DE102011087664B4

DE102011087664B4 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE102011087664B4
Application number: DE201110087664
Authority: DE
Inventors: Matthias Bleeck; Bernd Gugel; Burhan Dagdelen
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2031-12-03
Also published as: DE102011087664A1; WO2013079693A1

Abstract

Ventilanordnung, umfassend: – ein Volumenstromsteuerventil (110), das ausgebildet ist zum Einstellen eines Fluidzuflusses in eine Pumpe, – ein Rückschlagventil (120), das stromabwärts des Volumenstromsteuerventils (110) mit dem Volumenstromsteuerventil (110) gekoppelt ist und das als Rollfeder ausgebildet ist, wobei die Rollfeder einen ersten (122) und einen zweiten (123) Endbereich aufweist, wobei der erste Endbereich (122) so angeordnet ist, dass der erste Endbereich (122) den zweiten Endbereich (123) überlappt, so dass das Rückschlagventil (120) einen Fluidfluss durch das Rückschlagventil (120) sperrt, wenn der erste Endbereich (122) in Kontakt mit dem zweiten Endbereich (123) ist, und einen Fluidfluss freigibt, wenn zwischen dem ersten Endbereich (122) und dem zweiten ndbereich (123) ein Zwischenraum (125) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, insbesondere eine Ventilanordnung für eine Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine.
Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine oder Benzinbrennkraftmaschine, kommen Einspritzanlagen zum Einsatz, die als sogenannte Common-Rail Anlagen ausgeführt sind. Bei diesen werden in den Brennräumen angeordnete Injektoren aus einem gemeinsamen Kraftstoffspeicher, dem Common Rail, mit Kraftstoff versorgt. Der einzuspritzende Kraftstoff liegt dabei im Kraftstoffspeicher unter einem Druck von bis zu über 2000 bar vor.
Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise verschiedene Pumpen auf, mittels derer Kraftstoff gefordert wird, um in Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht zu werden. Derartige Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit des zur Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdrucks. Dabei unterliegen die Pumpen, die den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen, in Speichereinspritzsystemen starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen. Von den einzelnen Bauteilen von derartigen Hochdruckpumpen, beispielsweise den Ventilen, müssen große Kräfte aufgenommen werden können.
Die EP 1 291 563 A2 und EP 1 703 184 A1 zeigen jeweils ein Rückschlagventil mit einem zu einem Ring gebogenen Band als Schließelement. Zum Schließen des Rückschlagventils verschließt des Schließelement Bohrungen einer Hülse.
Die DE 10 2010 018 200 A1 beschreibt ein Ventil, das Öffnungen aufweist, die mittels einem als gebogenes Federband ausgebildetem Rückschlagventil verschließbar sind.
Die WO 2008/034879 A1 und WO 2008/025808 A1 zeigen jeweils ein Ventil bei dem zum Verhindern eines Fluidflusses durch das Ventil ein elastischer Ring gegen Durchgänge eines Gehäuses gedrückt wird und so die Durchgänge verschließt.
Es ist wünschenswert, eine Ventilanordnung anzugeben, die einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglicht und dabei einem geringen Verschleiß unterliegt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Ventilanordnung ein Volumenstromsteuerventil, das ausgebildet ist zum Einstellen eines Fluidzuflusses in eine Pumpe. Die Ventilanordnung umfasst ein Rückschlagventil, des stromabwärts des Volumenstromsteuerventils mit dem Volumenstromsteuerventil gekoppelt ist. Des Rückschlagventil ist als Rollfeder ausgebildet. Die Rollfeder weist einen ersten und einen zweiten Endbereich auf, wobei der erste Endbereich so angeordnet ist, dass der erste Endbereich den zweiten Endbereich überlappt, so dass das Rückschlagventil einen Fluidfluss durch des Rückschlagventil sperrt, wenn der erste Endbereich in Kontakt mit dem zweiten Endbereich ist, und einen Fluidfluss freigibt, wenn zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich ein Zwischenraum ist.
Durch das als Rollfeder ausgebildete Rückschlagventil ist das Volumenstromsteuerventil vor Druckspitzen aus dem stromabwärts gelegenen Bereich geschützt. Die Ventilanordnung ist insbesondere Teil eines Hochdruckeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs. Druckspitzen aus dem Hochdruckbereich, der stromabwärts des Volumenstromsteuerventils angeordnet ist, werden durch das Rückschlagventil abgedämpft beziehungsweise wird durch das Rückschlagventil verhindert, dass die Druckspitzen in innere Bereiche des Volumenstromsteuerventils gelangen. Die Rollfeder ist so ausgebildet, dass sie sich bei einem Volumenstrom aus dem Volumenstramsteuerventil aufweitet und den Fluidfluss durch das Volumenstromsteuerventil in Richtung des Hochdruckbereichs freigibt. Ein Fluidfluss in die entgegen gesetzte Richtung aus dem Hochdruckbereich in die inneren Bereiche des Volumenstromsteuerventils wird durch die Rollfeder verhindert, da diese durch einen derartigen Fluidfluss zusammengepresst wird. In dem zusammengepressten Zustand ist die Rollfeder fluiddicht.
Gemäß Ausführungsformen weist das Volumenstromsteuerventil ein Gehäuse mit einer Längsachse auf, das einen Fluideinlass und einen Fluidauslass umgibt. Die Rollfeder umgibt das Gehäuse koaxial zur Längsachse. Somit ist ein zuverlässiger Schutz des Volumenstromsteuerventils möglich. Die Rollfeder ist insbesondere so angeordnet, dass sie eine Kontaktfläche mit dem Gehäuse aufweist. Die Rollfeder und das Gehäuse weisen gemäß Ausführungsformen einen direkten Kontakt zueinander auf. Die Rollfeder ist um das Gehäuse gewickelt,
Gemäß Ausführungsformen weist die Rollfeder einen Mittelbereich auf, der zwischen dem ersten und dem zweiten Endbereich angeordnet ist und der einlagig ausgebildet ist.
Gemäß Ausführungsformen hat der Mittelbereich einen größeren Anteil an der Rollfeder als die überlappenden Endbereiche. Insbesondere ist die Rollfeder aus einem spiralförmigen Blech ausgebildet.
Die überlappenden Endbereiche sind in dem abdichtenden Zustand des Rückschlagventils aneinander gepresst. Dadurch wird ein Fluidfluss durch das Rückschlagventil verhindert, da das Fluid nicht zwischen die beiden überlappenden Endbereiche gelangen kann. Ein Fluidfluss in Richtung des Hochdruckbereichs wird durch das Rückschlagventil freigegeben, da das Fluid aus dem inneren der Rollfeder nach außen fließt und dabei den ersten Endbereich von dem zweiten Endbereich abhebt, so dass ein Zwischenraum zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich liegt. Durch diesen Zwischenraum fließt das Fluid. Die Rollfeder ist so ausgebildet, dass lediglich die beiden Endbereiche überlappen und der Großteil der Rollfeder ohne Überlappung ausgebildet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ventilanordnung gemäß einer Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung eines Rückschlagventils gemäß einer Ausführungsform in einem ersten Zustand, und
3 eine schematische Darstellung des Rückschlagventils in einem weiteren Zustand.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Ventilanordnung 100. Die Ventilanordnung 100 weist ein Volumenstromsteuerventil 110 auf. Die Ventilanordnung 100 weist weiterhin ein Rückschlagventil 120 auf.
Das Volumenstromsteuerventil 110 ist dazu ausgebildet, einen Fluidfluss in eine Hochdruckpumpe einzustellen, die stromabwärts des Volumenstromsteuerventils 110 angeordnet ist. Das Volumenstromsteuerventil 110 weist ein Gehäuse 111 mit einer Längsachse L auf. Das Gehäuse 111 umgibt einen Fluideinlass 112 und einen Fluidauslass 113. Zwischen dem Fluideinlass 112 und dem Fluidauslass 113 ist ein Ventilstößel 114 angeordnet. Der Ventilstößel 114 wirkt mit einem Ventilsitz 115 zusammen. Abhängig von der axialen Stellung des Ventilstößels 114 ist ein Fluidfluss von dem Fluideinlass 112 zu dem Fluidauslass 113 ermöglicht. Wenn der Ventilstößel 114 auf dem Dichtsitz 115 anliegt, ist ein Fluidfluss von dem Fluideinlass 112 zu dem Fluidauslass 113 unterbunden.
Der Ventilstößel 114 ist durch einen Aktuator 117 bewegbar. Der Aktuator 117 ist beispielsweise ein magnetischer Aktuator oder ein piezoelektrischer Aktuator. Eine Feder 116, die zwischen dem Gehäuse 111 und dem Ventilstößel 114 angeordnet ist, wirkt eine Federkraft auf den Ventilstößel 114 aus, die entgegen einer Aktuatorkraft des Aktuators 117 gerichtet ist. Die Feder 116 ist dazu ausgebildet, den Ventilstößel 114 gegen den Dichtsitz 115 zu drücken. Das Volumenstromsteuerventil 110 steuert den hydraulischen Volumenstrom durch das Volumenstromsteuerventil 110 in Abhängigkeit eines elektrischen Steuerstroms, der an dem Aktuator 117 anliegt. In Abhängigkeit dieses Steuerstroms wird ein hydraulischer Querschnitt eingestellt, der abhängig von dem Abstand zwischen dem Ventilstößel 114 und dem Dichtsitz 115 ist. Der hydraulische Querschnitt ist abhängig von dem vorgegebenen Volumenstrom.
Das Rückschlagventil 120 ist als Rollfeder ausgebildet. Die Rollfeder (2) ist in Aufsicht kreisförmig beziehungsweise spiralförmig ausgebildet. Die Rollfeder ist aus einem Blechstreifen gebildet, der so aufgerollt ist, dass ein erster Endbereich 122 einen zweiten Endbereich 123 überlappt. Ein Mittelbereich 124 zwischen den beiden Endbereichen 122 und 123 ist einlagig ausgebildet und weist keinen Bereich der Rollfeder auf, die ihn überlappt.
Die Rollfeder ist an dem Gehäuse 111 im Bereich des Fluidauslasses 113 angeordnet. Die Rollfeder weist eine gemeinsame Kontaktfläche 121 mit dem Gehäuse 111 auf. Das Gehäuse 111 und die Rollfeder berühren einander. Die Kontaktfläche 121 umgibt das Gehäuse 111 kreisförmig. Die Rollfeder ist koaxial zur Längsachse L an dem Gehäuse 111 angeordnet. Die Rollfeder ist insbesondere so mit dem Gehäuse 111 verbunden, dass die Kontaktfläche 111 fluiddicht ist. Für das Fluid ist es lediglich möglich das Gehäuse 111 und das Rückschlagventil 120 durch einen Zwischenraum 125 zu verlassen. Der Zwischenraum 125 entsteht zwischen den beiden Endbereichen 122 und 123, wenn der erste Endbereich 122 beabstandet von dem zweiten Endbereich 123 ist.
Das Rückschlagventil 120 sperrt einen Fluidfluss von außerhalb in den Fluidauslass 113, wenn der erste Endbereich 122 in Kontakt mit dem zweiten Endbereich 123 ist (3). Das Fluid drückt den ersten Endbereich 122 auf den zweiten Endbereich 123 und somit ist kein Durchströmen der Rollfeder zwischen den beiden Endbereichen 122 und 123 aus dem Hochdruckbereich A in Richtung des Niederdruckbereichs P möglich.
In Betrieb gibt das Rückschlagventil 120 den Fluidfluss von dem Fluideinlass 112 zu dem Fluidauslass 113 und weiter zu der stromabwärts angeordneten Pumpe frei, wenn der Druck auf der dem Volumenstromsteuerventil 110 zugewandten Seite des Rückschlagventils 120 größer ist als der Druck auf der dem Volumenstromsteuerventil 110 abgewandten Seite des Rückschlagventils 120. Der erste Endbereich 122 wird von dem zweiten Endbereich 123 durch das Fluid, das aus dem Fluidauslass 113 strömt, abgedrückt (2). Das Fluid strömt durch den dabei entstandenen Zwischenraum 125 zwischen dem ersten Endbereich 122 und dem zweiten Endbereich 123. Das Fluid fließt aus einem Niederdruckbereich P durch das Volumenstromsteuerventil 110 und das Rückschlagventil 120 zu einem Hochdruckbereich A.
Bei Druckspitzen aus dem Hochdruckbereich A des Einspritzsystems wird das Rückschlagventil 120 zusammengepresst, so dass der Fluiddruck, der von außen auf das Rückschlagventil 120 einwirkt, größer ist als der Fluiddruck im Fluidauslass 113 (3). Der Endbereich 122 wird in Richtung des Endbereich 123 gedrückt und gelangt in Kontakt mit dem Endbereich 123. Die beiden Endbereiche 122 und 123 werden zusammengepresst und dichten somit das Rückschlagventil 120 ab, so dass die Druckspitzen nicht in das Innere des Volumenstromsteuerventils 110 gelangen können.
Durch die Ventilanordnung 100 mit dem Volumenstromsteuerventil 110 und dem Rückschlagventil 120, das als Rollfeder ausgebildet ist, wird das Steuerverhalten des Volumenstromsteuerventils 110 verbessert, da die Druckspitzen aus dem Hochdruckbereich der Pumpe nicht ins Innere des Volumenstromsteuerventils 110 beziehungsweise ins Innere des Gehäuses 111 gelangen. Eine Kraft auf den Ventilstößel 114 durch die Druckspitzen, die eine Bewegung des Ventilstößels 114 zur Folge hat, wird vermieden. Dadurch ist eine präzise und zuverlässige Steuerung möglich.
Durch das Rückschlagventil 120, das als Rollfeder ausgebildet ist, wird auf einfache und kostengünstige Weise das Volumenstromsteuerventil 110 geschützt. Da die Druckspitzen nicht in das Innere des Volumenstromsteuerventils 110 gelangen, werden die Bauteile des Volumenstromsteuerventils 110 geschützt, insbesondere die Magnetbauteile des Aktuators 117. Die Druckspitzen, die herkömmlich zu einer schnellen und unkontrollierten Bewegung beispielsweise des Ventilstößels 114 führen, werden gedämpft beziehungsweise vollkommen abgeblockt und somit die Bauteile des Volumenstromsteuerventils 110 gegen ein Bersten geschützt. Insbesondere wird der Magnet des Aktuators 117 geschützt, da die Druckspitzen nicht im Inneren des Magneten wirken. Somit ist ein zuverlässiger Betrieb möglich.
Weiterhin ist es möglich die Magnetbauteile des Aktuators 117 kleiner zu dimensionieren und die Federvorspannung der Feder 116 zu reduzieren im Vergleich zu herkömmlichen Volumenstromsteuerventilen 110 ohne das Rückschlagventil 120. Da die Vorspannung des Ventilstößels 114 zwischen dem Aktuator 117 und der Feder 116 keine Pulsation durch Druckspitzen mehr ausgleichen muss, ist die Feder auch bei einer reduzierten Federvorspannung und kleiner dimensionierten Magnetbauteilen stabil zwischen der Feder 116 und dem Aktuator 117 angeordnet.
Das Volumenstromsteuerventil 110 ist in den dargestellten Ausführungsformen als Sitzventil ausgebildet. Das Volumenstromsteuerventil 110 ist gemäß weiteren Ausführungsformen in einer anderen Bauweise ausgebildet, beispielsweise in einer Schiebebauweise ausgeführt, die eine Druckkompensation aufweist. Das Rückschlagventil 120 dient bei derartigen Ausführungsformen in erster Linie zum Schutz der Magnetbauteile des Volumenstromsteuerventils.

Claims

Ventilanordnung, umfassend: – ein Volumenstromsteuerventil (110), das ausgebildet ist zum Einstellen eines Fluidzuflusses in eine Pumpe, – ein Rückschlagventil (120), das stromabwärts des Volumenstromsteuerventils (110) mit dem Volumenstromsteuerventil (110) gekoppelt ist und das als Rollfeder ausgebildet ist, wobei die Rollfeder einen ersten (122) und einen zweiten (123) Endbereich aufweist, wobei der erste Endbereich (122) so angeordnet ist, dass der erste Endbereich (122) den zweiten Endbereich (123) überlappt, so dass das Rückschlagventil (120) einen Fluidfluss durch das Rückschlagventil (120) sperrt, wenn der erste Endbereich (122) in Kontakt mit dem zweiten Endbereich (123) ist, und einen Fluidfluss freigibt, wenn zwischen dem ersten Endbereich (122) und dem zweiten ndbereich (123) ein Zwischenraum (125) ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, bei der das Volumenstromsteuerventil (110) ein Gehäuse (111) mit einer Längsachse (L) aufweist, das einen Fluideinlass (112) und einen Fluidauslass (113) umgibt, wobei die Rollfeder das Gehäuse (111) koaxial zur Längsachse (L) im Bereich des Fluidauslasses (113) umgibt.
Ventilanordnung nach Anspruch 2, bei der der Fluidauslass (113) quer zur Längsachse (L) ausgerichtet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Rollfeder eine Kontaktfläche (121) mit dem Gehäuse (111) aufweist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der einen Mittelbereich (124), der zwischen dem ersten (122) und dem zweiten (123) Endbereich angeordnet ist, einlagig ausgebildet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 5, bei der der Mittelbereich (124) einen größeren Anteil an der Rollfeder hat als die überlappenden Endbereiche (122, 123).
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Rollfeder aus einem spiralförmigen Blech ausgebildet ist.