DE10115166C2 - Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen - Google Patents

Description

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

Druckbegrenzungsventile der vorgenannten Art sind aus der DE 198 22 671 A1 in der Ausgestaltung gemäß Fig. 4 bekannt. Zur drosselnden Durchflussverbindung sind im Übergang vom Druckraum auf den Rücklaufanschluss Drosselelemente in Form von Festdros­ seln vorgesehen, die in Hintereinanderschaltung zwei Drossel­ stufen bilden. In konstruktiver Ausgestaltung ist hierzu dem eingangsseitigen Hochdruckanschluss ein Ventilsitz zugeordnet, der mit dem Schließglied eines Ventilkörpers zusammenwirkt. Der Ventilkörper ist als axial verschiebliches, in Richtung auf seine Schließlage federbelastetes Kolbenelement ausgestaltet und grenzt angrenzend an den Ventilsitz einen Druckraum ab. Dieser Druckraum steht in drosselnder Verbindung mit einem Auf­ nahmeraum des Ventilkörpers, in dem ein weiteres, kolbenartiges Sperrglied längsverschieblich und in Schließrichtung federbe­ lastet angeordnet ist, das in seiner Sperrlage den gedrosselten Überströmweg vom Druckraum auf den Aufnahmeraum absperrt und das seinerseits über Drosselöffnungen mit dem Rücklaufanschluss in Verbindung steht. Die zur Belastung von Ventilkörper und Sperrglied in Schließrichtung vorgesehene Federanordnung ist rückseitig, d. h. in Richtung auf den Rücklauf im Aufnahmeraum vorgesehen und durch eine gemeinsame Feder gebildet, die das Sperrglied beaufschlagt und über das Sperrglied in dessen Schließlage den Ventilkörper, wobei die Abstützung gegen den Ventilkörper über die Dichtgrenze erfolgt, die von Sperrglied und Ventilkörper im Übergang vom Aufnahmeraum zum Druckraum ge­ bildet ist.

Der Aufbau eines derartigen Druckbegrenzungsventiles mit mehre­ ren hintereinander geschalteten Sperrelementen und diesen zuge­ ordneten, in Richtung auf den Rücklauf durchströmbaren Fest­ drosseln macht es zwar möglich, den insgesamt abzudeckenden Druckbereich zwischen oberem Grenzdruck - Ansprechen des Druck­ begrenzungsventiles - und unterem Grenzdruck - Schließen des Druckbegrenzungsventiles - in kleinere, durch den Druckabfall über den jeweiligen Drosselweg gegebene Druckbereiche zu unter­ teilen und damit bezogen auf die Verstetigung der Abströmver­ hältnisse auch zu verbessern, dies aber auf Kosten eines ver­ hältnismäßig komplizierten Gesamtaufbaus und unter der Voraus­ setzung einer weitgehend konstanten Abströmmenge, wobei zudem die Abstützung des jeweiligen Sperrelementes über die Dicht­ grenze bei gemeinsamer Federbeaufschlagung und Abstützung der Feder gegen das Sperrglied insbesondere für die diesem zugeord­ nete Dichtgrenze zu besonders hohen Belastungen führt.

Aus der US 5,295,469 A ist ein Druckbegrenzungsventil mit einem Ventilkörper bekannt, der federabgestützt anströmseitig ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Schließglied beaufschlagt und der umfangsseitig anschließend an den den Ventilsitz um­ schließenden Druckraum, also in seinem dem Schließglied benach­ barten Bereich, mit axialen Überströmquerschnitten versehen ist, die auf einen axial in Durchflussrichtung versetzten Ring­ bereich des Ventilkörpers auslaufen. Bezogen auf die Schließla­ ge des Ventilkörpers axial in Durchflussrichtung zu den axialen Überströmquerschnitten versetzt ist die Aufnahmebohrung für den Ventilkörper erweitert und es ist dadurch ein Ringraum gebil­ det, der nach der vom Schließglied abgelegenen Seite des Ven­ tilkörpers für diesen mit einer Schulter eine ringförmige An­ schlagzone bildet, wobei der Ventilkörper im Bereich seiner Ü­ berdeckung zu dieser Anschlagzone wiederum axiale Überström­ querschnitte aufweist. In der Aufnahmebohrung ist der Ventil­ körper dichtend gleitgeführt, so dass die vom Druckraum ausge­ henden axialen Überströmquerschnitte über eine schmale, ge­ schlossene Ringzone des Ventilkörpers in dessen Schließlage ge­ gen den Ringraum abgegrenzt sind und zum Ringraum bei der druckabhängigen Verlagerung des Ventilkörpers in Öffnungsrich­ tung in Überdeckung kommen. Dieser Überdeckungsgrad vergrößert sich druckabhängig und der maximale Überdeckungsgrad ist bei Erreichen der Anschlagstellung für den Ventilkörper gegen die Schulter des Ringraumes erreicht, bei gleichzeitiger Verringe­ rung des Abströmquerschnittes aus dem Ringraum, der anströmsei­ tig erst bei zur Schließstellung des Ventilkörpers in Öffnungs­ richtung versetzter Lage desselben gegen die vom Druckraum aus­ gehenden Überströmquerschnitte geöffnet wird, so dass kleinere, kurzzeitige Schwankungen um den Öffnungsdruck nicht zur Freiga­ be des Abströmweges über das Druckbegrenzungsventil führen.

Gemäß der Erfindung soll ein Druckbegrenzungsventil der ein­ gangs genannten Art dahin ausgestaltet werden, dass sich ein unempfindlicherer Aufbau mit besseren Voraussetzungen für fall­ bedingte Anpassungen und auch für die Beherrschung größeren Schwankungen unterworfener Abströmmengen ergibt, so dass sich für alle Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine im Bezug auf die Druckversorgung der Einspritzelemente aus dem Druckspeicher auch bei Ausfall der diesbezüglichen Regelungseinrichtungen ein akzeptabler Kompromisswert einstellen lässt.

Gemäß der Erfindung ist hierzu ein Druckbegrenzungsventil mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgesehen, bei dem das Sperr­ glied als Steuerschieber ausgestaltet und in einem Aufnahmeraum des Ventilkörpers axial verschieblich geführt ist, wobei der Aufnahmeraum umfangsseitig, also in den Führungsflächen für den Steuerschieber axial überfahrbare und in Schließstellung über­ deckte Abströmöffnungen aufweist, deren freier Querschnitt durch Verschiebung des Steuerschiebers in Abhängigkeit vom im Aufnahmeraum anstehenden Druck einstellbar ist. Der Aufnahme­ raum bildet in dem durch den Steuerschieber abgegrenzten Be­ reich bei offener Verbindung zu dem Druckraum, den der Ventil­ körper hochdruckseitig gegen die Sitzfläche für das ventilkör­ perseitige Schließglied abgrenzt, bei ungedrosseltem Übergang zwischen Aufnahmeraum und Druckraum quasi ein Teil des Druck­ raumes, so dass sich eine entsprechende Beaufschlagung des Steuerschiebers ergibt.

Ist der Druckraum gegen den Hochdruckanschluss abgesperrt, so überdeckt auch der Steuerschieber die Abströmöffnungen und bei­ de Sperrelemente befinden sich in ihrer Schließlage. Ergibt sich hochdruckseitig ein Druckanstieg über einen vorgegebenen Grenzwert, so wird der Ventilkörper mit dem Sperrglied, und un­ ter Aufrechterhaltung der Absperrstellung für die über das Sperrglied in ihrem Querschnitt gesteuerten Abströmöffnungen, in eine Öffnungslage versetzt, die für den Ventilkörper bevor­ zugt anschlagbegrenzt ist.

In dieser Öffnungslage des Ventilkörpers baut sich entsprechend dem hochdruckseitig anstehenden Druck der Druck auf, bis ein oberer Grenzdruck erreicht ist, bei dem das Sperrglied relativ zum Ventilkörper gegen Federkraft in Öffnungsrichtung versetzt wird und die Abströmöffnungen freigibt, wobei es zweckmäßig ist, den Verschiebeweg des als Steuerschieber ausgebildeten Sperrgliedes in Öffnungsrichtung ebenfalls über einen Anschlag zu begrenzen, um ein Überschwingen zu verhindern. Entsprechend der über das Druckbegrenzungsventil abzuführenden Kraftstoff­ menge und den Drosselverlusten, die sich ausgehend von der Hochdruckseite bei Durchströmen der Dichtgrenze zwischen Ven­ tilkörper und zugehörigem Schließglied und gegebenenfalls auch beim Überströmen vom Druckraum auf den Aufnahmeraum ergeben, ergibt sich zunächst ein Druckanstieg im Druckraum bzw. Aufnah­ meraum auf einen durch die konstruktive Auslegung vorgebebenen Grenzwert, bei dem das Sperrglied öffnet und die Abströmöffnun­ gen freigibt und es lässt sich, bezogen auf eine vorgebebene Abströmmenge und den unter Berücksichtigung der Drosselwerte sich dadurch einstellenden Druck der angestrebte Kompromisswert für den über das Druckbegrenzungsventil zu erreichenden Druck­ abbau einstellen. Ergeben sich Schwankungen in der abzuführen­ den Menge, so führt dies zu Druckschwankungen, korrespondierend zu denen sich durch Verschiebung des als Steuerschieber ausge­ bildeten Sperrgliedes der freie Abströmquerschnitt ändert, so dass eine Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse unter Aus­ richtung auf den als Kompromisswert vorgegebenen Arbeitsdruck erreicht wird.

Im Hinblick auf dieses Ziel bietet die Erfindung weitgehende Möglichkeiten in der Auslegung durch Festlegung des druckbeauf­ schlagten Querschnittes des Ventilkörpers des Steuerschiebers und der Federkräfte, wobei es im Rahmen der Erfindung liegt, dem Ventilkörper und dem Steuerschieber als Sperrglied auch ge­ trennte oder einander überlagernde Federanordnungen zuzuordnen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an­ hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, das eine sche­ matische Schnittdarstellung durch ein Druckbegrenzungsventil gemäß der Erfindung zeigt.

In der Zeichnung, die der schematischen Veranschaulichung der Erfindung dient, ist mit 1 das Gehäuse eines Druckbegrenzungs­ ventiles 2 gezeigt, das in einen angedeuteten Druckspeicher 3 dichtend 3 einzusetzen ist. Der entsprechende Anschlussbereich des Gehäuses 1 ist mit 4 bezeichnet. Dieser Anschlussbereich 4 bildet mit einer Ausnehmung die Aufnahme für ein Kopfteil 5, das als Einsatzstück gegenüber dem Gehäuse 1 festgelegt ist und das die Bohrung und Führung 6 für einen Ventilkörper 7 auf­ nimmt. Der Ventilkörper 7 ist als im Bereich seines hochdruck­ seitigen Endes geschlossener Hohlzylinder 8 ausgebildet, wobei das geschlossene Ende dieses Hohlzylinders 8 in Form eines Dichtkegels gestaltet ist und ein Schließglied 9 bildet, das mit dem gehäuseseitigen, dem Kopfteil 5 zugeordneten Ventilsitz 10 eine Dichtgrenze bildet, über die die hochdruckseitige An­ schlussbohrung 11 gegen die Führungsbohrung 6 für den Ventil­ körper 7 abzugrenzen ist, die im Anschlussbereich an die An­ schlussbohrung 11 zu einem Druckraum 12 erweitert ist.

Der als Hohlzylinder 8 ausgebildete Ventilkörper 7 weist an­ grenzend an den als Schließglied 9 dienenden Endbereich Über­ gangsöffnungen 13 auf, über die der Druckraum 12 mit dem Auf­ nahmeraum 14 des Hohlzylinders 8 zu verbinden ist, der ein Sperrglied 15 in Form eines Steuerschiebers aufnimmt. Der das Sperrglied 15 bildende Steuerschieber ist als zylindrischer, im Hohlzylinder 8 geführter Körper ausgebildet, der sich über ei­ nen Federteller 16 gegen eine Feder 17 abstützt, über die das Sperrglied 15 und der Ventilkörper 7 in Richtung auf den Hoch­ druckanschluss, bzw. Ventilsitz 10 belastet sind.

Schematisiert ist angedeutet, dass der Hohlzylinder 8 vom Sperrglied 15 als Steuerschieber übersteuerte Abströmöffnungen 18 aufweist, die auf einen angedeuteten Abströmweg 19 zum Rück­ lauf ausmünden, welcher im Weiteren nicht dargestellt ist und durch den vom Federraum 21 ausgehenden, strichliert angedeute­ ten Niederdruckanschluss 22 symbolisiert ist.

Der Federraum 21 liegt in dem außerhalb des Druckspeichers 3 liegenden Teil des Gehäuses 1, der im druckspeichernahen Endbe­ reich eine napfförmige Hülse 23 aufnimmt, deren Boden vom obe­ ren Teil des Ventilkörpers bzw. einem mit dem Ventilkörper ver­ bundenen Zwischenstück 24 durchsetzt ist, das mit einem Stütz­ rand 25 den Boden der Hülse 23 untergreift, so dass beim Öffnen des Druckbegrenzungsventiles 2 durch Anheben des Ventilkörpers 7 und Freigabe der Dichtgrenze zwischen Druckraum 12 und An­ schlussbohrung 11 die Hülse 23 gegen die Kraft der Feder 17 an­ gehoben wird, wobei der Anhebeweg anschlagbegrenzt ist und der Anschlag schematisiert durch eine Anschlaghülse 26 veranschau­ licht ist. Die Anschlaghülse 26 stützt sich ihrerseits auf ei­ nem Abschlussteil 27 ab, das als Widerlager für die Feder 17 dient und das seinerseits in das Gehäuse 1 eingeschraubt ist. Der anschlagbegrenzte Anhebeweg ist als Spalt 28 zwischen Hülse 23 und der Anschlaghülse 26 veranschaulicht.

Übergriffen ist der Bodenteil der Hülse 23 vom Federteller 16, so dass der Boden der Hülse 23 zwischen dem Stützrand 25 und dem Federteller 16 liegt, dem seinerseits eine gehäuseseitige Anschlagbegrenzung zugeordnet ist. Diese ist symbolisiert durch eine Stütze 29, welche über das Anschlussteil 27 gehäusefest gehalten ist und welche mit einem Anschlagzapfen 30 des Feder­ tellers 16 zusammenwirkt. Der dadurch begrenzte Verschiebeweg ist durch den Spalt 31 veranschaulicht.

Der Spalt 28 zwischen Hülse 23 und Anschlaghülse 26 begrenzt den Verschiebeweg des Ventilkörpers 7 in Öffnungsrichtung, der Spalt 31 den Verschiebeweg des als Steuerschieber ausgebildeten Sperrgliedes 15 relativ zum Ventilkörper 7, und ist deshalb um das Maß größer als der Spalt 28, das im Hinblick auf den durch Verschiebung des Sperrgliedes 15 maximal freizugebenden Quer­ schnitt der Abströmöffnungen 18 festgelegt ist.

Die vorgeschilderte konstruktive Ausgestaltung ist im Wesentli­ chen lediglich eine das Funktionsprinzip erläuternde Schemadar­ stellung. Deshalb sind konstruktiv weitreichende Abweichungen möglich, so insbesondere auch die Abstützung des Ventilkörpers 7 und des Sperrgliedes 5 über getrennte Federanordnungen, wobei eine solche abweichende Ausgestaltung auch im vorgegebenen Bau­ raum durchaus realisierbar wäre, wenn beispielsweise radial zwischen der Feder 17 und der Stütze 29 eine weitere Feder an­ geordnet würde, die gegen den Federteller 16 abzustützen wäre. Die Feder 17 könnte bei dieser Lösung unmittelbar gegen den Bo­ den der Hülse 23 abgestützt sein, sei es beispielsweise durch entsprechende Verringerung des Durchmessers des Federtellers oder auf über den Federteller durchsetzende Stützelemente.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, den Federteller dem Sperrglied 15 unmittelbar, gegebenenfalls auch einstückig zuzuordnen, und in entsprechender Weise auch die Hülse 23, oder das Zwischenstück 24 und den Ventilkörper 7 oder auch Hülse 23, Zwischenstück 24 und Ventilkörper 7 zu einer Baueinheit zusammenzufassen, wie dies gezeigt ist. Auch die Darstellung der in Anschluss an die Abströmöffnungen 18 veran­ schaulichten Abströmwege dient nur der prinzipiellen Veran­ schaulichung, und so ist es beispielsweise auch möglich, an­ stelle eines Abströmweges innerhalb der Bohrung 6 längs des Ventilkörpers 7 einen unmittelbaren, radialen Anschluss auf zum Niederdruckanschluss 22 führende Kanäle vorzusehen.

Claims (14)

1. Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtun­ gen, insbesondere für als Common-Rail-Systeme ausgebildete Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen von Brennkraftmaschinen, um­ fassend ein Gehäuse mit einem eingangsseitigen Hochdruck­ anschluss, einem Rücklaufanschluss und einer zwischen diesen liegenden, drosselnden Durchflussverbindung, die eingangsseitig einen Ventilsitz aufweist und in der, jeweils in Richtung auf die Schließlage federbelastet und druckabhängig in Öff­ nungsrichtung verschiebbar, ein Ventilkörper, der ein bodensei­ tig vorgesehenes, mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Schließ­ glied aufweist, sowie ein in einem Aufnahmeraum des Ventilkör­ pers axial verschiebbar geführtes und über den Ventilkörper in Öffnungsrichtung mitbewegtes Sperrglied angeordnet sind, das in seiner Schließlage zum Ventilsitz hin einen Druckraum abgrenzt, der in Abhängigkeit von dem Druckniveau, das sich über die vom Schließglied des Ventilkörpers gesteuerte Verbindung zum Hoch­ druckanschluss einstellt, durch Verlagerung des Sperrgliedes gegenüber dem Ventilkörper mit dem Rücklauf zu verbinden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der über das Sperrglied (Steuerschieber 15) gegen den Rücklauf abgegrenzte Aufnahmeraum (14) des Ventilkörpers (7) in offener Verbindung zum Druckraum (12) steht und von dem Sperr­ glied als Steuerschieber (15) axial überfahrbare und in Schließ­ stellung überdeckte Abströmöffnungen (18) aufweist, deren frei­ er Abströmquerschnitt durch Verschiebung des Steuerschiebers (15) gegenüber dem Ventilkörper (7) in Abhängigkeit vom in Auf­ nahmeraum (14) anstehenden Druck einstellbar ist.

2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (14) in ungedrosselter Verbindung zum Druckraum (12) steht.

3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (14) in gedrosselter Verbindung zum Druckraum (12) steht.

4. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebeweg des Ventilkörpers (7) in Öffnungsrich­ tung anschlagbegrenzt ist.

5. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebeweg des Sperrgliedes (Steuerschieber 15) in Öffnungsrichtung anschlagbegrenzt ist.

6. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagbegrenzung für den Ventilkörper (7) und/oder das Sperrglied (Steuerschieber 15) gehäuseseitig vorgesehen ist.

7. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagbegrenzung für das Sperrglied (Steuerschieber 15) dem Ventilkörper (7) zugeordnet ist.

8. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprü­ che 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der öffnungsseitigen Anschlaglage des Ven­ tilkörpers (7) das Sperrglied (Steuerschieber 15) in Öffnungs­ richtung verschiebbar ist.

9. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilkörper (7) und Sperrglied (Steuerschieber 15) über eine gemeinsame Federanordnung (Feder 17) beaufschlagt sind.

10. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilkörper (7) und Sperrglied (Steuerschieber 15) über getrennte Federanordnungen (Federn 17 und 45) beaufschlagt sind.

11. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass von den den Ventilkörper (7) und das Sperrglied (Steuer­ schieber 15) jeweils beaufschlagenden Federanordnungen (Federn 17 und 45) die das Sperrglied (Steuerschieber 15) beaufschla­ gende Feder (45) über das Sperrglied (Steuerschieber 15) auf den Ventilkörper (7) abgestützt ist.

12. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung für das Sperrglied (Steuerschieber 15) durch eine Bohrung (6) im Ventilkörper (7) gebildet ist.

13. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (6) in ihrem Umfang mit den vom Sperrglied (Steuerschieber 15) übersteuerten Abströmöffnungen (18) auf den Rücklauf versehen ist.

14. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (7) als düsennadelförmiger, geschlossener Hohlzylinder ausgebildet ist, dessen vorderes, dem Ventilsitz (10) zugeordnetes Ende als Dichtkegel ein Schließglied (9) bil­ det.