DE10129822A1 - Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen - Google Patents

Abstract

Für ein Druckbegrenzungsventil wird eine Ausgestaltung des Ventilelements vorgeschlagen, bei der durch unterschiedliche Bemessung der entgegen der in Schließrichtung wirkenden Federkraft druckbeaufschlagten Flächen eine Druckstufe realisiert.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen, insbesondere für als Common-Rail-Systeme ausgebildete Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen von Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Druckbegrenzungsventile für Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen der vorgenannten Art sind aus der DE 198 22 671 A1 bekannt und weisen zur drosselnden Durchflussverbindung zwischen eingangsseitigem Hochdruckanschluss und Rücklaufanschluss, im Übergang auf diesen, Rücklaufdrosseln auf, die in dem als Kolben ausgebildeten Ventilelement angeordnet sind und auf den Rückraum des Kolbens ausmünden, dem die in Richtung auf die Schließlage des Ventilelementes im Ventilsitz wirkende Rückstellfeder zugeordnet ist. Die druckabhängige Verstellung des Ventilelementes, also des Kolbens erfolgt in Gegenrichtung zur Federbelastung anschlagbegrenzt, und der Durchmesser des Kolbens ist deutlich größer als der Durchmesser des Ventilsitzes, so dass die entgegen der Federkraft druckbeaufschlagten Flächen des kolbenartigen Ventilelementes in der die Durchflussverbindung freigebenden Öffnungslage größer sind als in der Sperrlage. Hierdurch ergibt sich eine Druckstufe, die zur Stabilisierung der Druckbegrenzung auf ein vorgegebenes Druckniveau angestrebt wird, um bei mit dem Öffnen des Ventilelementes verbundenen Druckabsenkungen, und auch bei hochdruckseitigen Druckschwankungen, ein druckabhängiges Pendeln des Ventilelementes zwischen Schließ- und Öffnungslage zu verhindern.
• Die Integration der rücklaufseitigen Drosseln in den Kolben führt zu einem konstruktiv verhältnismäßig komplexen Ventilelement mit entsprechendem Änderungsaufwand bei notwendigen Anpassungen hinsichtlich der Druckstufe und/oder der Drosseln.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckbegrenzungsventil der eingangs genannten Art im konstruktiven Aufbau dahingehend auszugestalten, dass Variantenbildungen mit unterschiedlichen Druckstufen bei geringem zusätzlichem Fertigungsaufwand möglich werden.
• Erreicht wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1, bei dem mit einem in Form einer Düsennadel ausgebildeten Ventilelement gearbeitet wird, das bezüglich seines Schaftes in Funktionalbereiche unterteilt wird, deren einer als dichtender Bereich einem in Richtung auf den Ventilsitz vorgelagerten Durchströmungsbereich nachgeordnet ist, wobei von dem einen Teil der Durchflussverbindung bestimmenden Schaftbereich der gedrosselte Anschluss zum Rücklauf abzweigt. Die Querschnittsgestaltung der Schaftbereiche, deren einer in dem dem Ventilsitz zugeordneten Dichtkegel des Ventilelementes ausläuft, ermöglicht die Festlegung einer jeweils gewünschten Druckstufe durch entsprechende Abstimmung der Querschnittsfläche des dichtend führenden Schaftbereiches auf den Querschnitt des in der Schließlage des Ventilelementes druckbeaufschlagten Querschnittes des Dichtkegels, wobei die vom Ventilelement unabhängige Anordnung der Drossel die Auslegungsmöglichkeiten erweitert.
• Bei der erfindungsgemäßen Lösung erweist es sich als zweckmäßig, den Schaftbereich mit den hinterschnittenen Schaftabschnitten dahingehend auszubilden, dass die hinterschnittenen Bereiche sich durch umfangsseitige Abflachungen ergeben, was sich insbesondere bezogen auf ein als Düsennadel ausgebildetes Ventilelement herstellungstechnisch gut beherrschen lässt und den Vorteil mit sich bringt, dass die Düsennadel auch in diesem Schaftbereich über die zwischen den Abflachungen verbleibenden Umfangsflächenteile geführt ist, wobei dieser Führungsbereich besonders günstige Schmierverhältnisse aufweist, so dass auch lange Führungen gut zu beherrschen sind.
• In Ausgestaltung der Erfindung können die hinterschnittenen Schaftabschnitte im Übergang auf den dichtenden Schaftbereich verlaufend auslaufen, so dass die Düsennadel durchlaufend über die Länge ihrer Schaftbereiche gleichen Durchmesser aufweisen kann.
• In Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, die Schaftbereiche der Ventilelemente mit unterschiedlichen Durchmessern auszuführen, wobei eine derartige Ausgestaltung insbesondere auch dann zweckmäßig sein kann, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Ventilelemente bezüglich ihrer Schaftbereiche unterschiedlichen, getrennten Schaftteilen zugeordnet sind.
• Insbesondere ist es im Rahmen der Erfindung möglich, Schaftbereiche unterschiedlichen Durchmessers stufenartig gegeneinander abzusetzen, so dass, insbesondere bei gesonderten Teilen des Ventilelementes zugeordneten Schaftbereichen, diese in ihrem Durchmesser variiert werden können, und jeweils auch unabhängig voneinander bearbeitet werden können.
• Bezogen auf den Anschluss zwischen der rücklaufseitigen Gehäusebohrung und den hinterschnittenen, insbesondere durch umfangsseitige Abflachungen gebildeten Schaftabschnitten erweist es sich als zweckmäßig, diese in einem Zwischenbereich, der in Überdeckung zur rücklaufseitigen Gehäusebohrung liegt, über einen im Durchmesser reduzierten Ringbereich zu verbinden, der in Überdeckung zur rücklaufseitigen Gehäusebohrung liegt, wobei in weiterer, unabhängiger Ausgestaltung der Erfindung die rücklaufseitige Gehäusebohrung im Anschlussbereich an den Rücklauf bevorzugt die Drossel aufnimmt, die als Einschraubdrossel ausgestaltet sein kann, so dass sich durch Auswechseln der Einschraubdrossel unterschiedlichste Drosselquerschnitte bei gleichem Grundaufbau des Druckbegrenzungsventiles realisieren lassen.
• Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit weiteren Details erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Druckbegrenzungsventils gemäß der Erfindung, bei dem ein Ventilelement in der Ausgestaltung als Ventilnadel mit über die Länge des Schaftes der Ventilnadel gleichem Durchmesser gezeigt ist, wobei der Ventilschaft zwei Schaftbereiche aufweist, deren einer dichtend und führend ist und deren anderer, dem Ventilsitz zugewandter, hinterschnittene Umfangsbereiche aufweist, und
• Fig. 2 eine weitere Ausgestaltungsform eines Druckbegrenzungsventiles bei Ausgestaltung des Ventilelementes mit zwei Schaftbereichen, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
• In den Figuren ist schematisiert von einem Druckspeicher eines Common-Rail-Systemes einer Kraftstoff-Einrichtung für Brennkraftmaschinen ein Ausschnitt gezeigt, und es ist in diesem Ausschnitt dem Druckspeicher 1 ein Druckbegrenzungsventil 2 zugeordnet. Dieses weist einen Anschluss 3 zur Hochdruckseite, einen Anschluss 4 zur Rücklaufseite und ein die Durchflussverbindung vom Hochdruckanschluss 3 zum Rücklaufanschluss 4 steuerndes Ventilelement 5 auf.
• Dem Ventilelement 5 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ein Einsatzkörper 6 als Bestandteil des Ventilgehäuses 7 zugeordnet, das teilweise auch durch die Wandung des Druckspeichers 1 gebildet ist, und der Einsatzkörper 6 enthält den Ventilsitz 8, auf dem, bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil 2, das als Düsennadel ausgebildete Ventilelement 5 mit seinem Dichtkegel 9 aufsitzt.
• Anschließend an den Dichtkegel 9 weist das Ventilelement 5 einen Schaftbereich 10 auf, in dem, längsverlaufend zur Achse der Düsennadel, umfangsseitige Anfasungen 11 als hinterschnittene Schaftabschnitte vorgesehen sind, die gegen einen Schaftbereich 12 auslaufen, in dem das Ventilelement 5 dichtend in der zugehörigen Aufnahmebohrung des Einsatzkörpers 6 geführt ist. Die Anfasungen 11 enden verlaufend zum Schaftbereich 12, und in diesem Übergangsbereich zweigen als Bestandteil der vom hochdruckseitigen Anschluss 3 ausgehenden Durchflussverbindung rücklaufseitige Gehäusebohrungen 13 ab, die rücklaufseitige Drosseln 14 enthalten.
• Das Ventilelement 5 ist über eine Feder 15 in Richtung auf seine Schließlage belastet, die koaxial zum Ventilelement 5 in einem Aufsatz 16 des Gehäuses 7 geführt ist, über den der Einsatzkörper 6 gegen den Druckspeicher 1 dichtend verspannt ist. Die Feder 15 stützt sich ventilnadelseitig über eine Federtasse 17 auf einem pilzartigen Druckkopf 18 ab, der einen die Federtasse 17 durchsetzenden Stiel 19 aufweist, dem ein gehäuseseitiger Anschlagzapfen 20 zugeordnet ist, so dass der Weg der Feder 15 in Öffnungsrichtung des Ventilelementes 5 über den Druckkopf 18 und den Anschlagzapfen 20 begrenzt ist.
• Über die bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil 2 druckbeaufschlagte Fläche des Dichtkegels 9 ist ein Grenzdruck bestimmt, bei dem das Druckbegrenzungsventil 2 öffnet und den Durchfluss auf die Niederdruckseite - Rücklaufanschluss 4 - freigibt. Der Öffnungsweg für das Ventilelement 5 ist über den Anschlagzapfen 20 begrenzt, und bei geöffnetem Ventilelement 5 ist dieses über den vollen Querschnitt des dichtenden und führenden Schaftbereiches 12 druckbeaufschlagt, so dass bei geöffneter Durchflussverbindung entsprechend den angesprochenen Querschnittsverhältnissen ein niedrigerer Druck als der Öffnungsdruck ausreicht, um das Ventilelement 5 in seiner Öffnungslage zu halten. Fällt der Druck, bezogen auf den vollen Querschnitt des Schaftbereiches 12, auf einen Wert ab, bei dem die daraus resultierende Öffnungskraft kleiner als die Kraft der Feder 15 ist, so fällt das Ventilelement 5 ab und das Druckbegrenzungsventil 2 schließt. Entsprechend diesem Drucksprung bleibt das Druckbegrenzungsventil 2 in einem vorgegebenen Druckbereich in einer stabilen Öffnungslage, so dass über den Öffnungsdruck einerseits und den Schließdruck andererseits für den Druckspeicher 1 Grenzdrücke vorgegeben sind, bei denen im Falle des Überschreitens der Druck im Druckspeicher 1 abgebaut wird, und im Falle des Unterschreitens die Verbindung des Druckspeichers 1 zum Rücklauf 4 unterbrochen wird, so dass ein für den Betrieb der Brennkraftmaschine notwendiger und vorgegebener Mindestdruck nicht unterschritten wird.
• Über die entsprechende Festlegung der Querschnitte der Drosseln 14 ist eine Abstimmung auf die Förderleistung des den Druckspeicher 1 befüllenden Pumpsystems möglich, so dass über unterschiedliche Querschnitte für die Drosseln 14 entsprechende Anpassungen vorgenommen werden können. Desweiteren bietet die Ausgestaltung des Ventilelementes 5 als Ventilnadel mit Anfasungen 11 die Voraussetzung für eine einfache Gestaltung der Durchflussverbindung bei durchlaufender gehäuseseitiger Bohrung und günstige Möglichkeiten, zur Festlegung gewünschter Verhältnisse bezüglich der druckbeaufschlagten Flächen bei geschlossenem und geöffnetem Ventilelement 5.
• Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Druckbegrenzungsventiles 22, wobei dieses als eine beispielsweise anzuflanschende Anbaueinheit ausgebildet ist, deren Gehäuse 27 einen Teil des Ventilgehäuses bildet und einen hochdruckseitigen Anschluss 23 umfasst, dem gehäuseseitig der Ventilsitz 28 zugeordnet ist.
• Das Ventilelement ist mit 25 bezeichnet und umfasst, bei Ausgestaltung als Düsennadel, einen den Ventilsitz 28 zugeordneten Dichtkegel 29, der an einem Schaftbereich 30 vorgesehen ist, längs dessen zum zylindrischen Umfang als hinterschnittene Schaftabschnitte Anfasungen 31 vorgesehen sind. In diesem Schaftbereich 31 liegt ein Zwischenbereich 42, der im Durchmesser reduziert ist, wobei die Abmessungen bevorzugt derart gewählt sind, dass die Anfasungen 31 den Umfang des durchmesserreduzierten Zwischenbereiches 42 tangieren.
• An den angefasten Schaftbereich 30 schließt ein Schaftbereich 32 an, der dichtend in einer dem Aufsatz 36 zugeordneten Bohrung verläuft, wobei der Aufsatz 36 mit dem Gehäuse 27 verbunden, insbesondere verschraubt ist, gegebenenfalls im Rahmen der Erfindung aber auch einstückig zu diesem ausgebildet sein kann.
• Der Schaftbereich 32 ist über einen Druckkopf 38 gegen die Feder 35 abgestützt, die den Anschlagzapfen 40 umschließt, der mit dem in Verlängerung des Druckkopfes 38 liegenden Stiel 39 den Hubweg des Ventilelementes 25 in Öffnungsrichtung begrenzt. Der mögliche Hub ist durch die Pfeile 43 angedeutet.
• In Überdeckung zum Zwischenbereich 42 liegt eine rücklaufseitige Gehäusebohrung 33, die auf den Rücklaufanschluss 24 ausmündet und in der eine Drossel 34 angeordnet ist, die in eine Schraube 44 integriert ist, so dass die Drossel 34 über den Rücklaufanschluss 24 zugänglich und auswechselbar ist.
• Die im Durchmesser abgesetzte Ausführung der Schaftbereiche 30 und 32 macht es möglich, diese im Hinblick auf ihre jeweilige Funktion den Bedürfnissen anzupassen, sowie durch Variation des dichtend führenden Schaftbereiches 32, im Durchmesser bezogen auf den in der Schließlage des Dichtelementes 25 druckbeaufschlagten Querschnitt des Dichtkegels 29, Druckstufen unterschiedlicher Größe zu realisieren. Hierzu kann es zweckmäßig sein, den Schaft des Ventilelementes 25 im Übergang zwischen den Schaftbereichen 30 und 32 zu unterteilen, oder im Übergang des Schaftbereiches 32 auf den Druckkopf 38. Eine solche Unterteilung ist insbesondere zweckmäßig, wenn der Schaftbereich 32 im Durchmesser kleiner ausgeführt wird als der Schaftbereich 30.

Claims (14)

1. Druckbegrenzungsventil für Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen, insbesondere für als Common-Rail-Systeme ausgebildete Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen von Brennkraftmaschinen, umfassend ein Gehäuse mit einem eingangsseitigen Hochdruckanschluss und einem Rücklaufanschluss sowie eine zwischen diesen liegende, drosselnde Durchflussverbindung mit rücklaufseitiger Drossel, wobei die Durchflussverbindung über ein Ventilelement gesteuert ist, das, mit seinem Schaft zum Gehäuse verschiebbar geführt und dichtend, in Richtung auf seine Sperrlage zum eingangsseitigen Ventilsitz federbelastet ist, das über den eingangsseitig anstehenden Hochdruck anschlagbegrenzt zu öffnen ist und dessen entgegen der Federkraft druckbeaufschlagte Flächen in der die Durchflussverbindung freigebenden Öffnungslage größer sind als in der Sperrlage, dadurch gekennzeichnet,
dass das Ventilelement (5; 25), als Düsennadel ausgebildet, einen gegen das Gehäuse dichtenden Schaftbereich (12; 32) und einen diesem in Richtung auf den Ventilsitz (8; 28) vorgelagerten Schaftbereich (10; 30) aufweist, in dem die Durchflussverbindung durch wenigstens einen zum Schaftumfang hinterschnittenen Schaftabschnitt (Anfasung 11; 31) gebildet ist,
und dass in Überdeckung zu dem hinterschnittenen Schaftabschnitt (Anfasung 11; 31) eine gehäuseseitige, die Drossel (14; 34) aufnehmende, zum Rücklaufanschluss (21; 41) führende Gehäusebohrung als Teil der Durchflussverbindung vorgesehen ist.

2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hinterschnittene Schaftabschnitt (Anfasung 11; 31) durch eine umfangsseitige Abflachung des Schaftes gebildet ist.

3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere hinterschnittene Schaftabschnitte (Anfasungen 11; 31) vorgesehen sind.

4. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hinterschnittenen Schaftabschnitte (Anfasungen 11; 31) im Übergang auf den dichtenden Schaftbereich (12; 32) verlaufend auslaufen.

5. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaftbereiche (10; 30) des Ventilelementes (5; 25) gleiche Durchmesser aufweisen.

6. Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaftbereiche (30; 32) des Ventilelementes (25) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

7. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen den Schaftbereichen (30; 32) stufenförmig ausgebildet ist.

8. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang auf den im Durchmesser reduzierten, dichtend führenden Schaftbereich (32) als Stufe ausgebildet ist.

9. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (25) im Übergang zwischen seinen Schaftbereichen (30; 32) geteilt ist.

10. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der die hinterschnittenen Schaftabschnitte (Anfasungen 11) aufweisende Schaftbereich (30) einen ringförmigen, im Durchmesser reduzierten Zwischenbereich (42) aufweist.

11. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (42) in Überdeckung zur rücklaufseitigen Gehäusebohrung (33) liegt.

12. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rücklaufseitige Gehäusebohrung (33) eine Aufnahme für eine einsetzbare, insbesondere einschraubbare Drossel (34) bildet.

13. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einschraubbare Drossel (34) in einem auf den Rücklaufanschluss (24) ausmündenden Endabschnitt der Gehäusebohrung vorgesehen ist.

14. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung für die Schaftbereiche (10; 12) des Ventilelementes (5) mit dem Ventilsitz (8) einem Einsatzkörper (6) des Gehäuses (7) zugeordnet ist.