DE102014225323A1 - Shift or pressure control valve for a fuel injection system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schalt- oder Druckregelventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend ein mit einem Ventilsitz (1) zusammenwirkendes, hubbewegliches Ventilschließelement (2), das mittels eines Aktors (3) betätigbar ist und entgegen der Wirkrichtung des Aktors (3) von der Federkraft einer Ventilfeder (4) beaufschlagt ist, ferner umfassend einen Druckstift (5), der in einer zentralen Bohrung (6) des Ventilschließelements (2) zumindest bereichsweise aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes (7) von der Federkraft einer Druckhaltefeder (8) beaufschlagt ist. Erfindungsgemäß beaufschlagt die Federkraft der Ventilfeder (4) das Ventilschließelement (2) in Öffnungsrichtung.The invention relates to a switching or pressure control valve for a fuel injection system, in particular a common rail injection system, comprising a with a valve seat (1) cooperating, liftable valve closing element (2) which is actuated by means of an actuator (3) and counter to the effective direction of Actuator (3) is acted upon by the spring force of a valve spring (4), further comprising a pressure pin (5) in a central bore (6) of the valve closing element (2) at least partially received and in the direction of a sealing seat (7) of the spring force a pressure-retaining spring (8) is acted upon. According to the invention, the spring force of the valve spring (4) acts on the valve closing element (2) in the opening direction.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schalt- oder Druckregelventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a switching or pressure control valve for a fuel injection system, in particular a common rail injection system, having the features of the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Aus der Offenlegungsschrift
Aus der Offenlegungsschrift
Darüber hinaus sind Druckregelventile zur Regelung des Drucks in einem Kraftstoffhochdruckspeicher bekannt, über welchen ein Kraftstoffeinspritzventil der vorstehend genannten Art mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Ein solches Druckregelventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schalt- oder Druckregelventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, anzugeben, das diese höheren Anforderungen zu erfüllen vermag und zudem einfach und kostengünstig herzustellen ist.The invention is therefore an object of the invention to provide a switching or pressure control valve for a fuel injection system, in particular a common rail injection system, which is able to meet these higher requirements and is also easy and inexpensive to manufacture.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Schalt- oder Druckregelventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.To solve the problem, the switching or pressure control valve is given with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Schalt- oder Druckregelventil umfasst ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes, hubbewegliches Ventilschließelement, das mittels eines Aktors betätigbar ist und entgegen der Wirkrichtung des Aktors von der Federkraft einer Ventilfeder beaufschlagt ist. Ferner umfasst das vorgeschlagene Ventil einen Druckstift, der in einer zentralen Bohrung des Ventilschließelements zumindest bereichsweise aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Druckhaltefeder beaufschlagt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Federkraft der Ventilfeder das Ventilschließelement in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Das heißt, dass das vorgeschlagene Ventil als stromlos offenes Ventil ausgeführt ist. Als stromlos offenes Ventil erfüllt das vorgeschlagene Ventil die Sicherheitsanforderungen, die regelmäßig an ein Druckregelventil in einem Kraftstoffeinspritzsystem gestellt werden. Denn bei Ausfall des Aktors drückt die Ventilfeder das Ventilschließelement aus dem Ventilsitz, so dass das Ventil öffnet und einen unzulässigen Druckanstieg im System verhindert.The proposed for a fuel injection system, in particular a common rail injection system, switching or pressure control valve comprises a cooperating with a valve seat, liftable valve closing element which is actuated by means of an actuator and against the effective direction of the actuator is acted upon by the spring force of a valve spring. Furthermore, the proposed valve comprises a pressure pin, which is at least partially received in a central bore of the valve closing element and acted upon in the direction of a sealing seat by the spring force of a pressure-retaining spring. According to the invention it is provided that the spring force of the valve spring acts on the valve closing element in the opening direction. This means that the proposed valve is designed as a normally open valve. As a normally open valve, the proposed valve meets the safety requirements that are regularly placed on a pressure regulating valve in a fuel injection system. Because in case of failure of the actuator, the valve spring pushes the valve closing element from the valve seat, so that the valve opens and prevents an inadmissible increase in pressure in the system.
Neben dieser Sicherheitsfunktion besitzt das Ventil weitere Funktionen, die auch eine Druckhaltefunktion beinhalten. Die Druckhaltefunktion wird vorliegend durch den federbelasteten Druckstift in Verbindung mit dem zusätzlich vorgesehen Dichtsitz realisiert. Druckstift und Dichtsitz bilden somit eine Druckhalteventil aus, das einen Mindestdruck im System sicherstellt, um beispielsweise einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Erst bei höheren Drücken öffnet das Druckhalteventil entgegen der Federkraft der Druckhaltefeder, so dass die Druckhaltefunktion nur bis zu einem vorgegebenen Grenzdruck realisiert wird. Der Grenzdruck entspricht dabei dem Öffnungsdruck des Druckhalteventils, der über die Federkraft der den Druckstift in Richtung des Dichtsitzes beaufschlagenden Druckhaltefeder einstellbar ist.In addition to this safety function, the valve has additional functions, which also include a pressure maintenance function. The pressure holding function is realized in the present case by the spring-loaded pressure pin in conjunction with the additionally provided sealing seat. Pressure pin and sealing seat thus form a pressure holding valve, which has a minimum pressure in the Ensures system, for example, to enable start-stop operation of an internal combustion engine. Only at higher pressures opens the pressure-holding valve against the spring force of the pressure-retaining spring, so that the pressure-holding function is realized only up to a predetermined limit pressure. The limit pressure corresponds to the opening pressure of the pressure holding valve, which is adjustable via the spring force of the pressure pin acting in the direction of the sealing seat pressure retaining spring.
Darüber hinaus besitzt das vorgeschlagene Ventil eine Schalt- oder Druckregelfunktion, welche die eigentliche Ventilfunktion darstellt.In addition, the proposed valve has a switching or pressure control function, which represents the actual valve function.
Das vorgeschlagene Ventil ist einfach und kostengünstig herstellbar, da es vorrangig auf Komponenten zurückgreift, die üblicherweise bereits in einem solchen Ventil vorhanden sind. Ggf. muss bzw. müssen lediglich ein weiterer Dichtsitz und/oder eine zusätzliche Feder vorgesehen werden. Darüber hinaus gilt es die Federn, d. h. die Ventilfeder und die Druckhaltefeder, hinsichtlich ihrer Anordnung und Federkraft aufeinander abzustimmen.The proposed valve is simple and inexpensive to produce, since it relies primarily on components that are usually already present in such a valve. Possibly. only one additional sealing seat and / or an additional spring must or must be provided. In addition, it applies the springs, d. H. the valve spring and the pressure-retaining spring, with respect to their arrangement and spring force to match.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Druckhaltefeder, deren Federkraft den Druckstift in Richtung des Dichtsitzes beaufschlagt, einerseits am Druckstift, vorzugsweise an einem Bundabschnitt des Druckstifts, und andererseits gehäuseseitig abgestützt. Diese Anordnung erlaubt eine besonders einfache und leicht zu montierende Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils, da die Druckhaltefeder und der am Druckstift ausgebildete Bundabschnitt zur Abstützung der Druckhaltefeder außerhalb der zentralen Bohrung des Ventilschließelements angeordnet werden können.According to a first preferred embodiment, the pressure-retaining spring whose spring force acts on the pressure pin in the direction of the sealing seat is supported on the one hand on the pressure pin, preferably on a collar portion of the pressure pin, and on the other side on the housing side. This arrangement allows a particularly simple and easy-to-install embodiment of a valve according to the invention, since the pressure-retaining spring and formed on the pressure pin collar portion can be arranged to support the pressure-retaining spring outside the central bore of the valve closure member.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Druckhaltefeder einerseits am Druckstift, vorzugsweise an einem Bundabschnitt des Druckstifts, und andererseits am Ventilschließelement abgestützt. Vorzugsweise erfolgt die Abstützung am Ventilschließelement mittelbar über einen mit dem Ventilschließelement verbundenen Federteller. Die Druckhaltefeder und der am Druckstift ausgebildete Bundbereich zur Abstützung der Druckhaltefeder sind in diesem Fall innerhalb der zentralen Bohrung des Ventilschließelements angeordnet. Um weiterhin eine einfache Montage zu gewährleisten wird der Federteller vorzugsweise erst nach dem Einsetzen des Druckstifts und der Druckhaltefeder in die zentrale Bohrung des Ventilschließelements mit dem Ventilschließelement verbunden. Zur Herstellung der Verbindung kann der Federteller beispielsweise in die zentrale Bohrung des Ventilschließelements eingepresst werden.According to a further preferred embodiment, the pressure-retaining spring is supported on the one hand on the pressure pin, preferably on a collar portion of the pressure pin, and on the other hand on the valve closing element. The support preferably takes place on the valve closing element indirectly via a spring plate connected to the valve closing element. The pressure-retaining spring and the collar portion formed on the pressure pin for supporting the pressure-retaining spring are arranged in this case within the central bore of the valve closing element. In order to further ensure a simple assembly of the spring plate is preferably connected only after the onset of the pressure pin and the pressure-retaining spring in the central bore of the valve closing element with the valve closing element. To produce the connection, the spring plate can be pressed, for example, in the central bore of the valve closing element.
Die Abstützung der Druckhaltefeder am Ventilschließelement besitzt den Vorteil, dass über die Federkraft der Druckhaltefeder eine zusätzliche Öffnungskraft auf das Ventilschließelement bewirkt werden kann, welche ein sicheres Öffnen des Ventils gewährleistet.The support of the pressure retaining spring on the valve closing element has the advantage that on the spring force of the pressure retaining spring an additional opening force can be effected on the valve closing element, which ensures a safe opening of the valve.
Die Druckhaltefeder ist vorzugsweise als Druckfeder, insbesondere als Schraubendruckfeder ausgeführt. Des weiteren bevorzugt umgibt die Druckhaltefeder den Druckstift zumindest bereichsweise, um eine Führung der Druckhaltefeder über den Druckstift zu bewirken.The pressure retaining spring is preferably designed as a compression spring, in particular as a helical compression spring. Furthermore, the pressure-retaining spring preferably surrounds the pressure pin at least regionally in order to bring about guidance of the pressure-holding spring via the pressure pin.
Vorteilhafterweise ist die zentrale Bohrung des Ventilschließelements als Stufenbohrung ausgeführt, so dass ein Abschnitt mit vergrößertem Innendurchmesser ausgebildet wird, in dem die Druckhaltefeder, der Bundabschnitt des Druckstifts und/oder der Federteller einsetzbar sind.Advantageously, the central bore of the valve closing element is designed as a stepped bore, so that a section with an enlarged inner diameter is formed, in which the pressure-retaining spring, the collar portion of the pressure pin and / or the spring plate can be used.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Druckstift an seinem dem Dichtsitz abgewandten Ende eine mit einem Gehäuseanschlag zusammenwirkende Anschlagfläche besitzt. Der Gehäuseanschlag dient der Abstützung des Druckstifts, wenn dieser aufgrund eines Druckanstiegs im System vom Dichtsitz abhebt. Damit ist auch die Druckhaltefunktion des Ventils aufgehoben, so dass die eigentliche Funktion des Ventils nicht beeinträchtigt wird.It is also proposed that the pressure pin at its end facing away from the sealing seat has a cooperating with a housing stop stop surface. The housing stop serves to support the pressure pin when it lifts off from the sealing seat due to an increase in pressure in the system. Thus, the pressure holding function of the valve is canceled, so that the actual function of the valve is not affected.
Liegt der Duckstift am Gehäuseanschlag an, ist vorzugsweise das Ventil druckausgeglichen oder zumindest druckangeglichen. Das heißt, dass sich die auf das Ventilschließelement wirkenden Druckkräfte ausgleichen oder zumindest nahezu ausgleichen. Damit sinkt der zur Betätigung des Ventils erforderliche Kraftbedarf und es kann ein deutlich kleinerer Aktor eingesetzt werden. Zudem wird der Energiebedarf des Aktors gesenkt.If the duck pin abuts against the housing stop, the valve is preferably pressure-balanced or at least pressure-equalized. This means that the forces acting on the valve closing element compressive forces compensate or at least almost compensate. This reduces the power required to actuate the valve and a significantly smaller actuator can be used. In addition, the energy requirement of the actuator is lowered.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilschließelement als Hohlnadel ausgeführt. Die Hohlnadel ist vorzugsweise an ihrem dem Ventilsitz zugewandten Ende konisch zulaufend ausgebildet. Diese Ausgestaltung führt zur Ausbildung einer ringförmigen Dichtkante, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser der zentralen Bohrung entspricht, wodurch das Ventilschließelement weitgehend druckausgeglichen ist.According to a preferred embodiment of the invention, the valve closure element is designed as a hollow needle. The hollow needle is preferably formed tapered at its valve seat facing the end. This configuration leads to the formation of an annular sealing edge whose diameter substantially corresponds to the inner diameter of the central bore, whereby the valve closing element is largely pressure balanced.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Ventilsitz kegelförmig ausgebildet ist. Das sich verjüngende Ende des Kegels ist dabei bevorzugt in Richtung des Ventilschließelements orientiert, so dass bei geschlossenem Ventil die vorzugsweise ringförmige Dichtkante des Ventilschließelements den kegelförmig ausgebildeten Ventilsitz umgreift. Die abzudichtende Öffnung kommt somit innerhalb der zentralen Bohrung des Ventilschließelements zu liegen, wodurch sich die Ausbildung des Druckhalteventils vereinfacht.It is also proposed that the valve seat is conical. The tapered end of the cone is preferably oriented in the direction of the valve closing element, so that when the valve is closed, the preferably annular sealing edge of the valve closing element surrounds the conically shaped valve seat. The sealed opening thus comes to lie within the central bore of the valve closure member, thereby simplifying the formation of the pressure holding valve.
Der Dichtsitz des Druckhalteventils ist vorzugsweise als Flachsitz oder Kegelsitz ausgeführt und/oder unmittelbar angrenzend an den Ventilsitz ausgebildet. Zur Ausbildung eines unmittelbar an einen kegelförmigen Ventilsitz angrenzenden Dichtsitzes, der als Flach- oder Kegelsitz ausgebildet ist, kann beispielsweise der kegelförmige Ventilsitz endseitig abgeflacht oder gefast sein. In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung des Dichtsitzes kann ferner am Druckstift eine flache, kegelförmige oder teilkugelförmige Dichtkontur ausgebildet sein. Grundsätzlich sind alle bekannten Sitzgeometrien möglich.The sealing seat of the pressure holding valve is preferably designed as a flat seat or conical seat and / or formed directly adjacent to the valve seat. To form a sealing seat directly adjacent to a conical valve seat and designed as a flat or conical seat, the conical valve seat, for example, can be flattened or beveled at the end. Depending on the specific configuration of the sealing seat, a flat, conical or partially spherical sealing contour can furthermore be formed on the pressure pin. In principle, all known seat geometries are possible.
Vorteilhafterweise ist der Aktor ein Magnetaktor und umfasst eine Magnetspule zur Einwirkung auf einen mit dem Ventilschließelement gekoppelten oder koppelbaren Anker. In dieser Ausgestaltung ermöglicht der Aktor eine direkte Betätigung des Ventils. Im Falle eines druckausgeglichenen oder zumindest druckangeglichenen Ventils kann zudem ein kleiner Magnetaktor eingesetzt werden, da der Kraftbedarf gering ist.Advantageously, the actuator is a magnetic actuator and comprises a magnetic coil for acting on an armature coupled or coupleable to the valve closing element. In this embodiment, the actuator allows direct actuation of the valve. In the case of a pressure balanced or at least pressure balanced valve also a small magnetic actuator can be used, since the power requirement is low.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. These show:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Das in der
Das dargestellte Druckregelventil ist als druckausgeglichenes Ventil ausgeführt. Es umfasst ein mit einem Ventilsitz
Um neben der Druckregelfunktion ferner eine Druckhaltefunktion zu realisieren, ist im Ventilschließelement
Beim Abheben vom Dichtsitz
Eine Abwandlung des Druckregelventils der
Im Übrigen entspricht das Druckregelventil der
Die
Zur Ausbildung des Dichtsitzes
Bei der Variante der
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen eines Druckregelventils beschränkt, sondern grundsätzlich auf alle druckausgeglichenen oder nahezu druckausgeglichenen Ventile innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, anwendbar.The invention is not limited to the illustrated embodiments of a pressure control valve, but in principle to all pressure balanced or nearly pressure balanced valves within a fuel injection system, in particular a common rail injection system, applicable.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Publication number | Publication date |
---|---|
EP3032090B1 (en) | 2020-01-08 |
EP3032090A1 (en) | 2016-06-15 |
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