DE19949814A1

DE19949814A1 - Druckregelventil für ein Speicherkraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19949814A1
Application number: DE19949814A
Authority: DE
Inventors: Holger Rapp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-19
Also published as: EP1092863A3; US6349703B1; JP2001132578A; EP1092863A2

Abstract

Das Druckregelventil dient zur Regelung des Druckes in einem Kraftstoffspeicher und weist einen Ventilkörper auf, in dem in einer Bohrung (26) ein kolbenförmiges Ventilglied (28) gegen die Kraft einer Schließfeder (36) axial verschiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied (28) bildet einen Anker eines Elektromagneten, der zur Unterstützung der Schließkraft der Schließfeder bestrombar ist. Das Ventilglied (28) wirkt auf ein Schließelement, das durch die Kraft der Schließfeder und die magnetische Kraft gegen einen Ventilsitz gepresst wird und das andererseits vom Druck im Kraftstoffspeicher beaufschlagt ist. Das Ventilglied (28) weist zwei in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnete Führungsabschnitte (54) auf, die als kurze Zylinderabschnitte ausgebildet sind und einen Durchmesser aufweisen, der nur wenig kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung (26). Über seine Führungsabschnitte (54) ist das Ventilglied (28) in der Bohrung (26) mit definierter Anlage verschiebbar geführt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Druckregelventil für ein Speicherkraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.

Ein solches Druckregelventil ist aus der Literatur bekannt, beispielsweise durcE das Fachbuch Dieselmotor-Management, 2. Auflage, Verlag Vieweg, 1998, Seiten 270, 271. Dieses Druckregelventil dient zur Regelung des Druckes in einem Kraftstoffspeicher. Das Druckregelventil weist ein in einer Bohrung gegen die Kraft einer Schließfeder axial verschiebbar geführtes, kolbenförmiges Ventilglied auf. Das Ventilglied wirkt in Schließrichtung auf ein Schließelement des Druckregelventils und presst dieses gegen einen Ventilsitz. Das Ventilglied bildet einen Anker eines Elektromagneten, der zur Unterstützung der Kraft der Schließfeder bestrombar ist. Durch die Schließfeder wird über das Ventilglied das Schließelement mit einer bestimmten Kraft gegen den Ventilsitz gedrückt, wobei das Schließelement durch den auf dieses wirkenden Druck im Kraftstoffspeicher vom Ventilsitz abgehoben wird, wenn die durch den Druck erzeugte Kraft die Kraft der Schließfeder überschreitet, und Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher über das geöffnete Druckregelventil in einen Entlastungsraum abfließt. Zur Einstellung eines höheren Drucks im Kraftstoffspeicher wird der Elektromagnet bestromt, so daß die Schließkraft, die über das Ventilglied auf das Schließelement ausgeübt wird, erhöht wird und somit das Schließelement erst bei einem höheren Druck im Kraftstoffspeicher vom Ventilsitz abhebt und Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher in den Entlastungsraum abfließen läßt. Das Ventilglied weist eine relativ große Länge auf und ist zylinderförmig ausgebildet, wobei es aufgrund von Form- und Lagetoleranzen des Ventilglieds und der Bohrung schwierig ist, eine definierte Führung und Anlage des Ventilglieds in der Bohrung über dessen gesamte Länge zu erreichen. Es können hierbei eine undefinierte Anlage des Ventilglieds in der Bohrung, eine Schieflage des Ventilglieds vor allem bei bestromtem Elektromagneten und bedingt hierdurch eine erhöhte Reibung zwischen dem Ventilglied und der Bohrung auftreten. Dies kann wiederum zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Druckregelventils führen, wobei insbesondere schnelle Bewegungen des Ventilglieds beeinträchtigt sind und somit keine exakte Einstellung des Drucks im Kraftstoffspeicher erfolgen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Druckregelventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Ventilglied über seine Führungsabschnitte definiert in der Bohrung geführt ist und somit die Funktionssicherheit des Druckregelventils verbessert ist.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Druckregelventils angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ist ein Verkanten des Ventilglieds in der Bohrung vermieden.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Druckregelventil in einem Längsschnitt, Fig. 2 in vergrößerter Darstellung ein Ventilglied des Druckregelventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und Fig. 3 das Ventilglied gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ausschnittsweise ein Speicherkraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschinen, dargestellt. Das Speicherkraftstoffeinspritzsystem, das auch als Common-Rail-Einspritzsystem bezeichnet wird, weist eine Hochdruckpumpe 10 auf, durch die Kraftstoff unter Hochdruck aus einem Kraftstoffvorratstank 11 in einen Kraftstoffspeicher 12 gefördert wird. Der Kraftstoffspeicher 12 ist beispielsweise röhrenförmig, als sogenanntes Rail, ausgebildet. Vom Kraftstoffspeicher 12 führen Leitungen 14 zu den Einspritzstellen an der Brennkraftmaschine 16 ab, in denen jeweils ein Ventil 18 angeordnet ist. Zur Einstellung des Drucks im Kraftstoffspeicher 12 ist ein Druckregelventil 20 vorgesehen, das am Auslaß der Hochdruckpumpe 10 oder am Kraftstoffspeicher 12 angeordnet sein kann.

Das Druckregelventil 20 weist einen Ventilkörper 24 auf, in dem eine Bohrung 26 ausgebildet ist, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 28 axial verschiebbar angeordnet ist, das nachfolgend noch näher erläutert wird. Am Ventilkörper 24 ist ein Befestigungsflansch 22 ausgebildet, über den der Ventilkörper an der Hochdruckpumpe 10 oder am Kraftstoffspeicher 12 befestigt ist. Der Ventilkörper 24 weist einen die Bohrung 26 koaxial umgebenden Ringraum 30 auf, in dem ein Elektromagnet 32 mit einer Spulenwicklung angeordnet ist. Auf den Ventilkörper 24 ist ein Anschlußelement 23 aufgesteckt, der zur elektrischen Kontaktierung des Elektromagneten 32 dient. Auf der dem Anschlußelement 23 zugewandten Seite des Ventilkörpers 24 ist ein Federteller 34 angeordnet, der den Ringraum 30 überdeckt und an dessen dem Ringraum 30 abgewandter Seite sich eine vorgespannte Feder 36, die beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, abstützt. Die Feder 36 stützt sich andererseits an einem mit dem Ventilkörper 24 verbundenen Deckel 38 ab, der in einen hohlzylinderförmigen Ansatz 40 des Ventilkörpers 24 eingesetzt ist. Der Ansatz 40 des Ventilkörpers 24 weist einen größeren Querschnitt auf als der Ringraum 30 und der Deckel 38 kann beispielsweise durch Umbördeln des Ansatzes 40 im Ventilkörper 24 gehalten sein. Das Ventilglied 28 ragt in den Ansatz 40 hinein aus der Bohrung 26 heraus und weist dort einen verringerten Durchmesser auf, so daß am Ventilglied 28 eine Ringschulter 42 gebildet ist. Das Ventilglied 28 ragt mit seinem Ende in eine Bohrung des Federtellers 34 hinein, der sich in axialer Richtung an der Ringschulter 42 des Ventilglieds 28 abstützt.

Die Bohrung 26 weist in ihrem dem Ansatz 40 gegenüberliegenden Endbereich einen vergrößerten Durchmesser auf, in den ein Ventileinsatz 44 eingesetzt ist. Der Ventileinsatz 44 kann im Ventilkörper 24 beispielsweise gehalten sein, indem ein vom Ventilkörper 24 abstehender Rand über den Ventileinsatz 44 umgebördelt ist. Der Ventileinsatz 44 weist eine Bohrung 46 auf, die zumindest annähernd koaxial zur Bohrung 26 des Ventilkörpers 24 angeordnet ist und in die der Endbereich des Ventilglieds 28 hineinragt, der beispielsweise sich etwa konisch verjüngend ausgebildet sein kann. Der Durchmesser der Bohrung 46 im Ventileinsatz 44 verringert sich vom Ventilglied 28 weg, wobei am Übergang der Bohrung 46 zu ihrem kleineren Durchmesser ein Ventilsitz 48 gebildet ist, der beispielsweise etwa konisch ausgebildet sein kann. Nach dem an den Ventilsitz 48 anschließenden Abschnitt weist die Bohrung 46 wieder einen größeren Durchmesser auf. Im Ventileinsatz 44 ist ein Schließelement 50 beispielsweise in Form einer Kugel angeordnet, das mit dem Ventilsitz 48 zusammenwirkt. Der Ventileinsatz 44 weist in dem Bereich, in dem der Endbereich des Ventilglieds 28 in dessen Bohrung 46 ragt, eine oder mehrere Öffnungen 52 auf, durch die die Bohrung 46 mit der Umgebung des Ventileinsatzes 44 verbunden ist.

Das Ventilglied 28 ist in Fig. 2 vergrößert gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Ventilglied 28 besteht beispielsweise aus Stahl und bildet einen Anker des Elektromagneten 32. Das Ventilglied weist wie bereits vorstehend erläutert an seinem in Fig. 1 und 2 oberen Endbereich einen kleineren Durchmesser auf, wodurch die Ringschulter 42 gebildet ist, an der sich der Federteller 34 abstützt. Auf seinem in der Bohrung 26 angeordneten Bereich weist das Ventilglied 28 mehrere, vorzugsweise zwei in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnete Führungsabschnitte 54 auf, die einen Durchmesser aufweisen, der nur wenig kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung, so daß die Führungsabschnitte 54 mit geringem radialem Spiel in der Bohrung 26 angeordnet sind und das Ventilglied 28 über seine Führungsabschnitte 54 in der Bohrung verschiebbar geführt ist. Die Führungsabschnitte 54 sind als kurze Zylinderabschnitte ausgebildet und weisen in axialen Längsschnitten, das sind die Längsachse 29 des Ventilglieds 28 enthaltende Längsschnitte, gerade, parallel zur Längsachse 29 des Ventilglieds 28 verlaufende Mantellinien auf. Außerhalb der Führungsabschnitte 54 ist der Durchmesser des Ventilglieds 28 geringer als an den Führungsabschnitten 54 und deutlich geringer als der Durchmesser der Bohrung 26, so daß dort keine Anlage des Ventilglieds 28 an der Bohrung 26 gegeben ist. Der Übergang zwischen den Führungsabschnitten 54 und den übrigen Bereichen des Ventilglieds 28 kann beispielsweise wie in Fig. 2 dargestellt, durch etwa konisch verlaufende Übergangsabschnitte 56 erfolgen. Das Ventilglied 28 kann beispielsweise durch Drehen hergestellt werden.

In Fig. 3 ist das Ventilglied 128 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Ventilglied 128 besteht dabei wieder beispielsweise aus Stahl und bildet einen Anker des Elektromagneten 32. Das Ventilglied 128 weist in seinem in der Bohrung 26 angeordneten Bereich mehrere, vorzugsweise zwei in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnete Führungsabschnitte 154 auf. Die Führungsabschnitte 154 weisen wiederum einen Durchmesser auf, der nur wenig kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung, so daß die Führungsabschnitte 154 mit geringem radialem Spiel in der Bohrung 26 angeordnet sind und das Ventilglied 28 über seine Führungsabschnitte 154 in der Bohrung 26 verschiebbar geführt ist. Die Führungsabschnitte 154 sind ballig ausgebildet und weisen in axialen Längsschnitten konvex gekrümmte Mantellinien auf. Die Mantellinien der Führungsabschnitte 154 können beispielsweise zumindest annähernd als Kreisabschnitte mit einem Radius R1 ausgebildet sein. Die Übergänge zwischen den Führungsabschnitten 154 und den übrigen Bereichen des Ventilglieds 128 können gerundet sein mit in axialen Längsschnitten konkav gekrümmten Mantellinien, die beispielsweise zumindest annähernd als Kreisabschnitte mit einem Radius R2 ausgebildet sein können. Das Ventilglied 128 kann durch Drehen oder Rollen hergestellt werden. Durch die gerundeten Führungsabschnitte 154 ist ein Verkanten des Ventilglieds 128 in der Bohrung 26 mit Sicherheit vermieden.

Nachfolgend wird die Funktion des Druckregelventils 20 erläutert. Wenn der Elektromagnet 32 nicht bestromt ist, so wird das Ventilglied 28 bzw. 128 durch die Feder 36, die eine Schließfeder bildet, in den Ventileinsatz 44 hineingedrückt, wobei das Ventilglied 28, 128 mit seinem Stirnende am Schließelement 50 anliegt und dieses gegen den Ventilsitz 48 presst. Das Schließelement 50 ist vom Druck auf der Auslaßseite der Hochdruckpumpe 10 bzw. vom Druck im Kraftstoffspeicher 12 beaufschlagt, der auf das Schließelement 50 eine der Kraft der Schließfeder 36 entgegenwirkende Kraft erzeugt. Wenn die vom Druck erzeugte Kraft größer ist als die Kraft der Schließfeder 36, so wird das Schließelement 50 vom Ventilsitz 48 abgehoben und zusammen mit dem Ventilglied 28, 128 und dem Federteller 34 verschoben. Bei geöffnetem Druckregelventil 20 strömt aus dem Kraftstoffspeicher 12 Kraftstoff durch die Bohrung 46, den Ventilsitz 48 und die Öffnungen 52 des Ventileinsatzes 44 ab in einen Entlastungsraum, beispielsweise in den Kraftstoffvorratstank 11. Wenn der Elektromagnet 32 nicht bestromt ist, so öffnet das Druckregelventil 20 bereits bei einem relativ geringen Druck im Kraftstoffspeicher, der durch die Kraft der Schließfeder 36 bestimmt ist. Wenn der Druck im Kraftstoffspeicher 12 erhöht werden soll, so wird der Elektromagnet 32 bestromt, so daß das Ventilglied 28, 128 zusätzlich zu der Kraft der Schließfeder 36 auch durch die auf das Ventilglied wirkende magnetische Kraft in Schließrichtung beaufschlagt wird und das Schließelement 50 gegen den Ventilsitz 48 presst. Wenn die vom Druck im Kraftstoffspeicher 12 auf das Schließelement 50 erzeugte Kraft größer ist als die Kraft der Schließfeder 36 und die magnetische Kraft auf das Ventilglied 28, 128, so öffnet das Druckregelventil 20 und bleibt in seiner geöffneten Stellung und hält den Druck im Kraftstoffspeicher 12 konstant. Eine veränderte Fördermenge der Hochdruckpumpe 10 oder eine Entnahme von Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 12 bei der Einspritzung von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine 16 gleicht das Druckregelventil 20 durch unterschiedliche Öffnung aus. Die durch den Elektromagneten 32 auf das Ventilglied 28 bzw. 128 ausgeübte magnetische Kraft ist abhängig vom Strom, der durch den Elektromagneten 32 fließt, beispielsweise mit monoton steigender Kennlinie. Die Bestromung des Elektromagneten 32 wird durch eine Steuereinrichtung bestimmt, der Signale über verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 16 zugeführt werden und durch die die Stromstärke für den Elektromagneten 32 derart eingestellt wird, daß sich der für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 16 erforderliche Druck im Kraftstoffspeicher 12 einstellt. Die Stromstärke für den Elektromagneten 32 kann beispielsweise dadurch verändert werden, daß die Stromzufuhr getaktet wird, beispielsweise mit einer Pulsweitenmodulation.

Claims

1. Druckregelventil für ein Speicherkraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen zur Regelung des Druckes in einem Kraftstoffspeicher (12), mit einem in einer Bohrung (26) gegen die Kraft einer Schließfeder (36) axial verschiebbar geführten kolbenförmigen Ventilglied (28; 128), das auf ein Schließelement (50) in Schließrichtung wirkt und dieses gegen einen Ventilsitz (48) presst, wobei das Ventilglied (28; 128) einen Anker eines Elektromagneten (32) bildet, der zur Unterstützung der Schließkraft der Schließfeder (36) bestrombar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (28; 128) in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnete Führungsabschnitte (54; 154) aufweist, über die es in der Bohrung (26) geführt ist, und daß das Ventilglied (28; 128) außerhalb der Führungsabschnitte (54; 154) eine kleineren Querschnitt aufweist als im Bereich der Führungsabschnitte (54; 154)

2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte (54) des Ventilglieds (28) als Zylinderabschnitte ausgebildet sind mit in axialen Längsschnitten geraden Mantellinien.

3. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsabschnitte (154) des Ventilglieds (128) ballig ausgebildet sind mit in axialen Längsschnitten konvex gekrümmten Mantellinien.

4. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (28; 128) zwei Führungsabschnitte (54; 154) aufweist.