WO2016134930A1

WO2016134930A1 - Teildruckausgeglichenes druckregelventil für einen hochdruckspeicher

Info

Publication number: WO2016134930A1
Application number: PCT/EP2016/052135
Authority: WO
Inventors: Jan Schotte; Armin Schuelke; Felix Jaegle; Olaf Ohlhafer; Tim Maier
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2016-09-01
Also published as: DE102015203515A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil (10) zur Regelung des Drucks in einem Hochdruckraum (3) eines Hochdruckspeichers (1), insbesondere eines Kraftstoff- Hochdruckspeichers. Das Druckregelventil (10) weist einen Ventilkörper (21), einen an dem Ventilkörper ausgebildeten Ventilsitz (20), einen Ventilbolzen (25) und eine Schließhülse (30) auf. An der Schließhülse (30) ist eine Führungsbohrung (31) ausgebildet, die von dem Ventilbolzen (25) längsgeführt ist. Die Schließhülse (30) wirkt mit dem Ventilsitz (20) zusammen, um eine hydraulische Verbindung von dem Hochdruckraum (3) zu einem Niederdruckraum (60) zu öffnen und zu schließen. Ein Aktor (45) wirkt auf die Schließhülse (30) in Richtung des Ventilsitzes. Stromaufwärts des Ventilsitzes (20) ist ein Ventilraum (27) von dem Ventilkörper (21), der Schließhülse (30) und dem Ventilbolzen (25) begrenzt. Erfindungsgemäß ist der Durchmesser D₂₀ des Ventilsitzes (20) größer als der Durchmesser D₃₁ der Führungsbohrung (31).

Description

Teildruckausgeglichenes Druckregelventil für einen Hochdruckspeicher

Die vorliegende Erfindung betrifft ein teildruckausgeglichenes Druckregelventil zur Regelung eines Drucks in einem Hochdruckspeicher, sowie einen

Hochdruckspeicher mit einem Druckregelventil.

Stand der Technik

Bei modernen Diesel- und Benzinmotoren werden heute sogenannte Speicher- Einspritz-Systeme verwendet, bei denen Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe in einen Hochdruckspeicher gefördert wird und aus diesem Hochdruckspeicher über Injektoren in die Brennräume einer Brennkraftmaschine eindosiert wird. Der Hochdruckspeicher kann dabei beispielsweise auch als Kraftstoffdruckspeicher bzw. Kraftstoff- Hochdruckspeicher bezeichnet werden. Für die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum wird der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe auf bis zu 400 bar (Benzinmotor) bzw. 3000 bar und mehr (Dieselmotor) verdichtet. Die Regelung des Drucks kann dabei über einen Drucksensor und ein Druckregelventil erfolgen, die jeweils am Hochdruckspeicher montiert sind. Ein solcher Hochdruckspeicher ist aus der DE 10 2008 040 901 bekannt.

Für die Ausführungen der Druckregelventile ist bekannt, dass druckausgeglichene Regelventile verwendet werden können, wie in der DE 10 2012 221 157 AI offenbart. Der Begriff „druckausgeglichen" bezieht sich dabei auf die am Ventilschließkörper bzw. an der Schließhülse wirkenden hydraulischen Kräfte; diese heben sich in Summe im geschlossenen

Ventilzustand auf bzw. nahezu auf. Vorteile dieser Ventile sind, dass vergleichsweise kleine Schließfedern und Aktoren verwendet werden können, da es nur sehr geringer Kräfte bedarf, um die Schließhülse in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Jedoch ist es bei druckausgeglichenen Ventilen, speziell bei vergleichsweise geringen Hüben der Schließhülse, aufgrund der an der druckausgeglichenen Schließhülse herrschenden Kraftverhältnisse sehr schwierig einen exakten Betriebspunkt bzw. Hub anzusteuern, um dadurch den Druck im Hochdruckspeicher zu regeln.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Druckregelventil zur Regelung des Drucks in einem Hochdruckraum eines Hochdruckspeichers, insbesondere eines Kraftstoff- Hochdruckspeichers hat demgegenüber den Vorteil, dass es nicht druckausgeglichen sondern nur teildruckausgeglichen ist, wobei der Begriff „teildruckausgeglichen" als „teilweise druckausgeglichen" bzw. „teilweise kraftausgeglichen" zu verstehen ist. Dadurch entsteht eine auf die Schließhülse in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft, die sich mit zunehmendem Hub der Schließhülse reduziert. Diese hydraulische Kraft ist bei kleinen Hüben zuverlässiger und robuster steuerbar als eine Federkraft und zudem nicht proportional zum Hub der Schließhülse. Die gesamte Regelungscharakteristik des Druckregelventils wird dadurch verbessert. Gleichzeitig ist der Energiebedarf für das erfindungsgemäße Druckregelventil nur unwesentlich höher als für ein komplett druckausgeglichenes Druckregelventil.

Dazu umfasst das Druckregelventil einen Ventilkörper, einen an dem Ventilkörper ausgebildeten Ventilsitz, einen Ventilbolzen und eine Schließhülse. An der Schließhülse ist eine Führungsbohrung ausgebildet, die von dem Ventilbolzen längsgeführt ist. Die Schließhülse wirkt mit dem Ventilsitz zusammen, um eine hydraulische Verbindung von dem Hochdruckraum zu einem Niederdruckraum zu öffnen und zu schließen. Ein Aktor wirkt auf die Schließhülse in Richtung des Ventilsitzes. Stromaufwärts des Ventilsitzes ist ein Ventilraum von dem Ventilkörper, der Schließhülse und dem Ventilbolzen begrenzt. Erfindungsgemäß ist der Durchmesser D₂o des Ventilsitzes größer als der Durchmesser D_3i der Führungsbohrung.

Durch den Ventilbozen wird die für die öffnende hydraulische Kraft wirksame Fläche der Schließhülse reduziert, da die vom Ventilbolzen aufgenommenen hydraulischen Kräfte nicht auf die Schließhülse wirken. Aufgrund der Durchmesserbeziehung D₂₀ > D_3i ist dennoch eine - vorteilhafterweise vergleichsweise kleine - wirksame Fläche an der Schließhülse übrig, so dass sich bei geschlossenem Druckregelventil eine hydraulisch öffnende Kraft auf die Schließhülse ergibt. Der Ventilraum ist in Flussrichtung des Ventils zwischen dem Hochdruckraum und dem Niederdruckraum angeordnet; der Druck im Ventilraum ist der für die auf die Schließhülse wirkende hydraulische Kraft relevante Druck. Weiterhin kann eine variable weitere Kraft auf die Schließhülse durch den Aktor gesteuert werden. Die Kraft-Hub-Verläufe der hydraulischen Kraft und der Aktorkraft weisen in den relevanten Betriebspunkten unterschiedliche Steigungen auf, so dass diese Betriebspunkte robust eingestellt werden können. Damit ergibt sich eine sehr variable Regelungscharakteristik für das Druckregelventil.

In einer vorteilhaften Ausführung des Druckregelventils ist in der Schließhülse sich an die Führungsbohrung anschließend eine den Ventilraum begrenzende erweiterte Bohrung ausgebildet. Die erweiterte Bohrung weist einen gegenüber der Führungsbohrung vergrößerten Querschnitt auf. Dadurch ist die für den hydraulischen Druck wirksame Fläche der Schließhülse vergrößert.

Vorteilhafterweise sind die Führungsbohrung und die erweiterte Bohrung als gestufte Bohrung mit einem Absatz ausgeführt. Dadurch die Führungsbohrung und die erweiterte Bohrung sehr einfach gefertigt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erweiterte Bohrung als eine sich zum Ventilsitz erweiternde konische Fläche ausgebildet. Durch den Konus ist die für den hydraulischen Druck wirksame Fläche der Schließhülse vergrößert. In alternativen Ausführungen kann der Absatz der Führungsbohrung auch mit der konischen Fläche kombiniert werden.

Vorteilhafterweise ist im Ventilkörper eine Verbindungsbohrung ausgebildet, die den Hochdruckraum mit dem Ventilraum hydraulisch verbindet. Diese Verbindungsbohrung definiert bei geöffnetem Druckregelventil eine erste konstante Drossel; bei abgehobener Schließhülse entsteht zwischen Schließhülse und Ventilsitz eine zweite hubabhängige Drossel. Durch das Verhältnis der beiden Drosseln zueinander wird der Druck im Ventilraum eingestellt und zwar variabel zwischen dem Hochdruck im Hochdruckraum und dem Niederdruck oder Atmosphärendruck im Niederdruckraum. Die Regelungscharakteristik des Druckregelventils ist dadurch sehr variabel und robust, da der Druck im Ventilraum durch den robust eingestellten Hub der Schließhülse ebenfalls sehr robust eingestellt werden kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Ventilbolzen an dem Ventilkörper angeordnet, also mit diesem einstückig ausgebildet. Dies reduziert zum einen die Anzahl der Bauteile des Druckregelventils. Zum anderen sind eine Außenfläche des Ventilbolzens, welche der Führungsbohrung gegenüberliegt und der Ventilsitz am selben Bauteil ausgebildet, so dass diesbezügliche Toleranzfehler vermieden werden.

Vorteilhafterweise weist dabei die Verbindungsbohrung eine Sacklochbohrung und zumindest eine Radialbohrung auf, wobei die Radialbohrung die Sacklochbohrung mit dem Ventilraum verbindet. Dadurch entsteht eine vergleichsweise einfach zu fertigende T-förmige Verbindungsbohrung, die auf der Achse des Ventilkörpers, also zentral, ausgebildet sein kann. Durch die Anordnung von Sacklochbohrung und Radialbohrung(en) kann die Strömung derart vorteilhaft beeinflusst werden, dass die hydraulischen Kräfte, speziell Querkräfte, auf den Ventilbolzen minimiert werden.

In einer alternativen vorteilhaften Ausführung weist das Druckregelventil ein Ventilgehäuse auf, wobei das Ventilgehäuse mit dem Ventilkörper verspannt ist. Der Ventilbolzen ist an seinem dem Ventilsitz gegenüberliegenden Ende zumindest mittelbar an dem Ventilgehäuse angeordnet. Dadurch werden die auf den Ventilbolzen wirkenden hydraulischen Kräfte mittelbar durch das vergleichsweise steife Ventilgehäuse aufgenommen. Der „Teildruckausgleich" des Druckregelventils ist somit auf einfache Art realisiert. Auch in dieser Ausführung kann die Verbindungsbohrung eine Sacklochbohrung und zumindest eine Radialbohrung aufweisen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Ventilbolzen unter Zwischenlage einer Anschlagscheibe an dem Ventilgehäuse angeordnet. Durch die Anschlagscheibe, an der der Ventilbolzen vorzugsweise anliegt und nicht anschlägt, können zum einen Toleranzen ausgeglichen werden, zum anderen kann ein druck- und/oder verschleißfestes, zum Ventilgehäuse unterschiedliches Material verwendet werden. In vorteilhaften Ausführungen wirkt eine Feder zumindest mittelbar auf die

Schließhülse in Öffnungsrichtung. Dies kann in bestimmten Ausführungen zur Ansteuerung bestimmter Betriebspunkte vorteilhaft sein, weil dadurch die Betriebspunkte noch robuster angesteuert werden können. Weiterhin dient die Feder dem zuverlässigen Öffnen des Druckregelventils bei abgestelltem Fahrzeug. Dadurch wird ein Unterdruck im Hochdruckspeicher durch sich abkühlendes Fluid vermieden. In alternativen Ausführungen ist es jedoch auch möglich die Feder komplett wegzulassen und dadurch noch energiesparsamer zu Steuern. In vorteilhaften Ausführungen ist der Aktor als Magnetaktor ausgeführt. Damit ist die Schließhülse elektromagnetisch ansteuerbar. Dies stellt eine einfache und gleichzeitig sehr genaue und robuste Ansteuerung der Schließhülse dar.

Vorteilhafterweise ist der Maximalhub der Schließhülse kleiner als 100 μηη. Speziell bei derart kleinen Hüben ist eine fest definierte und reproduzierbare Federkennlinie kaum realisierbar. Daher ist es gerade bei diesen Hüben vorteilhaft die Störgrößen von der Feder auf die Schließhülse zu minimieren (durch Reduzierung der Federsteifigkeit) bzw. komplett zu beseitigen (durch Weglassen der Feder). Derart kleine Hübe können erst durch den Teildruckausgleich realisiert werden, da dadurch der Durchmesser des Ventilsitzes vergrößert wird. Zum Öffnen der benötigten Strömungsquerschnitte ist bei einem teildruckausgeglichenen Ventil somit ein geringerer Hub erforderlich als bei einem konventionellen Ventil, wo entsprechend große Hübe verwendet werden.

In vorteilhaften Ausführungen wird das Druckregelventil in einem Hochdruckspeicher, insbesondere in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher verwendet. In Hochdruckspeichern, insbesondere in Kraftstoff- Hochdruckspeichern wirken sehr hohe Drücke von teilweise über 3000 bar, die jedoch nicht immer zur Verfügung stehen müssen. Die beschriebenen Ausführungen des erfindungsgemäßen Druckregelventils sind jedoch für derart hohe Anforderungen geeignet. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Druckregelventil jedoch auch mit vergleichsweise geringer Energie sehr schnell angesteuert werden, so dass niedrigere Drücke im Hochdruckspeicher eingestellt werden können.

Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig.1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Hochdruckspeicher und einem erfindungsgemäßen Druckregelventil, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Fig.2 zeigt den Ausschnitt II der Fig.1 in einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckregelventils, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Fig.4 zeigt ein Diagramm mit beispielhaften hydraulischen Kräften und einer Aktorkraft auf ein Schließglied des Druckregelventils, wobei die Kräfte über dem Hub h des Schließglieds aufgetragen sind.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In Fig.1 ist ein Bereich eines Hochdruckspeichers 1 mit einem

erfindungsgemäßen Druckregelventil 10 dargestellt, wobei nur die wesentlichen Bereiche abgebildet sind. Im nicht dargestellten Bereich weist der Hochdruckspeicher 1 die bekannten, üblichen Anschlüsse auf: einen von einer Hochdruckpumpe kommenden Hochdruckanschluss und zumindest einen, üblicherweise jedoch mehrere zu Einspritzinjektoren führende

Injektoranschlüsse.

Der Hochdruckspeicher 1 weist ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse 2 auf, welches einen ebenfalls im Wesentlichen zylinderförmigen Hochdruckraum 3 umgibt. An dem Gehäuse 2 ist an einem Endbereich 7 ein Außengewinde 6 ausgebildet, auf das ein Innengewinde eines Ventilgehäuses 12 des

erfindungsgemäßen Druckregelventils 10 geschraubt werden kann. Diese

Verbindung zwischen Hochdruckspeicher 1 und Druckregelventil 10 ist lediglich beispielhaft gewählt und kann durch beliebige andere Verbindungen ersetzt werden, beispielsweise:

- Gehäuse 2 mit Innengewinde und Ventilgehäuse 12 mit Außengewinde, - Schraubverbindung mit einer zusätzlichen Spannmutter,

- Pressverbindung zwischen Gehäuse 2 und Ventilgehäuse 12,

- Schweißverbindung zwischen Gehäuse 2 und Ventilgehäuse 12.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.l ist das Ventilgehäuse 12 zweiteilig ausgeführt, kann in alternativen Ausführungen jedoch auch einteilig ausgeführt sein.

Weiterhin können in alternativen Ausführungen auch der Ventilkörper 21 und das Gehäuse 2 einstückig ausgeführt sein, so dass der Ventilsitz 20 am

Hochdruckspeicher 1 ausgebildet ist. Der Ventilkörper 21 bzw. das Gehäuse 2 wären dann sowohl Bestandteil des Hochdruckspeichers 1 als auch des

Druckregelventils 10. Wird im Folgenden also vom Ventilkörper 21 gesprochen, so beinhaltet dies sowohl die einteilige als auch die zweiteilige Ausführung von Ventilkörper 21 und Gehäuse 2, sofern nichts anderes angegeben ist.

Das Druckregelventil 10 weist das Ventilgehäuse 12, einen Ventilkörper 21, einen am Ventilkörper 21 ausgebildeten Ventilsitz 20, einen Ventilbolzen 25 und eine

Schließhülse 30 auf. Die Schließhülse 30 wirkt mit dem Ventilsitz 20 zusammen und öffnet und schließt dadurch eine hydraulische Verbindung von dem

Hochdruckraum 3 zu einem Niederdruckraum 60, wobei der Niederdruckraum 60 stromabwärts des Ventilsitzes 20 zwischen Ventilgehäuse 12, Ventilkörper 21 und Schließhülse 30 ausgebildet ist. In den Niederdruckraum 60 mündet eine im Ventilgehäuse 12 ausgebildete Rücklaufbohrung 49, die wiederum

vorteilhafterweise mit einer nicht dargestellten Rücklaufleitung verbunden ist.

Der Ventilbolzen 25 stützt sich unter Zwischenlage einer Anschlagscheibe 28 an dem Ventilgehäuse 12 auf der dem Ventilkörper 21 abgewandten Seite ab. In der Schließhülse 30 ist in Längsrichtung eine Führungsbohrung 31 ausgebildet, in welcher der Ventilbolzen 25 angeordnet ist, so dass die Schließhülse 30 von dem Ventilbolzen 25 längsbeweglich geführt ist. Gleichzeitig wird durch den vergleichsweise schmalen Führungsspalt zwischen Ventilbolzen 25 und

Führungsbohrung 31 der Hochdruckbereich abgedichtet; naturgemäß erfolgt diese Abdichtung unter einer minimalen Leckage durch den Führungsspalt. Die Schließhülse 30 wiederum ist in einer im Ventilgehäuse 12 angeordneten Führungshülse 48 längsbeweglich geführt. Dabei ist die Führungshülse 48 so gestaltet, dass sie die hydraulische Verbindung vom Niederdruckraum 60 zur Rücklaufbohrung 49 nicht verschließt. Weiterhin muss die Führungshülse 49 so ausgeführt sein, dass sie einen Fluidaustausch zwischen dem Niederdruckraum 60 und dem Niederdruckbereich an dem dem Ventilsitz 20 gegenüberliegenden Ende des Ventilbolzens 25 zulässt; dies kann beispielsweise durch einen Dreiflach an der äußeren Mantelfläche der Führungshülse 49 erfolgen.

Stromaufwärts des Ventilsitzes 20 ist zwischen dem Ventilkörper 21, der

Schließhülse 30 und dem Ventilbolzen 25 ein Ventilraum 27 ausgebildet. Im Ventilkörper 21 ist eine Verbindungsbohrung 22 ausgebildet, die den

Hochdruckraum 3 mit dem Ventilraum 27 hydraulisch verbindet. Dabei kann die Verbindungsbohrung 22 auch eine definierte Drosselstelle aufweisen. Bei geschlossenem Druckregelventil 10, also wenn die Schließhülse 30 an dem Ventilsitz 20 anliegt, ist eine hydraulische Verbindung zwischen dem Ventilraum 27 und dem Niederdruckraum 60 geschlossen; der Ventilraum 27 weist dann den gleichen Druck auf wie der Hochdruckraum 3. Bei geöffnetem Druckregelventil 10, also wenn die Schließhülse 30 von dem Ventilsitz 20 abgehoben ist, ist die hydraulische Verbindung zwischen dem Ventilraum 27 und dem

Niederdruckraum 60 geöffnet; der Ventilraum 27 weist dann einen Druck auf, der zwischen dem des Hochdruckraums 3 und dem des Niederdruckraums 60 liegt. In einem dem Hochdruckspeicher 1 abgewandten Bereich des Druckregelventils 10 ist ein Aktor 45 im Ventilgehäuse 12 angeordnet, um das Schließglied 30 zu betätigen. In dem Ausführungsbeispiel der Fig.l ist der Aktor 45 als Magnetaktor ausgeführt; generell ist jedoch für die vorliegende Erfindung jeder beliebige Aktor, beispielsweise ein Piezoaktor oder ein pneumatischer Aktor verwendbar. Zum

Öffnen und Schließen des Schließglieds 30 ist am Schließglied 30 für den Fall eines Magnetaktors 45 ein Magnetanker 42 angeordnet, beispielsweise aufgepresst. Der Magnetaktor 45 ist dabei zwischen dem Magnetanker 42 und dem Ventilsitz 20 angeordnet. Der Magnetanker 42 wird somit bei Bestromung des Magnetaktors 45 von diesem in Richtung des Ventilsitzes 20 angezogen, so dass sich der Magnetanker 42 und mit ihm das Schließglied 30 in Richtung des Ventilsitzes 20 bewegt. Zwischen dem Magnetanker 42 und dem Ventilsitz 20 ist eine Feder 47 angeordnet, welche den mit dem Schließglied 30 verbundenen Magnetanker 42 entgegen der Kraft des Magnetaktors 45 wieder in die

Ausgangslage zurückstellt. Man spricht daher von einem stromlos offenen

Druckregelventil 10.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.l ist an dem dem Hochdruckspeicher 1 gegenüberliegenden Ende des Druckregelventils 10 eine Anschlagplatte 29 im Ventilgehäuse 12 angeordnet. Die Anschlagplatte 29 begrenzt einen Maximalhub des Magnetankers 42 und somit der Schließhülse 30 im geöffneten Zustand des Druckregelventils 10. Im geschlossenen Zustand bleibt vorteilhafterweise ein Spalt zwischen Magnetaktor 45 und Magnetanker 42, um ein„Verkleben" der beiden Teile zu vermeiden. Dies kann in alternativen Ausführungen auch durch eine Restluftspaltscheibe zwischen Magnetaktor 45 und Magnetanker 42 erfolgen.

Erfindungsgemäß ist das Druckregelventil 10 im geschlossenen Zustand teildruckausgeglichen. Im Ausführungsbeispiel der Fig.l ist dies durch einen Absatz 32 der Schließhülse 30 realisiert, wobei der Absatz 32 eine erweiterte

Bohrung 33 aufweist. Der Ventilbolzen 25 ragt teilweise in die erweiterte Bohrung 33 hinein, so dass sich der Ventilraum 27 auch auf das Volumen zwischen erweiterter Bohrung 33 und Ventilbolzen 25 erstreckt. Die Schließhülse 30 besitzt in der Führungsbohrung 31 den Durchmesser D_3i. Im Bereich des Ventilraums 27, also am Absatz 32 besitzt die erweiterte Bohrung 33 den Durchmesser D₃₃. Im Ausführungsbeispiel der Fig.l ist die erweiterte Bohrung 33 zylindrisch ausgeführt, so dass der Durchmesser D₃₃ der erweiterten Bohrung 33 gleich dem Durchmesser D₂o des Ventilsitzes 20 ist. Für das erfindungsgemäße

teildruckausgeglichene Druckregelventil 10 des Ausführungsbeispiels der Fig.l gilt: D₃₃ = D₂₀ und D₃₃ > D_3i.

Fig.2 zeigt den Ausschnitt II der Fig.l im Bereich des Ventilraums 27 in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Schließhülse 30 dieses Ausführungsbeispiels weist anstelle eines Absatzes eine sich von der Führungsbohrung 31 zum Ventilsitz 20 erweiternde konische Fläche 34 auf. Die erweiterte Bohrung 33 ist dadurch nicht zylindrisch ausgeführt, sondern als konische Fläche 34. Die weiteren dargestellten Bauteile sind im Wesentlichen ähnlich zu der Ausführung der Fig.l gestaltet. Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Druckregelventils 10, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Die zur Fig.l analog aufgebauten Bereiche wurden bereits in der Beschreibung der Fig.l erläutert und werden hier nicht wiederholt, es soll nur auf die Unterschiede zur Fig.l eingegangen werden.

Das Ausführungsbeispiel der Fig.3 zeigt einen als Magnetaktor ausgeführten Aktor 45, der den Magnetanker 42 radial umgebend angeordnet ist. Dabei kann der Magnetaktor 45, wie in Fig.3 dargestellt, außerhalb des Ventilgehäuses 12 angeordnet sein, oder in alternativen Ausführungen das Ventilgehäuse 12 entsprechend gestaltet sein, dass auch der Magnetaktor 45 im Ventilgehäuse 12 angeordnet ist. Im Ventilgehäuse 12 ist zwischen dem Magnetaktor 45 und dem Magnetanker 42 ein amagnetischer Bereich 44 angeordnet, so dass bei Bestromung des Aktors 45 eine magnetische Kraft auf den Magnetanker 42 in Richtung des Ventilsitzes 20 wirkt.

Der Ventilbolzen 25 ist im Ausführungsbeispiel der Fig.3 an dem Ventilkörper 21 angeordnet bzw. einstückig mit diesem ausgeführt. Die Verbindungsbohrung 22 ist dadurch T-förmig ausgeführt und umfasst eine Sacklochbohrung 22a und zumindest eine Radialbohrung 22b. Die Sacklochbohrung 22a führt vom nicht dargestellten Hochdruckraum 3 in axialer Richtung ins Innere des Ventilkörpers 21 und schneidet sich dort mit der zumindest einen Radialbohrung 22b, die radial nach außen wegführt und in den Ventilraum 27 mündet. Vorteilhafterweise sind zwei bis vier Radialbohrungen 22b sternförmig nach außen führend ausgebildet. Die eigentliche Drosselstelle der Verbindungsbohrung 22 kann dabei sowohl in der Sacklochbohrung 22a als auch in der zumindest einen Radialbohrung 22b ausgebildet sein.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.3 ist die Schließhülse 30 mit Absatz 32 und erweiterter Bohrung 33 ausgebildet. Es ist jedoch auch jede andere Ausführung möglich solange der Durchmesser D_3i der Führungsbohrung 31 kleiner ist als der

Durchmesser D₂o des Ventilsitzes 20.

Fig.4 zeigt ein Diagramm mit drei Kurven 101, 102, 103, und einem

Betriebspunkt 104, wobei die Kraft F über dem Hub h des Schließglieds 30 aufgetragen ist. Ein Hub h=0 entspricht dabei dem geschlossenen

Druckregelventil 10, also einer an dem Ventilsitz 20 anliegenden Schließhülse 30. Die erste Kurve 101 zeigt den Verlauf der Aktorkraft, beispielsweise einer Magnetkraft zwischen Magnetaktor 45 und Magnetanker 42, die über die

Verbindung von Magnetanker 42 zur Schließhülse 30 auf die Schließhülse 30 wirkt. Mit zunehmendem Abstand von Magnetanker 42 zu Magnetaktor 45, also mit zunehmendem Hub h, nimmt diese Aktorkraft ab.

Die zweite Kurve 102 zeigt die hydraulische Kraft auf das Schließglied 30 eines druckausgeglichenen Druckregelventils 10, wobei die hydraulische Kraft sehr gering ist und relativ stark von den Strömungszuständen beeinflusst wird. In diesem Fall ist es notwendig das Schließglied 30 durch den Einsatz einer starken Feder 47 ins Gleichgewicht zu bringen.

Die dritte Kurve 103 zeigt die hydraulische Kraft auf das Schließglied 30 des erfindungsgemäßen teildruckausgeglichenen Druckregelventils 10, wobei die hydraulische Kraft in entgegengesetzter Richtung zur Aktorkraft der ersten Kurve 101 wirkt. Aufgrund der Durchmesserbeziehung D₂o > D_3i ist für diesen Fall die hydraulische Kraft auf das Schließglied 30 für das geschlossene Druckregelventil 10 größer als im Falle eines druckausgeglichenen Druckregelventils. Im

Betriebspunkt 104 herrscht Gleichgewicht zwischen der hydraulischen und der Aktorkraft; die Schließhülse 30 befindet sich im zugehörigen Hub hi somit im Kräftegleichgewicht. Der Einsatz einer auf das Schließglied 30 wirkenden Feder 47 kann dadurch sogar entfallen. Je größer der Winkel α zwischen der hydraulischen und der Aktorkraft im Betriebspunkt 104 ist, desto zuverlässiger und robuster kann der zugehörige Hub hi angesteuert werden. Die Ansteuerung von von dem Betriebspunkt 104 verschiedenen Betriebspunkten erfolgt dann durch Änderung der Aktorkraft, also beispielsweise durch Änderung der

Stromstärke im Magnetaktor 45.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Druckregelventils 10 ist wie folgt:

Im Ausgangszustand ist das Druckregelventil 10 bestromt, so dass eine Kraft durch den Aktor 45 erzeugt wird, beispielsweise eine Magnetkraft die auf den Magnetanker 42 wirkt. Durch die Magnetkraft wird der Magnetanker 42 in Richtung des Ventilsitzes 20 bewegt und mit ihm das Schließglied 30 gegen den Ventilsitz 20 gedrückt, so dass eine fluidische bzw. hydraulische Verbindung vom Hochdruckraum 3 über die Verbindungsbohrung 22, den Ventilsitz 20 und den Ventilraum 27 zum Niederdruckraum 60 unterbrochen ist. Wird die Bestromung des Aktors 45 unterbrochen, so drücken die Feder 47 und die hydraulische Kraft auf das Schließglied 30 das Schließglied 30 in Richtung weg vom Ventilsitz 20, wobei die Feder 47 nur optional verwendet wird. Das Druckregelventil 10 wird dadurch geöffnet, wodurch die beschriebene fluidische Verbindung geöffnet und ein Druckabbau im Hochdruckraum 3 ermöglicht wird.

Der Ventilbolzen 25 hat die Aufgabe, die auf die Schließhülse 30 wirkenden hydraulischen Kräfte zu reduzieren, da der Hochdruck zwischen der

Führungsbohrung 31 und dem Ventilkolben 25 vom Ventilraum 27 bis zu dem dem Ventilsitz 20 gegenüberliegenden Ende der Schließhülse 30 abgebaut wird. Ist der Durchmesser D_3i der Führungsbohrung 31 gleich dem Durchmesser D₂o des Ventilsitzes, so ist die Schließhülse 30 druckausgeglichen. Erfindungsgemäß ist der Durchmesser D_3i der Führungsbohrung 31 jedoch kleiner als der

Durchmesser D₂o des Ventilsitzes, so dass eine öffnende hydraulische Kraft auf die Schließhülse 30 wirkt, wenn der Ventilraum 27 unter Hochdruck steht, also wenn die Schließhülse 30 die fluidische bzw. hydraulische Verbindung vom Ventilraum 27 zum Niederdruckraum 60 durch Anlage an den Ventilsitz 20 verschließt.

Dadurch kann, wie in Fig.4 gezeigt, ein stabiles Gleichgewicht zwischen den auf die Schließhülse 30 wirkenden Kräften - Aktorkraft, hydraulische Kraft und optional Federkraft - erreicht werden. Die für die meisten Betriebspunkte angesteuerten Hübe h der Schließhülse 30 liegen im Bereich von 30 μηη bis 50 μηη. Über diese vergleichsweise kurze Strecke ist es schwer, zumal in einer Großserie, eine proportionale und robuste Federkennlinie für die Feder 47 zu realisieren. Für das erfindungsgemäße Druckregelventil 10 kann die Federkraft der Feder 47 vergleichsweise gering gewählt werden bzw. die Feder 47 sogar ganz weggelassen werden, so dass das Störpotenzial durch die Feder 47 deutlich reduziert bzw. vollständig beseitigt ist. Dadurch können einzelne Betriebspunkte des Druckregelventils 10 durch unterschiedliche den

Betriebspunkten und den im Hochdruckraum 3 herrschenden Drücken zugeordnete Bestromungen des Aktors 45 robust und zuverlässig angesteuert werden.

Die Performance der Ansteuerung der Betriebspunkte wird konstruktiv durch die folgenden Faktoren beeinflusst:

• Die Abstimmung von zwei Drosselwirkungen aufeinander: eine erste

konstante Drossel, die Verbindungsbohrung 22, und eine zweite variable Drossel, nämlich die Drossel bei vom Ventilsitz 20 abgehobener

Schließhülse 30, die sich dann zwischen Ventilsitz 20 und Schließhülse 30 ergibt. Dadurch wird der Druck im Ventilraum 27 in Abhängigkeit des Hubs h der Schließhülse 30 und in Abhängigkeit des im Hochdruckraum 3 herrschenden Drucks eingestellt.

• Die für die hydraulisch öffnende Kraft wirksame Fläche der Schließhülse 30, die sich durch die Differenz der beiden Durchmesser D₂o und D_3i ergibt. Aus dem Produkt dieser wirksamen Fläche mit dem im Ventilraum 27

herrschenden Druck ergibt sich die auf die Schließhülse 30 wirkende hydraulische Kraft.

Claims

Druckregelventil (10) zur Regelung des Drucks in einem Hochdruckraum (3) eines Hochdruckspeichers (1), insbesondere eines Kraftstoff- Hochdruckspeichers, wobei das Druckregelventil (10) einen Ventilkörper (21), einen an dem Ventilkörper (21) ausgebildeten Ventilsitz (20), einen Ventilbolzen (25) und eine Schließhülse (30) aufweist, wobei an der Schließhülse (30) eine Führungsbohrung (31) ausgebildet ist, die von dem Ventilbolzen (25) längsgeführt ist, wobei die Schließhülse (30) mit dem Ventilsitz (20) zusammenwirkt, um eine hydraulische Verbindung von dem Hochdruckraum (3) zu einem Niederdruckraum (60) zu öffnen und zu schließen, wobei ein Aktor (45) auf die Schließhülse (30) in Richtung des Ventilsitzes wirkt, wobei stromaufwärts des Ventilsitzes (20) ein Ventilraum (27) von dem Ventilkörper (21), der Schließhülse (30) und dem

Ventilbolzen (25) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D₂o des Ventilsitzes (20) größer ist als der Durchmesser D_3i der Führungsbohrung (31).

Druckregelventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schließhülse (30) sich an die Führungsbohrung (31) anschließend eine den Ventilraum (27) begrenzende erweiterte Bohrung (33) ausgebildet ist.

Druckregelventil (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (31) und die erweiterte Bohrung (33) als gestufte Bohrung mit einem Absatz (32) ausgeführt sind.

Druckregelventil (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erweiterte Bohrung (33) als eine sich zum Ventilsitz (20) erweiternde konische Fläche (34) ausgebildet ist.

Druckregelventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilkörper (21) eine Verbindungsbohrung (22) ausgebildet ist, die den Hochdruckraum (3) mit dem Ventilraum (27) verbindet.

6. Druckregelventil (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbohrung (22) eine Sacklochbohrung (22a) und zumindest eine Radialbohrung (22b) aufweist, wobei die Radialbohrung (22b) die

Sacklochbohrung (22a) mit dem Ventilraum (27) verbindet. 7. Druckregelventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass der Ventilbolzen (25) an dem Ventilkörper (21) angeordnet ist.

8. Druckregelventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (10) ein Ventilgehäuse (12) aufweist, wobei das Ventilgehäuse (12) mit dem Ventilkörper (21) verspannt ist und wobei der Ventilbolzen (25) an seinem dem Ventilsitz (20) gegenüberliegenden Ende zumindest mittelbar an dem Ventilgehäuse (12) angeordnet ist.

9. Druckregelventil (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilbolzen (25) unter Zwischenlage einer Anschlagscheibe (28) an dem

Ventilgehäuse (12) angeordnet ist.

10. Druckregelventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, dass eine Feder (47) zumindest mittelbar auf die

Schließhülse (30) in Öffnungsrichtung wirkt. 11. Druckregelventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, dass der Aktor (45) als Magnetaktor ausgeführt ist.

12. Druckregelventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch

gekennzeichnet, dass der Maximalhub der Schließhülse (30) kleiner als 100 μηη ist. 13. Hochdruckspeicher (1) mit einem Hochdruckraum (3) und

Druckregelventil (10) nach einem Ansprüche 1 bis 12.