DE102012203870A1

DE102012203870A1 - Druckregelventil, insbesondere für einen Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems

Info

Publication number: DE102012203870A1
Application number: DE201210203870
Authority: DE
Inventors: Jochen Aleker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-09-19
Also published as: FR2988141B1; FR2988141A1

Abstract

Es wird ein Druckregelventil (10), insbesondere für einen Hochdruckspeicher (11) eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit einem in einem Ventilgehäuse (13) angeordneten Magnetaktor (20) vorgeschlagen. Der Magnetaktor (20) umfasst einen Magnetkern (21) mit einer an einer ankerseitigen Stirnseite ausgebildeten Polfläche (26) und einen Magnetanker (22) mit einer Ankerplatte (27), wobei die Ankerplatte (27) eine Ankerfläche (29) aufweist, die mit der Polfläche (26) zusammenwirkt. In einer anschlussseitigen Aufnahme (45) des Ventilgehäuses (13) ist ein Einsatzstück (50) aufgenommen, welches einen Ankerraum (47) zur Aufnahme der Ankerplatte (27) ausbildet und welches sich mit einem radialen außen liegenden Wandabschnitt (51) auf dem Magnetkern (21) abstützt. Das Einsatzstück (50) weist am Wandabschnitt (51) mindestens eine magnetkernseitige Aussparung (52) auf, die eine zusätzliche Polfläche (26') an der ankerseitigen Stirnseite des Magnetkerns (21) freilegt, über welche sich die Ankerplatte (27) mit der Ankerfläche (29) radial ausdehnt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil, insbesondere für einen Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Funktion von Druckregelventilen besteht darin, die Druckregelung in einem Hochdruckspeicher zu ermöglichen sowie eine Druckbegrenzung als Sicherheitsfunktion zu gewährleisten. Dabei soll auch in den Fällen, in denen ein Steuergerätefehler oder ein Spannungsversorgungsfehler vorliegt, die Sicherheitsfunktion in Form einer Druckbegrenzung im Hochdruck-Kraftstoffspeicher gewährleistet sein.
Aus dem Stand der Technik sind zur Absteuerung von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher und somit zur Einstellung des Drucks im Hochdruckspeicher zwei verschiedene Typen von Druckregelventilen bekannt. Die Druckregelventile unterscheiden sich dadurch, dass sie entweder stromlos offen oder stromlos geschlossen sind. Die stromlos offenen Druckregelventile gemäß DE 102 14 084 A1 sind derart gestaltet, dass diese durch die Ansteuerung eines Magnetaktors betätigt werden, so dass durch Absteuerung von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher der Druck im Hochdruckspeicher auf einen gewünschten Wert eingestellt wird. Bei einem Fehler im Steuergerät oder bei der Spannungsversorgung ist das Druckregelventil geöffnet, so dass aus dem Hochdruckspeicher Kraftstoff abgesteuert wird. Somit ist auch im Fehlerfall die Sicherheitsfunktion der Druckbegrenzung im Hochdruckspeicher durch das Druckregelventil gewährleistet.
Mit zunehmendem Einspritzdruck steigt auch der Druck im Hochdruckspeicher, so dass die Anforderung an die Magnetkraft des Magnetaktors zum Schließen des Druckregelventils steigt. Die Schließkraft wird dabei von dem Magnetanker aufgebracht, der aufgrund der von der Magnetspule aufgebrachten Magnetkraft an den Magnetkern gezogen wird. Da sich an der Polfläche des Magnetkerns ein Einsatzstück mit einem radial außen liegenden Stützring abstützt, ist die radiale Ausdehnung der Ankerfläche der Ankerplatte bis zum Stützring begrenzt. Dadurch geht vorhandene Polfläche mit entsprechender Magnetkraft verloren, die auf die Ankerplatte einwirken könnte.
Um die Druckregelung von höheren Drücken im Hochdruckspeicher zu ermöglichen, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Druckregeventil zu schaffen, das eine größere Magnetkraft aufbringt.
Offenbarung der Erfindung
Das Druckregelventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine größere wirksame Polfläche am Magnetkern entsteht, wodurch eine größere Magnetkraft auf den Magnetanker wirkt. Dadurch lassen sich höhere Drücke im Hochdruckspeichers mittels des Druckregelventils regeln.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
Eine maximale Vergrößerung der wirksamen Polfläche wird erzielt, wenn die magnetkernseitigen Aussparungen am Einsatzstück radial bis zu einem Außendurchmesser D2 des Wandabschnitts reichen, so dass die magnetkernseitigen Aussparungen bis zu einer Innenwand einer anschlussseitigen Aufnahme führen. An einer magnetkernseitigen Stirnseite des Einsatzstücks sind axial hervorstehende Stützabschnitte ausgebildet, zwischen denen sich die magnetkernseitigen Aussparungen befinden. Die Stützabschnitte bilden den Wandabschnitt mit dem sich das Einsatzstück am Magnetkern abstützt. Die Stützabschnitte sind dabei zweckmäßigerweise gleichmäßig verteilt über den Außenumfang des Einsatzstücks angeordnet.
Eine größtmögliche Überdeckung der stirnseitigen Ankerfläche der Ankerplatte und der wirksamen Polfläche wird erzielt, wenn im Bereich der Stützabschnitte die Ankerplatte am Außendurchmesser D1 radial verlaufende ankerseitige Aussparungen aufweist, und wenn die Ankerplatte zwischen den ankerseitigen Aussparungen mit dem Außendurchmesser D1 so nahe wie möglich an den Außendurchmesser D2 des Einsatzstücks oder an den Innendruchmesser d1 der Innenwand der Aufnahme heranreicht. Die ankerseitigen Aussparungen an der Ankerplatte haben weiterhin den Vorteil, dass Wirbelströme um die Mittelachse innerhalb der Ankerplatte reduziert werden, weil der rotationssymmetrisch projizierte Querschnitt reduziert ist.
Ausführungsbeispiele
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch ein in einen Hochdruckspeicher eingebautes Druckregelventil,
2 eine Schnittdarstellung durch ein Einsatzstück aus 1,
3 eine Draufsicht auf einen Magnetanker aus 1 und
4 eine Schnittdarstellung nach der Linie IV-IV in 3.
Das in 1 dargestellt Druckregelventil 10 dient der Regelung eines Kraftstoffdrucks innerhalb eines ausschnittsweise dargestellten Hochdruckspeichers 11, der in einem Hochdruckspeicherkörper 12 (Common-Rail) ausgebildet ist. Sowohl das Druckregelventil 10 als auch der Hochdruckspeicherkörper 12 sind Bestandteil eines Kraftstoffeinspritzsystems, das Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt. Das Druckregelventil 10 weist ein Ventilgehäuse 13 auf, welches mittels einer Überwurfmutter 14 in einer Aufnahme des Druckspeicherkörpers 12 druckdichte aufgenommen ist.
Im Ventilgehäuse 13 sind ein Magnetaktor 20 und ein Ventilelement 30 untergebracht. Der Magnetaktor 20 umfasst einen Magnetkern 21 und einen Magnetanker 22. Im Magnetkern 21 ist eine Magnetspule 23 eingelassen, so dass sich ein innerer Magnetpol 24 und ein äußerer Magnetpol 25 ausbilden. Der Magnetkern 21 bildet somit an einer ankerseitigen Stirnseite eine freiliegende Polfläche 26 aus.
Der Magentanker 22 umfasst eine Ankerplatte 27 und einen Ankerbolzen 28, die fest miteinander verbunden sind. Die Ankerplatte 27 weist eine zur Polfläche 26 weisende Ankerfläche 29 mit einem Außendurchmesser D1 auf. Der Ankerbolzen 28 ist in einer in Längsrichtung des Ventilgehäuses 13 eingebrachten Führungsbohrung 17 axial verschiebbar aufgenommen.
Das Ventilelement 30 umfasst einen Ventilkolben 31 mit einem kugelförmigen Schließelement 32, das auf einen an einem Ventilstück 33 ausgebildeten Ventilsitz 34 einwirkt. Der Ventilkolben 31 wird vom Ankerbolzen 28 gebildet. Vom Ventilsitz 34 führt eine Absteuerbohrung 38 in den Hochdruckspeicher 11. Die Absteuerbohrung 38 führt am Ventilsitz 34 in einen Absteuerraum 41, der über Strömungsbohrungen 42 an eine Niederdruck-/Rücklaufleitung 43 angeschlossen ist.
Im Ventilgehäuse 13 ist weiterhin in der Polfläche 26 ein Federraum 18 ausgebildet, in dem eine in Öffnungsrichtung des Ventilelements 30 auf den Magnetanker 22 einwirkende Druckfeder 19 angeordnet ist.
An seinem dem Hochdruckspeicher 11 entgegengesetzten Ende ist das Ventilgehäuse 13 mit einer Aufnahme 45 zum Aufnehmen eines Einsatzstücks 50 ausgebildet. Die Aufnahme 45 bildet eine Innenwand 56 mit einem Innendruchmesser d1. Das Einsatzstück 50 weist einen radial außen liegenden Wandabschnitt 51 mit einem Außendurchmesser D2 auf. Der Außendurchmesser D2 des Wandabschnitts 51 ist im Wesentlichen an den Inndurchmesser d1 der Aufnahme 45 angepasst, so dass das Einsatzstück 50 mittels eines Dichtrings 48 dichtend in der Aufnahme 45 des Ventilgehäuses 13 aufgenommen werden kann. Das Einsatzstück 50 wird von einem aus Kunststoff bestehenden Steckeranschlusskörper 49 umschlossen, der wiederum u. a. die elektrischen Anschlüsse zur Ansteuerung der Magnetspule 23 trägt. Das Einsatzstück 50 umschließt deckelförmig einen Ankerraum 47, in dem die Ankerplatte 27 aufgenommen ist.
Zur Verstärkung der Magnetkraft zwischen Magnetkern 21 und Ankerplatte 27 ist erfindungsgemäß eine Vergrößerung der korrespondierenden Flächen mit der Polfläche 26 des Magnetkerns 21 und mit der Ankerfläche 29 der Ankerplatte 27 vorgesehen. Dazu weist das Einsatzstück 50 gemäß 2 am radial außen liegenden Wandabschnitt 51 mindestens eine magnetkernseitige Aussparung 52 auf, die eine zusätzliche Polfläche 26' an der ankerseitigen Stirnseite des Magnetkerns 21 freilegt, über welche sich die Ankerplatte 27 mit der Ankerfläche 29 radial ausdehnt. Vorzugweise sind drei magnetkernseitige Aussparungen 52 vorhanden, die zweckmäßigweise bis zum Außendurchmesser D2 reichen, so dass die Aussparungen 52 radial bis zur Innenwand 46 der Aufnahme 45 führen. Dadurch dehnt sich der Ankerraum 47 im Bereich der magnetkernseitigen Aussparungen 51 bis zur Innwand 46 der Aufnahme 45 aus.
An der magnetkernseitigen Stirnseite weist das Einsatzstücks 50 beispielsweise mindestens drei Stützabschnitte 53 auf, die an der Stirnseite des Einsatzstücks 50 hervorstehen und zwischen denen sich die magnetkernseitigen Aussparungen 52 befinden. Die Stützabschnitte 53 bilden somit den Wandabschnitt 51, mit dem sich das Einsatzstück 50 auf dem Magnetkern 21 abstützt, so dass das Einsatzstück 50 mit den Stützabschnitten 53 auf der Polfläche 26 aufliegt. Die Stützabschnitte 53 sind zweckmäßigerweise gleichmäßig verteilt über den Außenumfang des Einsatzstücks 50 angeordnet. Die magnetkernseitigen Aussparungen 52 zwischen den Stützabschnitten 53 bilden somit am Außenpol 25 die zusätzliche, unbedeckte Polfläche 26' an der Stirnseite des Magnetkerns 21 aus.
Im Bereich der Stützabschnitte 53 weist die Ankerplatte 27 am Außendurchmesser D1 gemäß 3 und 4 sich radial erstreckende, ankerseitige Aussparungen 55 auf. Entsprechend der Anzahl der Stützabschnitte 53 sind drei ankerseitige Aussparungen 55 vorhanden, die vorzugsweise in einer 120º-Teilung angeordnet sind; alternativ ist auch eine Teilung mit 2 × 180º oder 4 × 90º möglich. Die Form der Aussparungen 55 können an das Fertigungsverfahren angepasst werden, d.h., halbrund bei Zerspanung oder längsgeschlitzt beim Um- oder Urformen. Zum Überdecken der zusätzlichen Polfläche 26' mit der Ankerfläche 29 reicht der Außendurchmesser D1 der Ankerplatte 27 zwischen ankerseitigen Aussparungen 55 so nahe wie möglich an den Außendurchmesser D2 des Wandabschnitts 51 des Einsatzstücks 50 oder so nahe wie möglich an den Innendurchmesser d1 der Innenwand 46 der Aufnahme 45 heran.
Im geschlossenen Zustand des Druckregelventils 10 wird durch die Magnetkraft der Magnetspule 23 die Stirnseite 29 der Ankerplatte 27 gegen die Polfläche 26 des Magnetkerns 21 gehalten, wodurch der Ankerbolzens 28 das Schließelement 32 in den Ventilsitz 34 stellt. Dadurch baut sich im Druckspeicher 11 der für die Einspritzung notwendige Spritzdruck auf. Befindet sich das Druckregelventil 10 in seiner offenen Position, wird die Ankerplatte 27 von der Polfläche 26 des Magnetkerns 21 mittels der Druckfeder 19 weggedrückt und das Schließelement 32 wird aus dem Ventilsitz 34 abgehoben, wodurch der Hochdruckspeicher 11 über die Absteuerbohrung 38 mit dem Absteuerraum 41 verbunden wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10214084 A1 [0003]

Claims

Druckregelventil (10), insbesondere für einen Hochdruckspeicher (11) eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit einem in einem Ventilgehäuse (13) angeordneten Magnetaktor (20), der einen Magnetkern (21) mit einer an einer ankerseitigen Stirnseite ausgebildeten Polfläche (26) und einen Magnetanker (22) mit einer Ankerplatte (27) umfasst, wobei die Ankerplatte (27) eine Ankerfläche (29) aufweist, die mit der Polfläche (26) zusammenwirkt, und wobei in einer anschlussseitigen Aufnahme (45) des Ventilgehäuses (13) ein Einsatzstück (50) aufgenommen ist, welches einen Ankerraum (47) zur Aufnahme der Ankerplatte (27) ausbildet und welches sich mit einem radialen außen liegenden Wandabschnitt (51) auf dem Magnetkern (21) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzstück (50) am Wandabschnitt (51) mindestens eine magnetkernseitige Aussparung (52) aufweist, die eine zusätzliche Polfläche (26') an einer ankerseitigen Stirnseite des Magnetkerns (21) freilegt, über welche sich die Ankerplatte (27) mit der Ankerfläche (29) radial ausdehnt.
Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetkernseitig Aussparung (52) radial bis zu einem Außendurchmesser D2 des Wandabschnitt (51) reicht.
Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetkernseitige Aussparung (52) bis zu einer Innenwand (46) der anschlussseitigen Aufnahme (45) führen.
Druckregelventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (51) von an einer magnetkernseitigen Stirnseite des Einsatzstücks (50) ausgebildeten Stützabschnitten (53) gebildet ist, und dass sich zwischen den Stützabschnitten (53) die magnetkernseitige Aussparung (52) befinden.
Druckregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützabschnitte (53) gleichmäßig verteilt über den Außenumfang des Einsatzstücks (50) angeordnet sind.
Druckregelventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stützabschnitte (53) die Ankerplatte (27) am Außendurchmesser D1 sich radial erstreckende ankerseitige Aussparungen (55) aufweist.
Druckregelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (27) zwischen den ankerseitigen Aussparungen (55) mit dem Außendurchmesser D1 so nahe wie möglich an den Außendurchmesser D2 des Wandabschnitts (51) des Einsatzstücks (50) heranreicht.
Druckregelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (27) zwischen den ankerseitigen Aussparungen (55) mit dem Außendurchmesser D1 so nahe wie möglich an den Innendurchmesser d1 der Innenwand (46) der Aufnahme (45) heranreicht.