DE10023621A1

DE10023621A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10023621A1
Application number: DE10023621A
Authority: DE
Inventors: Martin Boehm; Rainer Haeberer; Helmut Clauss; Felix Landhaeuser; Markus Rueckle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-05-13
Filing date: 2000-05-13
Publication date: 2001-11-15
Also published as: JP4638649B2; US6626151B2; WO2001088368A1; BR0106435B1; CN1380941A; US20020134355A1; CN1262756C; ES2255559T3; KR20020032527A; BR0106435A; KR100757225B1; DE50108673D1; EP1283956A1; EP1283956B1; JP2003533638A

Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen besitzt ein Verteilerrohr und eine motordrehzahlabhängig angetriebene Hochdruckpumpe, die zur Erzeugung des beim jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Verteilerrohr benötigten Kraftstoffdrucks und -durchsatzes dient, sowie ferner eine der Hochdruckpumpe zugeordnete Kraftstoffzumesseinheit, die auf einem elektromagnetisch betätigten Regelventil (11) basiert. Die Kraftstoffzumesseinheit (10, 11) ist in der Hochdruckpumpe angeordnet, und der Ausgang (36) des Regelventils (11) mündet in den Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe. Der Eingang (32, 34) des Regelventils (11) ist mit der Druckseite einer Vorförderpumpe verbunden. Das Regelventil (11) weist einen - in Öffnungsstellung - druckfederbeaufschlagten (25) Ventilkolben (23) auf, der durch einen Ankerbolzen (14) des Elektromagneten (10) entgegen der Federkraft - in Schließstellung - betätigbar ist. DOLLAR A Die Besonderheit besteht darin, dass im Ventilkolben (23) mindestens eine, vorzugsweise mehrere, radiale Steueröffnungen (35) angeordnet sind, die mit der Saugseite der Hochdruckpumpe in Wirkverbindung stehen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Gegenstand des Hauptpatents zeichnet sich durch eine Kraftstoffzumesseinheit aus, die in der Lage ist, der Hochdruckpumpe des CR-Systems die im jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine gewünschte Kraftstoffmenge exakt zuzumessen. Durch eine derartige niederdruckseitige exakte Zumessung der benötigten Kraftstoffmenge zur Hochdruckpumpe werden komprimierte Überströmmengen von vornherein vermieden, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad und somit zu Kraftstoffeinsparungen führt.

Wesentliche Konstruktionselemente sind beim Gegenstand des Hauptpatents radiale Steueröffnungen im Ventilgehäuse sowie eine Axialöffnung, die zum Innenraum des hülsenförmigen Ventilkolbens führt. Unter diesen konstruktiven Voraussetzungen lassen sich die oben angegebenen Vorzüge durch zwei alternative Durchströmprinzipien realisieren: So verbindet bei der einen Alternative die Axialöffnung den Innenraum des Ventilkolbens mit einer Vorförderpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems, und die radial gerichteten Steueröffnungen des Ventilgehäuses stehen mit dem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe in hydraulischer Wirkverbindung. Dieses Durchströmprinzip wird bei der anderen Alternative umgekehrt, indem nun die Axialöffnung mit dem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden ist, während die Steueröffnungen mit der Druckseite der Vorförderpumpe verbunden sind und somit den Zulauf in die Zumesseinheit bilden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das letztere "umgekehrte" Durchströmprinzip weiter zu optimieren.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Kraftstoffeinspritzsystem der eingangs bezeichneten Gattung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Patentansprüchen 2-7 zu entnehmen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Ventilkolben in dem Ventilgehäuse über 360° hydraulisch zentriert wird, insbesondere dann, wenn im Ventilgehäuse ein entsprechender Ringkanal ausgebildet ist (vgl. Patentanspruch 2). Es wird auf diese Weise ein hysteresearmes und damit optimales Gleiten des Ventilkolbens im Ventilgehäuse ermöglicht.

Durch eine Anordnung der Steueröffnungen in gleichen Winkelabständen am Umfang des Ventilkolbens, vorzugsweise gegenständig gepaart, (vgl. Patentanspruch 4) wird ein optimaler hydraulischer Strömungskraft-Ausgleich erzielt.

Auch in fertigungstechnischer Hinsicht erweist sich die Erfindung als vorteilhaft, da es nämlich einfacher und weniger aufwendig ist, die Steueröffnungen im Ventilkolben einzuarbeiten (etwa durch Laserschneiden und anschliessendes Entgraten) als dies im ohnehin kostenintensiven Ventilgehäuse der Fall wäre. Die Applikationsvarianz der Steueröffnungen findet also im Ventilkolben statt und nicht im kostenintensiven Ventilgehäuse.

Zeichnungen

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient ein Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung dargestellt und nachstehend detailliert beschrieben ist. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Kraftstoffzumesseinheit, im vertikalen Längsschnitt,

Fig. 2 die Einzelheit "A" aus Fig. 1 in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung, und

Fig. 3 ein Diagramm, worin der Kraftstoffdurchsatz (Q) über dem Magnethub (I) aufgetragen ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 und - teilweise - auch in Fig. 2 bezeichnet 10 einen Elektromagneten mit integriertem Regelventil 11. Der Elektromagnet 10 weist eine Magnetspule 12, einen Anker 13 mit Ankerbolzen 14 und einen Magnettopf 15 auf. Letzerer umschliesst - teilweise - die Magnetspule 12 und den Anker 13.

In einem einstückig mit dem Magnettopf 15 verbundenen Steckergehäuse 100 ist ein steckerförmiger Stromanschluss 101 vorgesehen. Die Baueinheit Elektromagnet 10 mit integriertem Regelventil 11 ist in einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe (nicht gezeigt) integriert. Durch eine Umspritzung 17 ist ein optimaler Wärmeübergang von der Spule. 12 an das Gehäuse 15 gewährleistet. Zwei Abdichtstellen 18, 19 gewährleisten zusammen mit der Magnetspule 12, dass Magnetspulenwicklung und Kontaktstellen der Spule 12 vor Angriffen korrosiver Medien optimal geschützt sind.

Das Regelventil 11 besitzt ein Ventilgehäuse 20, welches in eine flanschartige Verbreiterung 21 übergeht, die zugleich den stirnseitigen Abschluss des Eleketromagnetgehäuses 15 bildet. In dem Ventilgehäuse 20 ist eine Axialbohrung 22 ausgebildet, die koaxial zu dem Ankerbolzen 14 des Elektromagneten 10 angeordnet ist. Die Axialbohrung 22 nimmt einen verschieblichen hülsenförmigen Ventilkolben 23 auf, in dessen Innenraum 24 eine Druckfeder 25 angeordnet ist. Die Druckfeder 25 stützt sich innenseitig an dem Ventilkolben 23 und mit ihrem anderen Ende an einem in der Axialbohrung 22 des Ventilgehäuses 20 befindlichen Sicherungselement 26 ab. Aussenseitig steht der Ventilkolben 23 mit dem vorderen Ende des Ankerbolzens 14 in Anlage.

Das Regelventil 11 ist gegenüber dem einen Kraftstoff- Zulaufkanal aufweisenden Material der (nicht dargestellten) Hochdruckpumpe durch zwei Dichtringe 27, 28 abgedichtet.

Zwei Pfeile 29, 30 kennzeichnen den Kraftstoffzulauf zu dem Regelventil 11, und ein Pfeil 31 markiert den Kraftstoffablauf aus dem Regelventil 11. Die Pfeile 29, 30, 31 markieren somit zugleich das bei der dargestellten Kraftstoff-Zumesseinrichtung gewählte sogenannte "umgekehrte" Durchströmprinzip. Hierfür weist das Ventilgehäuse 20 mehrere radial angeordnete, vorzugsweise gegenständig gepaarte Zulauföffnungen 32, 33 auf, die mit einer (nicht dargestellten) Vorförderpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems in hydraulischer Wirkverbindung stehen. Die Zulauf Öffnungen 32, 33 münden in einen Ringkanal 34 ein. Im Ventilkolben 23 sind radiale Steueröffnungen 35 angeordnet, die mit dem Ringkanal 34 und den Zulauföffnungen 32, 33 zusammenwirken, indem sie - je nach Stellung des Ventilkolbens 23 (vgl. hierzu die in Fig. 1 und 2 jeweils hälftig angedeuteten zwei möglichen Kolbenstellungen) - den Zulauf in den Ventilinnenraum 22, 24 freigeben oder verschliessen.

Der in den Ventilinnenraum 22, 24 gelangte Kraftstoff wird in Axialrichtung (Pfeil 31) durch eine abgesetzte Bohrung 36 abgeleitet, die mit dem Hochdruckpumpen-Zulauf (Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe) hydraulisch verbunden ist. Die Bohrung 36 ist in dem bereits erwähnten Sicherungselement 26 eingearbeitet, das den unteren Abschluss des Ventilgehäuses 20 bildet.

Fig. 2 läßt die besondere Gestaltung der Steueröffnung 35 erkennen, aus der sich - im Zusammenwirken mit der Hubbewegung des Ventilkolbens 23 - die in Fig. 3 graphisch dargestellte Durchsatzcharakteristik ergibt. So weist die Steueröffnung 35 vorzugsweise einen (oberen) schlitzförmigen und einen (unteren) etwa rechteckförmigen Bereich auf. In der oberen Endstellung (Öffnungsstellung) des Ventilkolbens 23 - siehe die rechte Bildhälfte in Fig. 2 (bzw. in Fig. 1) - kommt der verbreiterte rechteckförmige Bereich der Steueröffnung 35 zum Tragen. Dies bedeutet maximaler Kraftstoffdurchsatz durch das Ventil 11. Dieser Zustand wird in Fig. 2 und 3 jeweils durch einen Pfeil 37 kenntlich gemacht.

Während der Abwärtsbewegung des Ventilkolbens 23 verringert sich der Durchsatz stetig (vgl. den linearen Kurvenabschnitt 38 in Fig. 3). In der unteren Endstellung (Schließstellung) des Ventilkolbens 23 schließlich (siehe linke Bildhälfte in Fig. 2 und 1) hat sich der Durchsatz auf Null reduziert (siehe Pfeile 39 in Fig. 2 und 3).

Alternativ zu der in Fig. 2 dargestellten und oben beschriebenen Geometrie der Steueröffnung 35 sind jedoch durchaus noch andersartige Gestaltungen der Steueröffnung 35 möglich. So ist es etwa denkbar, die Steueröffnung trapezförmig oder der Charakteristik einer e-Funktion folgend zu gestalten und damit andere, z. B. lineare, Durchsatzcharakteristika zu realisieren. Die aus Fig. 3 ersichtliche Durchsatzcharakteristik dagegen zeichnet sich durch einen gestuften Verlauf aus.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Verteilerroh und einer motordrehzahlabhängig angetriebenen Hochdruckpumpe, die zur Erzeugung des beim jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Verteilerrohr benötigten Kraftstoffdrucks und -durchsatzes dient, sowie ferner mit einer der Hochdruckpumpe zugeordneten Kraftstoffzumesseinheit, die auf einem elektromagnetisch betätigten Regelventil basiert, wobei die Kraftstoffzumesseinheit (10, 11) in der Hochdruckpumpe angeordnet ist, der Ausgang (36) des Regelventils (11) in den Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe mündet und der Eingang (32, 34) des Regelventils (11) mit der Druckseite einer Vorförderpumpe verbunden ist, und wobei das Regelventil (11) einen - in Öffnungsstellung - druckfederbeaufschlagten (25) Ventilkolben (23) aufweist, der durch einen Ankerbolzen (14) des Elektromagneten (10) entgegen der Federkraft - in Schließstellung - betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilkolben (23) mindestens eine, vorzugsweise mehrere radiale Steueröffnungen (35) angeordnet sind, die mit der Saugseite der Hochdruckpumpe in Wirkverbindung stehen.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (20) einen Ringkanal (34) und mehrere radial angeordnete, vorzugsweise gegenständig gepaarte, Zulauföffnungen (32, 33) aufweist, die dem Kraftstoffzulauf (Pfeile 29, 30) in den Ventilkolben (23) dienen, derart, dass sie mit den Steueröffnungen (35) des Ventilkolbens (23) über den Ringkanal (34) in Wirkverbindung stehen.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (24) des hülsenförmigen Ventilkolbens (23) zugleich zur axialen Ableitung des Kraftstoffs aus dem Regelventil (11) in Richtung (Pfeil 31) des Hochdruckpumpenzulaufs dient.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueröffnungen (35) in gleichen Winkelabständen am Umfang des Ventilkolbens (23), vorzugsweise gegenständig gepaart, angeordnet sind.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueröffnungen (35) einen (oberen) schlitzförmigen und einen (unteren) verbreiterten, etwa rechteckförmigen Bereich aufweisen (Fig. 2).

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet dass die Steueröffnungen Trapezform aufweisen.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet dass die Steueröffnungen der Charakteristik einer e-Funktion folgend ausgebildet sind.