DE102011089964A1

DE102011089964A1 - Drucksteuerventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem sowie Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102011089964A1
Application number: DE102011089964A
Authority: DE
Inventors: Achim Koehler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drucksteuerventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend ein einen Eingang (2) und einen Ausgang (3) aufweisendes Ventilgehäuse (1), ein im Ventilgehäuse (1) aufgenommenes, axial verschiebbar geführtes Ventilelement (4), über dessen axiale Verschiebung der Eingang (2) und der Ausgang (3) verbindbar sind, sowie ein in einem Federraum (5) des Ventilgehäuses (1) aufgenommenes Federelement (6), welches das Ventilelement (4) in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt. Erfindungsgemäß bildet das Ventilelement (4) eine erste Steuerkante (7) und eine zweite Steuerkante (8) aus, welche axial zueinander beabstandet sind, wobei die erste Steuerkante (7) mit einer den Ausgang (3) ausbildenden ersten Radialbohrung (9) und die zweite Steuerkante (8) mit einer der Entlastung des Federraums (5) dienenden zweiten Radialbohrung (10) des Ventilgehäuses (1) in der Weise zusammenwirkt, dass die Freigabe der ersten Radialbohrung (9) ein Verschließen der zweiten Radialbohrung (10) bewirkt. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Drucksteuerventil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drucksteuerventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Ventil.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 027 146 A1 geht eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem saugseitigen Niederdruckbereich hervor, in dem ein Überströmventil als Drucksteuerventil angeordnet ist. Das Überströmventil weist ein Ventilgehäuse mit einem Einlass und zwei Auslässen, einen beweglichen Ventilkörper und eine Ventilfeder auf, welche den Ventilkörper in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt. Um die Herstellung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe zu vereinfachen, ist das Ventilgehäuse des Überströmventils in einer Bohrung des Gehäuse der Kraftstoff-Hochdruckpumpe verpresst und/oder verstemmt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 042 089 A1 ist des Weiteren ein Überströmventil für die Zuleitung einer Zumesseinheit einer Hochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt, welches ein Ventilgehäuse mit einem Eingang und zumindest einem Ausgang umfasst, wobei der Ausgang durch einen gegen die Kraft einer Druckfeder verschiebbaren Steuerkolben verschließbar ist. Die Druckfeder ist in einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Federraum aufgenommen, welcher durch zumindest eine Druckausgleichsleitung mit dem Ausgang des Ventilgehäuses verbunden ist. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass zur Vermeidung resonanzbedingter Fehlfunktionen in der Druckausgleichsleitung eine Drossel ausgebildet ist.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Drucksteuerventil mit einem hydraulischen Anschlag anzugeben, welcher derart ausgelegt ist, dass ein Überschwingen des beweglichen Ventilelementes und damit eine Überbelastung des das Ventilelement in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagenden Federelementes bei hohen Druckpulsationen verhindert wird.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Drucksteuerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Drucksteuerventil beansprucht.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Drucksteuerventil umfasst ein einen Eingang und einen Ausgang aufweisendes Ventilgehäuse, ein im Ventilgehäuse aufgenommenes, axial verschiebbar geführtes Ventilelement, über dessen axiale Verschiebung der Eingang und der Ausgang verbindbar sind, sowie ein in einem Federraum des Ventilgehäuses aufgenommenes Federelement, welches das Ventilelement in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt. Erfindungsgemäß bildet das Ventilelement eine erste Steuerkante und eine zweite Steuerkante aus, welche axial zueinander beabstandet sind. Die erste Steuerkante wirkt dabei mit einer den Ausgang ausbildenden ersten Radialbohrung und die zweite Steuerkante mit einer der Entlastung des Federraums dienenden zweiten Radialbohrung des Ventilgehäuses in der Weise zusammen, dass die Freigabe der ersten Radialbohrung ein Verschließen der zweiten Radialbohrung bewirkt. Das heißt, dass beim Aufsteuern des Drucksteuerventils die Entlastungsbohrung zugesteuert wird. Dabei verringert sich der freie Strömungsquerschnitt der Entlastungsbohrung, so dass der Abfluss über die Entlastungsbohrung zunächst gedrosselt und schließlich gänzlich unterbunden wird. Bei vollständig verschlossener Entlastungsbohrung bildet der Federraum einen Totraum aus, wobei die im Totraum vorhandene Flüssigkeitssäule eine weitere Bewegung des Ventilelementes in den Federraum hinein verhindert. Auf diese Weise wird genau definierbarer hydraulischer Anschlag ausgebildet, welcher ein Überschwingen des Ventilelementes und eine damit einhergehende Überbelastung des Federelementes wirksam verhindert. Der Querschnitt der als Entlastungsbohrung dienenden Radialbohrung ist dabei bevorzugt derart gewählt, dass in Schließstellung des Drucksteuerventils eine betriebspunktunabhängige Federraumbefüllung und damit ein konstanter Öffnungsdruck sichergestellt sind. Vorzugsweise ist der Strömungsquerschnitt der als Entlastungsbohrung dienenden Radialbohrung gleich groß dem Strömungsquerschnitt der als Ausgang dienenden Radialbohrung gewählt.
Bevorzugt ist der axiale Abstand der Radialbohrungen zueinander gleich oder geringfügig kleiner als der axiale Abstand der beiden Steuerkanten gewählt. Auf diese Weise ist ein Verschließen der Entlastungsbohrung ohne Überbelastung des Federelementes gewährleistet, da ein zu tiefes Eindringen des Ventilelementes in den Federraum und damit ein Auf-Block-Gehen des Federelementes, welches vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, verhindert wird.
Vorzugsweise wird der Ausgang über mehrere in einer Radialebene angeordnete Radialbohrungen des Ventilgehäuses ausgebildet. Die Anzahl der in einer Radialebene angeordneten Radialbohrungen kann beispielsweise zwei oder vier betragen, welche weiterhin vorzugsweise im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Entlastung des Federraums über mehrere in einer Radialebene angeordnete Radialbohrungen des Ventilgehäuses erfolgt. Mehrere Radialbohrungen gewährleisten eine schnelle Federraumbefüllung und demzufolge einen konstanten Öffnungsdruck.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilelement kolbenförmig ausgebildet und besitzt eine erste und eine zweite Stirnfläche zur Ausbildung ringförmiger Steuerkanten. Ein solches Ventilelement ist einfach und kostengünstig herstellbar. An der dem Federraum zugewandten Stirnfläche kann ferner ein zylinderförmiger Ansatz zur Führung des Federelementes ausgebildet sein.
Das darüber hinaus beanspruchte Kraftstoffeinspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfasst ein erfindungsgemäßes Drucksteuerventil, wobei das Drucksteuerventil in einem Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems angeordnet ist. Der Niederdruckbereich kann beispielsweise der Zulaufbereich einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe sein, wobei das Drucksteuerventil dann bevorzugt in einer Gehäusebohrung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe angeordnet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Drucksteuerventil und
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drucksteuerventils.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in der 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Kraftstoffvorratsbehälter 14, eine Vorförderpumpe 15 und eine Hochdruckpumpe 16, welche über Zulaufleitungen 17 verbunden sind. Über die Vorförderpumpe 15 wird der Hochdruckpumpe 16 Kraftstoff zugeführt. Zur Mengenregelung ist im Zulaufbereich der Hochdruckpumpe 16 eine Zumesseinheit 18 angeordnet. Der einem Pumpenelement 19 der Hochdruckpumpe 16 zugemessene Kraftstoff wird in einem Pumpenarbeitsraum 20 des Pumpenelementes 19 verdichtet und danach über Hochdruckleitungen 22 einem Hochdruckspeicher 21 zugeführt.
Der Zumesseinheit 18 ist ein erfindungsgemäßes Drucksteuerventil 23 vorgeschaltet, das der Rückführung einer überschüssigen Menge Kraftstoff in den Kraftstoffvorratsbehälter 1 dient. Das Drucksteuerventil 23 ist hierzu ausgangsseitig über eine Rücklaufleitung 24 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 verbunden.
2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Drucksteuerventil, das in ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der 1 einsetzbar ist. Es umfasst ein topfförmiges Ventilgehäuse 1, dessen stirnseitiges offenes Ende einen Eingang 2 ausbildet. Zwei umfangseitig in einer Radialebene angeordnete Radialbohrungen 9 dienen als Ausgang 3. Der Eingang 2 und der Ausgang 3 sind über ein axial verschiebbar in dem Ventilgehäuse 1 aufgenommenes kolbenartiges Ventilelement 4 verbindbar, wenn der hydraulische Druck eingangsseitig den Öffnungsdruck des Ventils übersteigt. Der Öffnungsdruck ist über die Federkraft eines Federelementes 6 einstellbar, welches das Ventilelement 4 in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt und in einem Federraum 5 des Ventilgehäuses 1 aufgenommen ist. Der Federraum 5 ist fluidgefüllt, wobei die Befüllung über eine Radialbohrung 10 erfolgt, welche zugleich als Entlastungsbohrung dient. Die Radialbohrung 10 ist dabei derart angeordnet, dass mit Aufsteuern der als Ausgang 3 dienenden Radialbohrungen 9, die als Entlastungsbohrung dienende Radialbohrung 10 verschlossen wird, so dass das Fluid im Federraum 5 nicht mehr entweichen kann. Der Federraum 5 wird somit zum Totraum und das hierin gefangene Fluid bildet einen hydraulischen Anschlag für das Ventilelement 4 aus, so dass dieses zum Stillstand kommt. Am kolbenförmigen Ventilelement 4 sind hierzu zwei ringförmige Steuerkanten 7, 8 ausgebildet, welche jeweils eine Stirnfläche 11, 12 des Ventilelementes 4 begrenzen. Die dem Federraum 5 zugewandte Stirnfläche 12 weist zudem einen zylinderförmigen Ansatz auf, welcher der Führung des Federelementes 6 dient, das einerseits an der Stirnfläche 12 des Ventilelementes 4 und andererseits an dem Ventilgehäuse 1 abgestützt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009027146 A1 [0002]
DE 102008042089 A1 [0003]

Claims

Drucksteuerventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend ein einen Eingang (2) und einen Ausgang (3) aufweisendes Ventilgehäuse (1), ein im Ventilgehäuse (1) aufgenommenes, axial verschiebbar geführtes Ventilelement (4), über dessen axiale Verschiebung der Eingang (2) und der Ausgang (3) verbindbar sind, sowie ein in einem Federraum (5) des Ventilgehäuses (1) aufgenommenes Federelement (6), welches das Ventilelement (4) in Schließrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) eine erste Steuerkante (7) und eine zweite Steuerkante (8) ausbildet, welche axial zueinander beabstandet sind, wobei die erste Steuerkante (7) mit einer den Ausgang (3) ausbildenden ersten Radialbohrung (9) und die zweite Steuerkante (8) mit einer der Entlastung des Federraums (5) dienenden zweiten Radialbohrung (10) des Ventilgehäuses (1) in der Weise zusammenwirkt, dass die Freigabe der ersten Radialbohrung (9) ein Verschließen der zweiten Radialbohrung (10) bewirkt.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand (a) der Radialbohrungen (9, 10) zueinander gleich oder geringfügig kleiner als der axiale Abstand (a') der beiden Steuerkanten (7, 8) zueinander gewählt ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (3) über mehrere in einer Radialebene angeordnete Radialbohrungen (9) des Ventilgehäuses (1) ausgebildet wird.
Drucksteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastung des Federraums (5) über mehrere in einer Radialebene angeordnete Radialbohrungen (10) des Ventilgehäuses (1) erfolgt.
Drucksteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) kolbenförmig ausgebildet ist und eine erste und eine zweite Stirnfläche (11, 12) zur Ausbildung ringförmiger Steuerkanten (7, 8) besitzt.
Kraftstoffeinspritzsystem zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Drucksteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drucksteuerventil in einem Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems angeordnet ist.