-
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einer Druckregelungs- und/oder einer Druckbegrenzungsfunktion. Das Magnetventil soll insbesondere zur Regelung und/oder Begrenzung des Drucks in einem Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems, vorzugsweise eines Common-Rail-Einspritzsystems, einsetzbar sein.
-
Stand der Technik
-
Zur Regelung des Drucks in einem Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich zwei Arten von elektromagnetisch betätigbaren Ventilen bekannt. Nämlich solche, die stromlos offen sind, und solche, die stromlos geschlossen sind.
-
Stromlos offene Magnetventile besitzen den Vorteil, dass im Fehlerfall, z. B. bei fehlerhafter Ansteuerung des Elektromagneten oder bei fehlender Spannungsversorgung, ein vollständiger Druckabbau im Hochdruckspeicher erfolgt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Druck im Hochdruckspeicher nicht über einen zulässigen Maximalwert steigt. Als nachteilig erweist sich jedoch, dass aufgrund des vollständigen Druckabbaus kein Mindestdruck erhalten bleibt, der eine Notlauffunktion, auch "Limp-Home-Funktion" genannt, gewährleistet.
-
Stromlos geschlossene Magnetventile dagegen ermöglichen eine Notlauffunktion selbst im Fehlerfall, da die Federkraft einer Feder das Ventil geschlossen hält, so dass kein vollständiger Druckabbau erfolgt.
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 062 176 A1 ist ein Druckregelventil zur Regelung des Drucks in einem Hochdruck-Kraftstoffspeicher einer Brennkraftmaschine bekannt, das als stromlos geschlossenes Ventil ausgeführt ist. Denn es besitzt einen Ventilkolben, der entgegen dem Druck im Hochdruck-Kraftstoffspeicher durch die Federkraft einer Feder in Schließstellung beaufschlagt ist. Ferner umfasst das Druckregelventil eine steuerbare Magneteinrichtung, deren Kraft entgegen der Federkraft der Feder auf den Ventilkolben einwirkt. Darüber hinaus ist eine zweite Magneteinrichtung vorgesehen, deren Kraft gleichgerichtet mit der Federkraft der Feder ist. Das Vorsehen der zweiten Magneteinrichtung soll den Einsatz einer schwächeren Feder ermöglichen, um sicherzustellen, dass das Ventil öffnet, bevor ein zulässiger Maximaldruck im Hochdruck-Kraftstoffspeicher überschritten wird. Das Druckregelventil erfüllt somit neben der Druckregelungsfunktion auch eine Druckbegrenzungsfunktion.
-
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil zur Druckregelung und/oder Druckbegrenzung anzugeben, das einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll ein Magnetventil angegeben werden, das die Vorteile eines stromlos offenen und eines stromlos geschlossenen Ventils in einem Ventil vereinigt, ohne dass eine zweite Magneteinrichtung erforderlich ist.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird das Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das zur Druckregelung und/oder Druckbegrenzung vorgeschlagene Magnetventil umfasst einen mit einem ersten Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkolben, der axial verschiebbar in einem Ventilkörper aufgenommen ist. Ferner umfasst das Magnetventil einen mit einem zweiten Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilring, der über die Federkraft einer Feder gegen den Ventilkolben in Richtung des zweiten Ventilsitzes axial vorgespannt ist, sowie eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen mit dem Ventilkolben verbundenen Anker, der über die Magnetkraft der Magnetspule entgegen der Federkraft der Feder in Richtung des ersten Ventilsitzes bewegbar ist, so dass eine Verbindung eines Zulaufs mit einem Ablauf über einen ersten Strömungspfad herstellbar ist, der über den ersten und den zweiten Ventilsitz führt.
-
Der Ventilkolben und der Ventilring bilden jeweils ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied aus, wobei die Federkraft der Feder in Richtung des zweiten Ventilsitzes wirkt. Die Verbindung eines Zulaufs mit einem Ablauf über einen ersten Strömungspfad erfordert, dass beide Ventilsitze freigegeben sind.
-
Wird die Magnetspule bestromt, bewegen sich der Anker und der Ventilkolben entgegen der Federkraft der Feder in Richtung des ersten Ventilsitzes. Dabei führen sie den Ventilring mit, so dass sichergestellt ist, dass der zweite Ventilsitz freigegeben ist. Zugleich kann über die Magnetspule der Hub des Ventilkolbens gegenüber dem ersten Ventilsitz eingestellt werden. Auf diese Weise ist eine Druckregelungsfunktion darstellbar.
-
Bleibt die Magnetspule unbestromt, drückt die Feder den Ventilring gegen den zweiten Ventilsitz und das Ventil schließt. Da der Ventilring am Ventilkolben abgestützt ist, führt er diesen mit und das Ventil öffnet über den ersten Ventilsitz. Da jedoch aufgrund der Anlage des Ventilrings am zweiten Ventilsitz der erste Strömungspfad nicht freigegeben ist, kann – insbesondere im Fehlerfall – eine Notlauffunktion realisiert werden, wie sie sonst nur stromlos geschlossenen Ventilen eigen ist.
-
Das vorgeschlagene Magnetventil zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau sowie eine kompaktbauende Anordnung aus. Zugunsten einer kompaktbauenden Anordnung wird vorgeschlagen, dass der Ventilring und/oder die Feder den Ventilkolben bereichsweise umgeben. Alternativ oder ergänzend kann der Ventilkolben bereichsweise von der ringförmigen Magnetspule umgeben sein.
-
Um neben der Druckregelfunktion zusätzlich eine Druckbegrenzungsfunktion darstellen zu können, wird ferner vorgeschlagen, dass in Abhängigkeit von der axialen Lage des Ventilkolbens eine Verbindung des Zulaufs mit dem Ablauf über einen zweiten Strömungspfad herstellbar ist, der den zweiten Ventilsitz umgeht. Denn die Druckbegrenzungsfunktion gelangt lediglich bei unbestromter Magnetspule zur Anwendung, das heißt dann, wenn der über den zweiten Ventilsitz führende erste Strömungspfad durch den Ventilring verschlossen ist. Zur Realisierung der Druckbegrenzungsfunktion muss daher ein zweiter Strömungspfad freigebbar sein, der nicht über den zweiten Ventilsitz führt.
-
Bevorzugt ist daher der Ventilkolben über den Hub des Ventilrings hinaus entgegen der Federkraft einer weiteren Feder axial beweglich im Ventilkörper aufgenommen und besitzt im Bereich seines Außenumfangs eine Kontur, die mit einer im Ventilkörper ausgebildeten Steuerkante zusammenwirkt. Das Zusammenwirken erfolgt in der Weise, dass in Abhängigkeit von der axialen Lage des Ventilkolbens in Bezug auf den Ventilkörper ein zweiter Strömungspfad freigebbar ist, der den zweiten Ventilsitz umgeht, so dass eine Verbindung des Zulaufs mit dem Ablauf herstellbar ist. Über die Federkraft der weiteren Feder ist der gewünschte Grenzdruck vorgebbar.
-
Um sicherzustellen, dass die Federkraft der weiteren Feder den Ventilkolben erst dann belastet, wenn es eine Druckbegrenzungsfunktion darzustellen gilt, wird vorgeschlagen, dass die Feder in axialer Richtung schwimmend gelagert ist. Beispielsweise kann hierzu ein Ende der Feder mit dem Ventilkolben verbunden und das andere Ende axial beabstandet zu einer Anschlag- und Abstützfläche angeordnet sein, die vorzugsweise gehäuseseitig ausgebildet ist.
-
Als mit der Steuerkante zusammenwirkende Kontur eignet sich insbesondere eine einen Strömungskanal ausbildende Geometrie, wie beispielsweise eine Nut oder ein Anschliff. Bevorzugt wird daher die Kontur durch mindestens eine außenumfangseitige Nut oder mindestens einen außenumfangseitigen Anschliff des Ventilkolbens gebildet.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass zur Ausbildung des zweiten Ventilsitzes und/oder der Steuerkante im Ventilkörper ein ringförmiger Absatz ausgebildet ist, dessen Innendurchmesser vorzugsweise dem Außendurchmesser des Ventilkolbens angepasst ist. Der Absatz bewirkt auf diese Weise zugleich eine Führung des Ventilkolbens. Der Ventilkörper kann zur Ausbildung des Absatzes auch mehrteilig ausgeführt sein, was die Montage erleichtert. Die mehreren Teile des Ventilkörpers können durch eine Überwurfmutter gegeneinander verspannt sein.
-
Um den zweiten Ventilsitz und/oder die Steuerkante auszubilden, ist der Absatz bevorzugt zwischen dem Zulauf und dem Ablauf angeordnet. Zur Ausbildung des ersten Strömungspfads wird daher ferner vorgeschlagen, dass der Absatz mindestens eine Durchströmöffnung besitzt, die als innenumfangseitige Nut oder Bohrung ausgeführt ist.
-
Ferner bevorzugt besitzt der Ventilring mindestens eine Durchströmöffnung, die als innen- oder außenumfangseitige Nut oder als Bohrung ausgeführt ist. Denn dann kann der Ventilring auf dem Ventilkolben geführt werden, da über die mindestens eine Durchströmöffnung eine Verbindung des Zulaufs mit der mindestens einen Durchströmöffnung des Absatzes gewährleistet ist. Um die Verbindung zu trennen und das Ventil zu schließen, wenn der Ventilring am zweiten Ventilsitz anliegt, ist vorzugsweise die Durchströmöffnung des Ventilrings radial versetzt zur Durchströmöffnung des Absatzes angeordnet.
-
Zur Abstützung am Ventilkolben besitzt der Ventilring des Weiteren bevorzugt einen sich nach radial innen erstreckenden, ringförmigen Bund. Der ringförmige Bund gewährleistet, dass die Federkraft der Feder, über welche der Ventilring gegen den Ventilkolben axial vorgespannt ist, gleichmäßig auf den Ventilkolben übertragen wird.
-
Zur Ausbildung einer Abstützfläche, gegen welche der Ventilring axial vorgespannt ist, wird die Ausführung des Ventilkolbens als Stufenkolben vorgeschlagen. Über die Stufe ist der Ventilkolben mit dem Bund des Ventilrings mechanisch koppelbar, so dass die Federkraft der zur axialen Vorspannung des Ventilrings vorgesehenen Feder auch auf dem Ventilkolben lastet. Bevorzugt weist zumindest das dem ersten Ventilsitz zugewandte Ende des Ventilkolbens einen verringerten Außendurchmesser auf. Auf diese Weise wird Raum für die Anordnung der Feder geschaffen.
-
Weiterhin bevorzugt ist der Ventilkolben durch die ringförmige Magnetspule hindurch geführt und der mit dem Ventilkolben verbundene Anker kommt auf der Seite der Magnetspule zu liegen, die den Ventilsitzen abgewandt ist. Dadurch ergibt sich eine kompaktbauende Anordnung.
-
Vorteilhafterweise besitzt der Ventilkörper eine als Zulauf dienende Axialbohrung und/oder mindestens eine als Ablauf dienende Radialbohrung. Der Zulauf erfolgt somit axial, während die Absteuermenge über eine oder mehrere Radialbohrungen abgeführt wird. Die eine oder mehreren Radialbohrungen sind dabei auf der Seite eines Absatzes zur Ausbildung des zweiten Ventilsitzes und/oder der Steuerkante des Ventilgehäuses angeordnet, die dem Zulauf abgewandt ist.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Magnetventil.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
-
Das in der Figur dargestellte Magnetventil umfasst einen Ventilkörper 2, in dem ein Ventilraum 18 ausgebildet ist, der durch einen Absatz 14 in einen ersten Abschnitt 18.1 und einen zweiten Abschnitt 18.2 unterteilt ist. In den ersten Abschnitt 18.1 mündet eine Axialbohrung, die als Zulauf 10 dient. Der Ablauf 11 wird durch eine Radialbohrung gebildet, die in den zweiten Abschnitt 18.2 mündet. Da der Absatz 14 zugleich der Führung eines Ventilkolbens 1 dient, trennt er den Zulauf 10 vom Ablauf 11. Um eine Verbindung zwischen dem Zulauf 10 und dem Ablauf 11 über einen ersten Strömungspfad herzustellen, weist der Absatz 14 Bohrungen auf, die als Durchströmöffnungen 15 dienen. Ein zweiter Strömungspfad ist über eine außenumfangseitige Kontur 12 in Form eines Anschliffs des Ventilkolbens 1 herstellbar, die hierzu mit einer am Absatz 14 ausgebildeten Steuerkante 13 zusammenwirkt. Nimmt der Ventilkolben 1 eine axiale Lage ein, in der die Kontur 12 in Überdeckung mit dem Absatz 14 gebracht ist, ist der zweite Strömungspfad freigegeben.
-
Der Ventilkolben 1 wirkt mit einem ersten Ventilsitz 3 zusammen. Liegt der Ventilkolben 1 am ersten Ventilsitz 3 an, ist weder eine Verbindung des Zulaufs 10 mit dem Ablauf 11 über den ersten Strömungspfad, noch über den zweiten Strömungspfad gegeben. Am Ventilkolben 1 ist ein Ventilring 5 abgestützt, der mit einem zweiten Ventilsitz 7 zusammenwirkt und in Richtung des zweiten Ventilsitzes 7 von der Federkraft einer Feder 6 beaufschlagt ist. Der zweite Ventilsitz 7 wird durch den Absatz 14 ausgebildet.
-
Der Ventilring 5 ist über einen Bund 17 am Ventilkolben 1 abgestützt, der hierzu als Stufenkolben ausgebildet ist. Aufgrund der Abstützung des Ventilrings 5 am Ventilkolben 1 wirkt die Federkraft der Feder 6 auch auf den Ventilkolben 1. Um eine Verbindung des Zulaufs 10 mit dem Ablauf 11 über den ersten Strömungspfad zu ermöglichen, sind im Ventilring 5 Durchströmöffnungen 16 vorgesehen, die vorliegend als innenumfangseitige Längsnuten ausgebildet und radial versetzt zu den Durchströmöffnungen 15 des Absatzes 14 angeordnet sind.
-
Der Druckregelbetrieb wird mittels einer Magnetspule 8 realisiert, die in bestromtem Zustand ein Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetkraft auf einen mit dem Ventilkolben 1 verbundenen Anker 9 einwirkt, so dass sich der Anker 9 und der Ventilkolben 1 einschließlich des Ventilrings 5 in Richtung des ersten Ventilsitzes 3 bewegen. Auf diese Weise ist eine Verbindung des Zulaufs 10 mit dem Ablauf 11 über den ersten Strömungspfad herstellbar.
-
Im Fehlerfall, d. h. wenn die Magnetspule 8 unbestromt ist, drückt die Feder 6 den Ventilring 5 gegen den zweiten Ventilsitz 7. Aufgrund der Abstützung des Ventilrings 5 am Ventilkolben 1 wird dieser mitgeführt und öffnet den ersten Ventilsitz 3. Dennoch ist keine Verbindung des Zulaufs 10 mit dem Ablauf 11 hergestellt, da der am zweiten Ventilsitz 7 anliegende Ventilring 5 den ersten Strömungspfad versperrt und der zweite Strömungspfad (noch) nicht freigegeben ist. Demzufolge ist über das dargestellte Magnetventil – anlog einem stromlos geschlossenen Ventil – eine Notlauffunktion darstellbar.
-
Liegt der Ventilring 5 am zweiten Ventilsitz 7 an, besteht keine Verbindung des Zulaufs 10 mit dem Ablauf 11 über den ersten Strömungspfad. Gleichwohl ist eine Verbindung über den zweiten Strömungspfad herstellbar, wenn der Druck im Zulauf 10 einen vorgebbaren Grenzdruck überschreitet.
-
Denn übersteigt der Druck im Zulauf 10 einen vorgebbaren Grenzwert, löst sich der Ventilkolben 1 vom Ventilring 5 und bewegt sich gemeinsam mit einer weiteren Feder 4, die ein im Ventilkolben 1 aufgenommenes Ende sowie ein freies Ende besitzt, in Richtung einer Anschlag- und Abstützfläche 19, bis das freie Ende der Feder 4 in Kontakt mit der Anschlag- und Abstützfläche 19 gelangt. Eine am Außenumfang des Ventilkolbens 1 vorgesehene Kontur 12 in Form eines Anschliffs wird dabei in Überdeckung mit dem Absatz 14 des Ventilkörpers 2 gebracht, so dass eine Verbindung des Zulaufs 10 mit dem Ablauf 11 über den zweiten Strömungspfad hergestellt ist. Analog einem stromlos offenen Ventil kann nunmehr Druck abgebaut werden, gleichwohl der erste Strömungspfad geschlossen ist. Die Feder 4 dient demnach der Darstellung einer Druckbegrenzungsfunktion.
-
Da die Feder 4 in axialer Richtung schwimmend gelagert ist, dient sie allein der Darstellung einer Druckbegrenzungsfunktion. Denn im Druckregelbetrieb des Magnetventils wird der Ventilkolben 1 nicht durch die weitere Feder 4 belastet. Das heißt, dass die weitere Feder 4 keinen Einfluss auf die Druckregelfunktion des Magnetventils hat.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007062176 A1 [0005]
