DE10231135A1

DE10231135A1 - Druckentlastungsventil

Info

Publication number: DE10231135A1
Application number: DE2002131135
Authority: DE
Inventors: Peter Boehland; Godehard Nentwig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-01-29
Also published as: US20050076955A1; WO2004008010A1; EP1521930A1; JP2005532501A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckentlastungsventil mit einem Schließelement (4), das gegen die in Schließrichtung (26) wirkende Kraft einer Schließfeder (13) in einer Bohrung axial in Öffnungsrichtung (3) verschiebbar ist, wobei das Schließelement (4) bei geschlossenem Druckentlastungsventil an einem Ventilsitz (5) anliegt und einen Zulauf (7) verschließt und wobei ein Kolben (8) in den Zulauf (7) integriert ist, der über ein Verbindungselement (9) mit dem Schließelement (4) verbunden und in dem Zulauf (7) axial verschiebbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Zur Druckregelung und Überdrucksicherung von unter Druck stehenden Systemen werden vielfach Druckentlastungsventile in Form von Kugelventilen eingesetzt, deren Kugel durch eine Feder gegen einen Sitz gepreßt wird. Kugelventile weisen dabei den Vorteil auf, daß sie den Sitz auch bei hohen Drücken, wie sie zum Beispiel typisch für Dieseleinspritzsysteme sind, sicher und leckfrei abdichten.

Kugelventile werden im Stand der Technik beispielsweise in Druckregelventilen für Speicher-Kraftstoffeinspritzsysteme in Brennkraftmaschinen eingesetzt. Ein solches Druckregelventil ist zum Beispiel aus dem Fachbuch Dieselmotor-Management, 2. Auflage, Verlag Vieweg, 1998, Seiten 270, 271 bekannt. Die Aufgabe eines solchen Druckventils ist dabei, den Druck in einem Kraftstoffspeicher in Abhängigkeit vom Lastzustand des Motors einzustellen und zu halten. Dazu dienen zwei Regelkreise, ein langsamer elektrischer, unter Verwendung eines Elektromagneten und ein schneller mechanischer, unter Einsatz eines Kugelventils. Der langsame Regelkreis stellt einen variablen mittleren Druckwert im Hochdruckspeicher ein und der schnelle Regelkreis gleicht hochfrequente Druckschwingungen aus.

Für eine Reihe von Einsätzen, unter anderem auch in dem oben genannten Druckregelventil, weisen Kugelventile aus dem Stand der Technik jedoch prinzipbedingt den Nachteil auf, daß mit steigendem Ventilhub die öffnende Kraft auf die Ventilkugel sinkt, die durch den Druck des Fluids in Öffnungsrichtung auf die Kugel erzeugt wird. Dies wird im folgenden anhand von 1 näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine Kugel eines Kugelventils, die im geschlossenen Zustand des Ventils eine Öffnung 2 abdichtet. In der Öffnung 2 herrscht ein hoher Druck, der eine Kraft in Öffnungsrichtung 3 auf die Kugel 1 ausübt. Dieser statische Druck fällt in dem in 1 vergrößert dargestellten Bereich des Ventilsitzes stark ab. Es wurde beispielsweise ein Druckabfall in diesem Bereich A von 10⁸ Pa auf 10⁰ Pa durch Simulationen berechnet. Aus diesem Druckabfall resultiert ein Kraftabfall mit dem Hub der Kugel 1 beim Öffnen des Kugelventils von üblicherweise 30 bis 60% der hydrodrostatischen Kraft, die im geschlossenen Zustand auf die Kugel 1 wirkt. Durch die reduzierte Kraft auf das Ventil stellt sich ein kleiner Ventilhub ein, welcher den Durchfluss begrenzt.

Das erfindungsgemäße Kugelventil vermeidet die im Stand der Technik auftretenden Nachteile und ermöglicht es, eine hinsichtlich des Hub-Druckverlaufs verbesserte Ventilfunktion zu erreichen. Dabei ist es in vorteilhafter Weise möglich, den oben beschriebenen Kraftabfall an dem Schließelement eines Druckentlastungsventils, insbesondere an der Kugel eines Kugelventils, über den Hub zu kompensieren. Der Durchfluß durch das Ventil kann so erheblich gesteigert werden. Gleichzeitig können zusätzliche Eigenschaften, wie zum Beispiel eine Schalthysterese verwirklicht werden. Das erfindungsgemäße Druckentlastungsventil kann einfach und ohne hohen Fertigungsaufwand realisiert werden.

Diese Vorteile werden erfindungsgemäß erreicht durch ein Druckentlastungsventil mit einem Schließelement, das gegen die in Schließrichtung wirkende Kraft einer Schließfeder in einer Bohrung axial in Öffnungsrichtung verschiebbar ist, wobei das Schließelement bei geschlossenem Druckentlastungsventil an einem Ventilsitz anliegt und einen Zulauf verschließt, und wobei ferner ein Kolben in den Zulauf integriert ist, der über ein Verbindungselement mit dem Schließelement verbunden und in dem Zulauf axial verschiebbar ist.

Durch die Ergänzung des Druckentlastungsventils durch den in den Zulauf eingebrachten Kolben überträgt der Kolben eine zusätzlich öffnende Kraft auf das Schließelement. Diese Kraft existiert nur bei geöffnetem Druckentlastungsventil. Der Kolben wirkt bei geöffnetem Druckentlastungsventil wie eine Drossel in dem Zulauf, so daß sich eine Druckdifferenz zwischen den beiden Enden des Kolbens ergibt. Daher wirkt bei geöffnetem Ventil eine Kraft auf den Kolben, die diesen in Richtung des Schließelementes drückt und so das Druckentlastungsventil weiter öffnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckentlastungsventil handelt es sich vorzugsweise um ein Kugelventil mit einem kugelförmigen Schließelement. Andere Formen von Schließelementen sind aber ebenso möglich, beispielsweise ein platten-, kegel- oder ein kolbenförmiges Schließelement.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Druckregelventil enthaltend ein erfindungsgemäßes Druckentlastungsventil mit einem in einer Bohrung axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglied, das auf das Schließelement wirkt, wobei über das Ventilglied zusätzlich zu der Schließfeder ein Elektromagnet eine Kraft in Öffnungs- oder Schließrichtung auf das Schließelement ausüben kann.

Vorzugsweise wird ein solches Druckentlastungsventil zur Regelung des Druckes in einem Kraftstoffhochdruckspeicher oder am Ausgang einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einer Brennkraftmaschine mit Speicher-Kraftstoffeinspritzsystem verwendet.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Kugelventils aus dem Stand der Technik,
2 ein erfindungsgemäßes Druckentlastungsventil in geschlossenem und in geöffnetem Zustand,
3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckentlastungsventils,
4 ein erfindungsgemäßes Druckregelventil,
5 den Druck in einem Rail und vor einem erfindungsgemäßen Druckregelventil und den Hub des Schließelements dieses Druckregelventils und
6 den Druck und den Hub bei einem Öffnungs- und Schließvorgang eines erfindungsgemäßen Druckregelventils mit Hysterese.
Ausführungsvarianten
2 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckentlastungsventil in geschlossenem und in geöffnetem Zustand.
In der linken Hälfte der 2 ist ein geschlossenes, in der rechten Hälfte ein geöffnetes Druckentlastungsventil dargestellt. Das Druckentlastungsventil umfaßt ein kugelförmiges Schließelement 4, das bei geschlossenem Ventil, anliegend an einem Ventilsitz 5, eine Öffnung 2 verschließt. In dem Ventilgehäuse 6 mündet die Öffnung 2 auf ihrer dem Schließelement 4 abgewandten Seite in einen Zulauf 7. In den Zulauf 7 ist erfindungsgemäß ein Kolben 8 integriert, der an dem Schließelement 4 über ein durch die Öffnung 2 verlaufendes Verbindungselement 9 anliegt. Ferner befindet sich zwischen dem Verbindungselement 9 und dem Kolben 8 ein Führungselement 10. Bei dieser in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kolben 8 mit dem Führungselement 10 verbunden, wobei das Führungselement 10 den Kolben 8 in dem _ Zulauf 7 führt. Vorzugsweise dient bei der vorliegenden Erfindung eine Polygonführung als Führungselement 10, wie im Schnitt B-B durch das Führungselement 10 in der rechten Hälfte von 2 gezeigt. Das Führungselement 10 stellt bei der vorliegenden Erfindung keine Drosselstelle dar. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Polygonführung ermöglichen beispielsweise Einbuchtungen 11 einen schnellen Druckausgleich zwischen den beiden Seiten des Führungselementes 10.
Der Kolben 8 erzeugt hingegen einen Ringspalt 12 zwischen seiner Mantelfläche und der Zulaufmantelfläche, der eine Drossel darstellt.
Ein Fluid, dessen Druck das Druckentlastungsventil regelt, übt über die Öffnung 2 ständig einen Druck auf das Schließelement 4 in Öffnungsrichtung aus. Das Schließelement 4 wird bei geschlossenem Ventil durch die Kraft einer (nicht dargestellten) Schließfeder 13 und gegebenenfalls durch weitere in Schließrichtung wirkende Kräfte in den Ventilsitz 5 gedrückt. Übersteigt die hydrostatische Kraft des Fluids, die in Öffnungsrichtung auf die Sitzfläche des Schließelements 4 wirkt, die Federkraft der (nicht dargestellten) Schließfeder 13 zuzüglich anderer in Schließrichtung auf das Schließelement 4 wirkender Kräfte, so bewegt sich das Schließelement 4 aus seinem Sitz 5. Das Fluid strömt dann aus der Öffnung 2 am Ventilsitz 5 entlang. Der statische Druck im ersten Zulaufraum 14 sinkt ab, da die Strömung durch den Ringspalt 12 gedrosselt wird. Dies führt zu einer Druckdifferenz zwischen den beiden durch den Kolben 8 getrennten Zulaufräumen 14 und 15. Durch den höheren Druck in dem dem Schließelement 4 abgewandten zweiten Zulaufraum 15 relativ zum Druck in dem dem Schließelement 4 zugewandten ersten Zulaufraum 14 wirkt eine Kraft auf den Kolben 8 in Öffnungsrichtung. Folglich wird der Kolben 8 über das Führungselement 10 und das Verbindungselement 9 gegen das Schließelement gedrückt. Diese öffnende Kraft führt zu einer weiteren Verschiebung des Schließelementes 4 in Öffnungsrichtung, so daß die Öffnung 2 noch weiter geöffnet wird. So kann der Fluiddurchfluß durch das Druckentlastungsventil erheblich gesteigert werden. Der Druck im ersten Zulaufraum 14 sinkt noch weiter ab und die Druckdifferenz zwischen den beiden Zulaufräumen 14, 15 verstärkt den öffnenden Effekt so lange, bis eine in Schließrichtung auf das Schließelement 4 wirkende Kraft die in Öffnungsrichtung wirkende Kraft übersteigt und das Schließelement 4 wieder zu dem Ventilsitz 5 hin bewegt. Diese ausreichend hohe in Schließrichtung wirkende Kraft kann beispielsweise durch die Progression der (nicht dargestellten) Schließfeder 13 erzeugt werden.
Bei der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Zulauf 7 Bereiche mit verschiedenen Zulaufdurchmessern auf. So befindet sich an dem der Öffnung 2 zugewandten Ende_ndes Zulaufs 7 ein Bereich mit einer Querschnittserweiterung, in dem unter anderem das Führungselement 10 lokalisiert ist. Ferner ragt der Kolben 8 bei dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckentlastungsventils bei geschlossenem Druckentlastungsventil zumindest mit einem Teil seiner Länge a in einen weiteren Bereich des Zulaufs 7 mit einem kleineren Zulaufdurchmesser hinein. Der Kolben 8 verschiebt sich beim Öffnen des Druckentlastungsventils in den Bereich des Zulaufs 7 mit dem größeren Zulaufdurchmesser. Dadurch ist der Ringspalt 12 zunächst bei geschlossenem Ventil (linke Hälfte der 2), bei dem der Kolben 8 in den Bereich des Zulaufs 7 mit kleinerem Zulaufdurchmesser hineinragt, schmal und drosselt die Strömung von dem zweiten Zulaufraum 15 in den ersten Zulaufraum 14 stark. Bei geöffnetem Druckentlastungsventil (rechte Hälfte der 2) ist der Ringspalt 12 zwischen der Kolbenmantelfläche und der Zulaufmantelfläche breiter, da sich der Kolben 8 in den Bereich mit dem größeren Zulaufdurchmesser bewegt hat (hier um den Weg a). Daher strömt mehr Fluid durch den breiteren Ringspalt 12, so daß die Druckdifferenz zwischen den beiden Zulaufräumen 14, 15 abnimmt oder sogar ausgeglichen wird. Dieser Effekt führt, ebenso wie die Progression der Feder, zu einer Begrenzung der öffnenden Wirkung durch die Druckdifferenz zwischen den beiden den Kolben 8 einrahmenden Zulaufräumen 14, 15. Wenn der hydrostatische Druck des Fluids in dem Zulauf 7 abnimmt, übersteigt die Federkraft der (nicht dargestellten) Schließfeder 13 zuzüglich gegebenenfalls weiterer in Schließrichtung wirkender Kräfte die öffnenden Kräfte auf Kolben 8 und Schließelement 4, so daß das Druckentlastungsventil schließt.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geht der Bereich des Zulaufs 7 mit dem kleineren Zulaufdurchmesser stufenförmig in den Bereich des Zulaufs 7 mit dem größeren Zulaufdurchmesser über (Stufe 16).
Bei einer (nicht dargestellten) bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Kolben 8 einen Kolbendurchmesser auf, der in einem dem Schließelement 4 zugewandten Teil des Kolbens 8 kleiner ist als in einem dem Schließelement 4 abgewandten Teil des Kolbens B. Der Kolben weist folglich zum Beispiel die Form eines Kegelstumpfes auf. Diese Form beeinflußt das Öffnungs- und Schließverhalten des Druckentlastungsventils. Bei kegelförmigem Kolben 8 steigt der Durchflussquerschnitt der Ringspaltdrossel 12 gleichmäßig mit dem Hub an. In gleichem Maße sinkt die Druckdifferenz zwischen dem ersten Zulaufraum 14 und dem zweiten Zulaufraum 15 ab. Somit sinkt die vom Kolben 8 über das Führungselement 10 und das Verbindungselement 9 auf das Schließelement 4 übertragene Druckkraft (= zusätzliche Öffnungskraft) ab, bis der Kolben 8 komplett austaucht und die zusätzlichen Öffnungskraft auf Null abfällt.
Weiterhin kann das Schließverhalten des erfindungsgemäßen Druckentlastungsventils durch die Abstimmung des Kolbendurchmessers im Verhältnis zum Durchmesser des Ventilsitzes 5 beeinflußt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Kolben 8 einen (maximalen) Kolbendurchmesser auf, der größer ist, als der Durchmesser des Ventilsitzes 5. Übersteigt der Kolbendurchmesser den Sitzdurchmesser deutlich, so kommt es beim Schließen des Druckentlastungsventils zu einer Hysterese, d.h. das Druckentlastungsventil schließt bei einem Druckniveau des Fluids, welches unterhalb des Öffnungsdruckes liegt.
3 zeigt einen Schnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckentlastungsventils.
Der Aufbau dieses Druckentlastungsventils entspricht weitgehend dem in 2 gezeigten Druckentlastungsventil. Ein kugelförmiges Schließelement 4 ist über ein durch eine Öffnung 2 verlaufendes Verbindungselement 9 und ein Führungselement 10 mit einem Kolben 8 in dem Zulauf 7 verbunden. Der Zulauf 7 weist einen der Öffnung 2 zugewandten Teil mit einem größeren Zulaufdurchmesser d₁ auf, der in einen Teil mit einem kleineren Zulaufdurchmesser d₂ übergeht. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erweitert sich der Zulauf 7 in einem konischen Übergangsbereich 17 von dem kleineren Zulaufdurchmesser d₂ auf den größeren Zulaufdurchmesser d₁. Durch den konischen Übergangsbereich 17 sinkt die zusätzliche Öffnungskraft beim Austauchen des Kol bens 8 aus dem zweiten Zulaufraum 15 (im Unterschied zu dem stufenförmigen Übergangsbereich) gleichmäßig ab.
4 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckregelventil.
Das Druckregelventil ist beispielsweise zur Einstellung des Druckes in einem (nicht dargestellten) Kraftstoffspeicher (Rail) eines Common Rail-Einspritzsystems vorgesehen. Das Druckregelventil weist einen Ventilkörper 18 auf, in dem eine Bohrung 19 ausgebildet ist. In der Bohrung 19 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 20 axial verschiebbar angeordnet. Der Ventilkörper 18 weist ferner einen Ringraum 21 auf, in dem ein Elektromagnet 22 mit einer Spulenwicklung angeordnet ist. Mit dem einen Ende des Ventilglieds 20 ist ein Magnetanker 23 verbunden, dessen Volumen teilweise von dem Ringraum 21 mit dem Elektromagneten 22 umschlossen wird. Die Bohrung 19 weist an ihrem einen Ende einen Bereich mit einem vergrößerten Durchmesser auf, in den ein Ventilgehäuse 6 eines erfindungsgemäßen Druckentlastungsventils eingesetzt ist. Die Öffnung 2 und der Zulauf 7 dieses erfindungsgemäßen Druckentlastungsventils sind koaxial zu der Bohrung 19 in dem Druckregelventil angeordnet. Der dem Magnetanker 23 abgewandte Endbereich 24 des Ventilglieds 20 verjüngt sich konisch. Eine koaxial zum Ventilglied 20 angeordnete Schließfeder 13 stützt sich einerseits an dem Magnetanker 23 und andererseits an einem Einsatz 25 im Ventilkörper 18 ab. Die Schließfeder 13 ist vorgespannt und bewirkt eine ständige Kraft in Schließrichtung 26 auf das Ventilglied 20, das wiederum auf ein kugelförmiges Schließelement 4 des Druckentlastungsventils in Schließrichtung 26 drückt.
Wenn der Elektromagnet 22 nicht bestromt ist, so wirkt lediglich die schließende Kraft der Schließfeder 13 über das Ventilglied 20 auf das Schließelement 4 und preßt dieses gegen seinen Ventilsitz 5. Über den Zulauf 7 ist das Schließelement 4 vom Druck, der zum Beispiel in einem (nicht dargestellten) Kraftstoffspeicher herrscht, beaufschlagt, der auf das Schließelement 4 eine der Kraft der Schließfeder 13 entgegenwirkende Kraft erzeugt. Übersteigt diese vom Druck erzeugte Kraft in Öffnungsrichtung 3 die Schließfederkraft, so wird das Schließelement 4 vom Ventilsitz 5 abgehoben und zusammen mit dem Ventilglied 20 und dem Magnetanker 23 einerseits und dem Verbindungselement 9, dem Führungselement 10 und dem Kolben 8 andererseits in Öffnungsrichtung 3 verschoben. Bei geöffnetem Druckregelventil verstärkt sich die öffnende Kraft erfindungsgemäß noch in oben erläuterter Art und Weise durch die Kraft auf den Kolben B. Es strömt Fluid (zum Beispiel Kraftstoff) durch den Zulauf 7 über die Öffnung 2, den Ventilsitz 5 und Entlastungsöffnungen 27 in dem Ventilkörper 18 ab in einen (nicht dargestellten) Entlastungsraum, beispielsweise in einen Kraftstoffvorratstank.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckregelventils wirkt der bestromte Elektromagnet 22 der Federkraft der Schließfeder in Öffnungsrichtung entgegen. Wenn der Elektromagnet 22 nicht bestromt ist, so wird ein sehr hoher Druck im Zulauf 7 zur Öffnung des Druckregelventils benötigt, der durch die Kraft der Schließfeder 13 festgelegt wird. Zur Senkung des zur Öffnung benötigten Druckes wird der Elektromagnet 22 bestromt. Dann wirkt, entgegen der Kraft der Schließfeder 13, die auf den Magnetanker 23 wirkende magnetische Kraft, die durch das Ventilglied 20 weitergeleitet wird , in Öffnungsrichtung 3 auf das Schließelement 4. Erst wenn die öffnende Kraft durch den Druck im Zulauf 7 und den Elektromagneten 22 erzeugte Kraft die Kraft durch die Schließfeder 13 übersteigt, öffnet das Druckentlastungsventil. Die durch den Elektromagneten 22 auf den Magnetanker 23 ausgeübte magnetische Kraft wird durch die Stromstärke durch den Elektromagneten geregelt. Die Regelung erfolgt über eine (nicht dargestellte) Steuereinrichtung, die eine Stromstärke in Abhängigkeit von dem in dem mit dem Zulauf verbundenen System (zum Beispiel Kraftstoffspeicher) benötigten Druck einstellt.
Bei weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Druckregelventils wirkt der bestromte Elektromagnet 22 gemeinsam mit der Federkraft der Schließfeder 13 in Schließrichtung 26 auf das Schließelement 4. Wenn der Elektromagnet 22 nicht bestromt ist, so genügt bereits ein Druck im Zulauf 7 zur Öffnung des Druckregelventils, der lediglich durch die Kraft der Schließfeder 13 festgelegt wird. Zur Erhöhung des zur Öffnung benötigten Druckes wird der Elektromagnet 22 bestromt. Dann wirkt, zusätzlich zur Kraft der Schließfeder 13, auch die auf den Magnetanker 23 wirkende magnetische Kraft, die durch das Ventilglied 20 weitergeleitet wird, in Schließrichtung 26 auf das Schließelement 4. Erst wenn die öffnende Kraft durch den Druck im Zulauf 7 diese durch die Schließfeder 13 und den Elektromagneten 22 erzeugte Kraft übersteigt, öffnet das Druckentlastungsventil.
Denkbar ist auch eine Variante eines Druckregelventils, bei der eine Feder in Öffnungsrichtung und ein bestromter Elektromagnet in Schließrichtung wirkt.
5 zeigt im oberen Teil den Druck in einem Kraftstoffspeicher (Rail) und den Druck vor einem erfindungsgemäßen Druckregelventil und im unteren Teil den Hub des Schließelements des Druckregelventils.
In der im oberen Teil der 5 gezeigten Graphik ist auf der y-Achse der Druck p in bar und auf der x-Achse die Zeit t in ms aufgetragen. Die Graphik gibt zwei Kurven wieder. Kurve 28 zeigt die Entwicklung des Druckes in einem Kraftstoffspeicher, der durch ein erfindungsgemäßes Druckregelventil geregelt wird. Den Druck vor dem Druckregelventil (in seiner Öffnung 2) gibt Kurve 29 wieder. In diesem Fall wurde ein Rail eines Diesel-Einspritzsystems simuliert, in das mit einer Pumpe eine konstante Fördermenge von 350 l/h gefördert wird. Soll-Öffnungsdruck des Ventils, der sich aus der magnetischen Kraft und der Schließfederkraft ergibt, ist 1700 bar. Das Ventil öffnet korrekt bei diesem Druck. Der in dem unteren Teil der 5 in Kurve 30 dargestellte Hub h des Schließelements des Ventils schwingt zwischen 0,05 mm und 0,2 mm. Der Hub 30 steigt dabei durch die öffnende Kraft auf das Schließelement und auf den mit ihm verbundenen Kolben in dem Zulauf des Druckregelventils an, bis die Progression der Schließfeder und die Querschnittserweiterung im Zulauf dazu führen, daß die öffnende Kraft ab einem bestimmten Hub des Schließelementes (hier 0,2 mm) wieder abnimmt und damit auch der Hub. Der Hub nimmt dann so lange ab, bis die öffnende Kraft (zum Beispiel durch den hohen Druck auf den Kolben in dem engeren Teil des Zulaufs) wieder zunimmt. In diesem Beispiel kann in dem Rail nach einer Druckspitze mit ca. 2050 bar ein Druck von ca. 1950 bar gehalten werden. Ohne den Druckregelkolben würde das Ventil aufgrund des Kraftabfalls an der Kugel mit deutlich geringerem Hub öffnen. Dadurch würde sich in dem Rail ein Druck von ca. 3300 bar einstellen.
6 zeigt den Druck und den Hub bei einem Öffnungs- und Schließvorgang eines erfindungsgemäßen Druckregelventils mit Hyterese.
Im oberen Teil der 6 ist der Druck p in bar gegen die Zeit t in ms aufgetragen. Kurve 31 zeigt den Druckverlauf im Rail, Kurve 32 den Druckverlauf vor dem erfindungsgemäßen Druckregelventil. Im unteren Teil der 6 ist der Verlauf des Hubes des Schließelementes dieses Druckregelventils in Abhängigkeit von der Zeit t in ms aufgetragen. Wie in 5, öffnet das Ventil bei einem Raildruck 31 von ca. 1700 bar. Der Raildruck 31 fällt nach der Druckspitze von ca. 2050 bar bei geöffnetem Ventil ab, bis er den Schließpunkt 34 erreicht, bei dem das Druckregelventil schließt. In diesem Fall ist die Abstimmung des Kolbendurchmessers relativ zum Sitzdurchmesser so gewählt, daß das Ventil mit einer geringen Hysterese bei knapp über 1600 bar wieder schließt. Ohne Druckregelkolben würde das Ventil ohne Hysterese bei 1700 bar schließen.

1: Kugel
2: Öffnung
3: Öffnungsrichtung
4: Schließelement
5: Ventilsitz
6: Ventilgehäuse
7: Zulauf
8: Kolben
9: Verbindungselement
10: Führungselement
11: Einbuchtungen
12: Ringspalt
13: Schließfeder
14: erster Zulaufraum
15: zweiter Zulaufraum
16: Stufe
17: konischer Übergangsbereich
18: Ventilkörper
19: Bohrung
20: Ventilglied
21: Ringraum
22: Elektromagnet
23: Magnetanker
24: Endbereich des Ventilglieds
25: Einsatz
26: Schließrichtung
27: Entlastungsöffnungen
28: Druck im Kraftstoffspeicher
29: Druck vor dem Druckregelventil
30: Hub
31: Druck im Rail
32: Druck vor dem Druckregelventil
33: Hub
34: Schließpunkt

Claims

Druckentlastungsventil mit einem Schließelement (4), das gegen die in Schließrichtung (26) wirkende Kraft einer Schließfeder (13) in einer Bohrung axial in Öffnungsrichtung (3) verschiebbar ist, wobei das Schließelement (4) bei geschlossenem Druckentlastungsventil an einem Ventilsitz (5) anliegt und einen Zulauf (7) verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolben (8) in den Zulauf (7) integriert ist, der über ein Verbindungselement (9) mit dem Schließelement (4) verbunden und in dem Zulauf (7) axial verschiebbar ist.
Druckentlastungsventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (4) kugelförmig ist.
Druckentlastungsventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (7) Bereiche mit verschiedenen Zulaufdurchmessern aufweist.
Druckentlastungsventil gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) bei geschlossenem Druckentlastungsventil zumindest teilweise in einen Bereich des Zulaufs (7) mit einem kleineren Zulaufdurchmesser hineinragt und sich beim Öffnen des Druckentlastungsventils in einen Bereich des Zulaufs (7) mit einem größeren Zulaufdurchmesser verschiebt.
Druckentlastungsventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des Zulaufs (7) mit dem kleineren Zulaufdurchmesser stufenförmig in den Bereich des Zulaufs (7) mit dem größeren Zulaufdurchmesser übergeht.
Druckentlastungsventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zulauf (7) in einem konischen Übergangsbereich (17) von dem kleineren Zulaufdurchmesser auf den größeren Zulaufdurchmesser erweitert.
Druckentlastungsventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) mit einem Führungselement (10) verbunden ist, das den Kolben (8) in dem Zulauf (7) führt.
Druckentlastungsventil gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polygonführung als Führungselement (10) dient.
Druckentlastungsventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) einen Kolbendurchmesser aufweist, der in einem dem Schließelement (4) zugewandten Teil des Kolbens (8) kleiner ist als in einem dem Schließelement (4) abgewandten Teil des Kolbens (8).
Druckentlastungsventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) einen Kolbendurchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Ventilsitzes (5).
Druckregelventil enthaltend ein Druckentlastungsventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einem in einer Bohrung (19) axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglied (20), das auf das Schließelement (4) wirkt, wobei ein Elektromagnet (22) über das Ventilglied (20) eine Kraft in Öffnungs- oder Schließrichtung (26) auf das Schließelement (4) ausüben kann.
Verwendung eines Druckregelventils gemäß Anspruch 11 zur Regelung des Druckes in einem Kraftstoffhochdruckspeicher oder am Ausgang einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einer Brennkraftmaschine mit Speicher-Kraftstoffeinspritzsystem.