WO2008084112A1 - Hochdruckdieselventil und geeigneter magnet - Google Patents
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- WO2008084112A1 WO2008084112A1 PCT/EP2008/050313 EP2008050313W WO2008084112A1 WO 2008084112 A1 WO2008084112 A1 WO 2008084112A1 EP 2008050313 W EP2008050313 W EP 2008050313W WO 2008084112 A1 WO2008084112 A1 WO 2008084112A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
- F16K31/0644—One-way valve
- F16K31/0668—Sliding valves
Definitions
- the invention relates to a pressure relief valve for a hydraulic system, in particular for a high-pressure fuel system, with a valve housing, in which an electromagnetic transducer with a bobbin, a pole core and a, a
- Control actuated, axially displaceable anchor are used, wherein the control can close a pressure medium opening in the valve housing.
- Pressure valves that can be configured as pressure relief valves or as pressure control valves are known and are used to control the pressure medium pressure in a hydraulic system.
- an electromagnet acts via an armature directly, more rarely indirectly via a compression spring on a valve.
- the control of the valve is designed predominantly as a seat cone, more rarely as a longitudinal slide or nozzle baffle plate system. It can be varied by varying the electrical input current to the force exerted on the control magnetic force - and thus the pressure medium pressure in the hydraulic system - without the electromagnetic transducer performs a stroke.
- the transducer acts as an electromagnetic spring.
- 25.02.1993 describes a designed as a pressure relief valve pressure valve for a hydraulic system with a valve housing in which an electromagnetic transducer with a bobbin, a pole core and a, a control actuated, axialverschiemper anchor is used, wherein the control seal a pressure medium opening in the valve housing can.
- a lid abuts on an axial stop of a flux guide of the valve housing and is crimped after mounting the electromagnetic transducer and the valve member with the valve housing.
- the armature is usually axially displaceably guided in the valve housing in a sliding or Schlichtgleitsitzpassung.
- plunger anchors having a large axial extension
- hysteresis effects can occur in the setting process of the pressure valve, in particular in conjunction with pressure medium influences of the pressure medium present in the armature.
- the processing cost of such an anchor is not optimized during manufacture.
- valve It would be ideal to specify a pressure relief valve whose electromagnetic part should be set, calibrated and assembled as accurately as possible. The set behavior should then be reproducible. With optimized production costs, the valve should be low-wear and smooth-running during operation. The valve should be usable as a high pressure control valve.
- the axial distance from the pole core to the anchor from the outside can be precisely adjusted and controlled.
- the armature has a greater dimensional tolerance, which is at least in the category Laufsoleranz (H7 / f1) or greater, and the armature is connected to an anchor seat for centering and guiding the armature in the valve housing, wherein the armature seat has a smaller dimensional tolerance - has about sliding fit or Schlichtgleittooleranz (H7 / h6), a constructive measure is taken according to another aspect, the processing cost of the pressure valve to and allow permanent hysteresis-poor or -free operation of the pressure valve.
- Anchor is adjustable, a simple constructive possibility is created to set the dimension of the axial distance of the pole core and anchor when mounting the pressure relief valve from the outside.
- the valve is easy to adjust, calibrate and adjust during assembly in a final assembly step.
- Anchor is determinable. It may also be expedient to set the axial distance of the pole core to the armature in a closed or rest position of the pressure relief valve to about 50 microns to 0.6 mm.
- a bushing, in which the armature is slidably guided, can also serve for the axial reception of the pole core.
- the characteristic of the pressure relief valve mitbegrafde axial distance of the pole core of the armature, wherein a constant pressure at varying flow rate is aimed at the pressure relief valve, can be adjusted exactly in this way.
- the armature is preferably formed as a plunger armature and can be pressed by a pressing device, which is held in the pole core, in the direction of the pressure medium opening.
- the pressing device can be formed from a spring element, which is biased by an axially displaceable spring bolt.
- the present valve is a plunger armature, which is washed by the medium under high pressure on both sides to the direction of movement.
- the anchor has Through hole to the cavity, which accommodates the armature spring, on, so that the anchor spring medium-lapped in the pressure area is present.
- high pressure is understood to mean at least pulsation-occurring pressures of up to 40 bar and above, wherein the operating pressure should permanently be as high as 4 bar as desired. This is to be distinguished from the pressure in front of the rolling element in the closed position of the valve. This pressure can be more than 2000 bar.
- the lid with the pole core and the pressing device is preferably pot-shaped and has for example an axial length of more than one third of the pressure relief valve, whereby it can be pushed well over a sufficient peripheral surface of the valve housing and positively and / or non-positively fixed to the valve body can be.
- the valve member of the pressure relief valve may include a control forming a poppet valve.
- the control comprises an axially displaceably mounted with the plunger armature in the valve housing piston which is formed like a tube.
- the piston acts with its preferably conically shaped bottom on a rolling element which closes the pressure medium opening.
- Piston has axial through holes, which allows a pressure medium flow from the pressure medium opening via the valve chamber into the piston interior.
- the piston also has radially guided through holes, which can communicate with bores which project through the valve housing wall and serve to drain pressure medium into a container.
- the pressure limiting valve allows a virtually constant opening pressure via a variable pressure medium volume flow of the hydraulic system and is suitable for pressure medium pressure limitation in a common rail fuel injection system of a vehicle.
- the pressure valve is suitable for use as a force or position-controlled proportional pressure valve or Proportional pressure relief valve in a common rail fuel injection system of an internal combustion engine for a motor vehicle.
- the anchor seat preferably has a round fit.
- the armature is in contact with the armature seat with a sealing element, which is preferably an elastomeric seal which lies in a groove on the armature seat.
- the anchor is preferably located with a peripheral outer edge on the sealing element approximately in the middle.
- the anchor seat may be formed of a stainless steel tube or a plastic sleeve or of a composite material of plastic and metal.
- the armature may simultaneously be the valve stem of the pressure valve and be arranged in a pressure-balanced armature chamber of the pressure valve.
- the anchor can be chromed according to an advantageous embodiment. It promotes the running properties of the anchor.
- the socket in which the armature runs can also be made of stainless steel.
- the anchor is then made of normal anchor steel.
- the plunger armature reaches pressure ranges in the pressure limiting valve which previously were not considered possible for known plunger anchor systems. This allows the plunger armature to handle pressures of more than 20 bar without any problems.
- the plunger anchor has a diameter of approx. 35 to 40 mm.
- the characteristic in particular the pressure characteristic of the valve, can be linearized favorably over the construction according to the invention.
- the valve offers several adjustment methods and adjustment options. The operating points and the
- Operating behavior can be adjusted via the pole distance.
- the operating point and the operating behavior are set by fixing the cover to the housing.
- the operating point and the operating behavior can be adjusted via the spring element as a setting spring.
- the pressure relief valve can be initially roughly aligned and adjusted in the assembly by the position marks. After that, the lid can be fixed to the valve body. About a setting movement, especially a Versch robbery, the pole core, and thus the spring element acting on it, can be adjusted. Thus, a linearized pull magnet can be adjusted with a counteracting spring as a whole.
- FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a pressure relief valve.
- FIG. 2 shows the hydraulic part of a corresponding high-pressure diesel valve;
- FIGS. 3 and 4 show characteristic curves obtainable by a magnet according to the invention with a corresponding hydraulic part, in particular a high-pressure valve; and
- Fig. 5 is a similar to Fig. 1 valve in a slightly changed position, in which further inventive aspects are illustrated in a schematic representation.
- a pressure limiting valve 1 for limiting the pressure in a common rail fuel injection system of a passenger car is shown in a schematic longitudinal section.
- an electromagnetic transducer 3 for actuating a seat valve 16 is used.
- the electromagnetic transducer 3 has a bobbin 4 with a winding and a Flußleitmantel 22, which serves to actuate a connected to a control element 6 of the seat valve 16 armature 7.
- the bobbin 4 has substantially the shape of a ring cylinder, on the inside of the Flußleitmantel 22 is arranged. Axially into the Flussleitmantel 22 protrudes to about half of a cylindrical pole core 5.
- a step-cylindrical bearing bush 30 Radially between the pole core 5 and the flux jacket 22 is a step-cylindrical bearing bush 30 is clamped, which receives the pole core 5 and the armature 7. With an O-ring 23, which is inserted in a circumferential groove of the pole core 5, the pole core 5 is sealed against the bearing bush 30.
- the bearing bush 30 narrows in the parting plane to the armature 7 something and serves as a sliding cylinder for the armature 7.
- the armature 7 has a bore 24 which is guided over about 2/3 of its axial length of the pole core 5 and as cylindrical compression spring formed spring element 14 receives, which extends between the armature 7 and a recessed into the pole core 5 pressing device 31.
- the Pressing device 31 consists of a spring pin 15 whose axial position in the pole core 5 is adjustable, whereby the bias of the spring element 14 is variable, and a spring element 14.
- the armature 7 acts on a tubular piston 17.
- the anchor acts with a convex shaped bottom 19, in particular as a valve plate, on a rolling element 18.
- the rolling element 18 formed as a ball closes in the rest position of the pressure relief valve 1, a pressure medium opening 26 to the system pressure, in particular valve side abuts.
- the axial distance a of pole core 5 and armature 7 is adjustable from outside the pressure limiting valve 1, can be fixed and controlled.
- a position mark 10 in the form of a radial flange 1 1 is arranged on the cover 27, a further radial flange 1 1 'as a further position mark 10' is provided.
- the position marks 10, 10 ' allow an adjustment of the axial distance a in the ⁇ m
- the lid can also be designed with a réelleschraubgewinde, so that the lid 27 can be screwed.
- the cover 27 has a first, with a coarser one
- Threaded psychologyverschraubung is to bring into a coarse adjustment, and the voltage applied to him pole body 33 (see Figure 5) with its finer thread to
- Valve 1 on the rotation of the pole core 5 is set.
- the cover 27 can be selected on receipt of the position marks 10, 10 'intended for it in the context of a selection
- Relative relationship between the cover 27 and valve housing 2 are determined by single or all around distributed spot welds.
- a stable position of the piston 17 in an open position of the pressure limiting valve without fluttering of the piston 17 is made possible by a flow guidance of the flow into the valve interior of the pressure medium by the bottom of the piston 17th Through holes 20 in the axial direction contains, in particular in the direction of movement bevelled or angled, but straight shape, can flow through the pressure medium in the tubular piston 17.
- the flowing into a pressure medium tank pressure medium passes through radially out of the piston 17 guided holes 21 which communicate with openings in the valve housing 2, from the
- Pressure limiting valve 1 The piston 17 has a baffle 25 facing the seat valve 16, the exact function of which is set forth by the applications mentioned in the introduction to the description.
- the bore diameter and their spatial arrangement in the piston 17 cause the piston head is stably in the valve housing 2 by the applied back pressure of the inflowing pressure medium and also the outflowing pressure medium. This can also return flow effects of the pressure medium in the piston 17 contribute.
- a hydraulic valve with a piston of Figure 2 can be designed via a magnet of Figure 1 into a valve, which shows a behavior in accordance with characteristics of Figure 3 and Figure 4. Noteworthy is the linearity of the pressure, with the characteristic curves being almost constant at their operating point set via the current.
- FIG. 2 shows the external application of force to the piston 17 of the valve 1 via the arrows labeled F M and F F. While the magnetic force F M is responsible as a pulling force for reducing the holding pressure on the rolling elements 18, the blocking force is adjusted via the spring force F F. The rolling element 18 closes the working port A, at which the pressure in the common rail rests. When the pressure exceeds a preset holding pressure
- FIG. 5 is a schematic longitudinal section of a pressure relief valve 1 formed as a proportional pressure relief valve 1 for a common rail Fuel injection system of a passenger car shown, especially for diesel fuel.
- an electromagnetic transducer 3 is used for actuating a control element 6.
- the electromagnetic transducer 3 has a bobbin 4 with a winding and a Flußleitmantel 22, which serves for actuating an armature 7 fixedly connected to the control 6.
- the armature 7 is designed as a plunger armature and, together with a, the armature 7 acts with a spring force compression spring 14 a closure of a pressure medium opening 26 (see Figure 1) at a bottom of the valve housing 2 with the control 6 and a ball 18, of the Control 6 is pressurized.
- Elastomeric seal 28 is formed as an O-ring, wherein the armature 7 rests with its peripheral outer edge 12 approximately centrally on the O-ring cross-section.
- the armature seat 8 is used as a cross-sectionally rectangular plastic sleeve with a sliding fit in a bushing 30, while the armature 7 has radially more clearance and slides with Lauforoleranz in the bushing 30.
- the fine control behavior of the pressure valve 1 is improved by the fact that the sliding surfaces abutting surfaces are reduced.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Druckventil bzw. Druckbegrenzungsventil (1) für eine hydraulische Anlage, insbesondere für ein Hochdruck Kraftstoffsystem, mit einem Ventilgehäuse (2) in dem ein elektromagnetischer Wandler (3) mit einem Spulenkörper (4), einem Polkern (5) und einem, ein Steuerelement (6) betätigenden, axialverschieblichen Anker (7) eingesetzt ist, wobei das Steuerelement (6) eine Druckmittelöffnung (8) in dem Ventilgehäuse (2) verschließen kann, und mit einem Deckel (27) zumVerschluss des Ventilgehäuses (2) nach der Montage des elektromagnetischen Wandlers (3). Um ein Druckbegrenzungsventilzu schaffen, dessen axialer Abstand (a) vom Polkern (5) zum Anker (7) von außen exakt justierbar und kontrollierbar ist, ist vorgesehen, dass der axiale Abstand (a) des Ankers (7) zu dem Polkern (5) über die Positionswahl und Festlegung des Deckels (27) an dem Ventilgehäuse (2) eingestellt ist. Um ein Druckventil(1)zu schaffen, das bei optimiertem Herstellungsaufwand im Betrieb verschleißarm und leichtgängig ist, ist vorgesehen, dass der Anker (7) mit einem Ankersitz (8) verbunden ist, der in dem Ventilgehäuse (2) mit Gleitsitz-oder Schlichtgleitsitzpassung verschiebbar gelagert ist und der Anker (7) zumindest Laufsitztoleranz oder eine größere Toleranz aufweist.Als weitere Optimierung, insbesondere zur Justierung, wird eine besondere Maßtoleranz für die Kombination aus Anker(7) und Ankersitz(8) vorgeschlagen.
Description
Hochdruckdieselventil und geeigneter Magnet
Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für eine hydraulische Anlage, insbesondere für ein Hochdruck-Kraftstoffsystem, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein elektromagnetischer Wandler mit einem Spulenkörper, ein Polkern und ein, ein
Steuerelement betätigender, axialverschieblicher Anker eingesetzt sind, wobei das Steuerelement eine Druckmittelöffnung in dem Ventilgehäuse verschließen kann.
Druckventile, die als Druckbegrenzungsventile oder als Druckregelventile ausgebildet sein können, sind bekannt und dienen zur Steuerung des Druckmitteldruckes in einer hydraulischen Anlage. Bei bekannten Druckventilen wirkt beispielsweise ein Elektromagnet über einen Anker direkt, seltener indirekt über eine Druckfeder auf ein Ventil. Das Steuerelement des Ventils ist überwiegend als Sitzkegel, seltener als Längsschieber oder Düsen-Prallplattensystem ausgebildet. Es kann die auf das Steuerelement ausgeübte Magnetkraft - und damit der Druckmitteldruck in der hydraulischen Anlage - durch Variieren des elektrischen Eingangsstromes variiert werden, ohne dass der elektromagnetische Wandler einen Hub ausführt. Der Wandler wirkt als elektromagnetische Feder.
Die DE 43 05 789 A1 (Anmelderin: Mannesmann Rexroth GmbH; Anmeldetag:
25.02.1993) beschreibt ein als Druckbegrenzungsventil ausgebildetes Druckventil für eine hydraulische Anlage mit einem Ventilgehäuse, in dem ein elektromagnetischer Wandler mit einem Spulenkörper, ein Polkern und ein, ein Steuerelement betätigender, axialverschieblicher Anker eingesetzt ist, wobei das Steuerelement eine Druckmittelöffnung in dem Ventilgehäuse verschließen kann. Ein Deckel liegt auf einem Axialanschlag eines Flussleitmantels des Ventilgehäuses an und ist nach der Montage des elektromagnetischen Wandlers und des Ventilteils mit dem Ventilgehäuse verbördelt.
Bei den bekannten Druckventilen ist der Anker in der Regel in dem Ventilgehäuse in einer Gleit- oder Schlichtgleitsitzpassung axialverschieblich geführt. Bei Tauchankern mit großer axialer Erstreckung kann es insbesondere verbunden mit Druckmitteleinflüssen des in dem Anker vorhandenen Druckmittels zu Hystereseeffekten beim Stellvorgang des Druckventils kommen. Zudem ist der Bearbeitungsaufwand eines solchen Ankers bei der Herstellung nicht optimiert.
Mit axial in dem Druckbegrenzungsventil durch den Anker geführten Abstandsdorne wird ein axialer Abstand des Polkerns von dem Anker eingestellt. Der axiale Abstand oder Luftspalt zwischen dem Polkern und dem Anker ist nicht variierbar und von dem Ventiläußeren auch nicht nach der Montage des Druckbegrenzungsventils kontrollierbar.
In den beiden unveröffentlichten Patentanmeldungen DE 10 2006 053 849.8 (Anmelderin: Hydraulik-Ring GmbH; Anmeldetag: 14.1 1.2006) und DE 10 2006 053 847.1 (Anmelderin: Hydraulik-Ring GmbH; Anmeldetag: 14.1 1.2006) wird vorrangig der hydraulische Teil eines Dieselhochdruckregelventils beschrieben, zu dem ein geeigneter elektromagnetischer Wandler zu entwerfen ist. Der Offenbarungsumfang der zuvor genannten Patentanmeldungen ist vollinhaltlich als Offenbarung der vorliegenden Erfindung inkludiert. Aus Lesbarkeitsgründen und Übersichtlichkeitsgründen wird auf die wortwörtliche Wiedergabe der Ventilbeschreibung der obigen Patentanmeldungen verzichtet, ohne hierdurch auf den Offenbarungsgehalt der Anmeldungen für die vorliegende Erfindungsbeschreibung verzichten zu wollen.
Ideal wäre es, ein Druckbegrenzungsventil anzugeben, dessen elektromagnetischer Teil möglichst exakt einzustellen, zu kalibrieren und zusammenzubauen ist. Das eingestellte Verhalten soll danach reproduzierbar sein. Bei optimiertem Herstellungsaufwand sollte im Betrieb das Ventil verschleißarm und leichtgängig sein. Das Ventil soll als Hochdruckregelventil verwendbar sein.
Die Aufgabe wird mit einem Druckbegrenzungsventil mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 gelöst.
Zur Lösung der Aufgabe trägt es nach einem Aspekt bei, dass der axiale Abstand vom Polkern zum Anker von außen exakt justierbar und kontrollierbar ist.
Dadurch, dass der Anker eine größere Maßtoleranz hat, die zumindest in der Kategorie Laufsitztoleranz (H7/f1 ) oder größer liegt, und der Anker mit einem Ankersitz zur Zentrierung und Führung des Ankers in dem Ventilgehäuse verbunden ist, wobei der Ankersitz eine kleinere Maßtoleranz - etwa Gleitsitz- oder Schlichtgleitsitztoleranz (H7/h6) aufweist, ist nach einem weiteren Aspekt eine konstruktive Maßnahme getroffen, den Bearbeitungsaufwand des Druckventils zu
senken und einen dauerhaften hysteresearmen oder -freien Betrieb des Druckventils zu ermöglichen.
Da der mit dem Deckel verbundene Polkern über die Positionswahl und die Festlegung des Deckels an das Ventilgehäuse in seinem axialen Abstand zu dem
Anker einstellbar ist, ist eine einfache konstruktive Möglichkeit geschaffen, das Maß des axialen Abstands von Polkern und Anker beim Montieren das Druckbegrenzungsventils von außen einzustellen und festzulegen. Das Ventil ist während der Montage in einem letzten Montageschritt gut zu justieren, zu kalibrieren und einzustellen.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es ist zweckmäßig Positionsmarken an der Außenseite des Ventilgehäuses und an der Außenseite des Deckels anzubringen, die beispielsweise als Radialflansche gebildet sein können und mit Hilfe derer der axiale Abstand des Polkerns zu dem
Anker bestimmbar ist. Es kann zudem zweckmäßig sein, den axialen Abstand des Polkerns zu dem Anker in einer Schließ- oder Ruheposition des Druckbegrenzungsventils auf etwa 50 μm bis 0,6 mm einzustellen. Eine Lagerbuchse, in der der Anker gleitend geführt ist, kann auch zur axialen Aufnahme des Polkerns dienen.
Der die Kennlinie des Druckbegrenzungsventils mitbestimmende axiale Abstand des Polkerns von dem Anker, wobei ein konstanter Druck bei variierendem Volumenstrom an dem Druckbegrenzungsventil angestrebt ist, lässt sich auf diese Weise exakt einstellen.
Der Anker ist bevorzugt als Tauchanker gebildet und kann von einer Anpressvorrichtung, die in dem Polkern gehalten ist, in Richtung auf die Druckmittelöffnung gedrückt sein. Die Anpressvorrichtung kann aus einem Federelement, das von einem axial verschiebbaren Federbolzen vorgespannt ist, gebildet sein.
Eine weitere Besonderheit bei dem vorliegenden Ventil besteht darin, dass es sich um einen Tauchanker handelt, der von dem unter Hochdruck stehenden Medium beiderseits zur Bewegungsrichtung umspült wird. Hierzu weist der Anker ein
Durchgangsloch zur Kavität, die die Ankerfeder aufnimmt, auf, so dass auch die Ankerfeder mediumumspült im Druckbereich vorhanden ist.
Unter dem Begriff Hochdruck versteht man, wenigstens pulsationsweise auftretende Drücke von bis zu 40 bar und darüber, wobei der Betriebsdruck permanent wunschgemäß nur maximal 4 bar betragen soll. Hiervon zu unterscheiden ist der Druck vor dem Wälzkörper in geschlossener Stellung des Ventils. Dieser Druck kann mehr als 2000 bar betragen.
Der Deckel mit dem Polkern und der Anpressvorrichtung ist bevorzugt topfförmig gebildet und weist beispielsweise eine axiale Länge von mehr als einem Drittel des Druckbegrenzungsventils auf, wodurch er gut über eine ausreichende Umfangsfläche des Ventilgehäuses geschoben werden kann und form- und/oder kraftschlüssig an dem Ventilgehäuse festgelegt werden kann.
Der Ventilteil des Druckbegrenzungsventils kann ein Steuerelement aufweisen, das ein Sitzventil bildet. Das Steuerelement umfasst einen axialverschieblich mit dem Tauchanker in dem Ventilgehäuse gelagerten Kolben der rohrartig gebildet ist. Der Kolben wirkt mit seinem vorzugsweise konisch geformten Boden auf einen Wälzkörper der die Druckmittelöffnung verschließt. Der Boden des rohrartigen
Kolbens weist axiale Durchgangsbohrungen auf, die eine Druckmittelströmung von der Druckmittelöffnung über die Ventilkammer ins Kolbeninnere ermöglicht. Der Kolben weist ferner radial geführte Durchgangsbohrungen auf, die mit Bohrungen, welche die Ventilgehäusewand durchragen und zum Abfluss von Druckmittel in einen Behälter dienen, kommunizieren können.
Durch die Art der Anordnung der Bohrungen und deren Querschnitt ergibt sich in geöffnetem Zustand des Druckbegrenzungsventils eine Stabilisierung und ein flatterfreies Arbeiten des Kolbens bedingt durch den Staudruck am Kolbenboden und auch durch Rückströmungen im Kolbeninneren.
Das Druckbegrenzungsventil ermöglicht in dieser Konfiguration einen nahezu konstanten Öffnungsdruck über einen variablen Druckmittel-Volumenstrom der hydraulischen Anlage und eignet sich zur Druckmittel-Druckbegrenzung in einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlage eines Fahrzeugs. Das Druckventil eignet sich zum Einsatz als kraft- oder lagegesteuertes Proportional-Druckventil oder
Proportional-Druckbegrenzungsventil in einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug.
Der Ankersitz weist bevorzugt eine Rundpassung auf. Der Anker ist zu dem Ankersitz mit einem Dichtelement, das bevorzugt eine Elastomerdichtung ist, die in einer Nut an dem Ankersitz liegt, in Anlage. Der Anker liegt bevorzugt mit einer Umfangsaußen- kante an dem Dichtelement etwa in dessen Mitte an.
Der Ankersitz kann aus einem Edelstahlrohr oder einer Kunststoffhülse oder aus einem Materialverbund von Kunststoff und Metall gebildet sein. Der Anker kann gleichzeitig der Ventilstößel des Druckventils sein und in einem druckausgeglichenen Ankerraum des Druckventils angeordnet sein.
Der Anker kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung verchromt sein. Es fördert die Laufeigenschaften des Ankers. Alternativ kann die Buchse, in der der Anker läuft, auch aus Edelstahl gefertigt sein. Bei ähnlichen Laufeigenschaften ist der Anker dann aus normalem Ankerstahl.
Es kann zur Führung des Ankers auch zweckmäßig sein, zwei oder mehrere Ankersitze vorzusehen, mit Hilfe derer der Anker radial geführt ist.
Der Tauchanker erreicht auf Grund der erfindungsgemäßen Konstruktion in dem Druckbegrenzungsventil Druckbereiche, die bisher für bekannte Tauchankersysteme nicht für möglich gehalten werden. So kann der Tauchanker Drücke von mehr als 20 bar unproblematisch bewältigen. Der Tauchanker hat einen Durchmesser von ca. 35 bis 40 mm.
Die Kennlinie, insbesondere die Druckkennlinie des Ventils, lässt sich über die erfindungsgemäße Konstruktion günstig linearisieren. Das Ventil bietet mehrere Einstellverfahren und Einstellmöglichkeiten. Die Betriebspunkte und das
Betriebsverhalten lassen sich über den Polabstand einstellen. Der Betriebspunkt und das Betriebsverhalten werden über das Feststellen des Deckels am Gehäuse eingestellt. Der Betriebspunkt und das Betriebsverhalten lassen sich über das Federelement als Einstellfeder einstellen.
Das Druckbegrenzungsventil lässt sich zunächst in der Montage durch die Positionsmarken grob ausrichten und justieren. Danach lässt sich der Deckel an dem Ventilgehäuse feststellen. Über eine Einstellbewegung, insbesondere eine Versch raubung, lässt sich der Polkern, und damit das an ihn angreifende Federelement, einstellen. So lässt sich insgesamt ein linearisierter Zugmagnet mit gegensteuernder Feder einstellen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt. Von den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Druckbegrenzungsventil; Fig. 2 den hydraulischen Teil eines entsprechenden Hochdruckdieselventils; Fig. 3 und Fig. 4 Kennlinien, die durch einen erfindungsgemäßen Magneten mit einem entsprechenden hydraulischen Teil, insbesondere eines Hochdruckventils, erhältlich sind; und
Fig. 5 ein zu Fig. 1 ähnliches Ventil in einer etwas veränderten Stellung, in dem weitere erfinderische Aspekte in schematischer Darstellung verdeutlicht sind.
In Fig. 1 ist in einem schematischen Längsschnitt ein Druckbegrenzungsventil 1 zur Druckbegrenzung in einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlage eines Personenkraftwagens gezeigt. In einem stufenzylinderartigen Ventilgehäuse 2 ist ein elektromagnetischer Wandler 3 zur Betätigung eines Sitzventils 16 eingesetzt. Der elektromagnetische Wandler 3 weist einen Spulenkörper 4 mit einer Wicklung und einem Flussleitmantel 22 auf, der zur Betätigung eines mit einem Steuerelement 6 des Sitzventils 16 verbundenen Ankers 7 dient. Der Spulenkörper 4 weist im Wesentlichen die Form eines Ringzylinders auf, auf dessen Innenseite der Flussleitmantel 22 angeordnet ist. Axial in den Flussleitmantel 22 ragt bis etwa zur Hälfte ein zylindrischer Polkern 5. Radial zwischen dem Polkern 5 und dem Flussmantel 22 ist eine stufen-zylinderartige Lagerbuchse 30 geklemmt, die den Polkern 5 und den Anker 7 aufnimmt. Mit einem O-Ring 23, der in einer Umfangsnut des Polkerns 5 eingesetzt ist, ist der Polkern 5 gegen die Lagerbuchse 30 abgedichtet. Die Lagerbuchse 30 verengt sich in der Trennebene zu dem Anker 7 etwas und dient als Gleitzylinder für den Anker 7. Der Anker 7 weist eine Bohrung 24 auf, die bis über etwa 2/3 seiner axialen Länge von dem Polkern 5 geführt ist und ein als zylindrische Druckfeder gebildetes Federelement 14 aufnimmt, das sich zwischen dem Anker 7 und einer in den Polkern 5 eingelassenen Anpressvorrichtung 31 erstreckt. Die
Anpressvorrichtung 31 besteht aus einem Federbolzen 15, dessen axiale Position in dem Polkern 5 einstellbar ist, womit die Vorspannung des Federelements 14 variierbar ist, und einem Federelement 14. Der Anker 7 wirkt auf einen rohrartigen Kolben 17. Der Anker wirkt mit einem konvex geformten Boden 19, insbesondere als Ventilplatte, auf einen Wälzkörper 18. Der als Kugel gebildete Wälzkörper 18 verschließt in der Ruheposition des Druckbegrenzungsventils 1 eine Druckmittelöffnung 26, an der Systemdruck, insbesondere ventilabseitig, anliegt. Der axiale Abstand a von Polkern 5 und Anker 7 ist von außerhalb des Druckbegrenzungsventils 1 einstellbar, festlegbar und kontrollierbar. Zu diesem Zweck weist ein Deckel 27, der das Druckbegrenzungsventil 1 axial abschließt und in dem der Polkern 5 festgelegt ist, wenigstens eine Positionsmarke 10 auf. An dem Deckel 27 ist eine Positionsmarke 10 in Form eines Radialflansches 1 1 angeordnet. An dem Ventilgehäuse 2 ist in der Nähe des Radialflansches 1 1 an dem Deckel 27 ein weiterer Radialflansch 1 1 ' als weitere Positionsmarke 10' vorgesehen. Die Positionsmarken 10, 10' erlauben eine Einstellung des axialen Abstands a im μm-
Bereich. Anschließend kann der Deckel 27, der etwa 1/3 der axialen Länge L des Ventilgehäuses 2 überkragt, verstemmt werden oder verbördelt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung kann der Deckel auch mit einem Innenschraubgewinde gestaltet sein, sodass der Deckel 27 aufschraubbar ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Deckel 27 über eine erste, mit einem gröberen
Gewinde versehenen Innenverschraubung in eine Grobeinstellung zu bringen ist, und der an ihm anliegende Polkörper 33 (siehe Figur 5) mit seinem feineren Gewinde zur
Feineinstellung des Polkerns 5 dient. Der äußere Deckel 27 mit seinen Positionsmarken 10, 10' bietet beim Zusammenbau und Justieren eine
Groborientierung, während die Feineinstellung und der exakte Betriebspunkt des
Ventils 1 über die Eindrehung des Polkerns 5 einzustellen ist.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann der Deckel 27 bei Einnahme der für ihn bestimmten Positionsmarken 10, 10' im Rahmen einer auszuwählenden
Relativbeziehung zwischen Deckel 27 und Ventilgehäuse 2 durch einzelne oder rundum verteilte Punktschweißungen festgelegt werden.
Eine stabile Lage des Kolbens 17 in einer geöffneten Position des Druckbegrenzungsventils ohne Flattern des Kolbens 17 ist durch eine Strömungsführung des in das Ventilinnere stömenden Druckmittels ermöglicht, indem der Boden des Kolbens 17
Durchgangsbohrungen 20 in axialer Richtung enthält, insbesondere in zur Bewegungsrichtung abgeschrägter bzw. abgewinkelter, aber gerader Form, durch die Druckmittel in dem rohrartigen Kolben 17 strömen kann. Das in einen Druckmitteltank strömende Druckmittel gelangt durch radial aus dem Kolben 17 geführte Bohrungen 21 , die mit Öffnungen in dem Ventilgehäuse 2 kommunizieren, aus dem
Druckbegrenzungsventil 1. Der Kolben 17 bietet eine zum Sitzventil 16 zugewendete Prallfläche 25, deren exakte Funktion durch die in der Beschreibungseinleitung genannten Anmeldungen dargelegt ist.
Die Bohrungsdurchmesser und deren räumliche Anordnung in dem Kolben 17 bewirken, dass der Kolbenboden durch den anliegenden Staudruck des einströmenden Druckmittels und auch des ausströmenden Druckmittels stabil in dem Ventilgehäuse 2 liegt. Dazu können auch Rückströmungseffekte des Druckmittels in dem Kolben 17 beitragen.
Ein hydraulisches Ventil mit einem Kolben nach Figur 2 kann über einen Magneten nach Figur 1 zu einem Ventil gestaltet werden, das ein Verhalten in Übereinstimmung mit Kennlinien nach Figur 3 und Figur 4 zeigt. Beachtenswert ist die Linearität des Drucks, wobei die Kennlinien in ihrem, über den Strom eingestellten Betriebspunkt nahezu konstant sind. In Figur 2 ist über die Pfeile mit den Bezeichnungen FM und FF die externe Kräftebeaufschlagung auf den Kolben 17 des Ventils 1 dargestellt. Während die Magnetkraft FM als ziehende Kraft für die Verringerung des Haltedrucks auf den Wälzkörper 18 zuständig ist, wird über die Federkraft FF die Sperrkraft eingestellt. Der Wälzkörper 18 verschließt den Arbeitsanschluss A, an dem der Druck im Common-Rail anliegt. Bei Drucküberschreitung eines voreingestellten Haltedrucks
P (siehe Figur 3), der durch einen elektrischen Strom über die magnetische Kraft FM einstellbar ist, öffnet der Wälzkörper 18 die Druckmittelöffnung 26. Während der geöffneten Stellung des Ventils 1 kann die hydraulische Flüssigkeit über die axialen Bohrungen 20 seitlich aus dem Kolben 17 an dem Tankanschluss T herauslaufen. Mit steigendem elektrischen Strom I lässt sich durch die Wirkrichtungen der unterschiedlichen Kräfte, wie FM und FF, der (nahezu) von dem Volumenstrom V unabhängige Haltedruck P einstellen. Die Wechselbeziehung zwischen elektrischem Strom I und Haltedruck P lässt sich der Figur 4 entnehmen.
In Fig. 5 ist in einem schematischen Längsschnitt ein als Proportional-Druck- begrenzungsventil 32 gebildetes Druckventil 1 für eine Common-Rail-
Kraftstoffeinspritzanlage eines Personenkraftwagens gezeigt, insbesondere für Dieselkraftstoff. In einem stufenzylinderartigen Ventilgehäuse 2 ist ein elektromagnetischer Wandler 3 zur Betätigung eines Steuerelements 6 eingesetzt. Der elektromagnetische Wandler 3 weist einen Spulenkörper 4 mit einer Wicklung und einem Flussleitmantel 22 auf, der zur Betätigung eines mit dem Steuerelement 6 fest verbundenen Ankers 7 dient. Der Anker 7 ist als Tauchanker ausgebildet und bewirkt zusammen mit einer, den Anker 7 mit einer Federkraft beaufschlagenden Druckfeder 14 einen Verschluss einer Druckmittelöffnung 26 (siehe Figur 1 ) an einem Boden des Ventilgehäuses 2 mit dem Steuerelement 6 und einer Kugel 18, die von dem Steuerelement 6 druckbeaufschlagt ist.
An einem, zu einem Polkörper 33 des Proportional-Druckbegrenzungsventils 32 benachbarten, axialen Ende 13 des Ankers 7 liegt dieser an einer Elastomerdichtung 28 in einer Nut 29 eines Ankersitzes 8 an. Die als Dichtelement 9 zwischen der axialen Stirnfläche des Ankers 7 und dem Ankersitz 8 dienende
Elastomerdichtung 28 ist als O-Ring gebildet, wobei der Anker 7 mit seiner Umfangsaußenkante 12 an dem O-Ringquerschnitt etwa mittig anliegt.
Der Ankersitz 8 ist als im Querschnitt rechteckförmige Kunststoffhülse mit einem Gleitsitz in einer Laufbuchse 30 eingesetzt, während der Anker 7 radial mehr Spiel aufweist und mit Laufsitztoleranz in der Laufbuchse 30 gleitet. Das Feinregelverhalten des Druckventils 1 ist dadurch verbessert, dass die mit Gleitsitz aneinanderliegenden Flächen verringert sind.
BEZUGSZEICHENLISTE
Claims
1. Druckbegrenzungsventil für eine hydraulische Anlage, insbesondere für ein
Hochdruck-Kraftstoffsystem, mit einem Ventilgehäuse (2), in dem ein elektromagnetischer Wandler (3) mit einem Spulenkörper (4), ein Polkern (5) und ein, ein Steuerelement (6) betätigender, axialverschieblicher Anker (7) eingesetzt ist, wobei das Steuerelement (6) eine Druckmittelöffnung (8) in dem Ventilgehäuse (2) verschließen kann, und mit einem Deckel (27) zum Verschluss des Ventilgehäuses
(2) nach der Montage des elektromagnetischen Wandlers (3), dadurch ge kennzeichnet, dass der axiale Abstand (a) des Ankers (7) zu dem Polkern (5) über die Positionswahl (10, 10', 11, 11') und Festlegung des Deckels (27) an dem Ventilgehäuse (2) eingestellt ist.
2. Druckbegrenzungsventil für eine hydraulische Anlage, insbesondere nach Anspruch 1, mit einem Ventilgehäuse (2), in dem ein elektromagnetischer Wandler (3) mit einem Spulenkörper (4) und einem axialverschieblichen Anker (7) zur Betätigung eines Steuerelements (6) des Druckventils (1) eingesetzt ist, wobei das
Steuerelement (6) eine Drucköffnung (26), insbesondere eine Druckmittelöffnung (26), in dem Ventilgehäuse (2) verschließen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) mit einem Ankersitz (8) verbunden ist, der in dem Ventilgehäuse (2) mit Gleitsitz- oder Schlichtgleitsitzpassung verschiebbar gelagert ist und der Anker (7) zumindest Laufsitztoleranz oder eine größere Toleranz aufweist.
3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand (a) des Ankers (7) zu dem Polkern (5) durch Positionsmarken (10, 10') an dem Deckel (27) und an dem Ventilgehäuse (2) bestimmbar ist.
4. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmarken (10, 10') auf der Außenseite des Deckels (27) und des Ventilgehäuses (2) angeordnet sind.
5. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmarken (10, 10') durch Radialflansche (11, 11') an dem Deckel (27) und an dem Ventilgehäuse (2) gebildet sind.
6. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand (a) des Ankers (7) zu dem Polkern (5) in einer Schließ- oder Ruheposition des Ankers (7) etwa 50 μm bis 0,6 mm beträgt.
7. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass um den Polkern (5) und um den Anker (7) in dem Ventilgehäuse (2) eine Lagerbuchse (30) angeordnet ist, wobei der Anker (7) vorzugsweise ein Tauchanker ist.
8. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) in seiner Ruheposition von einer Anpressvorrichtung (31 ) mit Federelement (14) gehalten ist, wobei vorzugsweise die Vorspannung der Anpressvorrichtung (13) beispielsweise über einen axial verschiebbaren Federbolzen (15) einstellbar ist.
9. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (27) topfförmig gebildet ist und über mehr als 1/3 der axialen Länge (L) des Ventilgehäuses (2) gestülpt ist. .
10. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (27) form- und/oder kraftschlüssig an dem Ventilgehäuse (2) festgelegt ist.
1 1. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (6) ein Sitzventil (16) bildet, das aus einem, in dem Ventilgehäuse (2) axialverschieblich gehaltenen, insbesondere rohrartigen Kolben (17) und einem von dem Kolben (17) auf die Druckmittelöffnung (26) gepressten Wälzkörper (18) besteht.
12. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem geöffneten Zustand der Druckmittelöffnung (26) Druckmittel so durch axial in einem Boden (19) des Kolbens (17) und radial aus dem Kolben (17) und dem Ventilgehäuse (2) geführte Bohrungen (20, 21 ) strömt, dass der Staudruck verbunden mit Rückströmungen in dem Ventilgehäuse (2) und in dem Kolben (17) die Lage des Kolbens (17) stabilisiert.
13. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (1 ) einen nahezu konstanten Öffnungsdruck (P) über einen variablen Druckmittel-Volumenstrom (V) der hydraulischen Anlage aufweist.
14. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankersitz (8) eine Rundpassung aufweist, wobei insbesondere der Anker (5) zu dem Ankersitz (8) mit einem Dichtelement (9) abgedichtet ist.
15. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) eine Elastomerdichtung (28) ist, die in einer Nut (29) an dem Ankersitz (8) liegt.
16. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) an einer Außenkante (12) des Ankers (7) an einem axialen Ende (13) anliegt.
17. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankersitz (8) eine Metall- oder Kunststoffhülse oder ein Materialverbund aus Metall und Kunststoff ist.
18. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) in einem druckausgeglichenen Ankerraum angeordnet ist.
19. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) mit zwei oder mehreren Ankersitzen (8) verbunden ist, die in einem Ventilgehäuse (2) mit Gleitsitz- oder Schlichtgleitsitzpassung verschiebbar gelagert sind, und der Anker (7) zumindest Laufsitztoleranz aufweist.
20. Druckregelventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für ein Kraftstoffhochdrucksystem, insbesondere für Betriebsdrücke von mehr als 2000 bar, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker ein längsgerichteter Tauchanker ist, durch den das bedruckte Medium durchtreten kann, der insbesondere mit einem Hohlraum ausgestattet ist, in dem die Vorspannfeder für eine Schließkraft des Ventils angeordnet ist.
21. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (1 ), das ein kraftgesteuertes oder lagegesteuertes Proportional-Druckregelventil oder Proportional-Druckbegrenzungs- ventil (14) ist, in einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlage eines Fahrzeugs verwendet ist.
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