DE112007001777T5 - Mehrstufiges Begrenzungsventil mit unterschiedlichen Öffnungsdrücken - Google Patents

Mehrstufiges Begrenzungsventil mit unterschiedlichen Öffnungsdrücken Download PDF

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Mandi R. Metamora Ferleyko
Benjamin R. Varna Tower
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Abstract

Druckbegrenzungsventil (26), welches Folgendes aufweist:
ein Gehäuse (40), welches Folgendes aufweist:
einen Einlass (34);
einen Auslass (38); und
eine mittige Bohrung (36), die strömungsmittelmäßig den Einlass und den Auslass verbindet;
einen einzigen Ventilsitz (44);
ein erstes Ventilelement (28), welches bewegbar ist, um selektiv einen Strömungsmittelfluss durch den einzigen Ventilsitz zu blockieren; und
ein zweites Ventilelement (30), welches in der mittigen Bohrung des Gehäuses angeordnet ist und bewegbar ist, um selektiv einen Strömungsmittelfluss durch die mittige Bohrung zu blockieren.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Begrenzungsventil gerichtet, und insbesondere auf ein mehrstufiges Begrenzungsventil mit unterschiedlichen Öffnungsdrücken.
  • Hintergrund
  • Viele unterschiedliche Brennstoffsysteme werden verwendet, um Brennstoff in die Brennkammern eines Motors einzuleiten. Eine Bauart eines Brennstoffsystems ist als das Common-Rail-System bekannt. Ein typisches Common-Rail-System bzw. System mit gemeinsamer Druckleitung verwendet einen oder mehrere Pumpmechanismen, um Brennstoff unter Druck zu setzen und den unter Druck gesetzten Brennstoff zu einer gemeinsamen Sammelleitung zu leiten, die auch als die Rail bekannt ist. Einzelne Einspritzvorrichtungen ziehen unter Druck gesetzten Brennstoff von der Common-Rail ab und spritzen einen oder mehrere Brennstoffschüsse pro Zyklus in die Brennkammern ein. Um den Betrieb des Motors zu optimieren, wird der Brennstoff in der Rail bzw. Druckleitung innerhalb eines erwünschten Druckbereiches durch präzise Steuerung der Pumpmechanismen gehalten. Es kann jedoch Situationen geben, in denen diese präzise Steuerung unterbrochen wird und Druckfluktuationen oder Druckspitzen auftreten. Ohne Einwirkung könnten diese Druckspitzen Brennstoffsystemkomponenten beschädigen.
  • Ein Weg, das Brennstoffsystem vor unerwünschten Druckspitzen zu schützen, weist auf, Brennstoff aus der Common-Rail ablaufen zu lassen, wenn der Druck des Brennstoffes darin einen vorbestimmten maximalen Schwellenwert überschreitet. Ein Beispiel dieses Schutzverfahrens wird im US-Patent 6 244 253 (dem 253-Patent) von Hacberer und Anderen offenbart, welches am 12. Juni 2001 erteilt wurde. Das '253-Patent beschreibt die Verwendung eines Drucksteuerventils in Verbindung mit einem Brennstoffeinspritzsystem. Das Drucksteuerventil weist einen ersten Kolben mit einer integralen Dichtungskugel auf. Die integrale Dichtungskugel ist durch einen Brennstoffdruck gegen eine Federvorspannung in axialer Richtung zwischen einer Stellung entfernt von einem konischen Sitz zu einem Anschlag hin bewegbar. Wenn die Dichtungskugel entfernt von dem konischen Sitz ist, wird Hochdruckbrennstoff von einer assoziierten Sammelleitung über eine erste Kammer des Ventils übermittelt. Der erste Kolben hat Durchgangsbohrungen, die strömungsmittelmäßig die erste Kammer mit einem konischen Innenraum des ersten Kolbens verbinden. Das Drucksteuerventil weist auch einen zweiten Kolben auf, der in dem ersten Kolben angeordnet ist und durch die gleiche Federvorspannung in der axialen Richtung bewegbar ist, um mit dem konischen Innenraum davon in Eingriff zu kommen und dadurch die Durchgangsbohrungen zu schließen. Wenn der zweite Kolben weg vom konischen Innenraum und den Durchgangsbohrungen des ersten Kolbens bewegt wird, wird Hochdruckbrennstoff aus der ersten Kammer mit einem Niederdruckablauf über die Durchgangsbohrungen im zweiten Kolben verbunden.
  • Anfänglich wird der erste Kolben des '253-Patentes durch einen hohen Druck innerhalb einer kurzen Zeitperiode geöffnet. Folgend auf das Öffnen des ersten Kolbens drückt der sich in der ersten Kammer aufbauende Druck auf den zweiten Kolben, so dass dieser sich weg von den Durchgangsbohrungen des ersten Kolbens bewegt und diese frei macht, um den Druck des Brennstoffes in der Sammelleitung abfallen zu lassen. Durch Einstellung der Position des zweiten Kolbens relativ zum ersten Kolben kann der Druck auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden, der geringer ist als der hohe Druck, und zwar zur Verwendung während einer Betriebsphase des „Nach-Hause-Schleppens".
  • Obwohl das Drucksteuerventil des '253-Patentes ausreichend andere Brennstoffsystemkomponenten schützen kann, indem es übermäßige Drücke aus der Sammelleitung ablässt, kann es teuer sein. Insbesondere sind alle Ventilsitze, die in dem Drucksteuerventil des '253-Patentes vorgesehen sind, konisch. Für eine ordnungsgemäße Abdichtung müssen konische Ventilsitze mit engen Toleranzen hergestellt werden und erfordern oft Schleif- und Poliervorgänge. Diese engen Toleranzen und komplizierten Herstellungsprozesse können beträchtlich die Kosten eines Systems vergrößern, welches mehrere konische Sitze einsetzt. Zusätzlich vergrößert das Vorsehen von mehreren Durchgangsbohrungen in jedem der einzelnen Kolben weiter die Herstellungskosten und den komplexen Aufbau des Drucksteuerventils.
  • Das offenbarte Brennstoffsystem ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Druckbegrenzungsventil gerichtet. Das Druckbegrenzungsventil weist ein Gehäuse mit einem Einlass, einem Auslass und einer mittigen Bohrung auf, die den Einlass und den Auslass strömungsmittelmäßig verbindet. Das Druckbegrenzungsventil weist auch einen einzelnen Ventilsitz und ein erstes Ventilelement auf, welches bewegbar ist, um selektiv einen Strömungsmittelfluss durch den einzelnen Ventilsitz zu blockieren. Das Druckbegrenzungsventil weist weiter ein zweites Ventilelement auf, welches in der mittigen Bohrung des Gehäuses angeordnet ist und bewegbar ist, um selektiv einen Strömungsmittelfluss durch die mittige Bohrung zu blockieren.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zum Betrieb eines Strömungsmittelsystems gerichtet. Das Verfahren weist auf, Strömungsmittel unter Druck zu setzen und das unter Druck gesetzte Strömungsmittel zu einer Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung zu leiten. Das Verfahren weist auch auf, ein erstes Ventilelement weg von einem Ventilsitz zu bewegen, um Strömungsmittel von der Common-Rail zu einem zweiten Ventilelement zu leiten, und eine Schulter aus einer mittigen Bohrung zu bewegen, um Strömungsmittel vom ersten Ventilelement zu einem Niederdruckablauf zu leiten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten Strömungsmittelsystems;
  • 2 ist eine Querschnittsdarstellung eines beispielhaften offenbarten Druckbegrenzungsventils zur Anwendung bei dem Strömungsmittelsystem der 1;
  • 3A ist eine bildliche Darstellung eines beispielhaften offenbarten Ventilelementes zur Verwendung bei dem Druckbegrenzungsventil der 2; und
  • 3B ist eine bildliche Darstellung eines weiteren beispielhaften offenbarten Ventilelementes zur Verwendung bei dem Druckbegrenzungsventil der 2.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 veranschaulicht ein beispielhaftes Strömungsmittelsystem 10. In diesem Beispiel kann das Strömungsmittelsystem 10 ein Brennstoffeinspritzsystem mit einer Strömungsmittelversorgung 12 und einem Pumpmechanismus 14 verkörpern, welcher das Strömungsmittel unter Druck setzt und zu einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 16 durch eine Common-Rail 18 leitet. Das Strömungsmittel kann einen Brennstoff, ein extra dafür vorgesehenes Hydrauliköl, Motoröl oder irgendein anderes Strömungsmittel aufweisen, welches von den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 16 für eine direkte Einspritzung oder für eine Betätigung eines Einspritzereignisses verwendet wird. Es wird in Betracht gezogen, dass das Strömungsmittelsystem 10 alternativ ein nicht mit Brennstoff in Beziehung stehendes Hydrauliksystem verkörpern kann, wie beispielsweise ein Maschinensystem, welches konfiguriert ist, um einen Zylinder zu bewegen, der mit einem Arbeitswerkzeug assoziiert ist, weiter ein Getriebesystem, ein Motorschmiersystem oder irgendeine andere Art eines in der Technik bekannten Hydrauliksystems.
  • Die Versorgung 12 kann ein Reservoir bzw. einen Tank bilden, der konfiguriert ist, um einen Strömungsmittelvorrat zu halten. Ein oder mehrere Hydrauliksysteme, die mit der Antriebsquelle assoziiert sind, können Strömungsmittel von der Versorgung 12 abziehen und zu dieser zurückleiten. Es wird in Betracht gezogen, dass das Strömungsmittelsystem 10 mit mehreren getrennten Strömungsmittel versorgungen verbunden sein kann, falls erwünscht. Der Pumpmechanismus 14 kann einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel erzeugen und kann irgendeine geeignete Druckquelle aufweisen, wie beispielsweise eine Pumpe mit variabler Verdrängung, eine Pumpe mit fester Verdrängung, eine Pumpe mit variablem Fluss oder irgendeine andere in der Technik bekannte Quelle. Der Pumpmechanismus 14 kann extra dafür vorgesehen sein, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu nur dem Strömungsmittelsystem 10 zu liefern, oder er kann alternativ unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu mehreren getrennten Hydrauliksystemen liefern.
  • Jede der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 16 kann mit einer anderen (nicht gezeigten) Brennkammer der Leistungsquelle bzw. des Motors assoziiert sein. Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 16 können betreibbar sein, um eine Menge von unter Druck gesetztem Brennstoff in die Brennkammern zu vorbestimmten Zeitpunkten, mit vorbestimmten Brennstoffdrücken und mit vorbestimmten Brennstoffflussraten einzuspritzen. Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 16 können mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden.
  • Die Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung 18 kann ein hohles rohrförmiges Glied verkörpern, welches Strömungsmittel vom Pumpmechanismus 14 verteilt und Strömungsmittel zur Versorgung 12 zurückleitet. Insbesondere kann die Common-Rail 18 den Pumpmechanismus 14 mit den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 16 durch eine Hauptversorgungsleitung 20 und eine Vielzahl von Verzweigungsleitungen 22 verbinden. Die Common-Rail 18 kann auch mit der Versorgung 12 durch eine Hauptrückleitung 24 verbunden sein. In dieser Weise kann der Pumpmechanismus 14 Strömungsmittel von der Versorgung 12 abziehen, kann das Strömungsmittel unter Druck setzen, das unter Druck gesetzte Strömungsmittel zu jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 16 leiten und übriges Strömungsmittel zur Versorgung 12 zurückleiten.
  • Wie auch in 1 veranschaulicht, kann das Strömungsmittelsystem 10 ein Druckbegrenzungsventil 26 aufweisen, welches so angeordnet ist, dass es übermäßig große Drücke aus der Common-Rail 18 ablässt. Das Druckbegrenzungs ventil 26 kann in der Rückleitung 24 angeordnet sein, und zwar zwischen der Common-Rail 18 und der Versorgung 12. Wenn ein Druck des Strömungsmittels innerhalb der Common-Rail 18 einen vorbestimmten maximalen Schwellenwert überschreitet, kann das Druckbegrenzungsventil 26 sich öffnen, um die Common-Rail 18 mit der Versorgung 12 strömungsmittelmäßig zu verbinden, wodurch gestattet wird, dass Strömungsmittel von der Common-Rail 18 abläuft und der Druck darin verringert wird.
  • Das Druckbegrenzungsventil 26 kann eine Anordnung von Komponenten aufweisen, die zusammenarbeiten, um den Druck in der Common-Rail 18 zu begrenzen. Insbesondere kann das Druckbegrenzungsventil 26 ein erstes Ventilelement 28, ein zweites Ventilelement 30, eine einzelne Rückstellfeder 32 und ein Scheibenelement 33 aufweisen. Das erste Ventilelement 28 kann mechanisch verbunden sein, um sich mit dem zweiten Ventilelement 30 zu bewegen. Die Rückstellfeder 32 kann sowohl das erste als auch das zweite Ventilelement 28, 30 in die Flussblockierungspositionen vorspannen. Das Scheibenelement 33 kann verwendet werden, um in kostengünstiger Weise die Vorspannung der Rückstellfeder 32 einzustellen.
  • Das erste Ventilelement 28 kann ein Zwei-Positionen-Element sein, welches ansprechend auf einen Druck innerhalb der Common-Rail 18 bewegbar ist. Insbesondere kann ein Einlass 34 des Druckbegrenzungsventils 26 unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Common-Rail 18 mit einer hydraulischen Fläche 28a des ersten Ventilelementes 28 in Verbindung bringen. Weil das erste Ventilelement 28 mechanisch durch das zweite Ventilelement 30 mit der Rückstellfeder 32 verbunden sein kann, kann das erste Ventilelement 28 in einer ersten der zwei Positionen bleiben, bis eine Kraft, die durch den Common-Rail-Druck erzeugt wird, welcher auf die hydraulische Oberfläche 28A wirkt, die Vorspannkraft der Feder überschreitet. Wenn die Kraft, die von dem Druck der Common-Rail 18 erzeugt wird, die Vorspannkraft der Rückstellfeder 32 überschreitet, kann das erste Ventilelement 28 sich von der ersten Position, in der das Strömungsmittel aus der Common-Rail 18 von dem zweiten Ventilelement 30 abgeblockt ist, zu einer zweiten Position bewegen, in der das Strömungsmittel vom ersten Ventilelement 28 durch eine mittige Bohrung 36 des Druckbegrenzungsventils 26 zum zweiten Ventilelement 30 fließt. In einem Beispiel kann der Druck, der erforderlich ist, um das erste Ventilelement 28 von der ersten Position wegzubewegen, im Bereich von ungefähr 180–240 MPa sein. Um ein Hin- und Herschalten (Hunting) des ersten Ventilelementes 28 zwischen den ersten und zweiten Positionen zu minimieren, kann eine einschränkende Zumessöffnung bzw. Drosselzumessöffnung 35 zwischen dem Einlass 34 und der mittigen Bohrung 36 gelegen sein.
  • Das zweite Ventilelement 30 kann ein Proportionalventilelement sein, welches ansprechend auf einen Druck des Strömungsmittels in der mittigen Bohrung 36 bewegbar ist. Insbesondere kann das Strömungsmittel in der mittigen Bohrung 36 gegen eine hydraulische Oberfläche 30a des zweiten Ventilelementes 30 wirken. Weil die Vorspannung der Rückstellfeder 32 direkt auf das zweite Ventilelement 30 wirkt, kann das zweite Ventilelement 30 in einer Flussblockierungsposition bleiben, bis eine Kraft, die von dem Druck des Strömungsmittels auf die hydraulische Oberfläche 30a erzeugt wird, die Vorspannkraft der Rückstellfeder 32 überschreitet. Wenn die Kraft, die von dem Druck des Strömungsmittels innerhalb der mittigen Bohrung 36 erzeugt wird, die Vorspannkraft der Rückstellfeder 32 überschreitet, kann das zweite Ventilelement 30 sich von der Flussblockierungsposition, in der Strömungsmittel von der Common-Rail 18 von der Versorgung 12 abgeblockt wird, zu einer zweiten Position bewegen, in der das Strömungsmittel von der Common-Rail 18 durch einen Auslass 38 des Druckbegrenzungsventils 26 zur Versorgung 12 fließt. Das zweite Ventilelement 30 kann zu irgendeiner Position zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegbar sein, und zwar ansprechend auf den Druck des Strömungsmittels innerhalb der mittigen Bohrung 36, um die Flussrate des Strömungsmittels zu variieren, welches zur Versorgung 12 geleitet wird. In einem Beispiel kann der Druck, der erforderlich ist, um das zweite Ventilelement 30 weg von der ersten Position zu bewegen, ungefähr 6–8 mal weniger sein als der Druck, der erforderlich ist, um das erste Ventilelement 28 von seiner ersten Position weg zu bewegen (beispielsweise ungefähr 35 MPa).
  • 2 veranschaulicht ein beispielhaftes physisches Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils 26. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Druckbe grenzungsventil 26 ein Gehäuse 40 mit einer mittigen Bohrung 36 aufweisen, die den Einlass 34 und den Auslass 38 verbindet, und einen konischen Ventilsitz 44, der zwischen dem Einlass 34 und der mittigen Bohrung 36 angeordnet ist. Der konische Ventilsitz 44 kann das erste Ventilelement 28 aufnehmen, während die mittige Bohrung 36 das zweite Ventilelement 30 aufnehmen kann.
  • In dem Ausführungsbeispiel der 2 können die ersten und zweiten Ventilelemente 28 und 30 getrennte Komponenten sein, die während des Betriebs durch die Rückstellfeder 32 in mechanischem Eingriff gehalten werden. Insbesondere kann das erste Ventilelement 28 entweder eine sphärische Kugel oder ein kegelartiges Element sein, welches zum Eingriff und zur Abdichtung mit dem konischen Ventilsitz 44 konfiguriert ist. Im Gegensatz dazu kann das zweite Ventilelement 30 ein Kolbenventilelement in Kontakt mit dem ersten Ventilelement 28 sein. Die Rückstellfeder 32 kann das zweite Ventilelement 30 in die mittige Bohrung 36 und in Eingriff mit dem ersten Ventilelement 28 drücken, wodurch das erste Ventilelement 28 zum Eingriff mit dem konischen Ventilsitz 44 hin gedrückt wird.
  • Wie in 3A veranschaulicht, kann das zweite Ventilelement 30 ein Kolbenglied 46 und ein Flanschglied 48 aufweisen. Das Kolbenglied 46 kann eine zylindrische Außenfläche 49 aufweisen, die in der mittigen Bohrung 36 aufgenommen ist, so dass im Wesentlichen kein Strömungsmittel dazwischen leckt. Ein oder mehrere Ausnehmungen 50 können in der Außenfläche 49 des Kolbengliedes 46 gelegen sein und so orientiert sein, dass sie eine unterbrochene Schulter 52 bilden. Wenn die Schulter 52 innerhalb der mittigen Bohrung 36 ist, kann der Fluss des Strömungsmittels aus dem ersten Ventilelement 28 zum Auslass 38 verhindert werden. Wenn die Schulter bzw. der Absatz 52 weg von dem ersten Ventilelement 28 und aus der mittigen Bohrung 36 heraus bewegt ist, kann das Strömungsmittel durch den Raum in der mittigen Bohrung 36 fließen, der durch die Ausnehmungen 50 erzeugt wird. Die Distanz zwischen der Schulter 52 und einem Rand der mittigen Bohrung 36 kann einem Strömungsquerschnitt entsprechen und die Flussrate des Strömungsmittels durch die mittige Bohrung 36 beeinflussen. Weil die Fläche der hydraulischen Oberfläche 30a größer ist als die Fläche der hydraulischen Oberfläche 28a, kann der Druck, der erforderlich ist, um das zweite Ventilelement 30 zu bewegen, geringer sein als der Druck zur Bewegung des ersten Ventilelementes 28.
  • Wenn das Kolbenglied 46 nach oben aus der mittigen Bohrung 36 heraus bewegt wird, kann Strömungsmittel in mehreren unterschiedlichen Pfaden relativ zum Flanschglied 48 fließen. Insbesondere kann das Flanschglied 48 ein oder mehrere Durchgangslöcher 54 aufweisen. Wenn die Schulter 52 aus der mittigen Bohrung 36 austritt, kann Strömungsmittel aus den Ausnehmungen 50 gleichzeitig durch die Durchgangslöcher 54 und um einen Außenumfang des Flanschgliedes 48 laufen. In dieser Weise können die Durchgangslöcher 54 Verzögerungen und die Wahrscheinlichkeit von Stößen verringern, die mit der Bewegung des Kolbengliedes 46 assoziiert sind.
  • 3B veranschaulicht ein alternatives Ventilelement 56 zur Anwendung bei dem Druckbegrenzungsventil 26. In diesem Ausführungsbeispiel können die ersten und zweiten Ventilelemente 28 und 30 zu einer einzigen integralen Komponente kombiniert sein. Insbesondere kann das Ventilelement 56 das Kolbenglied 46 mit den Ausnehmungen 50 und der unterbrochenen Schulter 52, das Flanschglied 48 und eine kugelförmige Dichtungsfläche 58 aufweisen. Die kugelförmige Dichtungsfläche 58 kann konfiguriert sein, um mit dem konischen Sitz 44 in Eingriff zu kommen und gegen diesen abzudichten (siehe 2). Durch Kombinieren der zwei getrennten Elemente (beispielsweise die ersten und zweiten Ventilelemente 28 und 30) zu einer einzigen Komponente (beispielsweise dem Ventilelement 56), können Herstellungskosten verringert werden und die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit können gesteigert werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das offenbarte Strömungsmittelsystem findet breitet Anwendung in einer Vielzahl von Anwendungen, die beispielsweise Brennstoffsysteme, Schmiersysteme, Arbeitswerkzeugbetätigungssysteme, Getriebesysteme und andere Hydrauliksysteme aufweisen, wo ein Schutz vor übermäßig hohen Drücken erwünscht ist. Das offenbarte Strömungsmittelsystem kann den erwünschten Schutz dadurch vorse hen, dass es ein mehrstufiges Druckbegrenzungsventil einrichtet. Wenn der Druck des Strömungsmittels innerhalb des Systems einen maximalen Schwellenwert überschreitet, kann das mehrstufige Druckbegrenzungsventil Strömungsmittel aus dem System ablaufen lassen, wodurch der Druck des Strömungsmittels in dem System verringert wird. Der Druck des Strömungsmittels innerhalb des Systems kann gerade ausreichend abgesenkt werden, um das System zu schützen, ohne eine Instabilität zu erzeugen oder vollständig das System auszuschalten. Der Betrieb des Strömungsmittelsystems 10 wird nun erklärt.
  • Während des Betriebs des Strömungsmittelsystems 10 kann der Pumpmechanismus 14 Strömungsmittel von der Versorgung 12 abziehen, kann das Strömungsmittel unter Druck setzen und das unter Druck gesetzte Strömungsmittel zur Common-Rail 18 leiten. Das Druckbegrenzungsventil 26 kann in Verbindung mit dem Strömungsmittel der Common-Rail 18 über den Einlass 34 sein, und kann über den Auslass 38 in Strömungsmittelverbindung mit der Versorgung 12 sein. Wenn der Druck des Strömungsmittels innerhalb der Common-Rail 18, der auf die hydraulische Oberfläche 28a wirkt, die Vorspannung der Rückstellfeder 32 überschreitet, kann das erste Ventilelement 28 sich zur zweiten Position oder Flussdurchlassposition bewegen, in der das Strömungsmittel von der Common-Rail 18 mit der mittigen Bohrung 36 und der hydraulischen Oberfläche 30a des Kolbengliedes 46 verbunden wird. Wenn der Druck des Strömungsmittels innerhalb der mittigen Bohrung 36, der auf die hydraulische Oberfläche 30a wirkt, die Vorspannung der Rückstellfeder 32 überschreitet, kann das Kolbenglied 46 aus der mittigen Bohrung 36 herausbewegt werden, bis die unterbrochene Schulter 52 um ein Stück aus der mittigen Bohrung 36 heraus kommt und Strömungsmittel durch die Ausnehmungen 50 zum Auslass 38 läuft. Wenn das Strömungsmittel durch den Auslass 38 zurück zur Versorgung 12 läuft, kann der Druck des Strömungsmittels innerhalb der Common-Rail 18 verringert werden.
  • Das Ausmaß, um welches die unterbrochene Schulter 52 sich über den Rand der mittigen Bohrung 36 erstreckt, kann einem Druck des Strömungsmittels innerhalb der Common-Rail 18 entsprechen. D. h., obwohl das erste Ventilelement 28 im Wesentlichen ein Zwei-Positionen-Element sein kann, kann das zweite Ventilele ment 30 ein Proportionalventilelement sein, welches zwischen seinen ersten und zweiten Positionen ansprechend auf der Druck innerhalb der Common-Rail 18 bewegbar ist. Sobald das erste Ventilelement 28 geöffnet hat, kann der daraus resultierende Druck innerhalb der Common-Rail 18 nicht länger durch das erste Ventilelement 28 gesteuert werden. Stattdessen kann die Bewegung des zweiten Ventilelementes 30 den Druck des Strömungsmittels innerhalb der Common-Rail 18 regeln und sicherstellen, dass er niedrig genug zum Schutz der Komponenten bleibt, jedoch hoch genug für einen fortgesetzten Betrieb der Einspritzvorrichtungen. Sobald beispielsweise das zweite Ventilelement 30 geöffnet hat, kann eine Steigerung des Druckes innerhalb der Common-Rail 18 die unterbrochene Schulter 52 weiter aus der mittigen Bohrung 36 drücken, wodurch ein Strömungsquerschnitt für Strömungsmittel vergrößert wird, welches aus der Common-Rail 18 abläuft. Der vergrößerte Strömungsquerschnitt kann eine größere Flussrate des Strömungsmittels von der Common-Rail 18 zur Versorgung 12 und daraus folgend einen niedrigeren Druck in der Common-Rail 18 zur Folge haben. Wenn der Druck innerhalb der Common-Rail 18 abnimmt, kann sich im Gegensatz dazu die unterbrochene Schulter 52 zurück in die mittige Bohrung 36 bewegen und den Strömungsquerschnitt verringern. Der verringerte Strömungsquerschnitt kann eine niedrigere Flussrate des Strömungsmittels aus der Common-Rail 18 zur Folge haben, und darauf folgend einen höheren Druck innerhalb der Common-Rail 18. Sobald das erste Ventilelement 28 sich öffnet, um Strömungsmittel durchzulassen, kann es offen bleiben, bis die unterbrochene Schulter 52 des zweiten Ventilelementes 30 nahezu oder vollständig in die mittige Bohrung 36 zurückgezogen ist.
  • Das offenbarte Druckbegrenzungsventil kann eine kostengünstige Alternative zur Steuerung des Druckes innerhalb einer Common-Rail sein. Insbesondere weil das Druckbegrenzungsventil 26 nur einen einzigen konischen Ventilsitz verwendet, können die Kosten des Strömungsmittelsystems 10 geringer sein als bei anderen Systemen, welche mehrere konische Ventilsitze einsetzen. Weil das erste Ventilelement 28 keine inneren Strömungsmitteldurchlasswege aufweist, können die Herstellkosten des Druckbegrenzungsventils 26 klein sein. Weil weiterhin die ersten und zweiten Ventilelemente 28, 30 zu einer einzigen integralen Komponente kombiniert sein können, können die Komponentenkosten des Druckbegrenzungsventils 26 noch mehr verringert werden.
  • Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem Strömungsmittelsystem der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann bei einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des hier offenbarten Strömungsmittelsystems offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhafte angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
  • Zusammenfassung
  • MEHRSTUFIGES BEGRENZUNGSVENTIL MIT UNTERSCHIEDLICHEN ÖFFNUNGSDRÜCKEN
  • Ein Druckbegrenzungsventil ist für ein Common-Rail-Brennstoffsystem vorgesehen. Das Druckbegrenzungsventil hat ein Gehäuse mit einem Einlass, einem Auslass und einer mittigen Bohrung, die strömungsmittelmäßig den Einlass und den Auslass verbindet. Das Druckbegrenzungsventil hat auch einen einzigen Ventilsitz und ein erstes Ventilelement, welches bewegbar ist, um selektiv einen Strömungsmittelfluss über den einzigen Ventilsitz zu blockieren. Das Druckbegrenzungsventil hat weiter ein zweites Ventilelement, welches in der mittigen Bohrung des Gehäuses angeordnet ist und bewegbar ist, um selektiv einen Strömungsmittelfluss durch die mittige Bohrung zu blockieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6244253 [0003]

Claims (10)

  1. Druckbegrenzungsventil (26), welches Folgendes aufweist: ein Gehäuse (40), welches Folgendes aufweist: einen Einlass (34); einen Auslass (38); und eine mittige Bohrung (36), die strömungsmittelmäßig den Einlass und den Auslass verbindet; einen einzigen Ventilsitz (44); ein erstes Ventilelement (28), welches bewegbar ist, um selektiv einen Strömungsmittelfluss durch den einzigen Ventilsitz zu blockieren; und ein zweites Ventilelement (30), welches in der mittigen Bohrung des Gehäuses angeordnet ist und bewegbar ist, um selektiv einen Strömungsmittelfluss durch die mittige Bohrung zu blockieren.
  2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, wobei der einzige Ventilsitz ein konischer Ventilsitz ist, der zwischen dem Einlass und der mittigen Bohrung angeordnet ist; wobei das erste Ventilelement kugelförmig ist; und wobei das zweite Ventilelement ein Kolbenventilelement ist.
  3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, welches weiter eine einzige Feder (32) aufweist, die konfiguriert ist, um das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement zu den Flussblockierungspositionen hin vorzuspannen.
  4. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 3, wobei ein Druck, der erforderlich ist, um das erste Ventilelement zu bewegen, größer ist als ein Druck, der erforderlich ist, um das zweite Ventilelement zu bewegen.
  5. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Ventilelemente in einer einzigen integralen Komponente (56) vorgesehen sind.
  6. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, wobei das zweite Ventilelement ein Kolbenglied (6) aufweist, welches eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche (49) hat; und mindestens eine Ausnehmung (50) hat, die in der Außenfläche gelegen ist, um eine unterbrochene Schulter (52) zu bilden, wobei, wenn die unterbrochene Schulter innerhalb der mittigen Bohrung ist, der Fluss von Strömungsmittel durch die mittige Bohrung blockiert ist.
  7. Verfahren zum Betrieb eines Strömungsmittelsystems (10), welches Folgendes aufweist: Unter-Druck-Setzen von Strömungsmittel; Leiten des unter Druck gesetzten Strömungsmittels zu einer Common-Rail (18); Bewegen eines ersten Ventilelementes (28) weg von einem Ventilsitz (44), um Strömungsmittel von der Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung zu einem zweiten Ventilelement (30) zu leiten; und Bewegen einer Schulter (52) aus einer mittigen Bohrung, um Strömungsmittel von dem ersten Ventilelement zu einem Niederdruckablauf (12) zu leiten.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, welches weiter Folgendes aufweist: Vorspannen des ersten Ventilelementes zu einem Ventilsitz hin; und Vorspannen der Schulter in die mittige Bohrung, wobei die Vorspannkraft des ersten Ventilelementes im Wesentlichen die gleiche ist wie die Vorspannkraft des zweiten Ventilelementes.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Ventilöffnungsdruck des ersten Ventils größer ist als ein Ventilöffnungsdruck des zweiten Ventils.
  10. Brennstoffsystem (10), welches Folgendes aufweist: eine Brennstoffversorgung (12); einen Quelle (14), die konfiguriert ist, um den Brennstoff unter Druck zu setzen; eine Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung (18) in Verbindung mit der Quelle; und das Druckbegrenzungsventil (26) nach einem der Ansprüche 1–6, welches zwischen der Common-Rail und der Versorgung angeordnet ist, um Strömungsmittel aus der Common-Rail ansprechend auf einen Druck des Strömungsmittels abzulassen.
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