DE102014206060A1 - Pressure control valve for a high-pressure accumulator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil (10) sowie einen Hochdruckspeicher (1) mit einem Druckregelventil (10). Das Druckregelventil (10) weist ein Gehäuse (12) auf, in welchem ein unter Druck stehendes Fluid, insbesondere Kraftstoff, bevorratet werden kann. An dem Gehäuse (12) ist mindestens eine Öffnung (13) vorgesehen, über die das Gehäuse (12) zumindest mittelbar an eine Rücklaufleitung (35) anschließbar ist. Das Druckregelventil (10) weist ein Schließglied (20) auf, über welches eine fluidische Verbindung zwischen Hochdruckspeicher (1) und Rücklaufleitung (35) geöffnet und geschlossen werden kann. Zur Bewegung des Schließgliedes (20) ist ein Piezoaktor (30) vorgesehen.The invention relates to a pressure control valve (10) and a high pressure accumulator (1) with a pressure control valve (10). The pressure regulating valve (10) has a housing (12) in which a pressurized fluid, in particular fuel, can be stored. On the housing (12) at least one opening (13) is provided, via which the housing (12) at least indirectly to a return line (35) can be connected. The pressure control valve (10) has a closing member (20) via which a fluidic connection between high-pressure accumulator (1) and return line (35) can be opened and closed. For movement of the closing member (20), a piezoelectric actuator (30) is provided.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckregelventil für einen Hochdruckspeicher sowie einen Hochdruckspeicher mit einem solchen Druckregelventil.The present invention relates to a pressure control valve for a high pressure accumulator and a high pressure accumulator with such a pressure control valve.
Stand der TechnikState of the art
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
Nachteilig bei einer solchen Ausführungsform ist allerdings, dass der Magnetaktuator relativ viel Bauraum benötigt, um die notwendigen Magnetkräfte zum Öffnen des Schließgliedes bereit zu stellen und das Druckregelventil somit relativ groß und schwer ausgeführt werden muss.A disadvantage of such an embodiment, however, is that the magnetic actuator requires a relatively large amount of space to provide the necessary magnetic forces to open the closing member and the pressure control valve thus has to be made relatively large and heavy.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Druckregelventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bietet demgegenüber den Vorteil, dass das Öffnen und Schließen des Schließgliedes durch einen Piezoaktor erfolgt. Ein Piezoaktor kann im Vergleich zu einem Magnetaktuator bei geringerem Bauraum eine gleich große Kraft bereitstellen, um das Schließglied des Druckregelventils zu öffnen. Zudem sind die Schaltzeiten des Piezoaktors schneller als die Schaltzeiten eines Magnetaktuators, so dass das Schließglied schneller öffnen und schließen kann und somit eine genauere Regelung des Drucks im Hochdruckspeicher möglich ist.The pressure control valve according to the invention with the features of claim 1 offers the advantage that the opening and closing of the closing member is effected by a piezoelectric actuator. A piezoelectric actuator can provide an equal force compared to a magnetic actuator with less space to open the closing member of the pressure regulating valve. In addition, the switching times of the piezoelectric actuator are faster than the switching times of a solenoid actuator, so that the closing member can open and close faster and thus more accurate control of the pressure in the high-pressure accumulator is possible.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Druckregelventils und des Hochdruckspeichers möglich.The measures cited in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim specified pressure control valve and the high-pressure accumulator are possible.
Eine erste vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Piezoaktor über eine Tellerfeder unter Vorspannung gesetzt ist. Eine Tellerfeder ist ein günstiges und einfaches Bauteil, um eine Vorspannung auf den Piezoaktor zu erzeugen, welche im Betrieb des Druckregelventils notwendig ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn zwischen der Tellerfeder und einer Stirnseite des Piezoaktors ein Federteller angeordnet ist. Ein solcher Federteller verteilt die Kraft der Tellerfeder gleichmäßig über die Stirnfläche des Piezoaktors und sorgt somit dafür, dass die mechanische Belastung gleichmäßig über die Stirnfläche des Piezoaktors verteilt wird. Zudem kann ein solcher Federteller ggf. in unterschiedlichen Dickenklassen geschliffen werden, um auf einfach und kostengünstig Fertigungstoleranzen auszugleichen und auf einfache und sichere Weise stets eine konstante Vorspannkraft durch die Tellerfeder zu realisieren.A first advantageous development is that the piezoelectric actuator is biased by a plate spring. A plate spring is a cheap and simple component to create a bias on the piezoelectric actuator, which is necessary in the operation of the pressure control valve. It is particularly advantageous if a spring plate is arranged between the plate spring and an end face of the piezoelectric actuator. Such a spring plate distributes the force of the plate spring uniformly over the end face of the piezoelectric actuator and thus ensures that the mechanical load is distributed uniformly over the end face of the piezoelectric actuator. In addition, such a spring plate may optionally be ground in different thickness classes to compensate for easy and cost-effective manufacturing tolerances and always to realize a constant biasing force by the plate spring in a simple and secure manner.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Piezoaktor zur Wärmeabfuhr an seiner Mantelfläche zumindest Abschnittsweise von einer Vergussmasse eingebettet ist. Eine solche Vergussmasse dient sowohl als mechanischer Schutz für den Piezoaktor, als auch, um die im Betreib des Piezoaktors auftretende Wärme sicher nach außen abzuführen. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn mindestens 80% der Mantelfläche in die Vergussmasse eingebettet sind, um eine möglichst stabile und sichere Positionierung und Wärmeabfuhr zu gewährleisten.A further advantageous development is that the piezoelectric actuator for heat dissipation on its lateral surface is at least partially embedded by a potting compound. Such a potting compound serves both as a mechanical protection for the piezoelectric actuator, as well as to safely dissipate the heat occurring in the operation of the piezoelectric actuator to the outside. It is particularly advantageous if at least 80% of the lateral surface are embedded in the potting compound in order to ensure the most stable and secure positioning and heat dissipation.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Druckregelventil einen Ventilsitz aufweist, der mit dem Schließglied zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz als Metal-Injektion-Molding (MIM) Teil ausgeführt ist. 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 deutlich reduziert werden kann.A further advantageous development is that the pressure control valve has a valve seat, which cooperates with the closing member, wherein the valve seat is designed as a metal injection molding (MIM) part. Through a metal injection molding a complex geometry shape without elaborate post-processing is possible. It is particularly advantageous if the valve seat, a guide for the closing member and a housing for the piezoelectric actuator are produced as a common component by metal injection molding, whereby the assembly cost can be significantly reduced.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass zwischen dem Piezoaktor und dem Schließglied ein hydraulischer Koppler angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine einfache und schnelle Ankoppelung des Schließglieds an den Piezoaktor erfolgen. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der hydraulische Koppler einen Übersetzerkolben umfasst. A further advantageous development is that between the piezoelectric actuator and the closing member, a hydraulic coupler is arranged. In this way, a simple and fast coupling of the closing member to the piezoelectric actuator can take place. It is particularly advantageous if the hydraulic coupler comprises a booster piston.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Schließglied, insbesondere eine Ventilnadel, in einer Einschraubhülse geführt ist. Durch die Einschraubhülse ist eine einfache und sichere Montage des erfindungsgemäßen Druckregelventils am Hochdruckspeicher möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn an der Einschraubhülse, insbesondere einem Außendurchmesser der Einschraubhülse, ein Absatz ausgebildet ist, wobei der Absatz eine Dichtelement trägt. Auf diese Weise ist eine einfache und sichere Abdichtung zwischen Einschraubhülse und Gehäuse des Hochdruckspeichers möglich. Besonders einfach lässt sich eine solche Abdichtung durch einen O-Ring realisieren.A further advantageous development is that the closing member, in particular a valve needle, is guided in a screw-in sleeve. By screwing a simple and secure mounting of the pressure control valve according to the invention on the high-pressure accumulator is possible. Especially It is advantageous if a shoulder is formed on the screw-in sleeve, in particular an outer diameter of the screw-in sleeve, wherein the shoulder carries a sealing element. In this way, a simple and secure seal between screw-in and housing of the high-pressure accumulator is possible. Such a seal can be realized particularly easily by means of an O-ring.
Der erfindungsgemäße Hochdruckspeicher bietet gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen den Vorteil, dass die Kombination aus Speicher und Druckregelventil sowohl leichter ist, als auch weniger Bauraum benötigt. Somit kann der Hochdruckspeicher leichter montiert werden und passt auch bei eng gepackten Aggregatsanordnungen unter die Motorhaube eines Kraftfahrzeugs. Durch die Gewichtsersparnis kann sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die passive Sicherheit im Fall eines Crashs gesteigert werden.Compared with the solutions known from the prior art, the high-pressure accumulator according to the invention has the advantage that the combination of accumulator and pressure control valve is both lighter and requires less installation space. Thus, the high-pressure accumulator can be easily mounted and fits even in tightly packed unit assemblies under the hood of a motor vehicle. The weight savings can increase both fuel consumption and passive safety in the event of a crash.
Zeichnungendrawings
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the following drawings and explained in more detail in the following description.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention and advantageous embodiments according to the features of the other claims are explained in more detail below with reference to the embodiments illustrated in the drawings.
In
Das Druckregelventil
An der Einschraubhülse
Der Ventilsitz
Im Betrieb des Hochdruckspeichers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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