DE10107115A1 - Drucksteuerventil - Google Patents

Abstract

Ein Drucksteuerventil (34) dient zur Regelung des Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffsystem (10). Das Drucksteuerventil (34) umfasst ein Ventilgehäuse (40, 43), mindestens einen Einlass (44), mindestens einen Auslass (46) und mindestens ein vorgespanntes (86) elektrisch betätigbares (70, 74, 98, 99) und wenigstens bereichsweise kugelförmiges Ventilglied (52). Das Ventilglied (52) arbeitet mit einem gehäusefesten Ventilsitz (50) zusammen. Um stabile Regel- und/oder Steuereigenschaften des Drucksteuerventils (34) erreichen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Ventilsitz (50) sich zum Ventilglied (52) hin konisch erweitert, und der Kugeldurchmesser des Ventilglieds (52) so gewählt ist, dass bei geschlossenem Ventil (34) das Ventilglied (52) den Ventilsitz (50) in der Nähe von dessen weiterem Ende berührt.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drucksteuerventil für ein direkt einspritzendes Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilgehäuse, mindestens einem Einlass, mindestens einem Auslass und mindestens einem vorgespannten, elektrisch betätigbaren und wenigstens bereichsweise kugelförmigen Ventilglied, welches mit einem gehäusefesten Ventilsitz zusammen arbeitet.

Ein solches Drucksteuerventil ist aus der EP 0 267 162 bekannt. Bei diesem bekannten Drucksteuerventil sitzt eine Ventilkugel am Ende eines Einlasskanals, welcher somit einen Ventilsitz bildet. Auf diesen Ventilsitz wird die Kugel durch einen Ventilstößel gedrückt, welcher von einer Feder beaufschlagt ist. An dem von der Kugel abgewandten Ende des Ventilstößels ist ein Magnetanker befestigt, welcher von einem ringförmigen Elektromagneten umgeben ist. Bei nicht erregter Magnetspule wird die Anpresskraft der Ventilkugel ausschließlich durch die Federkraft der Feder bewirkt. Bei einer Erregung der Magnetspule wird zusätzlich die Magnetkraft überlagert. Die Überlagerung erfolgt in Richtung der Federkraft, so dass je nach Stärke der Magnetkraft der Schließdruck des Ventils gegenüber dem nur durch die Feder bewirkten Schließdruck erhöht werden kann.

Bei dem bekannten Drucksteuerventil hat sich jedoch herausgestellt, dass die Qualität der Drucksteuerung nicht immer den Anforderungen genügt. Insbesondere wurde festgestellt, dass das bekannte Drucksteuerventil u. U. zu einem hochfrequenten Flattern neigt.

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Drucksteuerventil der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es auf einfache Art und Weise sicher betrieben werden kann und ein stabile Drucksteuerung erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einem Drucksteuerventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Ventilsitz sich zum Ventilglied hin konisch erweitert, und der Kugeldurchmesser des Ventilglieds so gewählt ist, dass bei geschlossenem Ventil das Ventilglied den Ventilsitz in der Nähe von dessen weiterem Ende berührt.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Strömung stromabwärts der Durchtrittsstelle zwischen Ventilsitz und Ventilglied beruhigt bzw. stabilisiert werden kann, wenn die Strömung durch eine konische Erweiterung des Ventilsitzes nach radial außen geführt wird. Zusätzlich ist es jedoch erforderlich, dass die engste Stelle des Durchtrittsspalts zwischen Ventilglied und Ventilsitz möglichst nahe am weiteren, also am stromabwärtigen Ende des Ventilsitzes liegt. Bei einer derartigen Ausbildung des Ventilsitzes und des Ventilglieds erhält man bei geöffnetem Ventil eine relativ ruhige und stabil nach radial außen gerichtete Strömung stromabwärts der Durchtrittsstelle durch den Ventilspalt.

Dies ermöglicht wiederum eine deutlich bessere Qualität der Steuerung bzw. Regelung des Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffsystem. Hierdurch wird eine genauere Zumessung des Kraftstoffs bei einer Einspritzung beispielsweise in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ermöglicht, was das Verbrauchsverhalten und auch die Emissionseigenschaften der Brennkraftmaschine verbessert. Die Verbesserung der Steuer- und Regelqualität wird dabei erreicht, ohne dass zusätzliche Komponenten oder komplexe Bearbeitungsschritte erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Drucksteuerventil kann somit relativ preiswert hergestellt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Vorspannkraft, insbesondere mittels einer durch eine Schraube spannbaren Feder, einstellbar ist. Auf diese Weise kann der mechanische Öffnungsdruck für jedes Drucksteuerventil auf besonders einfache Art und Weise eingestellt werden.

Ferner ist möglich, dass das Ventilglied als Kugel ausgebildet ist und ein Halteelement vorgesehen ist, in dem die Kugel quer zur Betätigungsrichtung gehalten ist. Durch ein solches Halteelement wird sichergestellt, dass auch bei geöffnetem Ventil, also dann, wenn das Ventilglied vom Ventilsitz abgehoben ist, der Ringspalt zwischen dem Ventilglied und dem Ventilsitz überall in etwa gleich groß ist. Somit werden laterale Druckunterschiede am Ringspalt verhindert, welche unter bestimmten Umständen zu einer lateralen Schwingbewegung des Ventilgliedes führen könnten.

Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Halteelement mindestens drei radial einwärts gerichtete Haltezungen mit jeweils einer radial inneren Wand aufweist, an der die Kugel anliegt. Mit solchen Haltezungen ist eine eindeutige Zentrierung des Ventilglieds gegenüber dem Ventilsitz möglich, ohne dass der Durchtritt von Fluid durch das Halteelement stark beeinträchtigt ist.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Drucksteuerventil einen Ventilstößel, welcher das Ventilglied beaufschlagt. Ferner sind mindestens zwei Kunststoff-Gleitbuchsen vorgesehen, in denen der Ventilstößel axial gleitend gehalten ist. Durch eine derartige möglichst reibungsarme oder gar reibungsfreie Lagerung des Ventilstößels weist die Verstellcharakteristik des Ventilstößels eine geringe Hysterese auf, was einer feinfühligen Druckeinstellung durch das Drucksteuerventil zuträglich ist.

Die Ansteuerung des Drucksteuerventils kann auf besonders einfache Art und Weise dadurch erfolgen, dass es elektomagnetisch betätigbar ist, wobei mindestens ein Magnetanker am Ventilstößel über eine Pressverbindung gehalten ist.

Dabei wird wiederum besonders bevorzugt, wenn das Drucksteuerventil einen sich koaxial zum Ventilstößel erstreckenden Magnetkern umfasst, an dem eine der Kunststoff-Gleitbuchsen befestigt ist, und die Kunststoff- Gleitbuchse zum Anker hin eine Schulter aufweist, welche als Abstandshalter zwischen dem Magnetkern und dem Anker dient. Die Schulter stellt sicher, dass auch bei angezogenem Anker immer ein für die Magnetwirkung erforderlicher Restluftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Anker vorhanden ist. Die Anordnung eines Magnetkerns führt zu einer Verstärkung der Magnetwirkung, welche die Dynamik des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils verbessert. Die Anordnung der Kunststoff-Gleitbuchse am Magnetkern erübrigt wiederum ein separates Halteteil, was die Herstellkosten des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils senkt.

Erfindungsgemäß kann auch ein Hydraulikmodul vorgesehen sein, welches das Ventilgehäuse, den Einlass, den Auslass, das Ventilglied, den Ventilsitz, das Vorspannelement, den Ventilstößel, den Anker, den Magnetkern und die Kunststoff- Gleitbuchsen umfasst, und es kann ein Spulenmodul vorgesehen sein, welches eine sich koaxial zum Magnetanker erstreckende Magnetspule mit einem Wicklungsträger und einen elektrischen Anschluss umfasst, wobei Hydraulikmodul und Spulenmodul voneinander separate Baugruppen bilden.

Diese Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils hat den Vorteil, dass das Hydraulikmodul und das Spulenmodul getrennt voneinander hergestellt werden können, was die Herstellkosten aufgrund der unterschiedlichen Fertigungsanforderungen senkt. Im Fehlerfall ist es möglich, die einzelnen Module getrennt auszutauschen. Ein separates Spulenmodul ermöglicht darüber hinaus die Kombination unterschiedlicher Spulenmodule, welche mit den jeweiligen Kundenwünschen entsprechenden Anschlüssen ausgestattet sind, mit jeweils dem gleichen Hydraulikmodul. Dies senkt ebenfalls die Herstellkosten des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils, da zumindest vom Hydraulikmodul relativ große Stückzahlen hergestellt werden.

Die Verbindung des Hydraulikmoduls mit dem Spulenmodul erfolgt vorzugsweise über eine Reibschluss- und/oder eine Rastverbindung. Hierdurch wird auch eine Transportsicherung geschaffen, durch die verhindert wird, dass innenliegende Teile verschmutzt oder beschädigt werden. Die Lösbarkeit der Reibschluss- und/oder Rastverbindung ermöglicht einen leichten Austausch der Teile.

In einer anderen Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Spulenmodul ein in etwa U-förmiges Bügelelement umfasst, welches als Basis einen Befestigungsabschnitt mit mindestens zwei lateral abstehenden Halteflanschen und als Schenkel mindestens zwei streifenförmige Kapselungsabschnitte aufweist, welche die Spule von außen übergreifen. Mit dem U-förmigen Bügelelement kann das erfindungsgemäße Drucksteuerventil somit auf einfache Art und Weise an einem Element des Kraftstoffsystems befestigt werden. Gleichzeitig ermöglicht das Bügelelement eine Verstärkung der Magnetkraft durch eine lateral äußere Kapselung mindestens eines Bereichs der Magnetspule.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Bügelelement an den Enden der Schenkel Befestigungsabschnitte, insbesondere Rastnasen, aufweist, an denen ein Deckelelement befestigt, insbesondere verstemmt, werden kann, mit dem die Spule endseitig magnetisch gekapselt ist. Die endseitige Kapselung der Spule verstärkt nochmals die Magnetkraft, wobei die Halterung des entsprechenden Deckels auf einfache Weise durch das Bügelelement bewerkstelligt wird.

Weiterhin ist es möglich, dass das Ventilgehäuse eine lateral nach außen weisende Schulter aufweist, die an dem Bügelelement anliegt. Auf diese Weise ist keine separate Befestigung des Hydraulikmoduls am Spulenmodul beim eingebauten Drucksteuerventil erforderlich, da das Hydraulikmodul in Einbaulage durch den Hydraulikdruck mit seiner Schulter an das Spulenmodul gedrückt wird.

Zur weiteren Stärkung der Magnetkraft wird vorgeschlagen, dass zwischen Ventilgehäuse und Magnetkern ein Spalt vorhanden und das Ventilgehäuse mit dem Magnetkern über einen Ring aus einem antimagnetischen Material verbunden ist.

Besonders bevorzugt ist auch jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils, bei der ein Aufnahmeteil mit einer Stufenbohrung vorgesehen ist, in die ein Anschlusszapfen des Ventilgehäuses eingesetzt ist, wobei in einen Abschnitt der Stufenbohrung eine eingangsseitige Leitung und in einen anderen Abschnitt eine ausgangsseitige Leitung mündet, und wobei die eingangsseitige Leitung gegenüber der ausgangsseitigen Leitung durch eine erste Ringdichtung und die ausgangsseitige Leitung gegenüber der Umgebung durch eine zweite Ringdichtung abgedichtet ist und wobei die zweite Ringdichtung einen größeren Durchmesser aufweist als die erste Ringdichtung, und wobei in Einbaulage der Abstand zwischen der ersten Ringdichtung und der ersten Stufe der Stufenbohrung kleiner ist als der Abstand zwischen der zweiten Ringdichtung und der zur Umgebung führenden zweiten Stufe, und wobei die Befestigung des Ventilgehäuses am Aufnahmeteil in axialer Richtung elastisch ist. Dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drucksteuerventils liegt folgende Überlegung zugrunde:
Sollte aufgrund eines Fehlers das Ventilglied in seiner Schließstellung verklemmt sein, bedeutet dies, dass die Druckbegrenzungsfunktion des Drucksteuerventils nicht mehr wirksam ist. In diesem Fall kann aufgrund der in axialer Richtung elastischen Befestigung des Ventilgehäuses am Aufnahmeteil das Ventilgehäuse und hierdurch das gesamte Drucksteuerventil aus dem Aufnahmeteil bzw. aus der Stufenbohrung bei steigendem Hydraulikdruck herausgedrückt werden.

Wenn nun Einlass und Auslass sowie die entsprechenden Ringdichtungen in der beanspruchten Art und Weise ausgebildet sind, ist sichergestellt, dass dann, wenn der Anschlusszapfen sich in axialer Richtung aus dem Aufnahmeteil herausbewegt, zunächst die Ringdichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass über die entsprechende Stufe rutscht und somit eine direkte Verbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass hergestellt wird. Auf diese Weise wirkt quasi das gesamte Drucksteuerventil als Ventilelement, welches bei steigendem Hydraulikdruck von seinem Ventilsitz, nämlich der Stufenbohrung, abgehoben wird. Somit ist auch bei blockiertem Ventilglied eine gewisse Druckbegrenzungsfunktion des Drucksteuerventils sichergestellt.

Zeichnung

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einem Drucksteuerventil;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Drucksteuerventil von Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 2;

Fig. 4 eine Detailansicht IV von Fig. 2;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Bereich des Drucksteuerventils von Fig. 1 und eines Aufnahmeteils;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Halteelements für ein Ventilglied des Drucksteuerventils von Fig. 1;

Fig. 7 eine Draufsicht auf das Halteelement von Fig. 6;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Rohlings, aus dem ein Bügelelement des Drucksteuerventils von Fig. 1 hergestellt wird; und

Fig. 9 das aus dem Rohling von Fig. 8 hergestellte Bügelelement.

Ein Kraftstoffsystem trägt in Fig. 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstofftank 12, aus dem Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung 14 von einer elektrischen Kraftstoffpumpe 16 zu einem Filter 18 und von dort zu einer Hochdruckpumpe 20 gefördert wird. Der Druck in der Kraftstoffleitung 14 wird durch einen Niederdruckregler 22 geregelt, welcher in einer Zweigleitung 24 angeordnet ist.

Von der Hochdruckpumpe 20 führt eine Hochdruck- Kraftstoffleitung 26 zu einer als "Rail" bezeichneten Kraftstoff-Sammelleitung 28. An diese sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Hochdruck-Einspritzventile 30 angeschlossen. Über diese wird der Kraftstoff direkt in einen nicht dargestellten Brennraum einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespritzt. Der Druck in der Rail 28 wird von einem Drucksensor 32 abgegriffen.

Die Einstellung des Drucks in der Rail 28 erfolgt durch ein Drucksteuerventil 34, welches eingangsseitig über eine Kraftstoffleitung 36 mit der Rail 28 und ausgangsseitig über eine Kraftstoffleitung 38 mit der Niederdruck- Kraftstoffleitung 14 verbunden ist. Durch das Drucksteuerventil 34 kann der Druck im Rail 28 in einem Bereich von ungefähr 4-130 bar eingestellt werden. Hierzu wird das Drucksteuerventil 34 von einem nicht dargestellten Steuer- und Regelgerät angesteuert. Dieses erhält wiederum Signale vom Drucksensor 32. Die Einstellung des Drucks im Rail 28 kann durch einen geschlossenen Regelkreis oder durch eine einfache Ansteuerung des Drucksteuerventils 34 erfolgen.

Das Drucksteuerventil 34 wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die Fig. 2-9 erläutert (in Fig. 3 sind aus Darstellungsgründen nicht alle Bezugzeichen eingetragen):
Zunächst umfasst das Drucksteuerventil 34 ein zylindrisches Ventilgehäuse 40. Der in den Fig. 2 und 3 untere Bereich des Ventilgehäuses 40 bildet zusammen mit einem Ventilkörper 43 einen Anschlusszapfen 42. In diesem Anschlusszapfen 42 verläuft koaxial ein als Stufenbohrung ausgebildeter Einlasskanal 44. Oberhalb des Einlasskanals 44 befinden sich zwei radial verlaufende Auslasskanäle 46 (in einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur ein Auslasskanal vorhanden; ebenso sind mehr als zwei Auslasskanäle denkbar). Im Innern des Anschlusszapfens 42 münden der Einlasskanal 44 und die Auslasskanäle 46 in einen Strömungsraum 48. Auf das freie Ende des Anschlusszapfens 42 ist ein Filterstück 49 aufgesetzt. In etwa in seiner axialen Mitte trägt das Ventilgehäuse 40 einen umlaufenden, nach radial außen gerichteten Ringsteg 51.

Die Stufenbohrung des Einlasskanals 44 verjüngt sich in axialer Richtung von außen nach innen. Am oberen Ende des in Fig. 2 obersten Abschnitts des Einlasskanals 44 ist allerdings eine konische Erweiterung 50 vorhanden (vergl. Fig. 4). Diese bildet einen Ventilsitz für eine Ventilkugel 52. Der Durchmesser der Ventilkugel 52 ist so gewählt, dass dann, wenn die Ventilkugel 52 am Ventilsitz 50 anliegt, die Ventilkugel 52 den Ventilsitz 50 in der Nähe von dessen weiterem, also in den Fig. 2-4 oberem Ende berührt.

Die Ventilkugel 52 wird in radialer Richtung des Anschlusszapfens 42 durch ein Halteelement 54 gehalten. Dieses weist eine dreieckige Außenkontur mit abgerundeten Ecken auf. Im Zentrum des Halteelements 54 ist eine ebenfalls in etwa dreieckige Ausnehmung 56 mit ebenfalls abgerundeten Ecken vorhanden. Von den Mitten der Dreieckseiten der Ausnehmung 56 erstrecken sich nach radial einwärts Haltezungen 58, deren radial innere Wand jeweils das Bezugszeichen 60 trägt. An diesen radial inneren Wänden 60 der Haltezungen 58 liegt die Ventilkugel 52 an. Auf diese Weise wird die Ventilkugel 52 quer zur Betätigungsrichtung von den Haltezungen 58 gehalten. Das Halteelement 54 hat insgesamt scheibenförmige Gestalt und ist in eine axiale Ausnehmung in der Oberseite des Ventilkörpers 43 eingesetzt.

Die obere Begrenzungswand des Strömungsraums 48 wird von einer Bohrung 62 durchbrochen, in die eine erste Kunststoff-Gleitbuchse 64 eingesetzt ist. In der ersten Kunststoff-Gleitbuchse 64 ist ein als Zylinderstift ausgebildeter Ventilstößel 66 reibungsarm gelagert. Oberhalb des Strömungsraums 48 ist im Ventilgehäuse 40 eine weitere koaxiale und zylindrische Ausnehmung 68 vorhanden, welche nach oben hin offen ist. Auf den Ventilstößel 66 ist ein zylindrischer Magnetanker 70 aufgepresst. Dessen untere Stirnfläche ist von der unteren Stirnfläche der Ausnehmung 68 beabstandet. Mit seinem oberen Ende steht der Magnetanker 70 über das obere Ende des Ventilgehäuses 40 über.

Auf die äußere Mantelfläche am oberen Ende des Ventilgehäuses 40 ist ein Ringelement 72 aus einem antimagnetischen Material aufgeschweißt. Das Ringelement 72 steht ebenfalls über das obere Ende des Ventilgehäuses 40 über und ist an seinem oberen Ende mit einem sich koaxial zum Ventilgehäuse 40 erstreckenden Magnetkern 74 verschweißt. Der Außendurchmesser des Magnetkerns 74 entspricht in etwa dem Außendurchmesser des oberen Abschnitts des Ventilgehäuses 40.

Der Magnetkern 74 weist eine sich über seine ganze Länge erstreckende Bohrung 76 auf. Die Durchgangsbohrung 76 ist ebenfalls stufenförmig ausgebildet. In ihren in den Fig. 2 und 3 untersten Abschnitt ist eine zweite Kunststoff- Gleitbuchse 78 eingesetzt. Mit einer Schulter 79 steht die Kunststoff-Gleitbuchse 78 etwas über die Grundfläche einer Einsenkung 80 in der Unterseite des Magnetkerns 74 über. Der Durchmesser der Einsenkung 80 ist etwas größer als der Durchmesser des Magnetankers 70. Die Schulter 79 bildet einen Abstandshalter für den Anker 70. Das in den Fig. 2 und 3 obere Ende des Ventilstößels 66 ist in der zweiten Kunststoff-Gleitbuchse 78 reibungsarm gelagert.

Am oberen Ende des Ventilstößels 66 ist ein Federhalter 82 befestigt. Dieser trägt an seinem dem Ventilstößel 66 zugewandten Ende einen Kopf 84, an dem sich eine Druckfeder 86 abstützt. Die Druckfeder 86 erstreckt sich koaxial zum Ventilstößel 66 nach oben und wird durch einen sich nach oben erstreckenden Führungsabschnitt 88 des Federhalters 82 geführt. Das obere Ende der Feder 86 stützt sich wiederum an einer Einstellschraube 90 ab. Diese ist in einen Gewindeabschnitt 92 im oberen Bereich der Durchgangsbohrung 76 in den Magnetkern 74 eingeschraubt.

Die Einstellschraube 90 ist gegenüber der Durchgangsbohrung 76 durch eine O-Ringdichtung 94 abgedichtet. Durch die Einstellschraube 90 kann die Vorspannkraft der Feder 86 eingestellt werden. Die Vorspannkraft der Feder 86 wird über den Ventilstößel 66 auf die Ventilkugel 52 übertragen, wodurch diese gegen den Ventilsitz 50 gepresst wird.

Das Ventilgehäuse 40, der Ventilkörper 43 mit dem Einlasskanal 44 und den Auslasskanälen 46, die Ventilkugel 52 und der dazugehörige Ventilsitz 50, die Druckfeder 86, der Ventilstößel 66, die Kunststoff-Gleitbuchsen 64 und 78, der Magnetanker 70, der Magnetkern 74, der Federhalter 82 und die Einstellschraube 90 bilden insgesamt ein eine zusammengehörige Baugruppe bildendes Hydraulikmodul 96.

Zur Erzeugung einer Magnetkraft ist zunächst ein ringförmiger Wicklungsträger 98 vorgesehen. Dieser ist koaxial zum Ventilgehäuse 40 angeordnet und umgibt den oberen Bereich des Ventilgehäuses 40 sowie den unteren Bereich des Magnetkerns 74. Auf den Wicklungsträger 98 ist Wickeldraht aufgewickelt, so dass eine Spule 99 gebildet wird. Der Wicklungsträger 98 weist an seinem unteren Ende einen radial innen liegenden und axial nach unten überstehenden Kragen 100 auf, der mit seinem Rand auf dem Bügelelement 102 aufliegt und umspritzt ist.

Das Bügelelement 102 ist im Detail in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Es wird als Flachteil ausgestanzt (Fig. 8) und dann durch Hochbiegen zweier Schenkel 104 zu einem U- förmigen Teil geformt. In einer Basis 106 des Bügelelements 102 ist eine kreisrunde Ausnehmung 108 vorhanden, deren Innendurchmesser in etwa dem Außendurchmesser des oberen Abschnitts des Ventilgehäuses 40 entspricht. Von der Basis 106 stehen nach lateral zwei Halteflansche 110 ab, in denen jeweils Befestigungsbohrungen 112 vorhanden sind.

Die Schenkel 104 des Bügelelements 102 bilden streifenförmige Kapselungsabschnitte, welche den Wicklungsträger 98 mit der aufgewickelten Spule 99 von außen übergreifen. An den Enden der Schenkel 104 sind Rastnasen 114 ausgebildet, welche mit einem plattenförmigen Deckelelement 116 verstemmt sind. Das Deckelelement 116 weist ebenfalls eine zentrische Ausnehmung 118 auf, deren Durchmesser in etwa dem Außendurchmesser des Magnetkerns 74 entspricht. Durch das Bügelelement 102 und das Deckelelement 116 wird eine Außenkapselung der Spule 99 auf dem Wicklungsträger 98 geschaffen.

Die Spule 99 auf dem Wicklungsträger 98 ist an einen radial abstehenden Flachstecker 120 angeschlossen. Das Bügelelement 102, das Deckelelement 116, der Flachstecker 120 und der Wicklungsträger 98 mit der Spule 99 sind vollständig mit Kunststoff 122 umspritzt. Der Wicklungsträger 98 mit der Spule 99, das Bügelelement 102, das Deckelelement 116, der Flachstecker 120 und die Umspritzung 122 bilden insgesamt ein als separate Baugruppe ausgebildetes Spulenmodul 124.

Die Verbindung des Spulenmoduls 124 mit dem Hydraulikmodul 96 erfolgt dadurch, dass das Spulenmodul 124 einfach auf das Hydraulikmodul 96 aufgeschoben wird, bis die Basis 106 des Bügelelements 102 an der Ringschulter 51 am Ventilgehäuse 40 anliegt. Ein Abrutschen des Spulenmoduls 124 vom Hydraulikmodul 96 wird durch Rastnasen 126 verhindert, welche im oberen Bereich des Magnetkerns ausgebildet sind und in die Kunststoffumspritzung 122 eingreifen. Dadurch, dass das Drucksteuerventil 34 ein als separate Baugruppe ausgebildetes Hydraulikmodul 96 und ein ebenfalls als separate Baugruppe ausgebildetes Spulenmodul 124 aufweist, ist es möglich, das Hydraulikmodul 96 mit unterschiedlichen Spulenmodulen 124 zu verbinden.

Dies ermöglicht es wiederum, das Hydraulikmodul 96 in sehr großen Stückzahlen herzustellen, was dessen Herstellkosten senkt. Das relativ einfach herzustellende Spulenmodul wiederum kann kundenspezifischen Anforderungen entsprechend beispielsweise mit einem speziellen Flachstecker 120 ausgestattet werden. Im Fehlerfall kann das Spulenmodul 124 einfach vom Hydraulikmodul 96 abgezogen werden, wodurch die zentralen Komponenten des Hydraulikmoduls 96 zur Überprüfung und ggf. Reparatur auf einfache Art und Weise zugänglich werden.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, wird das Drucksteuerventil 34 mit dem Anschlusszapfen 42 des Ventilgehäuses 40 voran in eine Stufenbohrung 128 eines Aufnahmeteils 130 eingesetzt. Das Aufnahmeteil 130 kann an unterschiedlichen Stellen des Kraftstoffsystems 10 angeordnet sein. Möglich ist z. B., dass es direkt am Rail 28 vorhanden ist. Denkbar ist aber auch eine Anbringung direkt an der Hochdruckpumpe 20.

Das Aufnahmeteil 130 kann als separates Teil vorgesehen sein oder einstückig mit Rail 28 oder dem Gehäuse der Hochdruckpumpe 20 ausgebildet sein. Die im Aufnahmeteil 130 ausgebildete eingangsseitige Kraftstoffleitung trägt wie in Fig. 1 das Bezugszeichen 36, wohingegen die ausgangsseitige Kraftstoffleitung das Bezugszeichen 38 trägt. Das Drucksteuerventil 34 ist am Aufnahmeteil 130 über die in Fig. 5 nur teilweise dargestellten Halteflansche 110 befestigt. Dabei wird das Hydraulikmodul durch den Kraftstoffdruck mit dem Ringsteg 51 gegen das Bügelelement 102 gedrückt.

Das Drucksteuerventil 34 arbeitet folgendermaßen: Wenn die durch die Spule 99 und den Wicklungsträger 98 gebildete Magneteinheit nicht erregt ist, wird der Öffnungsdruck des Drucksteuerventils 34 ausschließlich durch die Vorspannkraft der Feder 86 bestimmt. Wird der entsprechende Grenzdruck überschritten, wird die Ventilkugel 52 aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Einlasskanal 44 und dem Strömungsraum 48 vom Ventilsitz 50 abgehoben. Hierdurch gelangt Kraftstoff aus der eingangsseitigen Leitung 36 und den Einlasskanal 44 durch den Spalt zwischen dem Ventilsitz 50 und der Ventilkugel 52 hindurch in den Strömungsraum 48 und kann über die Auslasskanäle 46 in die ausgangsseitige Leitung 38 abfließen.

Dadurch, dass der Ventilsitz 50 als konische Erweiterung ausgebildet ist und der Durchtrittsspalt für den Kraftstoff zwischen Ventilkugel 52 und Ventilsitz 50 im Bereich des weiteren Endes des Ventilsitzes 50 vorhanden ist, wird bei einem Öffnen des Drucksteuerventils 34 ein stabiler Strömungszustand erreicht, wodurch die Regel- bzw. Steuergüte des Drucksteuerventils 34 optimal ist. Laterale Schwingbewegungen der Ventilkugel 52 werden durch das Halteelement 54 mit den Haltezungen 58 zuverlässig verhindert.

Um einen anderen Öffnungsdruck des Drucksteuerventils 34 realisieren zu können, wird die Spule 99 bestromt. Je nach Stärke und Art der Bestromung übt der Magnetkern 74 auf den Magnetanker 70 eine Kraft aus. Diese wird der durch die Feder 86 bereitgestellten Vorspannkraft überlagert. Dadurch, dass der Magnetkern 74 auf den Magnetanker 70 eine Anziehungskraft ausübt, verringert sich die vom Ventilstößel 66 auf die Ventilkugel 52 ausgeübte Anpresskraft, so dass die Ventilkugel 52 mit einer geringeren Kraft gegen den Ventilsitz 50 gepresst wird. Hierdurch wird der Öffnungsdruck des Drucksteuerventils 34 also abgesenkt. Auf diese Weise können unterschiedliche Drücke im Rail 28 eingestellt werden. Dabei ist eine Absenkung des Raildrucks auf bis ungefähr 4 bar möglich, Dies entspricht dem Druck, der üblicherweise in der Kraftstoffleitung 14 vorliegt.

Durch die wie ein Abstandshalter wirkende Schulter 79 der Kunststoff-Gleitbuchse 78 wird sichergestellt, dass auch bei vollständig angezogenem Magnetanker 70 immer ein für die Magnetwirkung erforderlicher Restluftspalt zwischen dem Magnetanker 70 und dem Magnetkern 74 vorhanden ist. Die magnetische Entkopplung zwischen dem Ventilgehäuse 40 und dem Magnetkern 74 wird dabei durch das antimagnetische Ringelement 72 sichergestellt. Durch die Gleitbuchsen 64 und 78 wird der Ventilstößel reibungsarm gelagert, so dass er - wenn überhaupt - nur eine geringe Hysterese bei einer Betätigung zeigt.

Doch selbst dann, wenn die Ventilkugel 52 aus irgendwelchen Gründen am Ventilsitz 50 blockiert ist, ein Öffnen des Drucksteuerventils 34 also nicht möglich ist, kann das Drucksteuerventil 34 noch eine "Not- Druckbegrenzungsfunktion" bereitstellen. Dies geschieht folgendermaßen:
Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist, trägt der Anschlusszapfen 42 des Ventilgehäuses 40 auf seiner Außenseite zwei Ringdichtungen 132 und 134. Aus Fig. 5 ist ferner ersichtlich, dass zwischen dem Abschnitt der Stufenbohrung 128 im Aufnahmeteil 130 mit kleinerem Durchmesser und jenem mit größerem Durchmesser eine als Einführschräge ausgebildete Stufe 136 vorhanden ist. Der Bereich der Stufenbohrung 128 mit größerem Durchmesser weist an seinem oberen Ende ebenfalls eine Einführschräge 138 auf. Die in Fig. 5 untere Ringdichtung 132 sorgt für die Abdichtung zwischen der eingangsseitigen Leitung 36 und der ausgangsseitigen Leitung 38, wohingegen die in Fig. 5 obere Ringdichtung 134 für die Abdichtung zwischen der ausgangsseitigen Leitung 38 und der Umgebung sorgt. Die untere Ringdichtung 132 hat einen dem Durchmesser des entsprechenden Abschnitts der Stufenbohrung 128 angepassten kleineren Durchmesser als die obere Ringdichtung 134.

Steigt nun der Druck in der eingangsseitigen Leitung 36 an, und kann dieser Druckanstieg aufgrund einer klemmenden Ventilkugel 52 nicht über den Einlasskanal 44, den Strömungsraum 48 und die Einlasskanäle 46 zur ausgangsseitigen Leitung 38 abgeleitet werden, dann wird aufgrund des Differenzdrucks zwischen eingangsseitiger Leitung 36 und Umgebung das gesamte Drucksteuerventil 34 aus der Stufenbohrung 128 im Aufnahmeteil 130 etwas herausgedrückt. Dies ist möglich, da die Halteflansche 110 des Bügelelements 102 in axialer Richtung des Drucksteuerventils 34 über eine gewisse Elastizität verfügen.

Da, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, der Abstand zwischen der unteren Ringdichtung 132 und der Einführschräge 136 kleiner ist als der Abstand zwischen der oberen Ringdichtung 134 und der Einführschräge 138, gelangt dann, wenn sich das Drucksteuerventil 34 axial nach oben bewegt, zunächst die untere Ringdichtung 132 in den Bereich der Einführschräge 136, wohingegen die obere Ringdichtung 134 noch im Bereich des Abschnitts mit größerem Durchmesser der Stufenbohrung 128 verbleibt.

Wenn die untere Ringdichtung 132 aber in den Bereich der Einführschräge 136 gelangt, verringert sich die Dichtwirkung zwischen der Ringdichtung 132 und der Wand der Stufenbohrung 128, so dass Kraftstoff unter Umgehung des Drucksteuerventils 34 direkt von der eingangsseitigen Leitung 36 an der Ringdichtung 132 vorbei zur ausgangsseitigen Leitung 38 gelangen kann. In diesem Fall wirkt also das gesamte Drucksteuerventil 34 mit der unteren Ringdichtung 132 als Ventilglied und die Stufenbohrung 128 im Aufnahmeteil 130 als Ventilsitz. Die Halteflansche 110 am Bügelelement 102 wirken als Vorspannelement.

Auf diese Weise kann auch dann Druck aus der eingangsseitigen Leitung 36 in die ausgangsseitige Leitung 38 abgelassen werden, wenn das Drucksteuerventil 34 nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet. Dabei bleibt sichergestellt, dass kein Kraftstoff in die Umgebung gelangt.

Zum Abschluss sei darauf hingewiesen, dass die in der Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendeten Begriffe "unten" und "oben" sich auf die Anordnung des Drucksteuerventils 34 in den Fig. 1-9 beziehen. Es versteht sich, dass das Drucksteuerventil 34 in beliebiger Lage in einem Kraftstoffsystem 10 eingebaut werden kann. Allerding erfolgt der Einbau bevorzugt in einer eher aufrechten Lage, um dem Problem der Verschmutzung und der Vereisung im Betrieb des Drucksteuerventils vorzubeugen.

Claims (14)

1. Drucksteuerventil (34) für ein direkt einspritzendes Kraftstoffsystem (10) einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilgehäuse (40, 43), mindestens einem Einlass (44), mindestens einem Auslass (46), mindestens einem vorgespannten (86), elektrisch betätigbaren (70, 74, 98, 99) und wenigstens bereichsweise kugelförmigen Ventilglied (52), welches mit einem gehäusefesten Ventilsitz (50) zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (50) sich zum Ventilglied (52) hin konisch erweitert, und der Kugeldurchmesser des Ventilsglieds (52) so gewählt ist, dass bei geschlossenem Ventil (34) das Ventilglied (52) den Ventilsitz (50) in der Nähe von dessen weiterem Ende berührt.

2. Drucksteuerventil (34) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft, insbesondere mittels einer durch eine Schraube (90) spannbaren Feder (86), einstellbar ist.

3. Drucksteuerventil (34) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied als Kugel (52) ausgebildet ist und ein Halteelement (54) vorgesehen ist, in dem die Kugel (52) quer zur Betätigungsrichtung gehalten ist.

4. Drucksteuerventil (34) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (54) mindestens drei radial einwärts gerichtete Haltezungen (58) mit jeweils mindestens einer radial inneren Wand (60) aufweist, an der die Kugel (52) anliegt.

5. Drucksteuerventil (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Ventilstößel (66) umfasst, welcher das Ventilglied (52) beaufschlagt, und mindestens zwei Kunststoff-Gleitbuchsen (64, 78) vorgesehen sind, in denen der Ventilstößel (66) axial gleitend gehalten ist.

6. Drucksteuerventil (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es elektromagnetisch betätigbar ist, wobei mindestens ein Magnetanker (70) am Ventilstößel (66) über eine Pressverbindung gehalten ist.

7. Drucksteuerventil (34) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es einen sich koaxial zum Ventilstößel (66) erstreckenden Magnetkern (74) umfasst, an dem eine der Kunststoff-Gleitbuchsen (78) befestigt ist, und die Kunststoff-Gleitbuchse (78) zum Anker (70) hin eine Schulter (79) aufweist, welche als Abstandshalter zwischen dem Magnetkern (74) und dem Anker (70) dient.

8. Drucksteuerventil (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikmodul (96) vorgesehen ist, welches das Ventilgehäuse (40, 42), den Einlass (44), den Auslass (46), das Ventilglied (52), den Ventilsitz (50), das Vorspannelement (86), den Ventilstößel (66), den Anker (70), den Magnetkern (74) und die Kunststoff-Gleitbuchsen (64, 78) umfasst, und ein Spulenmodul (124) vorgesehen ist, welches mindestens eine seitlich vom Magnetkern (74) angeordnete Magnetspule (98, 99) und einen elektrischen Anschluss (120) umfasst, wobei Hydraulikmodul (96) und Spulenmodul (124) voneinander separate Baugruppen bilden.

9. Drucksteuerventil (34) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikmodul (96) und das Spulenmodul (124) über eine Reibschluss- und/oder eine Rastverbindung (126) miteinander lösbar verbunden sind.

10. Drucksteuerventil (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass das Spulenmodul (124) ein in etwa U- förmiges Bügelelement (102) umfasst, welches als Basis (106) einen Befestigungsabschnitt mit mindestens zwei lateral abstehenden Halteflanschen (110) und als Schenkel (104) mindestens zwei streifenförmige Kapselungsabschnitte aufweist, welche die Spule (98, 99) von außen übergreifen.

11. Drucksteuerventil (34) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bügelelement (102) an den Enden der Schenkel (104) Befestigungsabschnitte, insbesondere Rastnasen (114), aufweist, an denen ein Deckelelement befestigt, insbesondere verstemmt, werden kann, mit dem die Spule (98, 99) endseitig magnetisch gekapselt ist.

12. Drucksteuerventil (34) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (40, 43) eine lateral nach außen weisende Schulter aufweist, die an dem Bügelelement (102) anliegt.

13. Drucksteuerventil (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ventilgehäuse (40, 43) und Magnetkern (74) ein Spalt vorhanden und das Ventilgehäuse (40, 43) mit dem Magnetkern (74) über einen Ring (72) aus einem antimagnetischen Material verbunden ist.

14. Drucksteuerventil (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es ein Aufnahmeteil (130) mit einer Stufenbohrung (128) aufweist, in die ein Anschlusszapfen (42) des Ventilgehäuses (40, 43) eingesetzt ist, wobei in einen Abschnitt der Stufenbohrung (128) eine eingangsseitige Leitung (36) und in einen anderen Abschnitt eine ausgangsseitige Leitung (38) mündet, wobei die eingangsseitige Leitung (36) der ausgangsseitigen Leitung (38) durch eine erste Ringdichtung (132) und die ausgangsseitige Leitung (38) gegenüber der Umgebung durch eine zweite Ringdichtung (134) abgedichtet ist und wobei die zweite Ringdichtung (134) einen größeren Durchmesser aufweist als die erste Ringdichtung (132), und wobei in Einbaulage der Abstand zwischen der ersten Ringdichtung (132) und der ersten Stufe (136) der Stufenbohrung (128) kleiner ist als der Abstand zwischen der zweiten Ringdichtung und der zur Umgebung führenden zweiten Stufe (138), und wobei die Befestigung des Ventilgehäuses (40, 43) am Aufnahmeteil (130) in axialer Richtung elastisch ist.