. Weiterhin vorzugsweise ist das Einstellelement hülsenförmig ausgebildet und umschließt ein Dämpfungsvolumen, das über wenigstens eine Radialbohrung und/oder Axialbohrung im Ventilgehäuse entlastbar ist. Bei einer topfartigen Ausbildung und einem als Axialbohrung ausgeführten gemeinsamen Ausgang, weist das Einstellelement in einem Bodenbereich vorzugsweise ebenfalls eine Axialbohrung auf.
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Weiterhin bevorzugt ist der Eingang des Ventilgehäuses als Axialbohrung ausgeführt und das dem Eingang zugewandte Ende des Ventilelementes besitzt eine strömungsoptimierte Kontur, wobei die strömungsoptimierte Kontur im Wesentlichen konvex geformt ist. Über die konvexe Kontur kann eine Umlenkung des Kraftstoffstroms in Richtung eines Ausgangs bewirkt werden, wodurch sich die Strömungsverhältnisse verbessern. Zugleich wird Kavitationsproblemen entgegen gewirkt. Die konvexe Kontur kann zugleich als Dichtkontur dienen, die mit einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Dichtsitz zusammenwirkt.
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Alternativ oder ergänzend kann das Ventilelement eine außenumfangseitig ausgebildete, ringförmige Steuerkante besitzen. Wird die Steuerkante in axialer Richtung hinter eine als Ausgang dienende Radialbohrung im Ventilgehäuse bewegt, öffnet das Ventil und die Absteuermenge kann über die Radialbohrung einer Rücklaufleitung zugeführt werden. Vorteilhafterweise begrenzt die Steuerkante eine strömungsoptimierte Kontur, die im Wesentlichen konkav geformt ist. Über die konkav geformte Kontur wird der Kraftstoffstrom wiederum umgelenkt und der Steuerkante bzw. dem Ausgang zugeführt. Dadurch kann die Strömungsführung weiter optimiert werden. Die konvex und konkav geformten Konturen des Ventilelementes können unmittelbar ineinander übergehen oder mittelbar über einen gerade verlaufenden Abschnitt verbunden sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ventilelement als Hohlkörper ausgebildet und im Wesentlichen axial durchströmbar. Das heißt, dass der Ventilraum und der Federraum in hydraulischer Verbindung stehen. Die Verbindung kann über eine das Ventilelement vollständig durchsetzende Axialbohrung und/oder wenigstens eine mit der Axialbohrung in Verbindung stehende Radialbohrung geschaffen werden. Im Falle der Radialbohrung ist diese bevorzugt im Bereich einer strömungsoptimierten Kontur angeordnet. Vom Federraum aus kann die Absteuermenge wiederum über eine Axial- oder wenigstens eine Radialbohrung im Ventilgehäuse abgeführt werden. Erfolgen das Anströmen und Abströmen des Kraftstoffs jeweils in axialer Richtung, kann eine Strömungsumlenkung entfallen. Der Aufbau des Ventils sowie dessen Montage können dadurch weiter vereinfacht werden.
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Als weiterbildende Maßnahme wird ferner vorgeschlagen, dass das Ventilgehäuse eine den Eingang einfassende Dichtkontur besitzt, welche konusförmig und/oder sphärisch geformt ist. Die Dichtkontur kann bei Einbau des Ventils in eine Gehäusebohrung mit einem hierin ausgebildeten Dichtsitz zusammenwirken. Auf diese Weise können zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen, wie beispielsweise das Anordnen von Dichtelementen wie O-Ringe und dergleichen, entfallen. Der Entfall solcher Dichtelemente ermöglicht zudem das Einpressen des Ventils in die Gehäusebohrung. Auf eine Gewindeausbildung am Ventilgehäuse und/oder in der das Ventil aufnehmenden Gehäusebohrung kann demnach verzichtet werden, was wiederum die Herstellungskosten senkt. Statt Einschrauben wird das Ventil einfach auf Position in die Gehäusebohrung eingepresst.
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Vorzugsweise findet das erfindungsgemäße Ventil als Überströmventil oder Druckbegrenzungsventil Einsatz.
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Des Weiteren wird ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine beansprucht, das ein erfindungsgemäßes Hydraulikventil zur Druckregelung und/oder Druckbegrenzung umfasst. Das Hydraulikventil ist dabei vorzugsweise im Niederdruckbereich des Systems angeordnet. Weiterhin vorzugsweise ist das Hydraulikventil in einer Gehäusebohrung einer Hochdruckpumpe aufgenommen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems ist das Hydraulikventil in die Gehäusebohrung der Hochdruckpumpe eingepresst. Alternativ oder ergänzend kann das Ventilgehäuse eine Dichtkontur besitzen, welche mit einem in der Gehäusebohrung ausgebildeten Dichtsitz dichtend zusammenwirkt.
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Bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Hydraulikventils werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,
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2 eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform der 1,
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3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform und
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4 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 dargestellte Hydraulikventil umfasst ein Ventilgehäuse 1 mit einem als Axialbohrung ausgeführten Eingang 2 und einem als Radialbohrung ausgeführten Ausgang 3, welcher über eine axiale Verschiebung eines Ventilelementes 4 freigebbar ist. Das Ventilelement 4 ist hülsenförmig mit einem kalottenförmigen, dem Eingang 2 zugewandten Ende ausgebildet. Die Kalottenform bewirkt eine strömungsoptimierte konvexe Kontur 9, die zugleich als Dichtkontur dient. Hierbei wirkt die Kontur 9 mit einem im Ventilgehäuse 1 ausgebildeten konusförmigen Dichtsitz 13 zusammen. An die konvex geformte Kontur 9 schließt mittelbar über einen zylinderförmigen Abschnitt eine weitere strömungsoptimierte Kontur 11 an, die diesmal jedoch konkav ausgebildet ist. Über die Konturen 9, 11 wird der das Ventil anströmende Kraftstoffstrom in Richtung einer Steuerkante 10 umgelenkt, über welche der Kraftstoff in Offenstellung des Ventils abströmen kann. Das Öffnen des Ventils erfordert eine axiale Verschiebung des Ventilelementes 4, so dass die Steuerkante 10 hinter die als Ausgang 3 dienende Radialbohrung 3.2 gelangt. Hierbei muss die Federkraft eines Federelementes 6 überwunden werden, das am Ventilelement 4 abgestützt ist und das Ventilelement 4 in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt. Das andere Ende des Federelementes 6 ist an einem Einstellelement 8 abgestützt, das topfförmig ausgebildet ist und einen Federraum 5 begrenzt, in welchem das Federelement 6 aufgenommen ist. Der Federraum 5 dient als Dämpfungsvolumen zur Dämpfung der Bewegung des Ventilelementes 4. Das Dämpfungsvolumen ist zur Entlastung über einen als Radialbohrung 3.3 im Ventilgehäuse 1 ausgebildeten Ausgang 3 an eine Rücklaufleitung (nicht dargestellt) anschließbar. Um die Zahl der Anschlüsse zu reduzieren, sind die Radialbohrungen 3.2 und 3.3 über eine außenumfangseitig im Ventilgehäuse 1 ausgebildete Längsnut 7 verbunden (siehe 2). Auf diese Weise ist nur ein Anschluss an eine gemeinsame Rücklaufleitung erforderlich. In Abhängigkeit von der Anzahl der Radialbohrungen 3.2 und 3.3, welche jeweils über eine Längsnut 7 verbundene Bohrungspaare bilden, ist die Anzahl der Längsnuten 7 gewählt. Vorliegend weist das Ventilgehäuse 1 wenigstens 2 Radialbohrungen 3.2 als Absteuerbohrungen und 2 Radialbohrungen 3.3 als Dämpfungs- bzw. Entlastungsbohrungen auf. Die Anzahl der Längsnuten 7 beträgt demnach ebenfalls 2. Es können jedoch auch jeweils mehr als zwei Bohrungen 3.2, 3.3 über den Umfang des Ventilgehäuses 1 verteilt angeordnet sein.
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Das Ventilgehäuse 1 weist eingangsseitig ferner eine Dichtkontur 12 auf, mit welcher es in eine Gehäusebohrung (nicht dargestellt) derart einpressbar ist, dass es mit einem in der Gehäusebohrung ausgebildeten Dichtsitz dichtend zusammenwirkt. Die Ausbildung der Dichtkontur 12 macht die Anordnung von O-Ringen oder sonstigen Dichtelementen entbehrlich.
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Das in der 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der 1 dadurch, dass das kalottenförmig ausgebildete Ende des Ventilelementes 4 zusätzlich von einer Axialbohrung 16 durchsetzt ist, so dass der Federraum 5 und der Ventilraum 17 hydraulisch verbunden sind. Da nunmehr im Federraum 5 der gleiche Druck wie im Ventilraum 17 herrscht, wird die Dämpfungswirkung verstärkt.
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Das ferner in der 4 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydraulikventils unterscheidet sich von den vorangegangenen dadurch, dass es im Wesentlichen axial durchströmt wird. Das kalottenförmige Ende des Ventilelementes 4 weist hierzu mehrere Radialbohrungen 15 auf, welche den Ventilraum 17 mit dem Federraum 5 verbinden. Die strömungsoptimierte Kontur 9 lenkt den Kraftstoffstrom in Richtung der Radialbohrungen 15. Die gesamt Absteuermenge wird demnach durch den Federraum 5 geführt. Der Anschluss an eine Rücklaufleitung (nicht dargestellt) erfolgt über jeweils eine Axialbohrung 14, 3.1 im Einstellelement 8 bzw. Ventilgehäuse 1. Anstelle der Radialbohrungen 15 kann im Ventilelement 4 ebenfalls eine Axialbohrung vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008042089 A1 [0003]
