Druckregelventil

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil, insbesondere für einen Hochdruckspeicherkörper oder eine Hochdruckförderpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Druckregelventile für moderne Diesel Common-Rail-Einspritzsysteme müssen den Einspritzdruck sehr präzise regeln und benötigen eine hohe Stabilität sowohl gegen Hockdruckschwankungen als auch zunehmend gegen erhöhte Drücke auf der Niederdruckseite. Ferner werden für neue und moderne Tanksysteme höhere Drücke auf der Niederdruckseite benötigt, die eine Rückwirkung auf das Hochdruckregelventil bewirken.

[0003] Instabilitäten und Pulsationen treten dabei oft nur in bestimmten Druckbereichen auf, die sich in einem Druck-Durchfluss-Kennfeld oder einem Druck-Strom-Kennfeld zeigen.

[0004] Aus der der DE 10 2007 013 525 A1 ist ein gattungsbildendes Druckregelventil bekannt, mit dem durch Änderung der Dämpfungseigenschaften diese Instabilitäten unterdrückt, also die Stabilität verbessert werden soll. Dieses Druckregelventil umfasst ein Gehäuse, eine Ankerbaugruppe mit einer Ankerplatte und einem Ankerbolzen. Die Ankerplatte und eine Stirnseite des Gehäuses begrenzen ein mit aus dem Hochdruckspeicher abgesteuertem Medium befüllbares Volumen. Dieses Volumen soll mittels eines nicht-magnetischen Materials, wie bspw. einer Folie oder Beschichtung verkleinert werden, um dadurch eine größere Robustheit gegenüber dem Auftreten von Instabilitäten, insbesondere durch den Einfluss konstanter oder variierender Drücke auf der Niederdruckseite zu erreichen.

[0005] Zusätzlich soll die Stabilität bei diesem bekannten Druckregelventil gemäß der DE 10 2007 013 525 A1 noch dadurch verbessert werden, dass zwei gegeneinander verspannte Federelemente eingesetzt werden. Eine solche Maßnahme ist jedoch nicht für alle Betriebszustände in einem Common-Rail-System zur Stabilitätsverbesserung geeignet, da die Federkräfte solcher Federelemente den Magnetkräften deutlich untergeordnet sind. Dokumente US 2003/042456 A1, DE 10 2007 011050 A1 und GB 2 201 039 A offenbaren ein Druckregelventil gemäß den Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckregelventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit einfachen konstruktiven und damit kostengünstigen Mitteln eine verbesserte Stabilität sowohl gegenüber Hochdruckschwankungen als auch gegenüber hohen Drücken auf der Niederdruckseite erzielt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Druckregelventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ein solches Druckregelventil zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Magnetkreis der Magnetspule, der von dem die Magnetspule aufnehmenden Bereich des Ventilgehäuses und von der Ankerplatte gebildet wird, wenigstens eine magnetische Einschnürung aufweist.
Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird im Magnetkreis durch eine geometrische Ausgestaltung gezielt eine lokale magnetische Sättigung herbeigeführt, wodurch die Magnetkraft und damit die Stabilität bei geringen Drücken und Rücklaufdrücken verbessert werden.
Erfindungsgemäß wird die magnetische Einschnürung als lokale Reduzierung des radialen Querschnitts im Bereich der die Magnetspule aufnehmende Ausnehmung ausgebildet, vorzugsweise mittels einer auf der radial inneren Umfangsfläche der die Magnetspule aufnehmenden Ausnehmung angeordneten umlaufenden Nut, die konstruktiv einfach zu realisieren ist.

[0007] Die Querschnittsreduzierung für die magnetische Einschnürung ist auch in dem an die Ausnehmung radial nach außen sich anschließenden Bereich vorgesehen mittels einer umlaufenden Nut, angeordnet entweder auf der radial äußeren Umfangsfläche der die Magnetspule aufnehmenden Ausnehmung oder auf der Außenumfangsfläche des Ventilgehäuses im Bereich der Magnetspule.

[0008] Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Ankerplatte als magnetisch wirkende Einschnürung ausgebildet, wodurch sich ebenfalls eine einfache Realisierungsmöglichkeit der magnetischen Einschnürung ergibt. Hierzu kann vorzugsweise die Dicke der Ankerplatte zur Bildung einer magnetischen Einschnürung entsprechend gewählt werden, um damit eine entsprechende frühzeitige Sättigung in der Ankerplatte zu erreichen. Eine alternative Realisierung ist weiterbildungsgemäß dadurch gegeben, dass die Ankerplatte mit einem eine Abflachung aufweisenden umlaufenden Rand zur Realisierung der magnetischen Einschnürung ausgebildet ist.

[0009] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Figur 1

eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Druckregelventils, und

Figur 2

ein prinzipielles Hub-Kraft-Kennfeld zur Druckjustage des Druckregelventils nach Figur 1.

[0010] Das Druckregelventil 1 gemäß Figur 1 umfasst ein Ventilgehäuse 2 aus weichmagnetischem Material, das in einem im Wesentlichen zylinderförmigen Ventilgehäuseteil 2a eine Magnetspule 3 aufnimmt und in einem sich daran anschließenden, mit kleinerem Durchmesser ausgebildeten weiteren zylinderförmigen Ventilgehäuseteil 2b ein Sitzventil 4 ausbildet. Dieses Druckregelventil 1 wird mit diesem weiteren Ventilgehäuseteil 2b in einen Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) eingeschraubt, wobei mittels einer Dichtung 5 eine druckdichte Verschraubung mit dem Hochdruckspeicher hergestellt wird.

[0011] Ein Ventilstößel 6 ist axial beweglich in einer axialen Ventilstößelbohrung 7 des Ventilgehäuses 2 mittels zwei Lager 7a und 7b gelagert, der an seinem sitzventilseitigen Ende konisch ausgebildet ist und dort ein kugelförmiges Dichtelement 8 des Sitzventils 4 betätigt. Der Ventilsitz für diese Ventilkugel 8 wird von einem Ventilsitzelement 9 gebildet, das stirnseitig in einer Sacklochbohrung des Ventilgehäuseteils 2b angeordnet ist und einen von der Ventilkugel 8 verschließbaren Kanal 10 aufweist, der über ein Filtersieb 11 eine Verbindung zu dem Hochdruckspeicher herstellt.

[0012] Im axialen Bereich des Ventilsitzes weist der Ventilgehäuseteil 2b einen Ventilraum 12 auf, der über radial verlaufenden Absteuerbohrungen 13 in dem Ventilgehäuseteil 2b mit einem Tanksystem (nicht dargestellt) verbunden wird.

[0013] Zur Aufnahme der Magnetspule 3 weist der Ventilgehäuseteil 2a eine kreisringförmige Zylinderbohrung 27 auf, so dass dadurch die Stirnfläche des Ventilgehäuseteils 2a eine innere kreisringförmige Teilpolfläche 14 und eine äußere kreisringförmige Teilpolfläche 15 gebildet wird. Diesen Teilpolflächen 14 und 15 steht eine Polfläche 16 einer Ankerplatte 17 gegenüber, die fest mit dem Ventilstößel 6 verbunden ist. Das Druckregelventil wird so justiert, dass zwischen der Polfläche 16 der Ankerplatte 17 und den Teilpolflächen 14 und 15 an der Stirnseite des Ventilgehäuseteils 2a ein kleiner Luftspalt 20 entsteht, wenn der Ventilstößel 6 in einer das Sitzventil 4 verschließenden Position sich befindet.

[0014] Die Ankerplatte 17 wird von einer Druckfeder 18 in Richtung des Sitzventils 4 beaufschlagt, die von einer Sacklochbohrung in einem Anschlussteil 19 aufgenommen wird und sich gegen dieselbe abstützt. Dieses Anschlussteil 19 dient zur Begrenzung des Hubs der Ankerplatte 17, zur Aufnahme von elektrischen Anschlussleitungen der Magnetspule 3 und als das Druckregelventil 1 abschließendes Gehäuseteil.

[0015] Die Stirnseite des Ventilgehäuseteil 2a ist rohrförmig zur Aufnahme eines entsprechend ausgebildeten zylindrischen Teils 21 des Anschlussteils 19 verlängert, wobei zur Abdichtung den Ventilraums nach außen zwischen der Außenumfangsfläche des zylindrischen Teils 21 und der inneren Umfangsfläche der rohrförmigen Verlängerung 22 eine Dichtung 23 vorgesehen ist. Ein hutförmiges Abschlussteil 24 bildet auf der Seite des Anschlussteils 19 den Abschluss, wobei dessen umlaufender Rand mit dem Rand der Verlängerung 22 verbördelt ist.

[0016] Ist diese Druckregelventil 1 an bspw. an einen Hochdruckspeicher angeschlossen, bewirkt dessen Hochdruck im nichtbestromten Zustand der Magnetspule 3 ein Abheben der Ventilkugel 8 von dessen Ventilsitz, wodurch Medium aus dem Hochdruckspeicher über die Absteuerbohrungen 13 abfließen kann. Durch eine Bestromung der Magnetspule 3 wird die Ankerplatte 17 gegen die Polflächen 14 und 15 gezogen, so dass dadurch über den Ventilstößel 6 die Ventilkugel 8 in den Ventilsitz des Sitzventils 4 gedrückt wird, wodurch eine Regelung des Durchflusses in Abhängigkeit des Spulenstromes und damit auch eine Regelung des Hochdruckes durchgeführt werden kann.

[0017] Bei kleinen Luftspalten 20 zwischen der Ankerplatte 17 und den Polflächen 14 und 15 an der Stirnfläche des Ventilgehäuseteils 2a werden hohe Kräfte in Abhängigkeit des Spulenstroms erzeugt.

[0018] Die dabei auftretenden Kräfte F sind in Abhängigkeit der Größe s des Luftspaltes 20 in dem Kennlinien-Diagramm mit dem Spulenstrom als Parameter nach Figur 2 dargestellt. Bei einer Einstellung bzw. Justierung des Luftspaltes 20 auf den Wert s₁ als Arbeitspunkt für das Druckregelventil stellt sich bei einer Bestromung der Magnetspule 3 mit einem Stromwert von I₁ eine Kraft F_u1, bei einem größeren Stromwert I₂ eine Kraft F_o1 ein. Hierbei ist aufgrund der Nichtlinearität der magnetischen Werkstoffe der an dem Magnetkreis beteiligten Teile des Druckregelventils 1, also das Ventilgehäuse 2, die Ankerplatte 17 und der Ventilstößel 6 die Kraft F_u1 überproportional klein im Vergleich zu der Kraft F_o1. Ebenso ist auch die Kennliniensteigung bzw. die Magnetkonstante c₁ entsprechend gering. Die Folge hiervon besteht darin, dass das Druckregelventil gegenüber Hochdruckschwankungen und Niederdruckschwankungen bzw. Rücklaufdrücke nicht über den gesamten Druckbereich stabil arbeitet.

[0019] Zur Vermeidung solcher Instabilitäten und Pulsationen weist der von der Magnetspule 3 gebildete Magnetkreis 25, der in dem die Magnetspule 3 aufnehmenden Bereich des Ventilgehäuses 2, also in dem Ventilgehäuseteil 2a und in der Ankerplatte 17 verläuft, wenigstens eine magnetische Einschnürung 26 auf. Diese magnetische Einschnürung 26 stellt eine lokale Querschnittsverminderung im Magnetkreis 25 dar, so dass in diesem Bereich der Querschnittsverminderung früher eine magnetische Sättigung eintritt.

[0020] Bei dem Druckregelventil 1 nach Figur 1 ist eine solche magnetische Einschnürung der Magnetfeldlinien mittels einer auf der radial inneren Umfangsfläche 28 der die Magnetspule 3 aufnehmenden ringförmigen Ausnehmung 27 umlaufenden Nut 26 realisiert. Damit wird für den Magnetkreis zwischen der Ventilstößelbohrung 7 und der inneren Umfangsfläche 28 der Ausnehmung 27 der radiale Querschnitt im Bereich der Nut 26 reduziert.

[0021] Diese Querschnittsreduzierung kann auch in dem radial an die Ausnehmung 27 nach außen sich anschließenden Bereich gebildet werden. So ist gemäß Figur 1 ist an der radial äußeren Umfangsfläche 29 der Ausnehmung 27 eine umlaufende Nut 26' angeordnet. Anstatt auf dieser äußeren Umfangsfläche 29 kann auch auf der Außenumfangsfläche 30 des Ventilgehäuseteils 2a im Bereich der Magnetspule 3 eine umlaufenden Nut 26" realisiert werden.

[0022] Alternativ oder als weitere magnetische Einschnürung kann die im Magnetkreis 25 liegende Ankerplatte 17 durch entsprechende Ausgestaltung mit einem reduzierten Querschnitt ausbildet werden. Eine erste Möglichkeit besteht in einer Reduzierung der Dicke der Ankerplatte 17. Eine weitere Möglichkeit betrifft die Ausgestaltung des umlaufenden Randbereiches, da dieser mit seiner Polfläche 16 der äußeren Teilpolfläche 15 der Stirnfläche der Ventilgehäuseteils 2a gegenübersteht und es sich daher anbietet, diesen Randbereich 31 im Radialschnitt abzuflachen, so dass der Randbereich sich konisch nach außen hin verjüngt.

[0023] Mit einer solchen durch eine Querschnittsreduzierung realisierten lokalen magnetischen Einschnürung wird die dadurch entstehende Sättigung des Magnetkreises 25 derart optimiert, dass gemäß Figur 2 der Arbeitspunkt des Druckregelventils 1 von dem Wert s₁ (Breite des Luftspaltes 20) auf den Wert s₂ verschoben werden kann. Die zugehörige Kraft F_u2 ist bei diesem Wert s₂ ca. doppelt so groß wie die Kraft F_u1 bei dem Wert s₁, ebenso die Magnetkonstante c₂, während sich jedoch die Kraft F_o2 bei dem Stromwert I₂ nicht verändert hat. Mit dieser Maßnahme wird nahezu eine Proportionalität zwischen dem Strom I und der jeweiligen erzeugten Kraft F erzielt, wodurch eine wesentliche Verbesserung des Nieder- und Hochdruckverhaltens erzielt wird, ohne dass wesentliche Instabilitäten oder Pulsationen auftreten.

Bezugszeichenliste

[0024] 

1

Druckregelventil

2

Ventilgehäuse

2a

Ventilgehäuseteil

2b

weiteres Ventilgehäuseteil

3

Magnetspule

4

Sitzventil

5

Dichtung

6

Ventilstößel

7

Ventilstößelbohrung

7a

Lager

7b

Lager.

8

Dichtelement, Ventilkugel

9

Ventilsitzelement

10

Kanal im Ventilsitzelement 9

11

Filtersieb

12

Ventilraum

13

Absteuerbohrung

14

innere Teilpolfläche

15

äußere Teilpolfläche

16

Polfläche der Ankerplatte 17

17

Ankerplatte

18

Druckfeder

19

Anschlussteil

20

Luftspalt

21

zylindrischen Teil des Anschlussteils 19

22

Verlängerung 22 des Ventilgehäuseteils 2a

23

Dichtung

24

Abschlussteil

25

Magnetkreis

26

magnetische Einschnürung, Nut

26'

magnetische Einschnürung, Nut

26"

magnetische Einschnürung, Nut

27

Ausnehmung, Zylinderbohrung zur Aufnahme der Magnetspule 3

28

inneren Umfangsfläche der Ausnehmung 27

29

äußeren Umfangsfläche der Ausnehmung 27

30

Außenumfangsfläche des Ventilgehäuses 2

31

Randbereich der Ankerplatte 17

Ansprüche

1. Druckregelventil (1), insbesondere für einen Hochdruckspeicherkörper oder eine Hochdruckförderpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, umfassend

- ein Ventilgehäuse (2, 2a, 2b) mit einer axialen Ventilstößelbohrung (7) zur Aufnahme eines Ventilstößels (6) und mit einer die Ventilstößelbohrung (7) umlaufenden Ausnehmung (27) zu Aufnahme einer Magnetspule (3),

- eine mit dem Ventilstößel (6) verbundene Ankerplatte (17), und

- ein mit dem Ventilstößel (6) in Wirkverbindung stehenden Sitzventil (4), wobei der Magnetkreis (25) der Magnetspule (3), der von dem die Magnetspule (3) aufnehmenden Bereich des Ventilgehäuses (2, 2a, 2b) und von der Ankerplatte (17) gebildet wird, wenigstens eine magnetische Einschnürung (26, 26', 26", 17, 31) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass
die magnetische Einschnürung (26, 26', 26") als lokale Reduzierung des radialen Querschnitts im Bereich der die Magnetspule (3) aufnehmende Ausnehmung (27) ausgebildet ist und die Querschnittsreduzierung für die magnetische Einschnürung (26', 26") in dem radial an die Ausnehmung (27) nach außen sich anschließenden Bereich mittels einer auf der Außenumfangsfläche (30) des Ventilgehäuses (2, 2a, 2b) im Bereich der Magnetspule (3) umlaufenden Nut (26") gebildet ist.

2. Druckregelventil (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Querschnittsreduzierung für die magnetische Einschnürung mittels einer auf der radial inneren Umfangsfläche (28) der Ausnehmung (27) angeordneten umlaufenden Nut (26) gebildet ist.

3. Druckregelventil (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Querschnittsreduzierung für die magnetische Einschnürung mittels einer auf der radial äußeren Umfangsfläche der Ausnehmung (27) angeordneten umlaufenden Nut (26') gebildet ist.

4. Druckregelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (17) als magnetische Einschnürung ausgebildet ist.

5. Druckregelventil (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dicke der Ankerplatte (17) zur Bildung einer magnetischen Einschnürung entsprechend gewählt ist.

6. Druckregelventil (1) nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ankerplatte (17) mit einem eine Abflachung aufweisenden umlaufenden Rand (31) zur Bildung der magnetischen Einschnürung ausgebildet ist.

Claims

1. Pressure control valve (1), in particular for a high-pressure storage body or a high-pressure feed pump of a fuel injection system, comprising

- a valve housing (2, 2a, 2b) having an axial valve tappet bore (7) for receiving a valve tappet (6) and with a recess (27) running around the valve tappet bore (7) for receiving a magnetic coil (3),

- an anchor plate (17) connected to the valve tappet (6), and

- a poppet valve (4) operatively connected to the valve tappet (6), wherein the magnetic circuit (25) of the magnetic coil (3), which is formed by the region of the valve housing (2, 2a, 2b) which receives the magnetic coil (3) and by the anchor plate (17), has at least one magnetic constriction (26, 26', 26", 17, 31),

characterised in that the magnetic constriction (26, 26', 26") is designed as a local reduction of the radial cross-section in the region of the recess (27) which receives the magnetic coil (3), and the reduction of the cross-section for the magnetic constriction (26', 26") in the region radially adjoining the recess (27) towards the exterior by means of a circumferential groove (26") on the external circumferential surface (30) of the valve housing (2, 2a, 2b) in the region of the magnet coil (3).

2. Pressure control valve (1) according to claim 1,
characterised in that
the reduction of the cross-section for the magnetic constriction is formed by means of a circumferential groove (26) arranged on the radially inner circumferential surface (28) of the recess (27).

3. Pressure control valve (1) according to claim 2,
characterised in that
the reduction of the cross-section for the magnetic constriction is formed by means of a circumferential groove (26) arranged on the radially outer circumferential surface of the recess (27).

4. Pressure control valve (1) according to one of the preceding claims,
characterised in that the anchor plate (17) is configured as a magnetic constriction.

5. Pressure control valve (1) according to claim 4,
characterised in that
the thickness of the anchor plate (17) is chosen appropriately in order to form a magnetic constriction.

6. Pressure control valve (1) according to claim 4 or 5,
characterised in that
the anchor plate (17) is configured with a circumferential edge (31) having flattened area in order to form the magnetic constriction.

Revendications

1. Soupape de régulation de pression (1) en particulier destinée à un corps d'accumulateur haute pression ou à une pompe de refoulement haute pression d'un système d'injection de carburant comprenant :

- un carter de soupape (2, 2a, 2b) ayant un perçage axial (7) destiné à recevoir un poussoir de soupape (6) ainsi qu'un évidement (27) de réception d'une bobine magnétique (3), entourant le perçage du poussoir de soupape (7),

- une plaque d'induit (17) reliée au poussoir de soupape (6), et

- un siège de soupape (4) en liaison fonctionnelle avec le poussoir de soupape (6), le circuit magnétique (25) de la bobine magnétique (3) qui est formé par la zone du carter de soupape (2, 2a, 2b) recevant la bobine magnétique (2) et par la plaque d'induit (17) comportant au moins un étranglement magnétique (26, 26', 26", 17, 31),

caractérisé en ce que

- l'étranglement magnétique (26, 26', 26") est réalisé sous la forme d'une réduction locale de la section radiale dans la zone de l'évidement (27) de réception de la bobine magnétique (3), et la réduction de section de l'étranglement magnétique (26', 26") étant formée dans la zone radiale se connectant radialement vers l'extérieur à l'évidement (27) au moyen d'une rainure (26") périphérique s'étendant sur la surface périphérique externe (30) du carter de soupape (2, 2a, 2b) dans la zone de la bobine magnétique (3).

2. Soupape de régulation de pression (1) conforme à la revendication 1,
caractérisée en ce que
la réduction de section de l'étranglement magnétique est formée au moyen d'une rainure périphérique (26) s'étendant sur la surface périphérique interne radiale (28) de l'évidement (27).

3. Soupape de régulation de pression conforme à la revendication 2,
caractérisée en ce que
la réduction de section de l'étranglement magnétique est formée au moyen d'une rainure périphérique (26') située sur la surface périphérique externe radiale de l'évidement (27).

4. Soupape de régulation de pression (1) conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce que
la plaque d'induit (17) est réalisée sous la forme d'un étranglement magnétique.

5. Soupape de régulation de pression (1) conforme à la revendication 4,
caractérisée en ce que
l'épaisseur de la plaque d'induit (17) est choisie de manière adaptée pour former un étranglement magnétique.

6. Soupape de régulation de pression conforme à la revendication 4 ou 5,
caractérisée en ce que
la plaque d'induit (17) est réalisée avec un bord périphérique (13) comprenant un aplatissement pour former l'étranglement magnétique (31).

Zeichnung