DRUCKREGELVENTIL FÜR EIN KRAFTSTOFFEINSPRITZSYSTEM

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem zur Druckregelung in einem Kraftstoffhochdruckspeicher, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Ein Druckregelventil der vorstehend genannten Art umfasst ein Ventilgehäuse, in dem ein Magnetaktor und ein mit dem Magnetaktor zusammenwirkender Anker aufgenommen sind, sowie ein Ventilstück, das mit dem Ventilgehäuse verbunden ist. Im Ventilstück ist ein zumeist kegelförmiger Ventilsitz ausbildet, der mit einem kugelförmigen Ventilschließelement zusammenwirkt. Der Anker besitzt einen Ankerstift oder Ankerbolzen, der als Kraftübertragungsglied dient und auf das kugelförmige Ventilschließelement in der Weise einwirkt, dass es bei einer Bestromung des Magnetaktors über den Ankerstift bzw. Ankerbolzen gegen den Ventilsitz gedrückt wird. Der Ankerstift bzw. der Ankerbolzen weisen in der Regel eine kalottenförmige Aufnahme zur radialen Führung des kugelförmigen Ventilschließelements auf, die mittels Prägen hergestellt wird. Da der Ankerstift bzw. Ankerbolzen im Ventilgehäuse geführt ist, kann es bei einem Achsversatz zwischen der Führung im Ventilgehäuse und dem Ventilsitz über die kalottenförmige Prägung zu einer Überbestimmung des kugelförmigen Ventilschließelementes in Schließstellung des Ventils kommen. Beim Öffnen des Ventils stellt sich dann ein radialer Versatz ein, der beim Schließen dazu führt, dass das kugelförmige Ventilschließelement über die kegelförmige Fläche des Ventilsitzes zurück in den Dichtsitz rutscht (Schließhysterese). Hieraus folgt eine Druckdifferenz zwischen Öffnungs- und Schließdruck sowie eine unerwünschte Geräuschentwicklung.

[0003] Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 043 092 A1 geht ein Druckregelventil der vorstehend genannten Art hervor, das zum Ausgleich eines etwaigen Achsversatzes zwischen der Führung des Ankerbolzens und dem Ventilsitz einen zumindest zweiteilig ausgeführten Ankerbolzen besitzt. Vorzugsweise umfasst der Ankerbolzen eine Übertragungsstange und ein Druckstück, das zum Ausgleich eines etwaigen Achsversatzes radial verschiebbar in der Übertragungsstange aufgenommen ist. Eine unerwünschte Geräuschentwicklung lässt sich dadurch jedoch nicht wirksam verhindern. Dokument EP 1 967 726 A offenbart auch ein Druckregelventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckregelventil anzugeben, das die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.

[0005] Zur Lösung der Aufgabe wird ein Druckregelventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

[0006] Das vorgeschlagene Druckregelventil umfasst einen Magnetaktor zur Betätigung eines kugelförmigen Ventilschließelements, wobei der Magnetaktor mit einem hubbeweglichen Anker zusammenwirkt, der mit einem Ankerstift zur Übertragung der Kraft des Magnetaktors auf das kugelförmige Ventilschließelement verbunden ist. Erfindungsgemäß ist bzw. sind das kugelförmige Ventilschließelement und/oder der Ankerstift in einem Ventilstück, das einen mit dem kugelförmigen Ventilschließelement zusammenwirkenden Ventilsitz ausbildet, axial verschiebbar geführt. Bevorzugt ist zumindest das kugelförmige Ventilschließelement über das Ventilstück in der Weise axial verschiebbar geführt, dass es keine radiale Bewegung beim Öffnen oder Schließen mehr ausführen kann. Dadurch werden unerwünschte Geräusche, die bei einer radialen Bewegung des Ventilschließelementes entstehen, wirksam verhindert. Ferner ist sichergestellt, dass es nicht zu einer Schließhysterese kommt, da sich ein radialer Versatz des kugelförmigen Ventilschließelements in Bezug auf den Ventilsitz nicht mehr einstellen kann. Des Weiteren bevorzugt ist zusätzlich der Ankerstift über das Ventilstück axial verschiebbar geführt. Die Führung des Ankerstifts und des kugelförmigen Ventilschließelements erfolgt demnach über ein und dasselbe Bauteil. Dies schließt nicht aus, dass der Ankerstift ferner in einem weiteren Bauteil des Druckregelventils, beispielsweise in einem Ventilgehäuse des Ventils, axial verschiebbar geführt ist. Sofern ein Achsversatz zwischen der Führung im Ventilgehäuse und dem Ventilsitz bestehen sollte, wird dieser über die dem Ventilsitz näher gelegene Führung im Ventilstück kompensiert.

[0007] Aufgrund der Führung des kugelförmigen Ventilschließelements und/oder des Ankerstifts im Ventilstück ist eine kalottenförmige Prägung im Ankerstift entbehrlich. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung des vorgeschlagenen Druckregelventils.

[0008] Erfindungsgemäß besitzt das Ventilstück wenigstens zwei Führungsflächen, welche den radialen Bewegungsraum des kugelförmigen Ventilschließelements und/oder des Ankerstifts begrenzen. Die Anzahl der Führungsflächen kann gerade oder ungerade sein. Bei einer geraden Anzahl an Führungsflächen liegen sich vorzugsweise wenigstens zwei der den radialen Bewegungsraum des kugelförmigen Ventilschließelements und/oder des Ankerstifts begrenzende Führungsflächen gegenüber. Diese Führungsflächen sind dann parallel zueinander ausgerichtet.

[0009] Des Weiteren bevorzugt schließen zumindest zwei Führungsflächen unmittelbar an den Ventilsitz an, der vorzugsweise kegelförmig ausgebildet ist. Das heißt, dass die Führungsflächen aus dem Ventilsitz erwachsen. Um den radialen Bewegungsraum des kugelförmigen Ventilschließelements und/oder des Ankerstifts zu begrenzen, sind die Führungsflächen axial ausgerichtet. Die axial verlaufenden Führungsflächen stehen demzufolge bevorzugt auf der Kegelfläche des Ventilsitzes.

[0010] Über die unmittelbar an den Ventilsitz anschließenden Führungsflächen wird vorzugsweise das kugelförmige Ventilschließelement geführt. Zur Führung des Ankerstifts, der einen größeren Außendurchmesser als das kugelförmige Ventilschließelement besitzt, sind weiterhin vorzugsweise Führungsflächen vorgesehen, die gegenüber den unmittelbar an den Ventilsitz anschließenden Führungsflächen weiter radial außen liegend angeordnet sind.

[0011] Erfindungsgemäß sind die Führungsflächen zur Führung des kugelförmigen Ventilschließelements und/oder des Ankerstifts an radial verlaufenden Stegen ausgebildet. Die dem Ventilsitz zugewandten Stirnflächen der Stege bilden die Führungsflächen aus. Vorzugsweise sind die radial verlaufenden Stege im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet. Bei drei Stegen beträgt der Winkelabstand - jeweils bezogen auf die Mittelachsen der Stege - 120°, bei vier Stegen 90° usw. Vier Stege sind demnach bevorzugt kreuzförmig und fünf Stege sternförmig angeordnet, wobei sich die Stege - im Unterschied zu einem Kreuz oder Stern - nicht kreuzen.

[0012] Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass die Stege Strömungskanäle begrenzen. Das heißt, dass die Freiräume zwischen den Stegen als Strömungskanäle nutzbar sind, um den Ablauf einer über das Druckregelventil abgesteuerten Menge zu gewährleisten.

[0013] Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil der Strömungskanäle mit einem Ankerraum hydraulisch verbunden ist. Der Ankerraum ist demnach über wenigstens einen Strömungskanal mit einem im Ventilstück ausgebildeten Ventilraum des Druckregelventils verbunden. Die Verbindung ermöglicht einen Druckausgleich zwischen Ventilraum und Ankerraum.

[0014] Legt man einen Querschnitt durch das Ventilstück, bilden die Führungsflächen zur Führung des kugelförmigen Ventilelements und/oder des Ankerstifts bevorzugt Tangenten in Bezug auf den Außendurchmesser des kugelförmigen Ventilschließelements und/oder des Ankerstifts aus. Das kugelförmige Ventilschließelement weist demzufolge einen punktuellen Kontaktbereich und der zylinderförmige Ankerstift einen linearen Kontaktbereich mit den jeweils zugeordneten Führungsflächen auf. Der Kontaktbereich ist somit auf ein Minimum reduziert.

[0015] Vorteilhafterweise ist das Ventilstück ein Metallpulverspritzgussteil. Als solches ist es in einem Metallpulverspritzgussverfahren (Metal Injection Molding, kurz MIM) hergestellt worden. Die Anwendung eines solchen Verfahrens vereinfacht die Herstellung des Ventilstücks einschließlich der Führungsflächen.

[0016] Erfindungsgemäß besitzt das Ventilstück auf einer dem Ventilsitz abgewandten Stützfläche eine Beißkante. Die Stützfläche dient der Abstützung des Ventilstücks bzw. des Druckregelventils beim Einsetzen in eine Stufenbohrung eines Hochdruckspeicherkörpers. Über die Beißkante kann dann eine Dichtwirkung erzielt werden.

[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das vorgeschlagene Druckregelventil als 2/2-Wegeventil ausgelegt. In dieser Ausführungsform ist das Druckregelventil insbesondere für den Einsatz in einem Kraftstoffhochdruckspeicher geeignet. In einer Offenstellung des Druckregelventils ist eine Verbindung des Hochdruckspeichers mit einem Rücklauf hergestellt, so dass der Druck im Hochdruckspeicher verringert werden kann. In einer Schließstellung des Druckregelventils ist die Verbindung des Hochdruckspeichers zum Rücklauf getrennt, so dass Druck aufgebaut werden kann.

[0018] Eine bevorzugte Ausführungsform wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckregelventils und

Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Figur 1 im Bereich des Ventilstücks.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

[0019] Das in der Figur 1 dargestellte Druckregelventil umfasst einen Magnetaktor 1, der eine ringförmige Magnetspule 17 besitzt und mit einem hubbeweglichen Anker 3 zusammenwirkt, der vorliegend als Tauchanker ausgebildet ist. Der Anker 3 ist mit einem Ankerstift 4 verbunden, der als Kraftübertragungsglied die Kraft des Magnetaktors 1 auf ein kugelförmiges Ventilschließelement 2 überträgt, wenn der Magnetaktor 1 aktiviert wird, d h. die Magnetspule 17 bestromt wird. Dabei werden der Anker 3 einschließlich des Ankerstifts 4 entgegen der Federkraft einer Feder 15 in Richtung des kugelförmigen Ventilschließelements 2 bewegt. Da drückt der Ankerstift 4 das kugelförmige Ventilschließelement 2 gegen einen kegelförmigen Ventilsitz 6, so dass das Druckregelventil geschlossen und keine Verbindung eines Hochdruckspeichers 13 mit einem Rücklaufanschluss 16 hergestellt ist. Steigt der Druck im Hochdruckspeicher 13 über einen vorgegebenen Grenzwert an, wird die Bestromung der Magnetspule 17 beendet, so dass die Federkraft der Feder 15 den Anker 3 einschließlich des Ankerstifts 4 zurückstellt und das Ventil über den am kugelförmigen Ventilschließelement anliegenden Druck öffnet.

[0020] Das Druckregelventil ist vorliegend in einer Stufenbohrung 18 des Hochdruckspeichers 13 aufgenommen und über eine Schraubverbindung 19 mit diesem verbunden. Hierzu ist an einem Ventilgehäuse 14 des Druckregelventils ein Außengewinde ausgebildet, das mit einem Innengewinde der Stufenbohrung 18 verbindbar ist. Über die Schraubverbindung 19 kann das Druckregelventil gegen den Hochdruckspeicher axial vorgespannt werden, wobei sich das Druckregelventil über eine Stützfläche 11 eines Ventilstücks 5 an einer Stufe der Stufenbohrung 18 abstützt. Eine im Bereich der Stützfläche 11 ausgebildete Beißkante 12 dichtet den Hochdruckspeicher 13 nach außen hin ab.

[0021] Wie aus der Figur 2 ersichtlich weist das Ventilstück 5, das auch den Ventilsitz 6 ausbildet, einen ersten Führungsbereich a zur Führung des kugelförmigen Ventilschließelements 2 sowie einen zweiten Führungsbereich b zur Führung des Ankerstifts 4 auf. Die Führung wird jeweils über fünf Führungsflächen 7 bewirkt, die jeweils durch fünf Stege 8 ausgebildet werden, die sternförmig um den Ventilsitz 6 herum angeordnet sind. Die fünf Stege 8 eines Führungsbereichs a, b sind jeweils im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet, so dass zwischen den Stegen 8 Strömungskanäle 9 ausgebildet werden, die mit einem Ankerraum 10 hydraulisch verbunden sind (siehe Figur 1). Da das kugelförmige Ventilschließelement 2 einen kleineren Außendurchmesser als der Ankerstift 4 besitzt, liegen die Führungsflächen 7 zur Führung des kugelförmigen Ventilschließelements 2 weiter radial innen als die Führungsflächen 7, die der Führung des Ankerstifts 4 dienen. Die Führungsflächen 7 zur Führung des Ankerstifts 4 werden durch separate Stege 8 ausgebildet, die vorliegend in gleicher Winkellage wie die Stege 8 zur Ausbildung der Führungsflächen 7 zur Führung des kugelförmigen Ventilschließelements 2 angeordnet sind. Auf diese Weise überdecken sich die jeweils zwischen den Stegen 8 ausgebildeten Strömungskanäle 9.

[0022] Wie der Figur 2 ferner zu entnehmen ist, schließen die Stege 8 einschließlich der Führungsflächen 7 des Führungsbereichs a unmittelbar an die Kegelfläche des Ventilsitzes 6 an. Sie erheben sich gleichsam aus der Ventilsitzfläche. Die Kegelfläche des Ventilsitzes 6 geht darüber hinaus, so dass sich auch die Stege 8 des Führungsbereichs b aus der Kegelfläche des Ventilsitzes 6 erheben. Über die Kegelfläche sind demnach die Stege 8 der beiden Führungsbereiche a, b verbunden.

Ansprüche

1. Druckregelventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere einem Common-Rail-Einspritzsystem zur Druckregelung in einem Kraftstoffhochdruckspeicher, umfassend einen Magnetaktor (1) zur Betätigung eines kugelförmigen Ventilschließelements (2), wobei der Magnetaktor (1) mit einem hubbeweglichen Anker (3) zusammenwirkt, der mit einem Ankerstift (4) zur Übertragung der Kraft des Magnetaktors (1) auf das kugelförmige Ventilschließelement (2) verbunden ist, wobei das kugelförmige Ventilschließelement (2) und der Ankerstift (3) in einem Ventilstück (5), das einen mit dem kugelförmigen Ventilschließelement (2) zusammenwirkenden Ventilsitz (6) ausbildet, axial verschiebbar geführt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück (5) wenigstens zwei Führungsflächen (7) besitzt, welche den radialen Bewegungsraum des kugelförmigen Ventilschließelements (2) begrenzen, wobei die Führungsflächen (7) an radial verlaufenden Stegen (8) ausgebildet sind, die vorzugsweise im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sind und Strömungskanäle (9) begrenzen, wobei das Ventilstück (5) auf einer dem Ventilsitz (6) abgewandten Stützfläche (11) eine Beißkante (12) besitzt.

2. Druckregelventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Führungsflächen (7) unmittelbar an den Ventilsitz (6) anschließen, der vorzugsweise kegelförmig ausgebildet ist.

3. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Strömungskanäle (9) mit einem Ankerraum (10) hydraulisch verbunden ist.

4. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (7) in einem Querschnitt des Ventilstücks (5) Tangenten in Bezug auf den Außendurchmesser des kugelförmigen Ventilschließelements (2) und/oder des Ankerstifts (4) ausbilden.

5. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück (5) ein Metallpulverspritzgussteil ist.

6. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil als 2/2-Wegeventil ausgelegt ist.

Claims

1. Pressure control valve for a fuel injection system, in particular a common-rail injection system, for controlling the pressure in a highpressure fuel accumulator, comprising a solenoid actuator (1) for the actuation of a spherical valve closing element (2), wherein the solenoid actuator (1) interacts with an armature (3) which can perform a stroke movement and which is connected to an armature pin (4) for the transmission of the force of the solenoid actuator (1) to the spherical valve closing element (2), wherein the spherical valve closing element (2) and the armature pin (3) are guided in axially displaceable fashion in a valve piece (5) which forms a valve seat (6) which interacts with the spherical valve closing element (2),
characterized in that the valve piece (5) has at least two guide surfaces (7) which delimit the radial movement clearance of the spherical valve closing element (2), wherein the guide surfaces (7) are formed on the radially running webs (8) which are preferably arranged at uniform angular intervals with respect to one another and which delimit flow ducts (9), wherein the valve piece (5) has a biting edge (12) on a support surface (11) averted from the valve seat (6).

2. Pressure control valve according to Claim 1,
characterized in that at least two guide surfaces (7) directly adjoin the valve seat (6), which is preferably of conical form.

3. Pressure control valve according to either of Claims 1 and 2,
characterized in that at least a part of the flow ducts (9) is hydraulically connected to an armature chamber (10).

4. Pressure control valve according to one of Claims 1 to 3,
characterized in that, in a cross section of the valve piece (5), the guide surfaces (7) form tangents to the outer diameter of the spherical valve closing element (2) and/or of the armature pin (4).

5. Pressure control valve according to one of the preceding claims,
characterized in that the valve piece (5) is a metal injection molded part.

6. Pressure control valve according to one of the preceding claims,
characterized in that the pressure control valve is configured as a 2/2 directional valve.

Revendications

1. Soupape de réglage de pression pour un système d'injection de carburant, en particulier un système d'injection à rampe commune pour la régulation de la pression dans un accumulateur haute pression de carburant, comprenant un actionneur magnétique (1) pour actionner un élément sphérique de fermeture de soupape (2), dans laquelle l'actionneur magnétique (1) coopère avec un induit mobile en levée (3), qui est relié à une tige d'induit (4) pour la transmission de la force de l'actionneur magnétique (1) à l'élément sphérique de fermeture de soupape (2), dans laquelle l'élément sphérique de fermeture de soupape (2) et la tige d'induit (3) sont guidés de façon déplaçable axialement dans une pièce de soupape (5), qui forme un siège de soupape (6) coopérant avec l'élément sphérique de fermeture de soupape (2),
caractérisée en ce que la pièce de soupape (5) comporte au moins deux faces de guidage (7), qui limitent l'espace de mouvement radial de l'élément sphérique de fermeture de soupape (2), dans laquelle les faces de guidage (7) sont formées sur des nervures s'étendant radialement (8), qui sont disposées de préférence à égale distance angulaire l'une de l'autre et qui limitent des canaux d'écoulement (9), dans laquelle la pièce de soupape (5) comporte sur une face d'appui (11) détournée du siège de soupape (6) une arête vive (12).

2. Soupape de réglage de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins deux faces de guidage (7) se raccordent directement au siège de soupape (6), qui est de préférence de forme conique.

3. Soupape de réglage de pression selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une partie des canaux d'écoulement (9) sont hydrauliquement reliés à une chambre d'induit (10).

4. Soupape de réglage de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les faces de guidage (7) forment dans une section transversale de la pièce de soupape (5) des tangentes par rapport au diamètre extérieur de l'élément sphérique de fermeture de soupape (2) et/ou de la tige d'induit (4).

5. Soupape de réglage de pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce de soupape (5) est une pièce moulée par injection de poudre métallique.

6. Soupape de réglage de pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la soupape de réglage de pression est conçue comme une vanne à 2/2 voies.

Zeichnung