DE102014206054A1

DE102014206054A1 - Hochdruckspeicher mit einem Druckregelventil

Info

Publication number: DE102014206054A1
Application number: DE102014206054.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Jupe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-10-01
Also published as: WO2015149964A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochdruckspeicher (1) mit einem Gehäuse (2), einem Fluidraum (3), einem Anschluss (5) für eine Rücklaufleitung Glühstiftkerze (10) für einen Rücklaufleitung sowie einem Druckregelventil (10). Das Druckregelventil (10) ist dabei unlösbar mit dem Gehäuse (2) des Hochdruckspeichers (1) verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochdruckspeicher mit einem Druckregelventil.
Stand der Technik
Moderne Dieselmotoren verfügen in der Regel über ein Speicher-Einspritz-System (Common-Rail), bei dem Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe verdichtet und einem Hochdruckspeicher zugeführt wird. Aus diesem Speicher wird der Kraftstoff dann mittels Injektoren in die einzelnen Brennräume des Dieselmotors eingespritzt. Um zu verhindern, dass der Druck im Hochdruckspeicher einen kritischen Schwellenwert übersteigt, sind an bekannten Hochdruckspeichern sogenannte Druckregelventile vorgesehen, mit denen der Druck im Hochdruckspeicher auf ein bestimmtes Druckniveau eingeregelt wird. Ein solches Druckregelventil ist aus der EP-2333298 B1 bekannt. Dabei weist das Druckregelventil ein Schließglied auf, über welches eine fluidische Verbindung zwischen Hochdruckspeicher und einer Rücklaufleitung, über die der Kraftstoff zurück in den Vorratsbehälter zirkulieren kann, geöffnet werden kann. Zum Öffnen und Schließen des Schließglieds ist ein Magnetaktuator vorgesehen, welcher auf das Schließglied des Druckregelventils einwirkt. Das Druckregelventil wird in eine Öffnung des Hochdruckspeichers eingeschraubt.
Dabei sind das Druckregelventil und der Hochdruckspeicher als zwei separate Bauteile ausgeführt, die teilweise von unterschiedlichen Lieferanten geliefert werden, so dass keine gemeinsame Funktionsprüfung des Hochdruckspeichers mit dem montierten Druckregelventil erfolgt, bevor der Hochdruckspeicher als Teil der Kraftstoffeinspritzsystems an den Dieselmotor angebaut wird, wobei eine evtl. vorhandene Leckage erst im Betrieb des Einspritzsystems entdeckt wird.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Hochdruckspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bietet demgegenüber den Vorteil, dass das Druckregelventil in den Hochdruckspeicher integriert ist. Dadurch werden zum einen weniger Bauteile benötigt, was den Montageaufwand reduziert und zum anderen kann die komplette Funktionseinheit geprüft werden, so dass eine gemeinsame Prüfung zwei separate Prüfungen für den jeweiligen Hochdruckspeicher und das Druckregelventil ersetzt. Ferner benötigt ein solcher Hochdruckspeicher mit integriertem Druckregelventil weniger Bauraum und kann zudem leichter ausgeführt werden, was den Kraftstoffverbrauch reduziert. Unter unlösbar verbunden ist in diesem Zusammenhang keine absolute Unlösbarkeit zu verstehen, wie beispielsweise ein Trennen mit einer Schleifscheibe, sondern lediglich, dass die Verbindung zwischen Gehäuse des Hochdruckspeichers und Druckregelventil nicht zerstörungsfrei gelöst werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Hochdruckspeichers möglich.
Eine erste vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das eine Stirnfläche des Gehäuses des Hochdruckspeichers plan ausgeführt ist. Durch eine plane Stirnfläche des Gehäuses ist eine besonders einfache und stabile Verbindung zwischen Gehäuse des Hochdruckspeichers und Gehäuse des Druckregelventils möglich. Somit kann eine dauerhafte Verbindung, beispielsweise durch ein Schweißen von Gehäuse des Druckregelventil und Gehäuse des Hochdruckspeichers, besonders stabil und sicher realisiert werden.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Gehäuse des Druckregelventils in etwa den gleichen Durchmesser wie das Gehäuse des Hochdruckspeichers aufweist. Durch in etwa gleiche Durchmesser entsteht ein günstiges Verhältnis zwischen der Bauteilgröße und der Kontaktfläche, wodurch eine besonders stabile Verbindung erreicht werden kann.
Für viele Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse des Hochdruckspeichers mit dem Gehäuse des Druckregelventils verschweißt ist. Eine Schweißung bildet eine besonders stabile und dauerhafte Verbindung der beiden Gehäuseteile. Alternative kann es für andere Anwendungsfälle von Vorteil sein, wenn das Gehäuse des Hochdruckspeichers mit dem Gehäuse des Druckregelventils verklebt ist. Ein Verkleben bietet den Vorteil, dass kein oder nur ein sehr geringer Temperatureintrag an der Fügestelle der Gehäuseteile notwendig ist, wodurch das Risiko einer thermischen Schädigung von thermisch wenig belastbare Bauteile wie beispielsweise die Ansteuerung des Schließglieds des Druckregelventils deutlich reduziert wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Schließglied des Druckregelventils durch einen Piezoaktor betätigt wird. Ein Piezoaktor ermöglicht nicht nur ein in Bezug auf ein bekanntes Magnetventil deutlich schnelleres Öffnen und Schließen des Druckregelventils, er kann auch bei gleicher Kraft auf das Schließglied deutlich kleiner und leichter ausgeführt werden. Dies spart nicht nur Bauraum, sondern senkt auch den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges, in den ein Motor mit einem solchen Hochdruckspeicher-Einspritzsystem eingebaut wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Gehäuse des Druckregelventils und/oder ein Ventilsitz als Metal-Injektion-Molding (MIM) Teil ausgeführt sind. Durch ein Metal-Injektion Molding ist eine komplexe Geometrieform ohne aufwendige Nachbearbeitung möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der Ventilsitz, eine Führung für das Schließglied sowie ein Gehäuse für den Piezoaktor als ein gemeinsames Bauteil per Metal-Injektion-Molding hergestellt werden, wodurch der Montageaufwand durch Verringerung der Einzelteile deutlich reduziert werden kann.
Insbesondere ist es auch vorteilhaft, wenn der Hochdruckspeicher und das Druckregelventil fluiddicht miteinander verbunden sind. Durch eine fluiddichte Verbindung kann eine zusätzliche Abdichtung, wie sie beispielsweise bei einem eingeschraubten Druckregelventil vorgesehen ist, entfallen.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochdruckspeichers (1) mit einem integrierten Druckregelventil (10).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Hochdruckspeicher 1 mit einem erfindungsgemäßen Druckregelventil 10 dargestellt. Der Hochdruckspeicher 1 weist ein Gehäuse 2 sowie einen Fluidraum 3 auf. Der Hochdruckspeicher 1 weist ferner an einer Stirnseite 6 eine Öffnung 7 zur Aufnahme eines Druckregelventils 10 auf. Der Hochdruckspeicher 1 weist ferner eine Öffnung 5 zum Anschluss einer Rücklaufleitung 35 sowie mindestens eine (nicht dargestellte) Öffnung zum Anschluss eines Kraftstoffinjektors. Das Druckregelventil 10 umfasst ein Gehäuse 12, welches in dem dargestellten Beispiel dreiteilig ausgeführt ist und einen Ventilsitz 40, einer Einschraubhülse 44 sowie eine Endstück 49 aufweist. Dem Fluidraum 3 des Hochdruckspeichers 1 zugewandt ist in Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz 40 ein Partikelfilter 14 an dem Druckregelventil 10 angeordnet. Der Ventilsitz 40 kann durch ein Schließglied 20, insbesondere eine Ventilnadel 21, verschlossen werden, so dass eine fluidische Verbindung vom Fluidraum 3 des Hochdruckspeichers 1 zur Rücklaufleitung 35 unterbrochen ist. An dem Gehäuse 12 des Druckregelventils 10, insbesondere an dem Ventilsitz 40 ist eine Öffnung 13 ausgebildet, über welche das Gehäuse 12 zumindest mittelbar fluidisch mit der Rücklaufleitung 35 verbindbar ist.
Eine Stirnseite 4 des Hochdruckspeichers, in der sich die Öffnung 7 zur Aufnahme des Druckregelventils 10 befindet, ist dabei plan ausgeführt. Alternativ zu einer Einschraubhülse 44 kann das Druckregelventil 10 auch eine Einsteckhülse aufweisen, da eine dauerhafte, fluiddichte Verbindung zwischen Gehäuse 2 des Hochdruckspeichers und Gehäuse 12 des Druckregelventils 10. Die Stirnseite 4 des Gehäuses 2 wird dabei mit einer Stirnseite des Gehäuses 12 des Druckregelventils 10 verschweißt.
Das Druckregelventil 10 weist ferner eine Feder 37 auf, welche auf das Schließglied 20 wirkt und die fluidische Verbindung zwischen Fluidraum 3 und Rücklaufleitung 35 unterbindet. Zum Öffnen des Schließglieds 20 ist ein Piezoaktor 30 vergesehen, welcher mit einem hydraulischen Koppler 32, insbesondere mit einem Übersetzerkolben 33, auf das Schließglied 20 einwirken kann, wenn der Piezoaktor 30 bestromt wird. Der Piezoaktor 30 wird durch eine Tellerfeder 50 vorgespannt, wobei zwischen der Tellerfeder 50 und dem Piezoaktor 30 ein Federteller 51 angeordnet ist, welcher die Kraft der Tellerfeder 50 gleichmäßig auf eine Stirnfläche des Piezoaktors 30 verteilt. Federteller 51 können zur Einstellung der Federkraft, beispielsweise durch unterschiedliche Fertigungstoleranzen bei Piezoaktor 30 und Gehäuse 12 in unterschiedlichen Dickenklassen als Auswahlgruppe gefertigt sein, um das Einstellen der Federkraft zu erleichtern. Eine Mantelfläche 36 des Piezoaktors 30 ist von einer Vergussmasse 34 umhüllt. Durch die Vergussmasse 34 wird der Piezoaktor 30 zum einen sicher in dem Gehäuse 12 positioniert und elektrisch isoliert, zum anderen kann über die Vergussmass 34 Wärme, welche im Betrieb des Piezoaktors 30 entsteht, an das Gehäuse abgeführt werden.
An der Einschraubhülse 44 ist ein Absatz 45 ausgebildet, welcher eine Dichtelement 46, insbesondere einen O-Ring, trägt. Über das Dichtelement erfolgt eine fluidische Abdichtung des Fluidraums 3 bzw. des Druckregelventils 10 nach außen, so dass kein Kraftstoff aus dem Fluidraum 3 austreten kann. Die Einschraubhülse 44 weist ferner ein Außengewinde 47 auf, mit der die Einschraubhülse 44 in die Öffnung 7 des Hochdruckspeichers 1 eingeschraubt werden kann. Durch eine fluiddichte Verbindung zwischen Gehäuse 2 des Hochdruckspeichers 1 und Gehäuse 12 des Druckregelventils 10 kann ein solches Dichtelement entfallen.
Der Ventilsitz 40 kann als Drehteil ausgeführt werden, bevorzugt wird er jedoch als Metal-Injekton-Molding (MIM) Bauteil ausgeführt. Durch ein formgebendes Verfahren wie Metal-Injektion-Moldiung kann die Geometrie des Ventilsitzes auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden. Ein Verfahren wie das Metal-Injektion- Molding erlaubt es zudem, das Gehäuse 12 mit dem Ventilsitz 40, der Einschraubhülse 44 sowie dem Endstück 49 als ein gemeinsames Bauteil herzustellen, was den Montageaufwand deutlich reduziert.
Im Betrieb des Hochdruckspeichers 1 ist das Druckregelventil 10 zunächst geschlossen, indem das Schließglied 20 durch die Feder 37 gegen den Ventilsitz 40 gepresst wird. Durch Ansteuerung des Piezoaktors 30 wird die Federkraft überwunden und das Schließglied 20 hebt sich aus dem Ventilsitz 40, wodurch Kraftstoff aus Fluidraum 3 des Hochdruckspeichers 1 durch das Druckregelventil 12 über die Öffnung 13 in die Rücklaufleitung 35 strömen kann und somit der Druck im Fluidraum 3 des Hochdruckspeicher 1 abgebaut wird. Durch die schnellen Schaltzeiten des Piezoaktuors 30 ist eine besonders schnelle und genaue Regelung des Drucks möglich, so dass die Rücklaufmenge begrenzt werden kann, was insgesamt den Wirkungsgrad des Einspritzsystems erhöht, da weniger Kraftstoff zirkuliert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2333298 B1 [0002]

Claims

Hochdruckspeicher (1) mit einem Gehäuse (2), einem Fluidraum (3), einem Anschluss (5) für eine Rücklaufleitung, sowie einem Druckregelventil (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (10) unlösbar mit dem Gehäuse (2) des Hochdruckspeichers (1) verbunden ist.
Hochdruckspeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnfläche (4) des Gehäuses (2) plan ausgeführt ist.
Hochdruckspeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Gehäuse (12) des Druckregelventils (10) in etwa den gleichen Durchmesser wie das Gehäuse (2) des Hochdruckspeichers (1) aufweist.
Hochdruckspeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) des Hochdruckspeichers (1) mit dem Gehäuse (12) des Druckregelventils (10) verschweißt ist.
Hochdruckspeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) des Hochdruckspeichers (1) mit dem Gehäuse (12) des Druckregelventils (10) verklebt ist.
Hochdruckspeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (10) ein Schließglied (20) aufweist, wobei des Schließglied (20) durch einen Piezoaktor (30) betätigt wird.
Hochdruckspeicher (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) des Druckregelventils (10) und/oder ein Ventilsitz (40) als Metal-Injection-Molding (MIM) Teil ausgeführt sind/ist.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckspeichers (1) mit einem Gehäuse (2), eine Fluidraum (3) einem Anschluss (5) für eine Rücklaufleitung sowie einem Druckregelventil (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (10) unlösbar mit dem Gehäuse (2) des Hochdruckspeichers (1) verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckspeichers (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckspeicher (1) und das Druckregelventil (10) fluiddicht miteinander verbunden werden.