DE102011089844A1

DE102011089844A1 - Druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: DE102011089844A1
Application number: DE201110089844
Authority: DE
Inventors: Vittorio Caroli; Marek Gomola
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2013-06-27
Also published as: WO2013092972A1

Abstract

Es wird ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere für ein Common-Rail-System vorgeschlagen. Das Druckbegrenzungsventil umfasst einen Ventilträger (10), einen mit dem Ventilträger (10) verbundenen Ventileinsatz (12), einen im Ventileinsatz (12) gleitbar gelagerten Ventilkolben (14) sowie eine Schließfeder (16), die mit einer Schließkraft in Schließrichtung auf den Ventilkolben (14) einwirkt. Der Ventilkolben (14) wirkt mittels der Schließkraft auf einen Ventilsitz (18) ein, welcher eine hydraulische Verbindung über eine Ventilkammer (40) zwischen einem Hochdruckraum (33) und einem Niederdruckraum (36) hergestellt, sobald die in Öffnungsrichtung auf den Ventilkolben (14) wirkende hydraulische Kraft die Schließkraft der Schließfeder (16) übersteigt. Zwischen der Ventilkammer (40) und dem Niederdruckraum (36) ist bei geschlossenem Ventilsitz (18) eine Leckageverbindung ausgebildet, welcher ein Ableiten der Leckage aus der Ventilkammer (40) in den Niederdruckraum (36) ermöglicht. Die Leckageverbindung ist von mindestens einer Entlastungsbohrung (50) gebildet, die durch den Ventilkolben (14) verläuft und an einem Ende in die Ventilkammer (40) und an einem anderen Ende in den Niederdruckraum (36) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere für Common-Rail-Systeme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Druckbegrenzungsventile für Common-Rail-Systeme dienen zur Druckbegrenzung des Drucks in einem Hochdruckspeicher einer Common-Rail-Einspritzeinrichtung. Das Druckbegrenzungsventil hat die Aufgabe, den maximalen Rail-Druck im System zu begrenzen, um im Falle eines Fehlers die Systemkomponenten zu schützen. Weiterhin hat das Dreckbegrenzungsventil die Aufgabe, für eine Notfahrt des Kraftfahrzeuges einen Mindestdruck im Hochdruckspeicher (Common-Rail) bereitzustellen, damit das Kraftfahrzeug die Werkstatt mit eigenem Antrieb erreichen kann.
Aus WO 2004/083695 A1 ist ein Druckbegrenzungsventil bekannt, das einen Ventilträger und einen mit dem Ventilträger verbundenen Ventileinsatz aufweist, wobei im Ventileinsatz ein Ventilkolben gleitbar gelagert ist. Der Ventilkolben wirkt mit einer Ventilsitzfläche auf einen Ventilsitz am Ventileinsatz ein, wobei im geschlossenen Zustand des Druckbegrenzungsventils die Ventilfläche auf dem Ventilsitz aufsitzt. Die Schließkraft des Ventilkolbens wird von einer Druckfeder aufgebracht, die im Ventilträger aufgenommen ist. Das Druckbegrenzungsventil wird in ein Gehäuse eingesetzt, welches einen Hochdruckanschluss zu einem Hochdruckspeicher (Common-Rail) und einen Niederdruckanschluss für eine Rücklaufleitung aufweist. Dabei trennt der Ventilkolben im Ventilsitz eine Hochdruckventilkammer, in der der Hochdruckanschluss mündet, von einer Niederdruckkammer, aus der der Niederdruckanschluss herausführt.
Damit der Öffnungsdruck sich nicht durch einen bei geschlossenem Ventilkolben aufbauenden Leckagedruck reduziert, wird in DE 102011017765.5 vorgeschlagen, zwischen der Ventilkammer und dem Niederdruckraum bei geschlossenem Ventilsitz einen Leckageverbindung auszubilden, welcher ein Ableiten der Leckage aus der Ventilkammer in den Niederdruckraum ermöglicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druckbegrenzungsventil bereitzustellen, bei dem der Leckagedruck aus der Ventilkammer sicher und auf einfache Weise abgeleitet werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Ableitung einer sich bei geschlossenem Ventilsitz ausbildenden Leckage in einen Niederdruckraum wird gewährleistet, dass sich in der Ventilkammer, die in der Führungsbohrung zwischen dem Ventilsitz und dem Führungsabschnitt des Ventilkolbens ausgebildet ist, kein Leckagedruck durch sich dort stauende Leckage aufbaut, der als Assistenzdruck gegen den Öffnungsdruck wirkt. Dadurch wird der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils nur von der Schließkraft der Schließfeder bestimmt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
Zweckmäßigerweise wird die Entlastungsbohrung von einer niederdruckseitigen Axialbohrung und einer ventilkammerseitigen Schrägbohrung gebildet, wobei die niederdruckseitigen Axialbohrung eine Sacklochbohrung ist, die parallel zur Achse des Ventilkolbens und zu dieser radial versetzt verläuft und an einer niederdruckseitigen Stirnfläche des Ventilkolbens in den Niederdruckraum mündet. Die Schrägbohrung führt von der Axialbohrung zu einer Öffnung an einer Aussparung des Ventilkolbens. Der Verlauf der Schrägbohrung führt dabei mit einem Winkel von der Öffnung an der Aussparung zur Axialbohrung, wobei der Winkel zwischen der Achse des Ventilkolbens und der Achse der Schrägbohrung gemessen wird. Der Winkel beträgt dabei etwa 40 Grad.
Für die fertigungstechnische Ausführung der Entlastungsbohrung ist es zweckmäßig, wenn der Durchmesser der Axialbohrung größer ist als der Durchmesser der Schrägbohrung.
Die Ausbildung der niederdruckseitige Stirnfläche mit einer balligen, konvex Oberflächengestalt hat den Vorteil, dass bei einer aufliegenden Einstellscheibe auf der niederdruckseitigen Stirnfläche die dort sich befindende Öffnung der Axialbohrung von der Einstellscheibe nicht verschlossen wird, sondern, dass zumindest ein seitlicher Spalt zum Durchströmen der Leckage zwischen Einstellscheibe und niederdruckseitiger Stirnfläche vorhanden ist.
Zur Ausbildung einer entsprechend dimensionierten Ventilkammer ist es zweckmäßig, wenn der Ventilkolben drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Aussparungen aufweist.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch ein in ein Gehäuse eingebautes Druckbegrenzungsventil und
2 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung eines Ventilkolbens in 1,
3 eine vergrößerte Seitenansicht des Ventilkolbens in 1,
4 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Ventilkolbens in geschlossener Stellung und
5 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Ventilkolbens in geöffneter Stellung.
Das Druckbegrenzungsventil in 1 weist einen Ventilträger 10 mit einem Aufnahmeraum 11 für eine Schließfeder 16 und einen Ventileinsatz 12 mit einer Führungsbohrung 13 auf. In der Führungsbohrung 13 ist ein Ventilkolben 14 mit einem Führungsabschnitt 41 geführt. Der Ventilkolben 14 weist eine Ventilsitzfläche 19 und gegenüberliegend eine niederdruckseitige Stirnfläche 45 auf. Im Boden der Führungsbohrung 13 ist um eine Drosselbohrung 15 herum ein Ventilsitz 18 ausgebildet, auf den die am Ventilkolben 14 ausgeführte Ventilsitzfläche 19 bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil aufsitzt. Die Schließkraft für den Ventilkolben 14 auf dem Ventilsitz 18 wird von der als Druckfeder ausgebildeten Schließfeder 16 aufgebracht. Die Schließfeder 16 stützt sich dabei ventilsitzseitig an einer Einstellscheibe 21 ab, die auf der niederdruckseitigen Stirnfläche 45 aufliegt. An der gegenüberliegenden Seite stützt sich die Schließfeder 16 an einer inneren Stirnfläche des Aufnahmeraums 11 ab. Der Ventilträger 10 umgreift weiterhin mit einem Absatz 22 den Ventileinsatz 12 und ist an dieser Stelle fest mit dem Ventileinsatz 12 verbunden.
Das Druckbegrenzungsventil ist in eine Aufnahme 23 eines Gehäuses 24 eingesetzt. Dazu ist am Ventilträger 10 ein Gewinde ausgeführt, das in ein Gegengewinde an der Aufnahme 23 eingeschraubt ist. Zum dichten Einsetzen des Druckbegrenzungsventils in die Aufnahme 23 des Gehäuses 24 ist ein Dichtring 25 zwischen Ventilträger 10 und Aufnahme 23 verschraubt. In der Aufnahme 23 bildet sich zwischen den Außenwänden des Ventilträgers 10 und des Ventileinsatzes 12 eine Ringkammer 27 aus, die über einen hydraulischen Niederdruckanschluss 26 verfügt, der an eine nicht dargestellte Niederdruck-/Rücklaufleitung angeschlossen ist.
Am Boden der Aufnahme 23 ist eine Planfläche 28 ausgeführt, auf der der Ventileinsatz 12 mit einer Ringfläche 29 aufsitzt. Zwischen Ringfläche 29, Planfläche 28 und dem Ventileinsatz 12 ist ein Spalt 30 ausgebildet, in den ein hydraulischer Hochdruckanschluss 31 mündet, der mit einem nicht dargestellten Hochdruckspeicher (Common-Rail) in Verbindung steht. Der Spalt 30 bildet einen dem Ventilsitz 18 vorgeschalteten Hochdruckraum 33 am Druckbegrenzungsventil aus. In den Spalt 30 bzw. in den Hochdruckraum 33 führt weiterhin die Drosselbohrung 15.
Der Aufnahmeraum 11 ist über einen hydraulischen Verbindungskanal 35 mit der Ringkammer 27 verbunden. Durch den Anschluss der Ringkammer 27 über den Niederdruckanschluss 26 an die Niederdruck/Rücklaufleitung liegt somit auch im Aufnahmeraum 11 der Niederdruck der Niederdruck/Rücklaufleitung an, so dass der Aufnahmeraum 11 einen Niederdruckraum 36 ausbildet.
Oberhalb, d.h. stromauf des Ventilsitzes 18 ist zwischen Führungsbohrung 13 und Ventilkolben 14 eine Ventilkammer 40 ausgebildet, die zur Hochdruckkammer 33 hin über den Ventilsitz 18 geöffnet oder geschlossen wird, und die zum Niederdruckraum 36 hin vom Führungsabschnitt 41 des Ventilkolbens 14 in der Führungsbohrung 13 begrenzt ist.
Der Ventilkolben 14 weist weiterhin mindestens eine Aussparung 42 mit einem flachen Abschnitt 43 und einem am Führungsabschnitt auslaufenden schrägen Abschnitt 44 auf, vorzugsweise sind drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Aussparungen 42 vorhanden. Über die Aussparung 42 wird der Raildruck bei Notfahrt reguliert. Durch die Aussparungen 42 wird außerdem das Volumen der Ventilkammer 40 vergrößert.
Die Ventilkammer 40 wird mittels des Ventilsitzes 18 zur Hochdruckkammer 33 hin geöffnet oder geschlossen. Bei geschlossenem Ventilsitz 18 wird der im Hochdruckspeicher anliegende Druck auf seinem vorliegenden Niveau gehalten (4). Hebt der Ventilkolben 14 gegen die Schließkraft der Schließfeder 16 ab (5), gibt er den Ventilsitz 18 frei und gleichzeitig wird über die Aussparung 42 ein Spalt zwischen Führungsbohrung 13 und Ventilkolben 14 freigegeben, der eine hydraulische Verbindung der Ventilkammer 40 mit dem Niederdruckraum 36 herstellt. Dadurch kann der Hochdruck aus dem Hochdruckraum 33 über die Drosselbohrung 15 und die Ventilammer 40 in den Niederdruckraum 36 abgebaut und von dort in die Niederduck/Rücklaufleitung abgeleitet werden.
Bei geschlossenem Ventilsitz 18 des Ventilkolbens 14 hat sich gezeigt, dass in der Ventilkammer 40 aufgrund von Leckage am Ventilsitz 18 ein Leckagedruck entsteht, der an der gegenüber dem Ventilsitz 18 wesentlich größeren Innenfläche des Ventilkolbens 14 angreift und dort als Assistenzdruck in Öffnungsrichtung des Ventilkolbens 14 gegen die Schließfeder 16 wirkt. Dadurch reduziert sich der von der Ventilfeder 16 bzw. über die Einstellscheibe 21 eingestellte Öffnungsdruck zum Öffnen des Druckbegrenzungsventils.
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist eine Leckageverbindung ausgebildet, die die Ventilkammer 40 mit dem Niederdruckraum 36 hydraulisch verbindet, Die Leckageverbindung wird von mindestens einer Entlastungsbohrung 50 gebildet, die durch den Ventilkolben 14 hindurch verläuft und an einem Ende in die Ventilkammer 40 und an einem anderen Ende in den Niederdruckraum 36 mündet. Die Entlastungsbohrung 50 wird gemäß 2 von einer niederdruckseitigen Axialbohrung 51 und einer ventilkammerseitigen Schrägbohrung 52 gebildet. Die niederdruckseitige Axialbohrung 51 ist eine Sacklochbohrung, die parallel zur Achse des Ventilkolbens 14 und beispielsweise zu dieser radial versetzt verläuft und an der niederdruckseitigen Stirnfläche 45 in den Niederdruckraum 36 mündet. Die Schrägbohrung 52 führt von der Axialbohrung 51 zu einer Öffnung 54 am schrägen Abschnitt 44 der Aussparung 42, so dass die Schrägbohrung 52 an der Aussparung 42 in den Ventilraum 40 mündet. Die Schrägbohrung 52 führt dabei mit spitzem Winkel α in die Axialbohrung 51, wobei der Winkel α zwischen der Achse des Ventilkolbens 14 und der Achse der Schrägbohrung 52 gemessen wird. Der Winkel α beträgt beispielsweise etwa 40 Grad.
Durch die Entlastungsbohrung 50 entsteht eine hydraulische Verbindung zwischen Ventilkammer 40 und Niederdruckraum 36 bei geschlossenem Ventilsitz 18 (4). Die sich in der Ventilkammer 40 sammelnde Leckage aus dem Hochdruckraum 33 kann folglich über die Schrägbohrung 52 und die Axialbohrung 51 in den Niederdruckraum 36 abfließen. Dadurch baut sich kein von der Leckage ausgeübter Assistenzdruck in der Ventilkammer 40 auf, so dass die Öffnungskraft des Ventilkolbens 14 ausschließlich von der Schließkraft der Schließfeder 16 gebildet wird.
Hebt der Ventilkolben 14 vom Ventilsitz 18 ab, erreicht gemäß 5 der Ventilkolben 14 eine axiale Position, in der die Öffnung 54 an der Aussparung 42 außerhalb des Führungsbohrung 13 liegt und sich an der Aussparung 42 zwischen Ventilkolben 14 und Führungsbohrung 13 ein Drosselspalt 55 ausbildet. Über den Drosselspalt 55 kann Kraftstoff aus der Ventilkammer 40 entsprechend den angedeuteten Pfeilen in 5 in den Niederdruckraum 36 abströmen. Diese Stellung des Ventilkolbens 14 repräsentiert die Notfahrtcharakteristik (Limp-Home), in der der Raildruck über die Hochdruckkammer 33, die Drosselbohrung 15, die Ventilkammer 40, den Niederdruckraum 36 und in die Ringkammer 27 abgebaut und von dort über den Niederdruckanschluss 26 in die nicht dargestellte Niederdruck/Rücklaufleitung abgeleitet wird. Dadurch wird der Raildruck auf den für die Notfahrt erforderlichen Notfahrtraildruck eingestellt und begrenzt. Die Druckbegrenzung auf den Notfahrtraildruck wird dabei durch die Wirkung des Drosselspaltes 55 erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2004/083695 A1 [0003]
DE 102011017765 [0004]

Claims

Druckbegrenzungsventil, insbesondere für ein Common-Rail-System, mit einem Ventilträger (10), einem mit dem Ventilträger (10) verbundenen Ventileinsatz (12), einem im Ventileinsatz (12) in einer Führungsbohrung (13) gleitbar gelagerten Ventilkolben (14) sowie mit einer Schließfeder (16), die mit einer Schließkraft in Schließrichtung auf den Ventilkolben (14) und der Ventilkolben (14) mittels der Schließkraft auf einen Ventilsitz (18) einwirkt, über welchen eine hydraulische Verbindung über eine Ventilkammer (40) zwischen einem Hochdruckraum (33) und einem Niederdruckraum (36) hergestellt wird, sobald die in Öffnungsrichtung auf den Ventilkolben (14) wirkende hydraulische Kraft die Schließkraft der Schließfeder (16) übersteigt, wobei zwischen der Ventilkammer (40) und dem Niederdruckraum (36) bei geschlossenem Ventilsitz (18) ein Leckageverbindung ausgebildet ist, welcher ein Ableiten der Leckage aus der Ventilkammer (40) in den Niederdruckraum (36) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckageverbindung von mindestens einer Entlastungsbohrung (50) gebildet ist, die durch den Ventilkolben (14) verläuft und an einem Ende in die Ventilkammer (40) und an einem anderen Ende in den Niederdruckraum (36) mündet.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsbohrung (50) von einer niederdruckseitigen Axialbohrung (51) und einer ventilkammerseitigen Schrägbohrung (52) gebildet ist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die niederdruckseitigen Axialbohrung (51) eine Sacklochbohrung ist, die parallel zur Achse des Ventilkolbens (14) verläuft und an einer niederdruckseitigen Stirnfläche (45) des Ventilkolbens (14) in den Niederdruckraum (36) mündet.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägbohrung (52) von der Axialbohrung (51) zu einer Öffnung (54) an einer Aussparung (42) des Ventilkolbens (14) führt.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (54) an einem an der Aussparung (42) des Ventilkolbens (14) ausgebildeten schrägen Abschnitt (44) angeordnet ist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägbohrung (52) mit einem Winkel α in die Axialbohrung (51) führt, wobei der Winkel α zwischen der Achse des Ventilkolbens (14) und der Achse der Schrägbohrung (52) gemessen ist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α etwa 40 Grad beträgt.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Axialbohrung (51) größer ist als der Durchmesser der Schrägbohrung (52).
Druckbegrenzungsventil Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die niederdruckseitige Stirnfläche (45) eine konvex Oberflächengestalt hat.
Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (14) drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Aussparungen (42) aufweist.