DE102011089124A1

DE102011089124A1 - Überströmventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102011089124A1
Application number: DE201110089124
Authority: DE
Inventors: Sascha Ambrock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überströmventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Ventilgehäuse (1) mit einem Eingang (2) und einem Ausgang (3), welche über ein im Ventilgehäuse (1) aufgenommenes, axial verschiebbares Ventilelement (4) verbindbar sind, ferner umfassend eine in einem Federraum (5) aufgenommene Feder (6), welche das Ventilelement (4) in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt, wobei der Federraum (5) über eine im Ventilgehäuse (1) oder im Ventilelement (4) ausgebildete Bohrung (7) mit Zulaufdruck beaufschlagbar ist.
Erfindungsgemäß ist der Federraum (5) über eine weitere im Ventilgehäuse (1) oder im Ventilelement (4) ausgebildete Bohrung (8) entlüftbar und/oder entlastbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Überströmventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 042 089 A1 ist ein Überströmventil für die Zuleitung einer Zumesseinheit einer Hochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt, welches ein Ventilgehäuse mit einem Eingang und zumindest einem Ausgang umfasst, wobei der Ausgang durch einen gegen die Kraft einer Druckfeder verschiebbaren Steuerkolben verschließbar ist. Die Druckfeder ist in einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Federraum aufgenommen, welcher durch zumindest eine Druckausgleichsleitung mit dem Eingang des Ventilgehäuses verbunden ist. Somit herrscht im Federraum der gleiche Druck wie am Eingang des Überströmventils, was dazu führen soll, dass die Kumulation von Gasblasen im Federraum sowie damit einhergehende Funktionsstörungen des Überströmventils vermieden werden. Darüber hinaus wird zur Vermeidung resonanzbedingter Fehlfunktionen vorgeschlagen, dass in der Druckausgleichsleitung eine Drossel ausgebildet ist.
Das in der DE 10 2008 042 089 A1 beschriebene Überströmventil weist jedoch den Nachteil auf, dass im Federraum eingeschlossene Luft nur schlecht entweichen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Überströmventil der vorstehend genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine ausreichende Entlüftung und damit eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet sind.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Überströmventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Überströmventil umfasst ein Ventilgehäuse mit einem Eingang und einem Ausgang, welche über ein im Ventilgehäuse aufgenommenes, axial verschiebbares Ventilelement verbindbar sind. Ferner umfasst das Ventil eine in einem Federraum aufgenommene Feder, welche das Ventilelement in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt. Der Federraum ist dabei über eine im Ventilgehäuse oder im Ventilelement ausgebildete Bohrung mit Zulaufdruck beaufschlagbar. Erfindungsgemäß ist der Federraum über eine weitere im Ventilgehäuse oder im Ventilelement ausgebildete Bohrung entlüftbar und/oder entlastbar. Über die weitere Bohrung ist demnach eine ausreichende Entlüftung gewährleistet, welche die Funktionssicherheit des Ventils erhöht. Indem im Federraum enthaltene Luft über die weitere Bohrung entweichen kann, ist bei Inbetriebnahme des Ventils sichergestellt, dass sich der Federraum überhaupt mit Kraftstoff füllt.
Vorzugsweise sind die Bohrungen, über welche der Federraum mit Zulaufdruck beaufschlagbar und/oder entlüftbar ist, beabstandet zueinander angeordnet, so dass eine Durchströmung des Federraums erzielt wird. Die Durchströmung des Federraums kann dabei Öffnungsrichtung oder in Schließrichtung des Ventils erfolgen. Im letztgenannten Fall ist das Überströmventil als inverses Überströmventil ausgebildet.
Weiterhin vorzugsweise ist die im Ventilgehäuse oder im Ventilelement ausgebildete Bohrung, welche der Entlüftung bzw. Entlastung des Federraums dient, zumindest teilweise als Radialbohrung ausgeführt. Die Ausbildung der Bohrung als Radialbohrung ermöglicht den Anschluss der Bohrung an einen Rücklauf und/oder an eine Entlüftungsleitung. Sofern die Bohrung im Ventilgehäuse ausgebildet ist, ist sie vorzugsweise vollständig als Radialbohrung ausgeführt. Sofern die Bohrung im Ventilelement ausgebildet ist, ist sie vorzugsweise zumindest in Teilen als Radialbohrung ausgeführt. Vorteilhafterweise mündet dieser als Radialbohrung ausgebildete Teil der Bohrung in eine weitere Radialbohrung des Ventilgehäuses, um den Anschluss an einen Rücklauf und/oder eine Entlüftungsleitung zu ermöglichen.
Vorteilhafterweise wird daher ferner vorgeschlagen, dass die Bohrung, welche der Entlüftung bzw. Entlastung des Federraums dient, an einen Rücklauf und/oder eine Entlüftungsleitung anschließbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bohrung, welche der Entlüftung bzw. Entlastung des Federraums dient, als Radialbohrung im Ventilgehäuse oder als Axialbohrung im Ventilelement ausgestaltet, wobei die im Ventilelement ausgebildete Axialbohrung über wenigstens eine Radialbohrung in eine als Ausgang dienende Radialbohrung des Ventilgehäuses mündet. Auf diese Weise kann zur Entlüftung ein bereits vorhandener Rücklauf genutzt werden, welcher üblicherweise der Rückführung einer über den Ausgang abgeführten Absteuermenge dient.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Bohrung, über welche der Federraum mit Zulaufdruck beaufschlagbar ist, als Radialbohrung im Ventilgehäuse oder als das Ventilelement durchsetzende Axialbohrung ausgestaltet ist. Sofern die weitere, der Entlüftung dienende Bohrung bereits als Radialbohrung im Ventilgehäuse ausgeführt ist, ist die Bohrung, über welche der Federraum mit Zulaufdruck beaufschlagbar ist, bevorzugt als Axialbohrung im Ventilelement ausgebildet bzw. anders herum. Auf diese Weise ist die gewünschte Durchströmung und damit Entlüftung des Federraums sichergestellt.
Vorzugsweise ist zumindest eine leichte Durchströmung des Federraums gewährleistet. Dies ist dann der Fall, wenn die Strömungsmenge beispielsweise 0,1 l/h bis 1 l/h beträgt. Darüber hinaus können – je nach Applikation – auch deutlich höhere Strömungsmengen vorteilhaft sein. Beispielsweise kann die Strömungsmenge bis 60 l/h betragen. Dies ist dann von Vorteil, wenn diese Menge im Anschluss noch für andere Funktionen, beispielsweise zum Antrieb von Saugstrahlpumpen oder als Kühl- und/oder Schmiermenge zur Verfügung stehen soll.
Zur Optimierung der Durchströmung bzw. Entlüftung des Federraums wird ferner vorgeschlagen, dass die im Ventilgehäuse oder im Ventilelement ausgebildete Bohrung, welche der Entlüftung bzw. Entlastung des Federraums dient, einen Durchmesser besitzt, der kleiner als der Durchmesser der Bohrung ist, über welche der Federraum mit Zulaufdruck beaufschlagbar ist.
Vorzugsweise ist der Durchmesser der Bohrung, welche der Entlüftung bzw. Entlastung des Federraums dient, kleiner als 0,5 mm gewählt, weiterhin vorzugsweise beträgt der Durchmesser etwa 0,25 mm.
Der Durchmesser der Bohrung, über welche der Federraum mit Zulaufdruck beaufschlagbar ist, ist vorzugsweise größer als 0,5 mm, weiterhin vorzugsweise größer als 0,8 mm gewählt.
Des Weiteren ist vorgeschlagen, dass das Ventilelement eine dem Eingang zugewandte erste Stirnfläche A₁ und eine dem Federraum zugewandte zweite Stirnfläche A₂ besitzt, wobei A₁ > A₂ ist. Das Größenverhältnis der Stirnflächen stellt ein Öffnen des Ventils sicher. Denn die auf das Ventilelement in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft F₁ = p_Z*A₁ ist größer als die in Schließrichtung wirkende hydraulische Kraft F₂ = p_Z*A₂. Da das Ventilelement in Schließrichtung zudem von der Druckkraft der im Federraum aufgenommenen Feder beaufschlagt wird, berechnet sich die gesamte auf das Ventilelement wirkende Schließkraft wie folgt: F_2G = p_Z·A₂ + F_Feder.
Der im Federraum herrschende Druck dient demnach lediglich als Stützdruck, d.h. der Unterstützung der das Ventilelement in Schließrichtung beaufschlagenden Feder, welche demzufolge kleiner ausgelegt werden kann. Zugleich werden niedrige Hübe zum Erreichen maximaler Einstelldrücke benötigt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Überströmventil und
2 einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes Überströmventil.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Überströmventil umfasst ein Ventilgehäuse 1 mit einem Eingang 2, welcher stirnseitig angeordnet ist, und mit einem Ausgang 3, welcher vorliegend durch zwei Radialbohrungen 10 des Ventilgehäuses 1 ausgebildet wird. Der Eingang 2 und der Ausgang 3 sind über ein im Ventilgehäuse 1 aufgenommenes, hubbewegliches Ventilelement 4 verbindbar, das in Schließrichtung von der Druckkraft einer in einem Federraum 5 aufgenommenen Feder 6 beaufschlagt wird. Über eine Bohrung 7, welche vorliegend als Radialbohrung im Ventilgehäuse 1 ausgebildet ist, ist der Federraum 5 mit Zulaufdruck p_Z beaufschlagbar, so dass das federraumseitige Ende des Ventilelementes 4 von einer hydraulischen Kraft F₂ = p_Z·A₂ und der Federkraft F_Feder beaufschlagt wird. Die Öffnungskraft F₁ muss demnach größer als F₂ + F_Feder sein. Hierzu ist vorliegend die dem Eingang 2 zugewandte Stirnfläche A₁ des Ventilelementes 4 größer als die dem Federraum 5 zugewandte Stirnfläche A₂ gewählt. Die Federkraft der Feder 6 ist zudem entsprechend klein gewählt.
Damit das in der 1 dargestellte Überströmventil öffnet, ist in dem Ventilelement 4 eine weitere Bohrung 8 ausgebildet, welche der Entlastung bzw. Entlüftung des Federraums 5 dient. Die weitere Bohrung 8 ist als Axialbohrung ausgeführt, die sich in zwei Radialbohrungen verzweigt, welche in die als Ausgang 3 dienenden Radialbohrungen 10 des Ventilgehäuses 1 münden. Über den Ausgang 3 ist demnach die Bohrung 8 mit einem Rücklauf 9 verbunden.
Das die Bohrung 8 aufweisende Ventilelement 4 ist in einem hülsenförmigen, mit dem Ventilgehäuse 1 verbundenen Führungselement 11 geführt, das zugleich einen Hubanschlag ausbildet. Denn das Ventilelement 4 weist federraumseitig einen Kragen 13 auf, mit welchem es an dem Führungselement 11 in Schließstellung anschlägt. An dem Kragen 13 des Ventilelementes 4 ist die Feder 6 abgestützt. Das dem Ventilelement 4 abgewandte Ende der Feder 6 liegt an einem Einstellelement 12 an, das den Federraum 5 rückwärtig begrenzt. Über das Einstellelement 12 ist die axiale Vorspannung der Feder 6 einstellbar.
Das in der 1 dargestellte Überströmventil kann auch als inverses Ventil bezeichnet werden, da der Federraum 5 und die Bohrung 8 des Ventilelementes 4 in umgekehrter Richtung durchströmt werden. Ein weiteres erfindungsgemäßes Überströmventil, das nicht als inverses Ventil ausgebildet ist, ist in der 2 dargestellt. Bei diesem Ventil wird der Federraum 5 in Öffnungsrichtung des Ventils durchströmt.
Das in der 2 dargestellte Überströmventil weist ebenfalls ein Ventilgehäuse 1 mit einem stirnseitigen Eingang 2 und einem zwei Radialbohrungen 10 umfassenden Ausgang 3 auf. Der Eingang 2 und der Ausgang 3 sind wiederum über ein im Ventilgehäuse 1 aufgenommenes, hubbewegliches Ventilelement 4 verbindbar. Das Ventilelement 4 wird in Schließrichtung von der Druckkraft einer Feder 6 beaufschlagt. Ferner ist das Ventilelement 4 von einer Bohrung 7 durchsetzt, welche den Federraum 5 mit dem Eingang 2 verbindet. An dem dem Federraum 5 zugewandten Ende des Ventilelementes 4 liegt somit der Zulaufdruck p_Z an. Um eine Durchströmung und damit eine Entlüftung des Federraumes 5 zu ermöglichen, ist ferner eine als Radialbohrung ausgeführte Bohrung 8 im Ventilgehäuse 1 vorgesehen, welche an einen Rücklauf 9 anschließbar ist.
Auch in dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überströmventils ist das Ventilelement 4 in einem Führungselement 11 geführt, das zugleich als Hubanschlag dient. Am Ventilelement 4 ist wiederum ein Kragen 13 ausgebildet, an welchem ein Ende der Feder 6 abgestützt ist. Das andere Ende liegt an einem Einstellelement 12 an.
Die 1 und 2 geben lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele wieder. Abwandlungen, insbesondere hinsichtlich der Gestaltung des Ventilgehäuses 1 und/oder des Ventilelementes 4, sind im Rahmen der Erfindung möglich. Ferner können das Führungselement 11 und/oder das Einstellelement 12 von der jeweils dargestellten konkreten Ausgestaltung abweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008042089 A1 [0002, 0003]

Claims

Überströmventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Ventilgehäuse (1) mit einem Eingang (2) und einem Ausgang (3), welche über ein im Ventilgehäuse (1) aufgenommenes, axial verschiebbares Ventilelement (4) verbindbar sind, ferner umfassend eine in einem Federraum (5) aufgenommene Feder (6), welche das Ventilelement (4) in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt, wobei der Federraum (5) über eine im Ventilgehäuse (1) oder im Ventilelement (4) ausgebildete Bohrung (7) mit Zulaufdruck (p_Z) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Federraum (5) über eine weitere im Ventilgehäuse (1) oder im Ventilelement (4) ausgebildete Bohrung (8) entlüftbar und/oder entlastbar ist.
Überströmventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Ventilgehäuse (1) oder im Ventilelement (4) ausgebildete Bohrung (8), welche der Entlüftung bzw. Entlastung des Federraums (5) dient, zumindest teilweise als Radialbohrung ausgeführt ist.
Überströmventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (8), welche der Entlüftung bzw. Entlastung des Federraums (5) dient, an einen Rücklauf (9) und/oder eine Entlüftungsleitung anschließbar ist.
Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (8), welche der Entlüftung bzw. Entlastung des Federraums (5) dient, als Radialbohrung im Ventilgehäuse (1) oder als Axialbohrung im Ventilelement (4) ausgestaltet ist, wobei die im Ventilelement (4) ausgebildete Axialbohrung über wenigstens eine Radialbohrung in eine als Ausgang (3) dienende Radialbohrung (10) des Ventilgehäuses (1) mündet.
Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (7), über welche der Federraum (5) mit Zulaufdruck beaufschlagbar ist, als Radialbohrung im Ventilgehäuse (1) oder als das Ventilelement (4) durchsetzende Axialbohrung ausgestaltet ist.
Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Ventilgehäuse (1) oder im Ventilelement (4) ausgebildete Bohrung (8), welche der Entlüftung bzw. Entlastung des Federraums (5) dient, einen Durchmesser besitzt, der kleiner als der Durchmesser der Bohrung (7) ist, über welche der Federraum (5) mit Zulaufdruck beaufschlagbar ist.
Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Bohrung (8), welche der Entlüftung bzw. Entlastung des Federraums (5) dient, kleiner als 0,5 mm gewählt ist, vorzugsweise etwa 0,25 mm beträgt.
Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Bohrung (7), über welche der Federraum (5) mit Zulaufdruck beaufschlagbar ist, größer als 0,5 mm, vorzugsweise größer als 0,8 mm gewählt ist.
Überströmventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) eine dem Eingang (2) zugewandte erste Stirnfläche (A₁) und eine dem Federraum (5) zugewandte zweite Stirnfläche (A₂) besitzt, wobei A₁ > A₂ ist.