DE10355124B4

DE10355124B4 - Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen

Info

Publication number: DE10355124B4
Application number: DE10355124A
Authority: DE
Inventors: Holmer Dipl.-Ing. Slocinski; Stefan Dipl.-Ing. Schillinger
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: Woodward LOrange GmbH
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: WO2005054663A1; DE10355124A1; EP1694958A1; ATE390556T1; EP1694958B1

Abstract

Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen, insbesondere für als Common-Rail-Systeme ausgebildete Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen, mit einem Gehäuse mit einem eingangsseitigen Hochdruckanschluss, mit einem Rücklaufanschluss und mit einer zwischen diesen liegenden Durchflussverbindung, die über ein Ventilelement gesteuert ist, das im Gehäuse verschiebbar geführt und in Richtung auf seine Sperrlage zu einem eingangsseitigen Ventilsitz dichtend federbelastet ist, das ferner über einen eingangsseitig anstehenden Hochdruck anschlagbegrenzt zu öffnen ist, und dessen entgegen der Federkraft druckbeaufschlagte Flächen in der die Durchflussverbindung freigebenden Öffnungslage größer sind als in der Sperrlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (20) mit einer Kolbenfläche (17) eines im Gehäuse (2) verschiebbaren Kolbens (12) bewegungsmäßig gekoppelt ist, die zum Verschieben des Ventilelements (20) in die Öffnungslage druckbeaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen, insbesondere für als Common-Rail-Systeme ausgebildete Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen von Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der EP 0 964 153 A2 ist ein Druckbegrenzungsventil dargestellt, das den Druck in einem Kraftstoffspeicher steuert. Zusätzlich zu dieser Funktion kann jederzeit eine Verbindung zwischen Kraftstoffspeicher und einem Kraftstofftank hergestellt werden, um in besonderen Situationen eine Druckentlastung oder Kraftstoffzirkulation herbeizuführen. Konstruktiv wird das dadurch erreicht, dass eine mit einem Ventilelement gekoppelte Kolbenfläche vorgesehen ist, die in die Schließlage druckbeaufschlagbar ist.

Ein Druckbegrenzungsventil der vorgenannten Art geht beispielsweise aus der DE 101 15 162 C1 als bekannt hervor. Zur Steuerung einer zwischen einem eingangsseitigen Hochdruckanschluss und einem Rücklaufanschluss liegenden Durchflussverbindung dient ein nadelförmiges Ventilelement, das mit einem Schaft in der als Schiebeführung ausgebildeten Durchflussverbindung dichtend verschiebbar geführt ist und in Richtung auf seine Sperrlage federbelastet ist. Die Schiebeführung weist einen von der Ventilnadel übersteuerten, im Abstand zum Ventilsitz liegenden Anschlussquerschnitt für den Rücklauf auf. Das dargestellte Druckbegrenzungsventil erlaubt die Absteuerung von Kraftstoff aus einem Kraftstoffspeicher, wenn der Druck im Kraftstoffspeicher einen vorgegebenen Wert überschreitet. In verschiedenen Betriebszuständen ist es jedoch wünschenswert, den Druck im Kraftstoffspeicher unabhängig von einem durch die Auslegung des Ventils vorgegebenen Wert abzusenken, was mit dem dargestellten Druckbegrenzungsventil nicht möglich ist.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, die Funktion des Druckbegrenzungsventils zu erweitern, so dass in bestimmten Betriebszuständen unabhängig von der Auslegung des Druckbegrenzungsventils das Ventil geöffnet werden kann, um den Druck in den verbundenen Kraftstoffeinrichtungen auf ein beliebig vorgebbares Niveau abzusenken.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Durch Kopplung des Ventilelements mit einer Kolbenfläche, die zum Verschieben des Ventilelements in die Öffnungslage druckbeaufschlagbar ist, kann die Öffnung des Ventils unabhängig von den zu steuernden Kraftstoffdrücken in den verbundenen Kraftstoffeinrichtungen und der Auslegung des Ventils gesteuert werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass in einfacher Weise eine Entlastung des Kraftstoffsystems vorgenommen werden kann. Eine Systementlastung ist beispielsweise notwendig, wenn im Rahmen der Wartung kraftstoffspeichernde Bauteile auszutauschen oder zu reparieren sind. Nicht zuletzt sind auch Notfälle denkbar, in denen durch eine Notent lastung eine sofortige Absenkung des Kraftstoffdrucks vorgenommen werden muss.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Hier ist eine Fläche eines topfförmigen Kolbens, der zugleich die das Ventilelement in Richtung auf seine Sperrlage belastende Feder aufnimmt, mit einer druckbeaufschlagbaren Kolbenfläche ausgebildet.

Gemäß Anspruch 3 ist auf der Außenseite des topfförmigen Kolbens ein mit einem Druckanschluss versehenes Ringvolumen vorgesehen, das von einem an dem topfförmigen Kolben angeformten Ringflansch begrenzt ist.

Gemäß Anspruch 4 erfolgt die Druckbeaufschlagung der Kolbenfläche mit Druckluft.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine Querschnittsansicht des Druckbegrenzungsventils.
Mit der Bezugsziffer 1 ist das Druckbegrenzungsventil in seiner Gesamtheit bezeichnet und mit 2 dessen Gehäuse. Im Gehäuse 2 ist eine Bohrung 3 vorgesehen, die koaxial auf eine Bohrung 4 ausläuft, die mit einem Hochdruckanschluss 5 in Verbindung steht. Im Übergang der Bohrung 3 auf die Bohrung 4 liegt der Ventilsitz 6, der mit einem als Ventilnadel ausgebildeten Ventilelement 20 zusammenwirkt. Der Ventilsitz 6 ist in einer Ventilplatte 7 ausgebildet, die zwischen dem Gehäuse 3 und dem den Hochdruckanschluss 5 beinhaltenden Gehäuseteil 8 liegt. Die Ventilplatte 7 beinhaltet einen dem Ventilsitz 6 zugeordneten Ventilkegel, an dem das Ventilelement 20 in der Sperrstellung mit ihrem abgerundeten Ende anliegt. Das Ventilelement 20 besteht in einem kolbenförmigen Bauteil, das in der Bohrung 3 dichtend verschiebbar geführt ist, wobei ein auf den Rücklaufanschluss 9 radial ausmündender Anschlussquerschnitt 10 überdeckt wird, der im Abstand zum Ventilsitz 6 liegt und von dem Ventilelement 20 übersteuerbar ist. Um das Ventilelement 20 in Sperrlage zu halten, dient eine vorgespannte Feder 11, die im Innern eines topfförmigen Kolbens 12 angeordnet ist. Die Feder 11 wird zwischen einem Federteller 14 und dem zum Kolben 12 gehörigen Kolbenboden 13 auf Vorspannung gehalten. Zur Justierung der gewünschten Federkraft dient eine Einstellschraube 15, die am Federteller 14 angreift. Der topfförmige Kolben 12 ist mit einem Flansch 16 ausgebildet, der eine Kolbenfläche 17 beinhaltet, die ein Ringvolumen 18 auf der Außenseite des topfförmigen Kolbens 12 begrenzt, das mit einem Druckluftanschluss 19 verbunden ist.
Die Feder und die Flächenverhältnisse sind in bekannter Weise so ausgelegt, dass das Druckbegrenzungsventil öffnet, wenn in den angeschlossenen Kraftstoffeinrichtungen ein Druckwert erreicht wird, der über einem festgelegten Maximalwert liegt. Zum Öffnen wird das Ventilelement 20 unter Kompression der Feder 11 verschoben, bis der von dem Ventilelement 20 übersteuerte Anschlussquerschnitt 10 freigegeben wird und durch Absteuerung eine Absenkung des Kraftstoffdrucks in den verbundenen Kraftstoffeinrichtungen, beispielsweise einem Druckspeicher für Kraftstoff, erfolgt. Wird ein durch die Auslegung des Ventils vorgegebener minimaler Grenzdruck erreicht, wird über die Kraft der Feder 11 das Druckbegrenzungsventil wieder geschlossen. Öffnungs- und Schließdruck sind unterschiedlich, weil die entgegen der Federkraft druckbeaufschlagte Fläche des Ventilelements 20 in der die Durchflussverbindung freigebenden Öffnungslage größer gewählt ist als in der Sperrlage. Dadurch lässt sich unerwünschtes Pendeln des Ventilelements 20 bei geringen Druckschwankungen verhindern.
Unabhängig vom Druck in den mit dem Druckbegrenzungsventil 1 verbundenen Kraftstoffeinrichtungen kann eine Druckabsenkung im mit dem Druckbegrenzungsventil 1 verbundenen Kraftstoffsystem durch Druckbeaufschlagung des Ringvolumens 18 erfolgen. Wird das Ringvolumen 18 über den Druckluftanschluss 19 mit Druckluft beaufschlagt, wirkt an der Kolbenfläche 17 ein Druck, der den Kolben 12 unter Kompression der Feder 11 in Öffnungsrichtung verschiebt, wobei das Ventilelement 20 mitgenommen wird bzw. durch den anliegenden Kraftstoffdruck nachgeführt wird und den Durchgang zum Anschlussquerschnitt 10 freigibt. Auf diese Weise kann in beliebigen Betriebszuständen auf Notsituationen reagiert werden und eine Druckabsenkung in den Kraftstoffeinrichtungen über den Rücklaufanschluss 9 herbeigeführt werden. Insbesondere kann die Einrichtung dazu genutzt werden, um eine Systementlastung bei der Wartung bei abgestelltem Motor vorzunehmen.
In dem erfindungsgemäßen Ventil ist mit einfachen konstruktiven Mitteln eine weitere Funktion integriert, so dass der Anwendungsbereich des Druckbegrenzungsventils 1 erweitert wurde.

Claims

Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen, insbesondere für als Common-Rail-Systeme ausgebildete Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen, mit einem Gehäuse mit einem eingangsseitigen Hochdruckanschluss, mit einem Rücklaufanschluss und mit einer zwischen diesen liegenden Durchflussverbindung, die über ein Ventilelement gesteuert ist, das im Gehäuse verschiebbar geführt und in Richtung auf seine Sperrlage zu einem eingangsseitigen Ventilsitz dichtend federbelastet ist, das ferner über einen eingangsseitig anstehenden Hochdruck anschlagbegrenzt zu öffnen ist, und dessen entgegen der Federkraft druckbeaufschlagte Flächen in der die Durchflussverbindung freigebenden Öffnungslage größer sind als in der Sperrlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (20) mit einer Kolbenfläche (17) eines im Gehäuse (2) verschiebbaren Kolbens (12) bewegungsmäßig gekoppelt ist, die zum Verschieben des Ventilelements (20) in die Öffnungslage druckbeaufschlagbar ist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die druckbeaufschlagte Kolbenfläche (17) an einem topfförmigen Kolben (12) ausgebildet ist, der auf seiner Innenseite die das Ventilelement (20) in Richtung auf seine Sperrlage belastende, einerseits am Topfboden (13) und andererseits am Gehäuse (2) abgestützte Feder (11) aufnimmt.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) ein auf der Außenseite des topfförmigen Kolbens (12) angeordnetes, mit einem Druckanschluss (19) versehenes Ringvolumen (18) vorgesehen ist, das axial von einem an dem topfförmigen Kolben (12) angeformten Ringflansch (16) begrenzt ist, der eine druckbeaufschlagbare ringförmige Kolbenfläche (17) darstellt.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung der Kolbenfläche (17) mit Druckluft erfolgt.