EP2016278A1 - Druckregelventil mit notfahr- und belüftungsfunktion - Google Patents

Druckregelventil mit notfahr- und belüftungsfunktion

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EP2016278A1
EP2016278A1 EP07726779A EP07726779A EP2016278A1 EP 2016278 A1 EP2016278 A1 EP 2016278A1 EP 07726779 A EP07726779 A EP 07726779A EP 07726779 A EP07726779 A EP 07726779A EP 2016278 A1 EP2016278 A1 EP 2016278A1
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EP
European Patent Office
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pressure
valve
cavity
fuel injection
accumulator
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EP07726779A
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French (fr)
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EP2016278B1 (de
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Gerhard Geyer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP2016278B1 publication Critical patent/EP2016278B1/de
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    • F02M55/025—Common rails
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0043—Two-way valves
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    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F02M63/023—Means for varying pressure in common rails
    • F02M63/0235—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure
    • F02M63/025—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure from the common rail
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/46—Details, component parts or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus covered by groups F02M69/02 - F02M69/44
    • F02M69/54—Arrangement of fuel pressure regulators

Definitions

  • Figure 9 shows a pressure regulating valve known from the publication "Diesel engine management", 2nd, updated and expanded edition - Set, compare page 267, Figure 7 of the same publication.
  • the pressure regulating valve comprises a ball valve, which contains a ball-shaped closing body.In the pressure regulating valve, an armature is received, on the one hand acted upon by a compression spring and on the other hand, an electromagnet is arranged opposite. The armature of the pressure control valve is lapped for lubrication and cooling of fuel.
  • the pressure regulating valve If the pressure regulating valve is not actuated, the high pressure applied in the high-pressure storage space or at the outlet of the high-pressure pump is applied via the high-pressure inlet to the pressure regulating valve. Since the electroless electromagnet exerts no force, the high pressure force outweighs the spring force of a compression spring, so that the pressure regulating valve opens and this remains more or less open depending on the amount of fuel delivered.
  • the pressure control valve is activated, d. H. when the electromagnet is energized, the pressure in the high-pressure circuit is increased. For this purpose, a magnetic force is generated in addition to the force exerted by the compression spring.
  • the pressure control valve is closed until there is an equilibrium of forces between the high-pressure force on the one hand and the spring force and the magnetic force on the other hand.
  • the magnetic force of the solenoid is proportional to the drive current I of the solenoid within the pressure control valve.
  • the drive current I can be varied by clocking (pulse width modulation).
  • the pressure control valve is screwed into the high-pressure pump, for example.
  • the air gap L is at the dismantling of the pressure control valve in a receiving body, here for example a high-pressure pump set.
  • a pressure tolerance ⁇ ⁇ p of the pressure control valve is determined.
  • the fuel injection system comprises a high-pressure storage space, which is acted upon by a high-pressure delivery unit with high-pressure fuel and the fuel injectors supplied with fuel.
  • the high-pressure conveying unit is assigned a pressure regulating valve, which is arranged between a high-pressure side and a low-pressure side and comprises a valve element which can be activated via an electrical point.
  • the pressure regulating valve comprises a housing component, which contains a deformable region, by means of which a gap L between surfaces of an electrically controllable location arrangement can be adjusted during assembly of the pressure regulating valve to a receiving body.
  • a pressure regulating valve is used in connection with the two-position concept, which has the task of dynamic pressure reduction in leak-free injectors, such as by means of a piezoelectric actuator controlled fuel injectors in the lower speed and load range the internal combustion engine to allow a very good pressure control at low pressures. This can not be realized in the required quality by alone on the suction side of a high-pressure pumping unit effective regulations.
  • the above-mentioned lekage-free injectors have hitherto not been used, which means that the pressure reduction in this application occurs only via the system-inherent leakage of the fuel injectors.
  • a known from the prior art pressure control valve (Figure 1) has the property of being completely open in the de-energized state to ensure the filling of the high-pressure accumulator even after switching off the internal combustion engine and thus a quick restart of the internal combustion engine.
  • a solution from the customer side is not acceptable because, for example, in the event of an electrical failure such as a cable drop this fuel injection system is depressurized and thus has an immediate shutdown of the internal combustion engine result. This is not permitted because of the high required vehicle availability.
  • the present invention seeks to provide a pressure control valve for use in high-pressure accumulator injection systems, in particular for commercial vehicles, which ensures an emergency running function.
  • this object is achieved in that the pressure control valve or the high-pressure accumulator body (common rail), a check valve is used, the opening direction is directed from the low pressure side to the high pressure side and which allows a connection of the low pressure side fuel return to the high pressure region of the high pressure accumulator, if by the Cooling in the high-pressure accumulator resulting negative pressure opens this check valve and thus ensures the filling of the high-pressure accumulator. This ensures that the high-pressure accumulator is completely filled. Is in the high-pressure accumulator by the high pressure accumulator pressurizing high-pressure pumping unit, such as the high-pressure fuel pump, high pressure, d. H. Built system pressure, the check valve closes the high pressure area against the low pressure side return from.
  • high-pressure pumping unit such as the high-pressure fuel pump, high pressure, d. H.
  • the non-return valve separating the low-pressure side from the high-pressure side of the high-pressure accumulator can be integrated in the wall of the high-pressure accumulator chamber (common rail) or can also be accommodated in a base plate of the pressure control valve. Decisive for the installation point of the check valve is the fact that through the check valve the high pressure side and the low pressure side of the high-pressure accumulator space in one direction, ie from the low pressure side toward the high pressure side of fuel can flow and thus a constant filling of the cavity of the high-pressure fuel accumulator (Common Rail) is guaranteed.
  • the pressure regulating valve proposed according to the invention in comparison to the solution known from the prior art, the direction of action of the electromagnet and the closing spring are reversed.
  • the electromagnet of the pressure regulating valve proposed according to the invention applies a force in the opening direction with respect to a closing element which closes the high-pressure reservoir at one end, while an armature bolt, which closes the closing acted upon element acted upon closing spring acts in relation to the closing element in the closing direction.
  • FIG. 1 shows a pressure regulating valve known from the prior art, in which the electromagnet acts in the closing direction and a spring element acts in the opening direction;
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the pressure regulating valve shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a pressure regulating valve with a reversed effective direction of magnetic force generated by the electromagnetic coil and a closing force applied by a closing spring
  • Figure 4 is a schematic diagram of the inventively proposed pressure control valve with acting in the opening direction electromagnet and acting in the closing direction closing spring and a schematically illustrated installation position of a check valve and
  • FIG. 5 shows a section through the pressure regulating valve proposed according to the invention, measured according to the schematic diagram in FIG. 4 and FIG. 5
  • Figure 5.1 a valve integrated in a seat ring for filling the high-pressure accumulator.
  • FIG. 1 shows a pressure regulating valve known from the prior art, in which an electromagnet acts in the closing direction with respect to a closing element, and FIG acting on the armature of the pressure control valve pressure spring acts in the opening direction with respect to the closing element.
  • FIG. 1 shows a pressure regulating valve 10, which has a magnetic coil 26, which can be supplied with current via an electrical connection 12 with a plug connection.
  • the pressure control valve 10 as shown in Figure 1 comprises a housing 14 which is sealed by a sealing ring 16 against the electrical connection 12.
  • a compression spring 18 is received, which encloses an anchor bolt 20 and an anchor plate 22 is acted upon in the opening direction.
  • the armature plate 22 opposite is located on the plug 12 a stop 24.
  • the aforementioned magnetic coil 26 is added.
  • An end face 28 of the anchor plate 22 and an end face 30 of the housing 14 are facing each other, wherein the distance between these two end faces 28, 30 defines the stroke of the anchor bolt 20 when the solenoid 26 is energized.
  • the anchor bolt 20 is slidable in an anchor hole 32 of the housing 14 of the pressure regulating valve 10.
  • the housing 14 of the pressure regulating valve 10 is screwed by means of a thread 52 with a high-pressure accumulator 34.
  • low pressure holes 36 are formed on both sides of a cavity, which open into a return line 38, flows back through the low pressure side fuel into a tank of a motor vehicle.
  • a seat ring 42 is disposed within a receptacle 44.
  • a seat 50 is formed for a closing element 48, which is formed spherical in the illustration of Figure 1.
  • a tubular cavity 46 is formed in which fuel under system pressure is stored.
  • the system pressure of the fuel is built up via a high-pressure delivery unit acting on the high-pressure accumulator 34, such as a high-pressure pump, which is not shown in the illustration according to FIG. 1, but is connected to the high-pressure accumulator 34.
  • the entire fuel injection system can become pressureless in the event of a fault such as a cable waste, which leads to the immediate shutdown of the internal combustion engine, which is unacceptable for reasons of availability in commercial vehicle applications.
  • FIG. 2 shows a schematic view of the directions of action of the electromagnet and of the compression spring in the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • FIG. 2 shows that the magnetic coil 26 shown in FIG. 1 acts on the anchor bolt 20 in a first effective direction 62, whereby the closing element 48 is placed in the seat ring 42. If the solenoid 26 is de-energized, the first effective direction 62 of the magnetic force is released and the closing element 48 opens due to acting in the first direction of action 60 spring force of the valve spring of the compression spring 18, so that the space 46, in which fuel under system pressure fuel is stored, is depressurized via the low-pressure bores 36, since the closing element 48 is open.
  • Figure 3 is a schematic diagram of a pressure control valve can be removed, in which the directions of action of the electromagnet and the valve spring in comparison to the representation of Figure 2 are reversed.
  • the magnetic coil 26, as shown in FIG. 1 acts in a second effective direction 72, ie. H. with respect to the closing element 48 in the opening direction.
  • the compression spring 18 acts in the closing direction with respect to the closing element 48, so that uncontrolled outflow of the fuel volume stored in the cavity 46 of the high-pressure accumulator 34 into the low-pressure bores 36 and thus into the solenoid coil 26 (see illustration according to FIG the return line 38 is prevented to the tank of the vehicle.
  • refilling the cavity 46 according to the illustration in FIG. 3 is not possible with the thematic basic structure shown there.
  • FIG. 4 shows a schematic schematic diagram of the pressure regulating valve proposed according to the invention. It can be seen from the illustration according to FIG. 4 that the reverse-acting pressure regulating valve 80 described in greater detail below in the magnet coil 26 has an electromagnet 26 which acts in the second direction of action 72, ie with respect to the closing element 48 in the opening direction. In contrast, a closing force is applied by a closing spring described in more detail below, which in the illustration of FIG 4 in the second direction of action 70, ie the closing element 48 is acted upon in the closing direction and thus in the seat in the seat ring 42.
  • the magnet coil 26 When the magnet coil 26 is not energized, it is thus ensured that the fuel volume stored in the cavity 46 of the high-pressure accumulator 34 does not flow back into the low-pressure bores 36 and thus into the return line 38 to the tank of the vehicle without system pressure.
  • a check valve 74 is integrated between the cavity 46 of the high pressure accumulator 34 and the low pressure side - indicated here by the low pressure bores 36 - .
  • the check valve has an opening direction which is directed from the low-pressure region to the high-pressure region, ie to the cavity 46 in the high-pressure accumulator 34.
  • the check valve 74 is closed when pressure is applied to the cavity 46 of the high-pressure accumulator 34 in the direction of the low pressure, whereas upon cooling of the high-pressure accumulator 34 and stored in the cavity 46 fuel volume and resulting from the associated decrease in volume of the fuel vacuum - when the Internal combustion engine - allows inflow of fuel from the low pressure side via the check valve 74 into the cavity 46.
  • a pressure regulating valve 80 shown in FIG. 5 is screwed by way of the thread 52 to the high-pressure accumulator 34 (common rail) which is of tubular design here.
  • the magnetic coil 26 is received, the electrical connections 12 are each enclosed by sealing rings 82.
  • an anchor bolt plate 86 enclosing anchor bolt receptacle 98 and a closing spring 84 enclosing closing spring receptacle 100.
  • the anchor bolt receptacle 98 and the closing spring receptacle 100 are separated by a gap 92.
  • a gap spacing 94 between the mutually facing end sides of the anchor bolt receptacle 98 and the closing spring receptacle 100 is indicated by reference numeral 94.
  • the housing 14 of the anchor bolt 20 is guided in the anchor hole 32, which on the one hand provided with the aforementioned anchor bolt plate 86 and on the other hand, at its the seat ring 42nd facing side has a flattening 90.
  • the flattening 90 is opposite to the closing element 48 shown in FIG. 5 in spherical form.
  • the seat ring 42 is furthermore arranged inside the receptacle 44, in which the seat 50 is formed by the ball-shaped closing element 48.
  • a high pressure side of the seat ring 42 is identified by reference drawing 102
  • a low pressure side of the seat ring 42 which assigns the cavity 40 in the housing 14, is identified by reference numeral 104.
  • the both the closing spring receptacle 100 and partially enclosed by the anchor bolt receptacle 98 closing spring 84 is biased by a biasing member 96.
  • the other end of the closing spring 84 is supported on the anchor bolt plate 86 of the anchor bolt 20.
  • the check valve 74 is located in the wall of the tubular high-pressure accumulator 34 (common rail).
  • the check valve 74 has a ball-shaped closing element 108, which is acted upon by a spring 106.
  • the spring 106 can, as shown in Figure 5, be fixed by a pressed-ring, so that the spring 106 has to apply only small spring forces.
  • Figure 5.1 a variant of the proposed solution according to the invention is shown, in which the components of the valve 74, designed as a check valve, between the high pressure area and low pressure area, the spherical closure member 108 and fixed by a ring spring 106 are integrally formed in the seat ring 42 and also provide a filling possibility of the cavity 46.
  • the check valve 74 in the wall of the high-pressure accumulator 34 (common rail), the fuel flow is suppressed by the pressurized system cavity 46 of the high-pressure accumulator 34 in the direction of a low-pressure side cavity 112, since the in the illustration of Figure 5 spherically shaped closing element 108 in his seat 110 is pressed in the wall of the high-pressure accumulator 34.
  • the check valve 74 it is achieved with the check valve 74 that when the fuel is cooled and the internal combustion engine is shut off, the cavity 46, which in this case is not subjected to system pressure, is filled via the check valve 74 from the low-pressure side cavity 112.
  • the check valve 74 is opened by adjusting itself in the cavity 46 of the high pressure accumulator 34 upon cooling of the fuel contained therein negative pressure, whereby a filling of the cavity 46 of the high pressure accumulator 34 via the low pressure side cavity 112 is possible.
  • the cavity 46 is separated from the low-pressure side cavity 112 through the check valve 74 in that the here spherically shaped closing element 108 of the check valve 74 in its seat 110 in the wall of the high-pressure accumulator 34 (common rail) is pressed.
  • the check valve 74 is formed in the wall of the high-pressure accumulator 34 (common rail).
  • the non-return valve 74 shown in FIG. 5 also in the base plate 42 of the pressure regulating valve 80 with the reverse direction of action.
  • the check valve 74 alone is decisive that is separated by the system pressure leading cavity 46 of the high-pressure accumulator 34 of the low pressure side of the pressure control valve 80 with reverse direction of action such that an opening direction of the check valve 74 results from the low-pressure side to the high pressure side.
  • the pressure control valve 80 shown in Figure 5 with reverse direction of effect is used advantageously in motor vehicle or commercial vehicle applications, in which leak-free fuel injectors, which are controlled for example by means of a piezoelectric actuator, are used. If the solenoid 26 of the pressure control valve 80 shown in Figure 5 de-energized, which may occur, for example, by a cable drop, it is on the closing spring 84, which acts in the second direction of action 70 on the ball-shaped closure member 48 ensures that he In the cavity 46, stored fuel does not flow via the open closing element 48 into the low-pressure side cavity 40 in the housing 14 and from there via the low-pressure bores 36 into the low-pressure-side return line 38 shown in FIG. This ensures at a cable waste that stored in the cavity 46 under system pressure fuel is stored, so that an emergency drive function of the equipped with a high-pressure accumulator injection system with the present invention proposed pressure control valve 80 is maintained.
  • the anchor bolt 20 is acted upon by the closing spring 84 in the second direction of action 70, so that the closing element 48 remains in its seat 50 in the seat ring 42. Furthermore, it is ensured by the either in the wall of the high-pressure accumulator 34 (common rail) check valve 74 or recessed into a base plate of the pressure control valve 80 with reverse direction of action valve 74 that in the case of Stromlos becoming the solenoid 26 fuel in the cavity 46 of the high-pressure accumulator 34 (common rail) can flow from the low-pressure region 112 when the force fabric volume z. B. reduced by cooling and thus creates a negative pressure in the high pressure storage volume.

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Description

Beschreibung
Druckregelventil mit Notfahr- und Belüftungsfunktion
Stand der Technik
Aus der Veröffentlichung „Dieselmotor-Management", 2., aktualisierte und erweiterte Auflage, Viehweg 1998, Braunschweig; Wiesbaden, ISBN 3-528-03873-X, S. 270 Abbildung 9 ist ein Druckregelventil bekannt. Das Druckregelventil wird an einer Hochdruckpumpe ein- gesetzt, vergleiche S. 267, Bild 7 derselben Veröffentlichung. Das Druckregelventil umfasst ein Kugelventil, welches einen kugelförmig ausgebildeten Schließkörper enthält. Innerhalb des Druckregelventils ist ein Anker aufgenommen, der einerseits von einer Druckfeder beaufschlagt ist und dem andererseits ein Elektromagnet gegenüberliegend angeordnet ist. Der Anker des Druckregelventils ist zur Schmierung und zur Kühlung von Kraftstoff umspült.
Ist das Druckregelventil nicht angesteuert, so steht der im Hochdruckspeicherraum oder am Ausgang der Hochdruckpumpe anliegende hohe Druck über den Hochdruckzulauf am Druckregelventil an. Da der stromlose Elektromagnet keine Kraft ausübt, überwiegt die Hochdruckkraft gegenüber der Federkraft einer Druckfeder, so dass das Druckregelventil öffnet und dieses je nach geförderter Kraftstoffmenge mehr oder weniger geöffnet bleibt.
Wird das Druckregelventil hingegen angesteuert, d. h. wird der Elektromagnet bestromt, wird der Druck im Hochdruckkreis erhöht. Dazu wird zusätzlich zur durch die Druckfeder ausgeübten Kraft eine magnetische Kraft erzeugt. Das Druckregelventil wird geschlossen, bis zwischen der Hochdruckkraft einerseits und der Federkraft sowie der Magnetkraft andererseits ein Kräftegleichgewicht vorliegt. Die magnetische Kraft des Elektromagneten ist proportional zum Ansteuerstrom I der Magnetspule innerhalb des Druckregelventils. Der Ansteuerstrom I kann durch Taktung (Pulsweitenmodulation) variiert werden.
Gemäß der oben genannten Veröffentlichung Seite 270, Bild 7 wird das Druckregelventil in die Hochdruckpumpe zum Beispiel eingeschraubt. Dabei tritt das Problem auf, dass die notwendige, exakte Kennlinie p = f(I), wobei mit I der Ansteuerstrom des Elektromagneten bezeichnet ist für q = const. Der Luftspalt L wird bei der Demontage des Druckregelventils in einen Aufnahmekörper, hier zum Beispiel eine Hochdruckpumpe, eingestellt. Abhängig vom Luftspalt L stellt sich die Kennlinie des Druckregelventils p = f(I) ein. Die geforderte Toleranz der genannten Kennlinie p = f(I) des Druckregelventils wird in einem Prüfpunkt eingestellt, der durch einen ausgewählten Wert für den Ansteuerstrom I der Spule des E- lektromagneten definiert ist. In diesem Prüfpunkt wird eine Drucktoleranz ±Δp des Druckregelventils ermittelt. Je kleiner diese Toleranz ausfällt, eine um so bessere Regelqualität hinsichtlich des Ansteuerverhaltens des Druckregelventils ist erzielbar und desto genauer spricht das Druckregelventil auf Druckschwankungen zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite an. Da der Luftspalt L abhängig von der Montagequalität ist und bei bisheri- gen Vorgehen nur mit größerem Aufwand eingestellt werden kann, hängt im Prüfpunkt sich einstellende Drucktoleranz ±Δp in erheblichem Maße von der Güte der Montage des Druckregelventils an einer Hochdruckpumpe oder einem anderen mit hohem Druck beaufschlagten Bauteil ab.
DE 102 14 084 Al bezieht sich auf ein einstellbares Druckregelventil für Kraftstoffeinspritzsysteme. Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Hochdruckspeicherraum, der über ein Hochdruckförderaggregat mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist und der Kraftstoffinjektoren mit Kraftstoff versorgt. Dem Hochdruckförderaggregat ist ein Druckregelventil zugeordnet, das zwischen einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite angeordnet ist und ein Ventilelement umfasst, welches über eine elektrische Stelle ansteuerbar ist. Das Druckregelventil umfasst eine Gehäusekomponente, die einen verformbaren Bereich enthält, über den bei Montage des Druckregelventils an einem Aufnahmekörper ein Spalt L zwischen Flächen einer elektrisch ansteuerbaren Stellenanordnung einstellbar ist.
Bei Hochdruckeinspritzsystemen wie, z.B. einem Common-Rail-System für Kraftfahrzeuge, wird im Zusammenhang mit dem Zweistellerkonzept ein Druckregelventil verwendet, welches die Aufgabe hat, den dynamischen Druckabbau bei leckfreien Injektoren, so zum Beispiel mittels eines Piezoaktors angesteuerten Kraftstoffinjektoren im unteren Drehzahl- und Lastbereich der Verbrennungskraftmaschine eine sehr gute Druckregelung bei niedrigen Drücken zu ermöglichen. Diese ist durch allein auf der Saugseite eines Hochdruckförderaggregates wirksame Regelungen nicht in der erforderlichen Güte realisierbar. Bei Nutzfahr- zeugen sind bisher die genannten lekagenfreien Injektoren nicht im Einsatz, was bedeutet, dass der Druckabbau in diesem Anwendungsfall nur über die systemimmanente Leckage der Kraftstoffinjektoren erfolgt. Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Druckregelventil (Figur 1) hat die Eigenschaft, im stromlosen Zustand vollständig geöffnet zu sein, um die Befüllung des Hochdruckspeichers auch nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine und damit einen schnellen Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine sicherzustellen. Für Nutzfahrzeuge ist eine solche Lösung von der Kundenseite her nicht akzeptabel, da zum Beispiel bei Auftreten eines elektrischen Fehlers wie zum Beispiel eines Kabelabfalls dieses Kraftstoffeinspritzsystem drucklos wird und damit ein sofortiges Abstellen der Verbrennungskraftmaschine zur Folge hat. Dies ist wegen der hohen geforderten Fahrzeugverfüg- barkeit nicht zulässig.
Offenbarung der Erfindung
Angesichts des aufgezeigten technischen Problems und der aus dem Stand der Technik be- kannten Lösungen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Druckregelventil für den Einsatz in Hochdruckspeichereinspritzsystemen insbesondere für Nutzfahr- zeuge bereitzustellen, welches eine Notfahrfunktion gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass am Druckregelventil oder am Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail) ein Rückschlagventil eingesetzt wird, dessen Öffnungsrichtung von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite gerichtet ist und welches eine Verbindung des niederdruckseitigen Kraftstoffrücklaufes mit dem Hochdruckbereich des Hochdruckspeichers ermöglicht, wenn der durch die Abkühlung im Hochdruckspeicher entstehende Unterdruck dieses Rückschlagventil öffnet und damit die Befüllung des Hoch- druckspeichers sicherstellt. Damit ist immer die vollständige Befüllung des Hochdruckspeichers sichergestellt. Wird im Hochdruckspeicher durch das den Hochdruckspeicher beaufschlagende Hochdruckförderaggregat, wie zum Beispiel die Kraftstoffhochdruckpumpe, Hochdruck, d. h. Systemdruck aufgebaut, so schließt das Rückschlagventil den Hochdruckbereich gegen den niederdruckseitigen Rücklauf ab.
Das die Niederdruckseite von der Hochdruckseite des Hochdruckspeichers trennende Rückschlagventil kann in die Wand des Hochdruckspeicherraumes (Common-Rail) integriert sein oder lässt sich auch in einer Grundplatte des Druckregelventils unterbringen. Entscheidend für die Einbaustelle des Rückschlagventils ist der Umstand, dass durch das Rückschlagventil die Hochdruckseite und die Niederdruckseite des Hochdruckspeicherraums in eine Richtung, d. h. von der Niederdruckseite in Richtung auf die Hochdruckseite von Kraftstoff durchströmbar ist und somit eine ständige Befüllung des Hohlraumes des Kraftstoffhochdruckspeichers (Common-Rail) gewährleistet ist. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventil sind im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lö- sung der Wirksinn des Elektromagneten und der Schließfeder vertauscht. Dies bedeutet, dass der Elektromagnet des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventils eine Kraft in Öffnungsrichtung in Bezug auf ein den Hochdruckspeicherraum an einer Stirnseite verschließendes Schließelement aufbringt, während eine einen Ankerbolzen, der das Schließ- element beaufschlagt, beaufschlagende Schließfeder in Bezug auf das Schließelement in Schließrichtung wirkt. Bei der Abkühlung des Hochdruckspeicherkörpers entsteht in diesem ein Unterdruck, wodurch das Ventil öffnet und ein Nachströmen von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in den Hochdruckspeicherkörper nach sich zieht. Damit ist beim Sys- temwiederstart immer eine vollständige Füllung des Hochdruckspeicherkörpers sichergestellt und somit ein schnellerer Start möglich.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Druckregelventil, bei dem der Elekt- romagnet in Schließrichtung wirkt und ein Federelement in Öffnungsrichtung wirkt,
Figur 2 eine Prinzipskizze des in Figur 1 dargestellten Druckregelventils,
Figur 3 ein Druckregelventil mit vertauschter Wirkrichtung von durch die Elektromagnetspule erzeugter Magnetkraft und durch eine Schließfeder aufgebrachter Schließkraft,
Figur 4 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventils mit in Öffnungsrichtung wirkendem Elektromagneten und in Schließrichtung wirkender Schließfeder und einer schematisch dargestellten Einbauposition eines Rückschlagventils und
Figur 5 einen Schnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Druckregelventil ge- maß der Prinzipskizze in Figur 4 und
Figur 5.1 ein in einen Sitzring integriertes Ventil zur Befüllung des Hochdruckspeichers.
Ausführungsvarianten
Figur 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Druckregelventil zu entnehmen, bei dem ein Elektromagnet in Schließrichtung in Bezug auf ein Schließelement wirkt und eine den Anker des Druckregelventils beaufschlagende Druckfeder in Öffnungsrichtung in Bezug auf das Schließelement wirkt.
Figur 1 zeigt ein Druckregelventil 10, welches eine Magnetspule 26 aufweist, die über einen elektrischen Anschluss 12 mit Steckeranschluss bestrombar ist. Das Druckregelventil 10 gemäß der Darstellung in Figur 1 umfasst ein Gehäuse 14, welches über einen Dichtring 16 gegen den elektrischen Anschluss 12 abgedichtet ist. Im Gehäuse 14 des Druckregelventils 10 ist eine Druckfeder 18 aufgenommen, welche einen Ankerbolzen 20 umschließt und eine Ankerplatte 22 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Der Ankerplatte 22 gegenüberliegend befindet sich am Stecker 12 ein Anschlag 24. Im Gehäuse 14 des Druckregelventils 10 gemäß der Darstellung in Figur 1 ist die bereits erwähnte Magnetspule 26 aufgenommen. Eine Stirnseite 28 der Ankerplatte 22 und eine Stirnseite 30 des Gehäuses 14 weisen einander zu, wobei der Abstand zwischen diesen beiden Stirnseiten 28, 30 den Hubweg des Ankerbolzens 20 bei Bestromung der Magnetspule 26 definiert.
Der Ankerbolzen 20 ist in einer Ankerbohrung 32 des Gehäuses 14 des Druckregelventils 10 verschiebbar.
Das Gehäuse 14 des Druckregelventils 10 ist mittels eines Gewindes 52 mit einem Hoch- druckspeicher 34 verschraubt. Im Gehäuse 14 des Druckregelventils 10 sind beidseits eines Hohlraums 40 Niederdruckbohrungen 36 ausgebildet, die in einen Rücklauf 38 münden, über den niederdruckseitig Kraftstoff in einen Tank eines Kraftfahrzeugs zurückströmt. Im Gehäuse 14 ist innerhalb einer Aufnahme 44 ein Sitzring 42 angeordnet. Im Sitzring 42 ist ein Sitz 50 für ein Schließelement 48 ausgebildet, welches in der Darstellung gemäß Figur 1 kugelförmig ausgebildet ist. Im Hochdruckspeicher 34 (Common-Rail) ist ein rohrförmig ausgebildeter Hohlraum 46 ausgebildet, in welchem unter Systemdruck stehender Kraftstoff bevorratet wird. Der Systemdruck des Kraftstoffs wird über ein den Hochdruckspeicher 34 beaufschlagendes Hochdruckförderaggregat wie zum Beispiel eine Hochdruckpumpe aufgebaut, die in der Darstellung gemäß Figur 1 nicht wiedergegeben ist, mit dem Hochdruck- Speicher 34 jedoch verbunden ist.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Druckregelventil 10 verliert im Falle eines Fehlers wie zum Beispiel eines Kabelabfalls am elektrischen Anschluss 12 der im Hohlraum 46 des Hochdruckspeichers 34 bevorratete Kraftstoff den für die Einspritzung erforderlichen Druck. Dies wird dadurch verursacht, dass im Falle eines Stromloswerdens der Magnetspule 26 die Ankerplatte 22 den Ankerbolzen 20 und damit das hier kugelförmig ausgebildete Schließelement 48 nicht in Schließrichtung beaufschlagt, sondern die Druckfeder 18 die Ankerplatte 22 gegen den Anschlag 24 am elektrischen Anschluss 12 stellt, so dass das Schließele- ment 48 öffnet und der im Hohlraum 46 des Hochdruckspeichers 34 gespeicherte Druck in den niederdruckseitigen Hohlraum 40 abgebaut wird und von dort über die Niederdruckbohrungen 36 in den Rücklauf 38 zum Tank des Fahrzeugs abströmt. Mithin kann mit der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante des Druckregelventils 10 im Falle eines Fehlers wie zum Beispiel einem Kabelabfall das gesamte Kraftstoffeinspritzsystem drucklos werden, was zum sofortigen Abstellen der Verbrennungskraftmaschine führt, was aus Verfügbarkeitsgründen bei Nutzfahrzeuganwendungen nicht hinnehmbar ist.
Figur 2 zeigt in schematischer Weise die Wirkrichtungen des Elektromagneten und der Druckfeder im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass die in Figur 1 dargestellte Magnetspule 26 den Ankerbolzen 20 in eine erste Wirkrichtung 62 beaufschlagt, wodurch das Schließelement 48 in den Sitzring 42 gestellt wird. Die im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 dar- gestellte Druckfeder 18 wirkt in einer ersten Wirkrichtung 60. Wird die Magnetspule 26 stromlos, wird die erste Wirkrichtung 62 der Magnetkraft aufgehoben und das Schließelement 48 öffnet aufgrund der in der ersten Wirkrichtung 60 wirkenden Federkraft der Ventilfeder der Druckfeder 18, so dass der Raum 46, in welchem unter Systemdruck stehender Kraftstoff bevorratet ist, über die Niederdruckbohrungen 36 drucklos wird, da das Schließ- element 48 offensteht.
Der Darstellung gemäß Figur 3 ist ein Prinzipschaltbild eines Druckregelventils entnehmbar, bei dem die Wirkrichtungen des Elektromagneten und der Ventilfeder im Vergleich zur Darstellung gemäß Figur 2 umgekehrt sind.
Gemäß des in Figur 3 dargestellten schematischen Schaubildes wirkt die Magnetspule 26 gemäß der Darstellung in Figur 1 in eine zweite Wirkrichtung 72, d. h. in Bezug auf das Schließelement 48 in Öffnungsrichtung. Demgegenüber wirkt die Druckfeder 18 in Bezug auf das Schließelement 48 in Schließrichtung, so dass bei einem Stromloswerden der Mag- netspule 26 (vgl. Darstellung gemäß Figur 1) unkontrolliertes Abströmen des im Hohlraum 46 des Hochdruckspeichers 34 bevorrateten Kraftstoffvolumens in die Niederdruckbohrungen 36 und damit in den Rücklauf 38 zum Tank des Fahrzeugs unterbunden ist. Eine Wie- derbefüllung des Hohlraumes 46 gemäß der Darstellung in Figur 3 ist mit der dort dargestellten thematischen Prinzipstruktur jedoch nicht möglich.
Der Darstellung gemäß Figur 4 ist eine schematische Prinzipskizze des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventils zu entnehmen. Aus der Darstellung gemäß Figur 4 geht hervor, dass der in die Magnetspule 26 eines nachfolgend eingehender beschriebenen Druckregelventils 80 mit umgekehrtem Wirksinn einen Elektromagneten 26 aufweist, der in die zweite Wirkrichtung 72, d. h. in Bezug auf das Schließelement 48 in Öffnungsrichtung wirkt. Demgegenüber wird durch eine nachfolgend eingehender beschriebene Schließfeder eine Schließkraft aufgebracht, die in der Darstellung gemäß Figur 4 in die zweite Wirkrichtung 70 verläuft, d. h. das Schließelement 48 in Schließrichtung beaufschlagt und damit in den Sitz im Sitzring 42 stellt. Bei einem Stromloswerden der Magnetspule 26 ist somit sichergestellt, dass das im Hohlraum 46 des Hochdruckspeichers 34 bevorratete, unter Systemdruck stehende Kraftstoffvolumen nicht unkon- tro liiert in die Niederdruckbohrungen 36 und damit in den Rücklauf 38 zum Tank des Fahrzeugs zurückströmt. Zwischen dem Hohlraum 46 des Hochdruckspeichers 34 und der Niederdruckseite - hier angedeutet durch die Niederdruckbohrungen 36 - ist ein Rückschlagventil 74 integriert. Das Rückschlagventil hat eine Öffnungsrichtung, die vom Niederdruckbereich zum Hochdruckbereich, d. h. zum Hohlraum 46 im Hochdruckspeicher 34 gerichtet ist. Demnach wird das Rückschlagventil 74 bei Druckbeaufschlagung des Hohlraumes 46 des Hochdruckspeichers 34 in Richtung auf den Niederdruck verschlossen, wohingegen bei Abkühlung des Hochdruckspeichers 34 bzw. des in dem Hohlraum 46 bevorrateten Kraftstoffvolumens und der durch die damit verbundene Volumenabnahme des Kraftstoffes entstehende Unterdruck - bei Abstellen der Verbrennungskraftmaschine - ein Einströmen von Kraftstoff von der Niederdruckseite über das Rückschlagventil 74 in den Hohlraum 46 ermöglicht.
Der Darstellung gemäß Figur 5 ist ein Schnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Druckregelventil mit vertauschtem Wirksinn von einer Schließfeder und eines Elektromag- neten detaillierter zu entnehmen.
Ein in Figur 5 dargestelltes Druckregelventil 80 ist über das Gewinde 52 mit dem hier rohr- förmig ausgebildeten Hochdruckspeicher 34 (Common-Rail) verschraubt. Im Gehäuse 14 des Druckregelventils 80 mit umgekehrtem Wirksinn ist die Magnetspule 26 aufgenommen, deren elektrische Anschlüsse 12 jeweils von Dichtringen 82 umschlossen sind. Im Gehäuse 14 des Druckregelventils 80 mit umgekehrtem Wirksinn befinden sich darüber hinaus ein eine Ankerbolzenplatte 86 umschließende Ankerbolzenaufnahme 98 sowie eine eine Schließfeder 84 umschließende Schließfederaufnahme 100. Die Ankerbolzenaufnahme 98 und die Schließfederaufnahme 100 sind durch einen Spalt 92 voneinander getrennt. Ein Spaltabstand 94 zwischen den einander zuweisenden Stirnseiten der Ankerbolzenaufnahme 98 und der Schließfederaufnahme 100 ist durch Bezugszeichen 94 gekennzeichnet. Im Gehäuse 14 ist in der Ankerbohrung 32 der Ankerbolzen 20 geführt, der einerseits mit der bereits erwähnten Ankerbolzenplatte 86 versehen und andererseits an seiner dem Sitzring 42 zuweisenden Seite eine Abflachung 90 aufweist. Die Abflachung 90 liegt dem in Figur 5 kugelförmig dargestellten Schließelement 48 gegenüber. Im Gehäuse 14 des Druckregelventils 80 mit umgekehrtem Wirksinn gemäß der Darstellung in Figur 5 ist darüber hinaus innerhalb der Aufnahme 44 der Sitzring 42 angeordnet, in dem der Sitz 50 durch das kugel- förmig ausgebildete Schließelement 48 ausgebildet ist. Eine Hochdruckseite des Sitzringes 42 ist durch Bezugszeichnung 102 identifiziert, eine Niederdruckseite des Sitzringes 42, die den Hohlraum 40 im Gehäuse 14 zuweist, ist durch Bezugszeichen 104 identifiziert.
Die sowohl der Schließ federaufnahme 100 als auch teilweise von der Ankerbolzenaufnahme 98 umschlossene Schließfeder 84 wird über ein Vorspannelement 96 vorgespannt. Über dieses Vorspannelement 96, an welchem sich ein Ende der Schließfeder 84 abstützt, kann die auf die Ankerbolzenplatte 86 des Ankerbolzens 20 wirkende, in die zweite Wirkrichtung
70 wirkende Federkraft, die durch die Schließfeder 84 aufgebracht wird, eingestellt werden.
Das andere Ende der Schließfeder 84 stützt sich auf der Ankerbolzenplatte 86 des Anker- bolzens 20 ab.
In der Darstellung gemäß Figur 5 befindet sich das Rückschlagventil 74 in der Wand des rohrförmig ausgebildeten Hochdruckspeichers 34 (Common-Rail). Das Rückschlagventil 74 weist ein hier kugelförmig ausgebildetes Schließelement 108 auf, welches über eine Feder 106 beaufschlagt ist. Die Feder 106 kann, wie in Figur 5 dargestellt, durch einen eingepress- ten Ring fixiert werden, so dass die Feder 106 nur kleine Federkräfte aufbringen muss. In Figur 5.1 ist eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung gezeigt, in der die Komponenten des Ventils 74, ausgeführt als Rückschlagventil, zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich, das kugelförmige Schließelement 108 und die durch einen Ring fixierte Feder 106 in dem Sitzring 42 integriert ausgebildet sind und ebenfalls eine Befüllmöglichkeit des Hohlraums 46 bereitstellen. Durch das Rückschlagventil 74 in der Wand des Hochdruckspeichers 34 (Common-Rail) wird die Kraftstoffströmung vom unter Systemdruck stehenden Hohlraum 46 des Hochdruckspeichers 34 in Richtung eines niederdruckseitigen Hohlraumes 112 unterbunden, da das in der Darstellung gemäß Figur 5 kugelförmig ausgebildete Schließelement 108 in seinen Sitz 110 in der Wand des Hochdruckspeichers 34 gedrückt wird. Andererseits wird mit dem Rückschlagventil 74 erreicht, dass bei abkühlendem Kraftstoff und abgestellter Verbrennungskraftmaschine über den niederdruckseitigen Hohlraum 112 eine Befüllung des in diesem Falle nicht mit Systemdruck beaufschlagten Hohlraums 46 über das Rückschlagventil 74 vom niederdruckseitigen Hohl- räum 112 aus erfolgt. Das Rückschlagventil 74 wird durch den sich im Hohlraum 46 des Hochdruckspeichers 34 bei Abkühlung des darin enthaltenen Kraftstoffes einstellenden Unterdruck geöffnet, wodurch eine Befüllung des Hohlraumes 46 des Hochdruckspeichers 34 über den niederdruckseitigen Hohlraum 112 aus möglich ist. Wird bein Anlassen der Verbrennungskraftmaschine im Hohlraum 46 durch die über die Verbrennungskraftmaschine beim Durchdrehen angetriebene Hochdruckpumpe Systemdruck aufgebaut, so wird über das Rückschlagventil 74 der Hohlraum 46 von dem niederdruckseitigen Hohlraum 112 dadurch getrennt, dass das hier kugelförmig ausgebildete Schließelement 108 des Rückschlag- ventils 74 in seinen Sitz 110 in der Wand des Hochdruckspeichers 34 (Common-Rail) gedrückt wird.
In der Darstellung gemäß Figur 5 ist das Rückschlagventil 74 in der Wand des Hochdruckspeichers 34 (Common-Rail) ausgebildet. Alternativ ist es auch möglich, das in Figur 5 dar- gestellte Rückschlagventil 74 auch in der Grundplatte 42 des Druckregelventils 80 mit umgekehrtem Wirksinn unterzubringen. Für den Einbauort des Rückschlagventils 74 ist allein maßgebend, dass durch dieses der Systemdruck führende Hohlraum 46 des Hochdruckspeichers 34 von der Niederdruckseite des Druckregelventils 80 mit umgekehrtem Wirksinn derart getrennt ist, dass sich eine Öffnungsrichtung des Rückschlagventils 74 von der Nie- derdruckseite zur Hochdruckseite ergibt.
Das in Figur 5 dargestellte Druckregelventil 80 mit umgekehrtem Wirksinn wird in vorteilhafter Weise bei Kraftfahrzeug- oder Nutzfahrzeuganwendungen eingesetzt, bei welchem leckagefreie Kraftstoffinjektoren, die beispielsweise mittels eines Piezoaktors angesteuert werden, eingesetzt werden. Wird die Magnetspule 26 des in Figur 5 dargestellten Druckregelventils 80 mit umgekehrtem Wirksinn stromlos, was zum Beispiel durch einen Kabelabfall auftreten kann, so wird über die Schließfeder 84, die in der zweiten Wirkrichtung 70 auf das kugelförmig ausgebildete Schließelement 48 wirkt, sichergestellt, dass er im Hohlraum 46 bevorratete Kraftstoff nicht über das geöffnete Schließelement 48 in den niederdrucksei- tigen Hohlraum 40 im Gehäuse 14 und von dort über die Niederdruckbohrungen 36 in den in Figur 1 dargestellten niederdruckseitigen Rücklauf 38 abströmt. Damit ist bei einem Kabelabfall sichergestellt, dass im Hohlraum 46 unter Systemdruck stehender Kraftstoff bevorratet bleibt, so dass eine Notfahrfunktion des mit einem Hochdruckspeichereinspritzsystem mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventil 80 ausgestattet, erhalten bleibt.
Durch die Schließfeder 84 wird zum einen der Ankerbolzen 20 in die zweite Wirkrichtung 70 beaufschlagt, so dass das Schließelement 48 in seinem Sitz 50 im Sitzring 42 verbleibt. Ferner wird durch das entweder in der Wand des Hochdruckspeichers 34 (Common-Rail) eingelassene Rückschlagventil 74 oder das in eine Grundplatte des Druckregelventils 80 mit umgekehrtem Wirksinn eingelassene Ventil 74 sichergestellt, dass im Falle des Stromloswerdens der Magnetspule 26 Kraftstoff in den Hohlraum 46 des Hochdruckspeichers 34 (Common-Rail) aus dem Niederdruckbereich 112 nachströmen kann, wenn sich das Kraft- stoffvolumen z. B. durch Abkühlung verringert und damit im Hochdruckspeichervolumen ein Unterdruck entsteht.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Hochdruckspeicher (34), der einen unter Systemdruck stehenden Hohlraum (46) aufweist und dem Druckspeicher (34) ein elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil (80) zugeordnet ist, mit welchem der Hohlraum (46) mit einer Niederdruckseite (46, 38, 40, 112) des Hochdruckspeichers (34) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hohlraum (46) und der Niederdruckseite (36, 38, 40, 112) des Hochdruckspeichers (34) ein die Befüllung des Hochdruckspeichers (34) von der Niederdruckseite zur Systemdruckseite ermöglichendes Ventil (74) angeordnet ist.
2. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetspule (26) des Druckregelventils (80) eine in Öffnungsrichtung (72) bezogen auf ein Schließelement (48) wirkende Kraft erzeugt.
3. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schließfeder (84) des Druckregelventils (80) eine in Schließrichtung (70) bezogen auf das Schließelement (48) wirkende Kraft erzeugt.
4. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schließrichtung (70) wirkende Kraft von der Schließfeder (48) über ein im Gehäuse (14) verschraub tes Vorspannelement (96) eingestellt ist.
5. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (74) als Rückschlagventil beschaffen ist.
6. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (74) entweder in die Wand des Hochdruckspeichers (34) eingelassen oder in einer Grundplatte (42) des Druckregelventils (80) ausgebildet ist.
7. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (84) von einer Ankerbolzenaufnahme (98) umschlossen ist, die um einen Spaltabstand (94) von einer Schließfederaufnahme (100) beabstandet ist.
8. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltabstand (94) zwischen der Ankerbolzenaufnahme (98) und der Schließfederaufnahme (100) einen Hubweg eines Ankerbolzens (20) im Gehäuse (14) des Druckregelventils (80) definiert.
9. Kraftstoff einspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (46) des Hochdruckspeichers (34) bei abgestellter Verbrennungskraftmaschine und sich aufbauendem Unterdruck im Hohlraum (46) aufgrund sich abkühlenden Kraft- Stoffes über das Ventil (74) von der Niederdruckseite (36, 38, 40, 112) ausgeglichen wird und der Hohlraum (46) immer befüllt ist.
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