DE19727785B4

DE19727785B4 - Mengenregelventil zur Steuerung von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE19727785B4
Application number: DE19727785A
Authority: DE
Inventors: Bernd Rosenau
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2017-07-01
Also published as: FR2765301A1; FR2765301B1; DE19727785A1; US5927322A; GB9811575D0; GB2328002B; JPH1194097A; GB2328002A; JP4309493B2

Abstract

Mengenregelventil zur Steuerung von Flüssigkeiten mit einem von einem Elektromagneten (28) verstellbaren Ventilglied (16), das einen ersten, im Durchmesser kleineren Teil (17) und einen zweiten, im Durchmesser größeren Teil (19) aufweist, an deren Übergang eine Dichtfläche (25) ausgebildet ist, die mit einem Ventilsitz (26) am Ventilgehäuse (3) zusammenwirkt und der im Durchmesser kleinere Teil (17) in einem mit der Abflußseite (29) verbundenen Führungsbereich (20) unter Bereitstellung eines vom Übergang (25) ausgehenden Abflußquerschnitts (33) geführt ist und der im Durchmesser größere Teil (19) auf der Zuflußseite (27) in einem in der lichten Weite gegenüber dem Führungsbereich (20) vergrößerten Teil des Ventilgehäuses angeordnet ist, wobei das Ventilglied (16) durch den Elektromagneten (28) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (23) auf seinen Ventilsitz (26) in dichte Anlage bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenregelventil (1) zu einer in Abhängigkeit von Betriebsparametern erfolgenden Steuerung der Zufuhr von Kraftstoff von einer Niederdruckquelle (4) zu einer Hochdruckpumpe...

Description

Die Erfindung geht von einem Mengenregelventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen durch die DE 1 025 693 B bekannten Ventil ist ein Ventilschließglied vorgesehen, das in einer Durchgangsbohrung verstellbar ist und das zwei Ringbünde aufweist, von denen jeweils die einander zugekehrte Seite als ebene Dichtfläche ausgeführt ist. Diese Dichtflächen wirken mit Plansitzflächen zusammen, die die Austritte einer Durchgangsbohrung in Steuerräume begrenzen. Von diesen Steuerräumen führen Leitungen ab zu Druckquellen oder Entlastungsräumen. Mittig von der Durchgangsbohrung führt ein Ablauf ab, der je nach Stellung des Ventilgliedes mit einem der Steuerräume verbindbar ist. Dieses Ventil ist deshalb als Schaltventil ausgeführt und schaltet entweder die eine Verbindung zwischen dem einen Steuerraum und dem Ablauf oder die andere Verbindung zwischen dem anderen Steuerraum und dem Ablauf. Eine Druckfeder schließt bei nicht erregtem Elektromagneten die eine der Verbindungen. Das bekannte Ventil ist dabei so ausgeführt, daß es mit kleinen Schaltmagneten bei hohem Druckniveau schaltet.

Dieses bekannte Ventil ist nicht zur Steuerung der Zufuhr von Kraftstoff von einer Niederdruckquelle zu einer Hochdruckpumpe geeignet, da durch dieses der Durchtrittsquerschnitt nur vollständig geöffnet oder geschlossen werden kann, jedoch kein variabler Durchtrittsquerschnitt eingestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mengenregelventil zu schaffen, das für die Verwendung zur Steuerung der Zufuhr von Kraftstoff von einer Niederdruckquelle zu einer Hochdruckpumpe geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei können mit dem Mengenregelventil variable Durchtrittsquerschnitte eingestellt werden zur genauen Steuerung der Zufuhrmenge von Kraftstoff von einer Niederdruckquelle zu einer Hochdruckpumpe. Außerdem ist sichergestellt, dass auch eine Nullzufuhr von Kraftstoff zwischen Niederdruckquelle und Hochdruckpumpe eingestellt werden kann, das bedeutet, dass die Verbindung zwischen Niederdruckquelle und Hochdruckpumpe gänzlich dicht verschlossen wird.

In vorteilhafter Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 ist zur Dosierung der veränderlichen Durchtrittsquerschnitte am Mengenregelventil ein Führungsteil des Ventilgliedes des Mengenregelventils sich verjüngend ausgebildet, wobei dieser Teil des Führungsteils mit der Steuerkante den Durchtrittsquerschnitt am Ventilglied begrenzt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung nach Patentanspruch 3 wird der Durchtrittsquerschnitt am Ventilglied zwischen der Steuerkante und einer an der Mantelfläche des Ventilglieds austretenden Drosselöffnung bestimmt. Vorteilhaft ist dabei gemäß Patentanspruch 4, daß zur Erzielung einer Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff von der Niederdruckquelle zur Hochdruckpumpe und zur Bereitstellung der Steuerkante der Sitz des Ventilglied konisch ausgebildet ist bei wiederum konisch verlaufender Dichtfläche am Ventilglied. Dabei ist der Spitzenwinkel des Konusse, dessen Mantelfläche die Dichtfläche am Ventilglied bestimmt größer als der Spitzenwinkel des Konusses, dessen Mantelfläche die Sitzfläche beschreibt. Auf diese Weise erfolgt eine Kantenberührung des Ventilglieds mit dem Ventilsitz, die eine hohe Dichtigkeit garantiert.

Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 das erfindungsgemäße Mengenregelventil in vereinfachter Darstellung, 2 eine erste Ausführungsform der Ventilglieddichtfläche im Bezug auf den Ventilsitz und der Ausgestaltung zur Veränderung der Durchtrittsquerschnitte am Ventilglied, 3 eine zweite Ausgestaltung der Ventilglieddichtfläche im Bezug auf den Ventilsitz und 4 eine dritte Ausgestaltung der Erfindung mit einer abgewandelten Ausgestaltung der Durchtrittsquerschnitte am Ventilglied.
Beschreibung
Das erfindungsgemäße Mengenregelventil 1 ist gemäß 1 in einer Verbindungsleitung 2 zwischen einer Vorförderpumpe 4 und einer Hochdruckpumpe 5 angeordnet. Die Vorförderpumpe 4 dient als Niederdruckquelle für Kraftstoff, der dosiert Pumpenarbeitsräumen der Hochdruckpumpe 5 zugeführt wird, um bestimmte Mengen von auf Hochdruck gebrachten Kraftstoff einem Kraftstoffhochdruckspeicher 7, der druckseitig an die Hochdruckpumpe 5 angeschlossen ist, zuzuführen. Die Vorförderpumpe 4 saugt dabei den Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 8 an. Der Kraftstoffhochdruckspeicher ist Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems und stellt auf Einspritz gebrachten Kraftstoff zur Verfügung, der über Druckleitungen 9 an Kraftstoffeinspritzventile 10 weitergeleitet wird. Diese sind elektrische gesteuert, wozu ein Steuergerät 12 dient. Mit Hilfe dieses Steuergeräts 12 wird auch der Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 7 gesteuert, indem entsprechend einem diesen Druck erfassenden Drucksensor 14 über das Steuergerät 12 das Mengenregelventil 1 angesteuert wird. Dabei wird entsprechend dem Steuersignal der Durchtrittsquerschnitt am Mengenregelventil verändert, so daß die Hochdruckfördermenge der Hochdruckpumpe 5 auf diese Weise variiert werden kann.
Das Mengenregelventil weist ein Ventilglied 16 auf, das einen ersten, im Durchmesser kleineren Teil 17 und einem zweiten im Durchmesser größeren Teil 19 hat. Der erste im Durchmesser kleinere Teil 17 taucht dabei in eine Führungsbohrung 20 des Mengenventilgehäuses 3 ein. Diese Führungsbohrung ist auch als Führungsteil anzusprechen. Zwischen dem geschlossenen Ende 21 der Führungsbohrung 20 und der Stirnseite 22 des in die Führungsbohrung eintauchenden, im Durchmesser kleineren Teils 17 ist eine Druckfeder 23 eingespannt.
Der Übergang zwischen dem im Durchmesser kleineren Teil 17 zum im Durchmesser größeren Teil 19 des Ventilglied 16 ist als kegelförmige Dichtfläche 25 ausgestaltet, die mit einem entsprechend kegelförmigen Ventilsitz 26 am Übergang von der Führungsbohrung zu einem eine Zuflußseite bildenden Raum 27 ausgebildet ist. Der Raum 27 nimmt den im Durchmesser größe- ren Teil des Ventilglieds auf und ist stirnseitig von einem Elektromagneten 28 verschlossen. In den Raum 27 mündet die Verbindungsleitung 2, die von der Vorförderpumpe 6 herführt. Aus dem von der Stirnseite 22 des Ventilglieds 16 in der Führungsbohrung 20 eingeschlossenen eine Abflußseite bildenden Raum 29 führt diese Verbindungsleitung 2 weiter zur Hochdruckpumpe 5.
Der Elektromagnet 28 hat einen schematisch wiedergegebenen Anker 30, gegen den das Ventilglied 16 unter Einwirkung der Druckfeder 23 bewegt wird. Entsprechend der Verstellung des Ankers 3 verändert sich somit auch die Stellung des Ventilglieds 16. Dabei ist der Elektromagnet als Stellmagnet ausgebildet, wobei der Anker je nach Grad der Erregung mehr oder weniger ausgelenkt wird. Dies kann mit variabler Analogspannung oder mit einer getakteten Ansteuerung des Elektromagnetens in bekannter Weise erfolgen. Die Anlagestelle des Ventilgliedes 16 zum Anker 30 ist als Kugeloberfläche 31 ausgebildet, so daß bei Anlage des Ventilgliedes 16 am Anker möglichst geringe Querkräfte auf dieses Ventilglied ausgeübt werden.
Im Betrieb wird je nach Erregung des Elektromagneten der Anker 30 mehr oder weniger verstellt und entsprechend nimmt das Ventilglied 16 ein mehr oder weniger vom Ventilsitz 26 entfernte Stellung ein. Bei vollständiger Erregung des Elektromagneten wird das Ventilglied 16 gegen die Kraft der Rückstellfeder 23 dicht auf den kegelförmigen Ventilsitz 26 gepreßt, so daß eine Verbindung zwischen den Teilen der Verbindungsleitung 2 völlig unterbrochen ist. Bei nur Teilerregung hebt sich das Ventilglied 16 von seinem Sitz 26 ab. Eine den Ventilsitz 26 am Übergang zur Führungsbohrung 6 begrenzende Kante 31, die hier als Steuerkante wirkt, kann dann Durchtrittsquerschnitte am Ventilglied 16 steuern derart, daß mit zunehmender Entfernung des Ventilglieds vom Ventilsitz 26 der Durchtrittsquerschnitt am Ventilglied zunehmend aufgesteuert wird. Zu diesem Zwecke ist der im Durchmesser kleinere Teil 17 des Ventilglieds im Bereich der Führungsbohrung 20 leicht konisch ausgebildet, wie man das der 1 und genauer noch dem Ausschnitt in 2 entnimmt. Mit Abheben des Ventilglieds vom Ventilglied 26 entsteht somit ein ringförmiger Querschnitt 33 zwischen der Ringkante 31 und der Mantelfläche des konischen, im Durchmesser kleineren Teils 17 des Ventilglieds. Mit zunehmender Entfernung vom Ventilsitz wird diese Ringfläche und damit der Durchtrittsquerschnitt für Kraftstoff der Niederdruckquelle 4 zur Hochdruckpumpe 5 größer. Somit wird entsprechend der Steuerung durch das Steuergerät 12 die Hochdruckfördermenge der Hochdruckpumpe variiert.
In der 2 ist der Teil des Mengenregelventils 1 mit der Dichtfläche 25 und dem Ventil 26 in einer Teilansicht vergrößert herausgestellt. Man erkennt hier, daß Dichtfläche 25 und Ventilsitz jeweils Flächen sind, die Teile eines Kegelmantels sind, wobei der Spitzenwinkel des die Dichtfläche 25 beschreibenden Kegelwinkels größer ist als der Spitzenwinkel des den Ventilsitz 26 beschreibenden Mantels der Kegelfläche. Es ergibt sich somit, daß eine Dichtkante 32 am Außenumfang des im Durchmesser größeren Teils 19 des Ventilglieds 16 auf dem Ventilsitz zur Anlage kommt. Bei Abheben dieser Dichtkante vom Ventilsitz 26 steht ein sofort realisierbarer Durchtrittsquerschnitt 33 zwischen der Kante 31 des Ventilsitzes 26 und der Mantelfläche 34 des im Durchmesser kleineren Teils 17 des Ventilglieds zur Verfügung. Der Durchtrittsquerschnitt ist dabei eine Ringfläche, die mit zunehmendem Hub des Ventilgliedes größer wird.
3 zeigt eine Variante zum Ausführungsbeispiel nach 2, wobei die Kante 31 des Ventilsitzes 26 zugleich auch die Dichtkante ist, an der die Dichtfläche 25 in Schließstellung des Ventilglieds 16 zur Anlage kommt, realisiert durch entsprechend anders gewählte Spitzenwinkel.
Bei einer vierten Ausführungsform nach 4 ist im im Durchmesser kleineren Teil 17' des Ventilglieds eine von der Stirnseite 22 ausgehende Sackbohrung 35 vorgesehen, von der aus ein Drosselkanal 36 zur Mantelfläche 34' des im Durchmesser kleineren Teils 17' des Ventilglieds führt. Die Mündung dieses Drosselkanals liegt dabei unmittelbar angrenzend an die Dichtfläche 25 des Ventilglieds so, daß mit beginnendem Hub des Ventilglieds die Steuerkante 31 am Ventilsitz 26 die Verbindung zwischen dem Austritt des Drosselkanals 36 zum Raum 27 zu öffnen beginnt. Die Austrittsfläche der Drosselkanal kann dabei rechteckförmig sein, so daß ein dem Hub des Ventilglieds exakt zuzuordnender Austrittsquerschnitt zusammenwirken mit der Steuerkante 31 gebildet wird. Auch bei dieser Ausführungsform ist es von Vorteil, wenn der die Dichtfläche 25 bestimmende Spitzenkegelwinkel größer ist als der Spitzenkegelwinkel, der die Fläche des Ventilsitzes 26 bestimmt. Auf diese Art und Weise kann geometrisch die Kante 31 exakt den Austritt des Drosselkanals 36 zugeordnet werden, wobei die außenliegende Dichtkante 32 die Aufgabe der Dichtfunktion in Schließstellung des Ventilglieds übernimmt.
Bei dieser Ausgestaltung nach 4 ist der im Durchmesser kleinere Teil 17' kreiszylindrisch und in der ebenfalls kreiszylindrisch ausgeführten Führungsbohrung geführt. Bei den Ausgestaltungen nach 1 bis 3 können Führungselemente am im Durchmesser kleineren 17 und/oder im Durchmesser größeren Teil 19 des Ventilglieds vorgesehen werden, mit deren Hilfe genaue Durchflußverhältnisse einhaltbar sind. Daraus resultieren repoduzierbare, konstante Durchflußverhältnisse. Zu solchen Führungen sind z.B. Flügel vorgesehen, die radial vom Ventilglied abstehen und an den Bohrungswänden zur Anlage kommen.
Mit einem solchermaßen ausgestalteten Mengenregelventil ist gewährleistet, daß eine Kraftstoffzufuhr von der Niederdruckquelle 4 zur Hochdruckpumpe 5 sicher unterbunden werden kann. Dies ist insbesondere wichtig bei der Verwendung der Hochdruckpumpe zur Versorgung eines Kraftstoffhochdruckspeichers 7, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung durch Einspritzventile 10 entnommen wird. Mit einem solchen Mengenregelventil kann somit eine Kraftstoffeinspritzung an einer Brennkraftmaschine dann auch sicher im Bedarfsfalle unterbunden werden.

Claims

Mengenregelventil zur Steuerung von Flüssigkeiten mit einem von einem Elektromagneten (28) verstellbaren Ventilglied (16), das einen ersten, im Durchmesser kleineren Teil (17) und einen zweiten, im Durchmesser größeren Teil (19) aufweist, an deren Übergang eine Dichtfläche (25) ausgebildet ist, die mit einem Ventilsitz (26) am Ventilgehäuse (3) zusammenwirkt und der im Durchmesser kleinere Teil (17) in einem mit der Abflußseite (29) verbundenen Führungsbereich (20) unter Bereitstellung eines vom Übergang (25) ausgehenden Abflußquerschnitts (33) geführt ist und der im Durchmesser größere Teil (19) auf der Zuflußseite (27) in einem in der lichten Weite gegenüber dem Führungsbereich (20) vergrößerten Teil des Ventilgehäuses angeordnet ist, wobei das Ventilglied (16) durch den Elektromagneten (28) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (23) auf seinen Ventilsitz (26) in dichte Anlage bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenregelventil (1) zu einer in Abhängigkeit von Betriebsparametern erfolgenden Steuerung der Zufuhr von Kraftstoff von einer Niederdruckquelle (4) zu einer Hochdruckpumpe (5) dient, die einen Kraftstoffhochdruckraum (7) eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen versorgt und der Ventilsitz (26) zur Seite des Führungsbereiches (20) von einer als Steuerkante (31) dienenden Kante begrenzt wird, die mit zunehmender Entfernung der Ventilglieddichtfläche (25) vom Ventilsitz (26) bei einem Hub des Ventilgliedes (16) mit Durchtrittsquerschnitten (33, 36) am Ventilglied (16) einen größer werdenden Abflußquerschnitt aufsteuert.
Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung des Abflußquerschnitts der im Durchmesser kleinere Teil (17) sich von der Dichtfläche (25) weg verjüngend ausgebildet und der Führungsbereich (20) als zylindrische Führungsbohrung ausgebildet ist.
Mengenregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Durchmesser kleinere Teil (17) eine von seiner Stirnseite (22) ausgehende Sackbohrung (35) aufweist, von der ein quer dazu verlaufender Drosselkanal (36) abzweigt, der an der Mantelfläche (34) des im Durchmesser kleineren Teils (17) angrenzend an die Dichtfläche (25) mündet.
Mengenregelventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (25) und der Ventilsitz (26) konisch ausgebildet sind.
Mengenregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Durchmesser größere Teil (19) des Ventilgliedes (16) stirnseitig im Kontaktbereich mit einem Anker (30) des Elektromagneten (28) kugelig ausgebildet ist.
Mengenregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (23) eine Druckfeder ist, die an der Stirnseite (22) des im Durchmesser kleineren Teils angreift.