DE102004052818A1

DE102004052818A1 - Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004052818A1
Application number: DE200410052818
Authority: DE
Inventors: Stefan Seitz; Hans-Friedrich Schwarz; Johannes Schmid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-04

Abstract

Es wird eine Kraftstoffeinspritzanlage vorgeschlagen, deren Zumesseinheit (29) sehr einfach aufgebaut ist und deren Komponenten nahezu ausnahmslos durch Umformen und unter Verzicht auf spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden können. Dadurch werden erhebliche Fertigungskosten eingespart. Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus ist auch die Montage stark vereinfacht, wobei die Streuung des Betriebsverhaltens verschiedener Exemplare baugleicher Zumesseinheiten (29) sogar noch verringert werden kann.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe, wobei die Hochdruckpumpe mindestens ein Pumpenelement aufweist, das über ein Steuerventil mit einer Niederdruckkraftstoffleitung verbunden ist und dass unter hohem Druck stehenden Kraftstoff durch ein Rückschlagventil mindestens mittelbar zu einem oder mehreren Injektoren fördert, und mit einem Elektromagneten zur Betätigung des Steuerventils, wobei der Elektromagnet eine Spule und einen Anker umfasst und wobei das Steuerventil und der Elektromagnet in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

Eine solche Kraftstoffeinspritzanlage ist beispielsweise aus der DE 198 34 121 A1 bekannt.

Die Erfindung legt die Aufgabe zugrunde, diese Kraftstoffeinspritzanlage hinsichtlich Herstellungs- und Montageaufwand sowie des Betriebsverhaltens weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe, wobei die Hochdruckpumpe mindestens ein Pumpenelement aufweist, dass über ein Steuerventil mit einer Niederdruckkraftstoffleitung verbunden ist und das unter hohem Druck stehenden Kraftstoff durch ein Rückschlagventil mindestens mittelbar zu einem oder mehreren Injektoren fördert, und mit einem Elektromagneten zur Betätigung des Steuerventils, wobei der Elektromagnet eine Spule und einen Anker umfasst und wobei das Steuerventil und der Elektromagnet in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, dadurch gelöst, dass das Gehäuse aus einer ersten Hülse und einer zweiten Hülse besteht, das die erste Hülse und die zweite Hülse flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind, das der Anker in der ersten Hülse geführt wird, das die zweite Hülse an Ihrem der ersten Hülse abgewandten Ende eine Öffnung aufweist, das die zweite Hülse einen ersten Absatz zur Positionierung einer Ventilsitzplatte aufweist, und dass zwischen einem zweiten Absatz der zweiten Hülse und dem Steuerventil eine erste Druckfeder eingespannt ist.

Vorteile der Erfindung

Dadurch, dass der Anker in der ersten Hülse des Gehäuses geführt wird, übernimmt das Gehäuse eine doppelte Funktion. Erstens sorgt es für eine Abdichtung des Gehäuseinneren von der Umgebung und zweitens übernimmt es die Führung des Ankers, so dass die Zahl der Bauteile minimiert wird, ohne dass die Funktion und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzanlage beeinträchtigt wird.

Dadurch, dass die Ventilsitzplatte in einem ersten Absatz der zweiten Hülse positioniert wird und dass zwischen einem zweiten Absatz der zweiten Hülse und einem Ventilglied eine erste Druckfeder eingespannt ist, kann das Steuerventil erstens sehr einfach montiert werden und zweitens ist wegen der kurzen Toleranzkette der Öffnungsdruck des Steuerventils bei verschiedenen Exemplaren eines in Serie gefertigten Kraftstoffeinspritzanlagen nahezu identisch, so dass ein Einstellen und Justieren des Öffnungsdrucks des Steuerventils nicht erforderlich ist. Dadurch ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen bei der Montage der Erfindung.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage ist vorgesehen, dass die erste Hülse an ihrem der zweiten Hülse abgewandten Ende durch einen Polkern flüssigkeitsdicht verschlossen ist, und dass die Kontaktfläche zwischen erster Hülse und Polkern prismatisch, insbesondere zylindrisch, ausgeführt ist. Dadurch ist es möglich, den magnetischen Fluss innerhalb des Elektromagneten zu optimieren und gleichzeitig den Polkern als Verschlusselement für das Gehäuse einzusetzen. Wegen der prismatischen Kontaktfläche können durch die Positionierung des Polkerns relativ zum Gehäuse Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, so dass die Funktion des Steuerventils unabhängig von den bei der Serienfertigung auftretenden Fertigungstoleranzen ist. Dadurch werden erstens die Anforderungen an die Genauigkeit der Bauteile verringert und es kann trotzdem das Betriebsverhalten von in Serie gefertigten erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlagen bezüglich des Steuerventil innerhalb sehr kleiner Toleranz gehalten werden.

Durch die vergrößerten Fertigungstoleranzen und wegen des erfindungsgemäßen einfachen Aufbaus ist es außerdem möglich, beispielsweise den Polkern, den Anker, die erste Hülse und die zweite Hülse ebenso wie eine Ventilsitzplatte durch Umformen unter Verzicht auf spanende Fertigungsverfahren herzustellen. Dadurch ergeben sich insbesondere bei der Herstellung großer Stückzahlen erhebliche Kostenvorteile.

Um zu gewährleisten, dass das Gehäuse flüssigkeitsdicht ist und während des Betriebs die Bauteile des Gehäuses, nämlich erste Hülse, zweite Hülse und Polkern, ihre Position relativ zu einander nicht ändern, kann in weiterer Ergänzung der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste Hülse und der Polkern sowie die erste Hülse und die zweite Hülse miteinander verpresst und/oder verschweißt sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage ermöglicht den Verzicht auf einen aus dem Stand der Technik bekannten separaten Ankerbolzen, indem an dem der Ventilplatte zugewandten Ende des Ankers ein Bolzen angeformt ist, der durch die Ventilsitzplatte des Steuerventils ragt. Dadurch wird der Ankerbolzen eingespart, was sich positiv auf die Herstellungs- und Montagekosten auswirkt.

Dadurch, dass der Bolzen an dem Anker angeformt ist kann auf eine gesonderte Führung des Bolzens verzichtet werden, da der Anker bereits erfindungsgemäß von der ersten Hülse geführt wird. Insbesondere ist die Führung des Ankers dann gut, wenn die Länge des Führungsabschnitts größer als zweimal der Durchmesser des Führungsabschnitt des Ankers im Bereich des Führungsabschnitts ist.

Damit der Bolzen eine ausreichende Standzeit hat, kann an dem Bolzen eine gehärtete Kugel eingepresst werden. Dadurch ist es möglich, unter Verzicht auf ein Werbebehandlungsverfahren, an der Spitze des Bolzens eine harte Oberfläche zu haben, die über die gesamte Lebensdauer der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage keinen nennenswerten Verschleiß hat. Da gehärtete Kugeln aus Stahl zu sehr günstigen Preisen eingekauft werden können, sind die Gesamtkosten dieser Variante sehr gering.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage weist der Anker einen Führungsabschnitt auf, und sind im Bereich des Führungsabschnitts mindestens eine oder mehrere Längsnuten vorhanden. Dadurch ist es erstens möglich, den Anker direkt im Gehäuse zu führen. Außerdem erlauben die bevorzugt durch Umformen hergestellten Längsnuten einen Druckausgleich zwischen den beiden Enden des Ankers , so dass die Kräfte zum Bewegen des Ankers minimiert werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad, das Ansprechverhalten und den Energiebedarf des Elektromagneten aus.

Um zu gewährleisten, dass der Anker nicht an der dem Anker zugewandten Stirnfläche des Polkern magnetisch „festklebt", können entweder an der Stirnfläche des Polkerns oder der Stirnfläche des Ankers einer oder mehrere Vorsprünge angeformt werden, so dass sich immer ein Restluftspalt zwischen Polkern und Anker einstellt. Auch diese Vorsprünge sind durch Umformprozesse herstellbar, so dass die Kosten für das Vorsehen dieser Vorsprünge sehr gering sind. Eine sonst übliche Distanzscheibe zur Herstellung des Restluftspalts ist nicht erforderlich.

Um den Hub des Ankers zu begrenzen, ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, an dem der Ventilplatte zugewandten Ende des Ankers einen Absatz auszubilden, der zusammen mit der Ventilsitzplatte einen Hubanschlag bildet.

Auch hier ist es wieder möglich, durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ankers auf einen gesonderten Hubanschlag zu verzichten und die beteiligten Bauteile – Anker und Ventilsitzplatte – mit einer Mehrfachfunktionalität zu versehen.

Damit auch wenn der Anker auf der Ventilsitzplatte aufliegt eine hydraulische Verbindung zwischen den Versorgungsöffnungen in der zweiten Hülse und dem Steuerventil gewährleistet ist, ist in weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage an dem der Ventilplatte zugewandten Ende des Ankers mindestens eine Radialnut ausgebildet.

Auch diese Radialnut kann durch Umformen hergestellt werden, so dass die Kosten für die Herstellung des Ankers trotz des Vorhandenseins der Radialnuten nicht steigen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Ventilglied als polygonale Ventilplatte, insbesondere als dreieckige oder quadratische Ventilplatte ausgebildet ist, da dann ohne Einschränkungen bei der Funktionalität die Ventilplatte mit den Ecken des Polygons in der zweiten Hülse geführt werden kann. Dadurch kann auf eine gesonderte Führung des Ventilglieds verzichtet werden.

Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Elektromagneten wird verbessert, wenn die erste Hülse aus einem nichtmagnetisierbaren Werkstoff, insbesondere nicht rostendem Stahl, besteht.

Das der Elektromagnet und das Steuerventil können vor der Montage an der Hochdruckpumpe fertiggestellt und geprüft werden, so dass nur funktionstüchtige Steuerventile und Elektromagneten an der Hochdruckpumpe befestigt werden. Dabei ist Vorteilhafterweise darauf zu achten, dass die Versorgungsöffnungen in der zweiten Hülse mit der Niederdruckkraftstoffleitung der Kraftstützeinspritzanlage hydraulisch verbunden sind und die Öffnung in der zweiten Hülse eine hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerventil und einem Förderraum des Pumpenelements herstellt.

Vorteilhafterweise wird das Gehäuse mit der Hochdruckpumpe flüssigkeitsdicht verstemmt und/oder verpresst, so dass ein Verzug des der Hochdruckpumpe ausgeschlossen ist. Nach dem Stand der Technik ist es nämlich üblich, das Gehäuse mit dem Gehäuse der Hochdruckpumpe zu verschweißen, was wegen der erheblichen Bandstärken der Hochdruckpumpe einen großen Wärmeeintrag erfordert und deshalb manchmal zum Verzug der Hochdruckpumpe führt.

Vorteilhafterweise wird zum Verstemmen des Gehäuses mit der Hochdruckpumpe ein Verstemmring eingesetzt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Verstemmring an seinem Innendurchmesser mit einem Absatz des Gehäuses zusammen wirkt, und der Verstemmring an seinem Außendurchmesser eine Hinterschneidung und/oder einen Vorsprung aufweist. Dadurch wird eine formschlüssige Verstemmungsverbindung zwischen Gehäuse und Hochdruckpumpe ermöglicht. Außerdem ist dadurch eine eindeutige Positionierung des Gehäuses relativ zur Hochdruckpumpe gewährleistet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann durch ein Verfahren zum Montieren eines Steuerventils und eines Ankers eines Elektromagneten in einem mehrteiligen Gehäuse realisiert werden, wobei das verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
Einlegen der ersten Druckfeder und des Ventilglieds in die zweite Hülse,
Positionieren der Ventilsitzplatte an dem dritten Absatz der zweiten Hülse,
Verbinden der Ventilsitzplatte mit der zweiten Hülse,
Einführen des Ankers in die erste Hülse und flüssigkeitsdichtes Verbinden von erster Hülse und zweiter Hülse,
Einlegen der zweiten Druckfeder in die erste Hülse,
Einführen des Polkerns in die erste Hülse so weit bis die von dem Anker auf das Ventilglied ausgeübte Kraft einem vorgegeben Sollwert entspricht und
Verbinden von Polkern und erster Hülse in dieser Position, insbesondere durch Schweißen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Zeichnungen

Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäß Kraftstoffeinspritzanlage und
2 ein Detail der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage.
Zentrales Bauteil dieser Kraftstoffeinspritzanlage ist eine Hochdruckpumpe 1, die saugseitig mit einer Niederdruckkraftstoffleitung 3 und hochdruckseitig mit einem Common-Rail 5 verbunden ist. An dem Common-Rail 5 sind mehrere Injektoren 7 angeschlossen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Kraftstoffeinspritzanlage mit Common-Rail 5 beschränkt. Zwischen der Hochdruckpumpe 1 und dem Common-Rail 5 ist eine Hochdruckkraftstoffleitung 9 mit einer Drossel 4 zur Dämpfung von Druckschwingungen vorgesehen.
Die Niederdruckkraftstoffleitung 3 ist mit einem Tank 13 verbunden. Aus dem Tank 13 fördert eine elektrische Kraftstoffpumpe 15 Kraftstoff durch einen Filter 17 zur Hochdruckpumpe 1. Ein Druckregelventil 19 sorgt dafür, dass der Druck in der Niederdruckkraftstoffleitung 3 annähernd konstant bleibt.
Am Common-Rail 5 ist ein Druckbegrenzungsventil 21 vorgesehen, welches dafür sorgt, dass selbst im Fall von Funktionsstörungen bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage keine unzulässig hohen Drücke auftreten. Die Auslassseite des Druckbegrenzungsventils 21 ist über eine Entlastungsleitung 23 mit der Niederdruckkraftstoffleitung 3 verbunden.
Die Hochdruckpumpe 1 umfasst ein Pumpenelement 25, ein hochdruckseitiges Rückschlagventil 27 sowie eine Zumesseinheit 29. Die Zumesseinheit 29 wiederum besteht im Kern aus einem elektrisch betätigten 2-Wege-Ventil. In Zusammenhang mit der Erfindung wird dieses 2-Wege-Ventil als Steuerventil bezeichnet, während die elektrische Betätigung dieses Steuerventils als Elektromagnet bezeichnet wird.
Optional kann auf der Saugseite des Pumpenelements 25 eine Dämpfungseinrichtung 31 vorgesehen sein.
An dem Common-Rail 5 ist ein Drucksensor 33 vorhanden, der über eine gestrichelt dargestellte Signalleitung mit einem Steuergerät 35 verbunden ist. Das Steuergerät 35 steuert über eine ebenfalls gestrichelt dargestellte Signalleitung die Zumesseinheit 29 in Abhängigkeit verschiedener Betriebsgrößen, wie beispielsweise des im Common-Rail 5 herrschenden Drucks, an.
Durch eine geeignete Ansteuerung der Zumesseinheit 29 kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe in weiten Grenzen eingestellt werden. Dies ist vor allem deshalb von Bedeutung, da abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Druck im Common-Rail 5 und die durch die Injektoren 7 in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge starken zeitlichen Änderungen unterworfen ist. Die Fördermengenregelung der Hochdruckpumpe 1 mit Hilfe der Zumesseinheit arbeitet wie folgt:
Das Steuerventil (siehe Bezugszeichen 51 in 2) der Zumesseinheit 29 hat die Funktion eines Rückschlagventils, wenn der Elektromagnet angezogen hat. In diesem Zustand öffnet das Steuerventil während des Saughubs des Pumpenelements 25 und schließt während des Förderhubs des Pumpenelements 25. Infolgedessen ist die Fördermenge des Pumpenelements direkt proportional zu der Drehzahl, mit der das Pumpenelement 25 angetrieben wird.
Im Teillastbetrieb wird das Steuerventil bestromt. Dadurch verschließt die Ventilplatte 65 die Ventilsitzplatte. In Folgfe dessen wird der noch im Förderraum 41 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 39 über das Rückschlagventil 27 in das Common-Rail 5 gefördert.
Wenn nun der Elektromagnet der Zumesseinheit so angesteuert wird, dass das Steuerventil 51 während des Förderhubs des Pumpenelements 25 schließt, wird die verbleibende Fördermenge in den Common-Rail 5 gefördert. In anderen Worten: Je länger das Steuerventil 51 während des Förderhubs ofeen gehalten wird, desto geringer ist die Fördermenge des Pumpenelements 25.
Diese Art der Fördermengenregelung ist an sich aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit der Erfindung verzichtet wird.
In 2 ist nun ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 1 mit einem Pumpenelement 25, bestehend im Wesentlichen aus einer Zylinderbohrung 37, einem Kolben 39 und einem vom Kolben 39 und der Zylinderbohrung 37 begrenzten Förderraum 41, dargestellt.
Von dem Förderraum 41 zweigt die Hochdruckkraftstoffleitung mit dem Rückschlagventil 27 ab.
In dem Pumpengehäuse 43 sind neben der Zylinderbohrung 37 und dem Förderraum 41 noch eine Stufenbohrung 45 sowie eine senkrecht dazu verlaufende Niederdruckkraftstoffleitung 3 vorhanden. Die Stufenbohrung 45 mündet in den Förderraum 41 der Hochdruckpumpe.
Die Stufenbohrung 45 hat zwei Abschnitte 45a und 45b mit unterschiedlichen Durchmessern. An dem Durchmessersprung ist ein erster Absatz 47 ausgebildet. An dem in 2 oberen Ende des Abschnitts 45b der Stufenbohrung 45 ist ein zweiter Absatz 49 im Pumpengehäuse 43 ausgebildet. In die Stufenbohrung 45 wird die erfindungsgemäße Zumesseinheit 29 eingesetzt und mit Hilfe eines Verstemmrings 93 fixiert und gesichert. Zwischen der Zumesseinheit 29 und der Stufenbohrung 45 kann eine Presspassung vorhanden sein.
Wie bereits erwähnt besteht die Zumesseinheit 29 im Wesentlichen aus zwei Baugruppen, einem Steuerventil 51 und einem Elektromagneten 53.
Die Zumesseinheit 29 hat ein Gehäuse, welches eine erste Hülse 55 und eine zweite Hülse 57 umfasst.
Die erste Hülse 55 nimmt einen Anker 59 des Elektromagneten auf, während in der zweiten Hülse 57 das Steuerventil 51 angeordnet ist.
Die zweite Hülse 57 weist mehrere Abschnitte mit verschiedenen Durchmessern auf. Dabei sind die Außendurchmesser dieser Abschnitte auf die Abmessungen der Stufenbohrung 45 des Pumpengehäuses 43 abgestimmt. Insbesondere der mit dem Abschnitt 45a der Stufenbohrung korrespondierende Abschnitt der zweiten Hülse 57 ist so dimensioniert, dass die Hülse druckdicht und flüssigkeitsdicht mit dem Abschnitt 45a des Pumpengehäuses 43 verpresst werden kann.
An dem ersten Absatz 47 der Stufenbohrung 45 kommt ein dritter Absatz 61 der zweiten Hülse 57 zur Anlage. Dadurch ist die Zumesseinheit 29 in axialer Richtung in der Stufenbohrung 45 positioniert. Gleichzeitig dient der dritte Absatz 61 auch zur Aufnahme einer Ventilsitzplatte 63.
Die Ventilsitzplatte 63 weist eine Mittenbohrung und, bezogen auf die Darstellung gemäß 2, auf ihrer Unterseite einen Ventilsitz auf. Unterhalb der Ventilsitzplatte 63 sind in 2 ein plattenförmiges Ventilglied, nachfolgend als Ventilplatte 65 bezeichnet sowie eine erste Druckfeder 67 vorgesehen.
Die Ventilsitzplatte 63 ist mit der zweiten Hülse 57 verschweißt. Besonders vorteilhaft ist das Laserschweißverfahren zur Verbindung dieser beiden Bauteile. Eine Schweißnaht ist in 2 mit dem Bezugszeichen 69 versehen.
Die erste Druckfeder 67 stützt sich einenends gegen das in 2 untere Ende der zweiten Hülse 57 und anderenends gegen die Ventilplatte 65 ab. Die Ventilplatte 65 hat bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine dreieckige Grundfläche, so dass einerseits die Ventilplatte 65 in der zweiten Hülse 57 geführt ist und andererseits Kraftstoff (nicht dargestellt) zwischen der Ventilplatte 65 und der zweiten Hülse 57 vorbei in den Förderraum 41 strömen kann. Dazu ist am in 2 unteren Ende der zweiten Hülse eine Öffnung 71 vorhanden. Im Bereich der Niederdruckkraftstoffleitung 3 weist die zweite Hülse 57 mehrere Versorgungsöffnungen 73 auf.
In der in 2 dargestellten Position des Ankers 59 liegt dieser mit seinem der Ventilsitzplatte 63 zugewandten Ende auf dieser auf. An diesem Ende des Ankers 59 ist ein Bolzen 75, in den eine gehärtete Kugel 77 eingepresst ist, angeformt. Die Länge des Bolzens 75 ist so auf die Dicke der Ventilsitzplatte 63 abgestimmt, dass in der in 2 dargestellten Position des Ankers 59 die Ventilplatte 65 um ein Maß „x" von der Ventilsitzplatte 63 abgehoben und das Steuerventil 51 geöffnet wird.
An dem der Ventilsitzplatte 63 zugewandten Ende des Ankers 59 sind gestrichelte eingezeichnete Radialnuten 79 vorgesehen, die eine hydraulische Verbindung zwischen der Niederdruckkraftstoffleitung 3 über die Versorgungsöffnungen 73 der zweiten Hülse 57 durch die Mittenbohrung der Ventilsitzplatte 63 hindurch und durch die Öffnung 71 hindurch zum Förderraum 41 herstellen. Dies bedeutet, dass in der in 2 dargestellten Stellung des Ankers 59 das Steuerventil 51 geöffnet ist und somit im Förderraum 41 auch während des Förderhubs, das heißt bei einer Bewegung des Kolbens 39 in 2 von rechts nach links, kein Druckaufbau im Förderraum 41 stattfindet.
Der Anker 59 weist einen Führungsabschnitt 81 auf, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Anker 59 dort in axialer Richtung vom Innendurchmesser der ersten Hülse 55 und teilweise auch vom Innendurchmesser der zweiten Hülse 57 geführt wird. Über die gesamte Länge des Führungsabschnitts 81 sind Längsnuten 83 im Anker 59 vorgesehen, damit Stellbewegungen des Ankers 59 nicht durch den in der Zumesseinheit 29 befindlichen Kraftstoff (nicht dargestellt) behindert werden.
Damit eine möglichst gute Führung des Ankers 59 in der ersten Hülse 55 und der zweiten Hülse 57 gewährleistet ist und der Führungsabschnitt 81 möglichst lang wird, ist die Verbindung zwischen erster Hülse 55 und zweiter Hülse 57 so ausgebildet, dass der Innendurchmesser beider Hülsen an der Verbindungsstelle gleich ist.
Wie aus 2 ersichtlich, weist die erste Hülse 55 an ihrem unteren Ende eine Durchmessererweiterung auf, in die die zweite Hülse 57 eingepresst werden kann. Diese Verbindung ist an und für sich schon flüssigkeitsdicht. Bei Bedarf kann jedoch an der Verbindungsstelle zusätzlich eine Schweißnaht (nicht dargestellt) oder eine Lötnaht (nicht dargestellt) vorgesehen werden. Damit der Anker 59 erstens gut geführt wird und zweitens der Verschleiß am Führungsabschnitt des Ankers 59 minimiert ist, ist darauf zu achten, dass der Führungsabschnitt 81 lang genug ist. Es hat sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, wenn der Führungsabschnitt 81 mindestens zweimal dem Durchmesser des Ankers 59 entspricht. Damit kann mit ausreichender Sicherheit ein Verkippen und Verkanten des Ankers 59 verhindert werden. Durch die erwünschte große Länge des Führungsabschnitts 81 wird gleichzeitig die Flächenpressung zwischen Anker 59 und der Innenseite der ersten Hülse 55 und der zweiten Hülse 57 reduziert, was sich verschleißmindernd auswirkt und es sogar ermöglicht, auf ein Härten des Ankers oder eine Verschleißschutzschicht sowohl am Anker 59 und/oder an den Hülse 55 und 57 zu verzichten. Dadurch ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen bei der Herstellung, ohne dass die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Zumesseinheit 29 beeinträchtigt würde.
Ähnliches gilt auch für die Kontaktfläche zwischen dem Anker 59 und der Ventilsitzplatte 63. Diese soll so groß sein, dass die Flächenpressung ausreichend niedrig ist, um den Verschleiß während der Lebensdauer der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten. Auch hier kann bei geeigneter Dimensionierung von Anker 59 und Ventilsitzplatte 63 auf ein Härten eines oder mehrerer der genannten Bauteile und eine Verschleißschutzbeschichtung verzichtet werden.
An dem in 2 oberen Ende des Ankers 59 ist ein Sackloch 85 vorgesehen, in dem sich eine zweite Druckfeder 87 befindet. Die zweite Druckfeder 87 stützt sich einenends gegen den Anker 59 und anderenends gegen einen Polkern 89 ab, der mit der zweiten Hülse 57 verschweißt ist. Die Kontaktfläche zwischen dem Polkern 89 und dem oberen Ende der ersten Hülse 55 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zylindrisch, so dass der Polkern 89 je nach Bedarf mehr oder weniger weit in die erste Hülse 55 eingeschoben werden kann, bevor er mit dieser verschweißt wird.
Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Zumesseinheit wie folgt zu montieren und einzustellen:
In einem ersten Montageschritt werden die erste Druckfeder 67, die Ventilplatte 65 und die Ventilsitzplatte 63 in die zweite Hülse 57 eingeführt. Danach wird die Ventilsitzplatte 63 mit der ersten Hülse 55 verschweißt. Wegen der kurzen Toleranzkette ist es möglich, den Öffnungsdruck des Steuerventils 51 bei in Serie gefertigten Zumesseinheiten 29 nahezu konstant zu halten. Dies bedeutet, dass eine Justierung beziehungsweise ein Einstellen des Öffnungsdrucks des Steuerventils 51 nicht notwendig ist. Gegebenenfalls wäre es möglich, durch die Paarung von Ventilsitzplatte 63, Ventilplatte 65, erster Druckfeder 67 und erster Hülse 55 den Öffnungsdruck innerhalb sehr enger Grenzen zu halten. Diese Paarung der genannten Bauteile kann vollautomatisch erfolgen, so dass sich dadurch keine nennenswerten Mehrkosten ergeben.
In einem zweiten Montageschritt wird nun der Anker 59 in die erste Hülse 55 eingeführt und diese mit der zweiten Hülse 57 verpresst und/oder verschweißt oder auf andere Weise flüssigkeitsdicht mit dieser verbunden.
In einem dritten Montageschritt wird durch die erste Hülse 55 die zweite Druckfeder 87 eingeführt und die erste Hülse 55 durch den Polkern 89 verschlossen.
Damit die Kraft, welche benötigt wird, um den Anker 59 von der Ventilsitzplatte 63 in Richtung des Polkerns 89 abzuheben, bei verschiedenen Exemplaren der erfindungsgemäßen Zumesseinheit 29 möglichst genau einem vorgegebenen Einstell-Wert entspricht, wird durch einen Kraftmesser (nicht dargestellt), der durch die Öffnung 71 geführt wird und der an der Ventilplatte 65 aufliegt, die zwischen dem Anker beziehungsweise dem Bolzen 75 auf die Ventilplatte 65 ausgeübte Kraft gemessen.
Nun wird der Polkern 89 so relativ zur ersten Hülse 55 positioniert, dass die vorgegebene Kraft, welche die Kugel 77 auf die Ventilplatte 65 bei nicht bestromtem Elektromagnet 53 ausüben soll, erreicht ist. In dieser Position wird der Polkern 89 mit der ersten Hülse verschweißt. Dadurch ist es möglich, das Betriebsverhalten der Zumesseinheit 29 innerhalb sehr enger Grenzen zu halten, so dass die Streuung verschiedener Exemplare baugleicher Zumesseinheiten 29 sehr gering ist. Trotzdem ist wegen der konstruktiven Ausgestaltung der Zumesseinheit 29 es möglich, nahezu alle Bauteile durch Umformen und unter Verzicht auf eine spanabhebende Bearbeitung herzustellen. Dadurch ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen bei der Fertigung sehr großer Stückzahlen.
Beispielsweise können der Polkern 89, die erste Hülse 55, der Anker 59 mit seinen Längsnuten 83 und seinen Radialnuten 79 sowie dem Bolzen 75, die Ventilplatte 65, die Ventilsitzplatte 63 und die zweite Hülse 57 durch Umformen fertig hergestellt werden. Ein nachfolgendes spanabhebendes Bearbeiten ist eventuell nur im Bereich des Ventilsitzes an der Ventilsitzplatte 63 erforderlich. Dadurch ergeben sich erhebliche Kostenreduktionspotentiale und wegen der geringen Zahl von Bauteilen wird auch die Logistik stark vereinfacht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zumesseinheit 29 ist darin zu sehen, dass der Anker 59 einstückig mit dem Bolzen 75 ausgeführt ist und dieser Bolzen 75 vergleichsweise kurz ist, so dass der Bolzen 75 keine gesonderte Führung braucht, sondern über die Führung des Ankers 59 über den Führungsabschnitt 81 geführt wird. Auch dadurch werden Bauteile und Fertigungsschritte eingespart, was sich positiv auf die Herstellungskosten und die Fehlerquote bei der Herstellung auswirkt.
Der Polkern 89 ist von einer Magnetspule (Ohne Bezugszeichen) umgeben, die bei Bedarf von dem Steuergerät 35 (siehe 1) angesteuert wird. Dadurch entsteht im Polkern 89 ein magnetischer Fluss, welcher den Anker 59 in 2 nach oben in Richtung des Polkerns zieht. Sobald die Kugel 77 nicht mehr über die Ventilsitzplatte 63 nach unten hinausragt, liegt die Ventilplatte 65 an der Unterseite der Ventilsitzplatte 63 auf und unterbricht die hydraulische Verbindung zwischen Niederdruckkraftstoffleitung 3 und Förderraum 41. Das bedeutet nichts anderes, als dass in dieser Position des Steuerventils 51 während des Förderhubs des Kolbens 39 ein Druckaufbau im Förderraum 41 stattfindet und Kraftstoff über die Hochdruckkraftstoffleitung 9 und durch das Rückschlagventil 27 in den Common-Rail 5 gefördert wird.
Während des Saughubs des Kolbens 39 wird die Ventilplatte 65 durch den dann im Förderraum 41 herrschenden Unterdruck nach unten gezogen, so dass die hydraulische Verbindung zwischen Niederdruckkraftstoffleitung 3 und Förderraum hergestellt wird und Kraftstoff in den Förderraum gesaugt werden kann. Dieser Vorgang findet statt, wenn sich der Kolben 39 in 2 nach rechts bewegt und somit das Volumen des Förderraums 41 zunimmt.
Um die Effizienz des Elektromagneten 53, bestehend aus Magnetspule (Ohne Bezugszeichen), Polkern 89 und Anker 59, weiter zu verbessern, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, die erste Hülse 55 aus nicht magnetisierbarem Material, insbesondere nicht rostendem Stahl, herzustellen.

Claims

Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (1), wobei die Hochdruckpumpe (1) mindestens ein Pumpenelement (25) aufweist, das über ein Steuerventil (51) mit einer Niederdruck-Kraftstoffleitung (3) verbunden ist und das unter hohem Druck stehenden Kraftstoff durch ein Rückschlagventil (27) mindestens mittelbar zu einem oder mehreren Injektoren (7) fördert, und mit einem Elektromagneten (93) zur Betätigung des Steuerventils (51), wobei der Elektromagnet (53) eine Spule (Ohne Bezugszeichen) und einen Anker (59) umfasst und wobei das Steuerventil (51) und der Elektromagnet (53) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einer ersten Hülse (55) und einer zweiten Hülse (57) besteht, dass die erste Hülse (55) und die zweite Hülse (55) flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind, dass der Anker (59) mindestens in der ersten Hülse (55) geführt wird, dass die zweite Hülse (57) an ihrem der ersten Hülse (55) abgewandten Ende eine Öffnung (71) aufweist, dass die zweite Hülse (57) einen dritten Absatz (61) zur Positionierung einer Ventilsitzplatte (63) aufweist, dass zwischen einem vierten Absatz der zweite Hülse (57) und einem Ventilglied (65) eine erste Druckfeder (67) eingespannt ist, und dass auf der dem Ventilglied (65) abgewandten Seite der Ventilsitzplatte (63) Versorgungsöffnungen (73) in der zweiten Hülse (57) vorgesehen sind.
Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (55) an einem Ende durch einen Polkern (89) flüssigkeitsdicht verschlossen ist, und dass die Kontaktfläche zwischen erster Hülse (55) und Polkern (89) prismatisch, insbesondere zylindrisch, ausgeführt ist.
Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (55) und der Polkern (89) miteinander verpresst und/oder verschweißt sind.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (55) und die zweite Hülse (57) miteinander verpresst und/oder verschweißt sind.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Polkern (89) und dem Anker (59) eine zweite Druckfeder (87) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Ventilplatte (65) zugewandten Ende des Ankers (59) ein Bolzen (75) angeformt ist, und dass der Bolzen (75) durch die Ventilsitzplatte (63) des Steuerventils (51) ragt.
Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bolzen (75) eine gehärtete Kugel (77) eingepresst ist.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (59) einen Führungsabschnitt (81) zur Führung des Ankers (59) aufweist, und dass der Anker (59) im Bereich des Führungsabschnitts (81) mindestens eine Längsnut (83) aufweist.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Anker (59) zugewandten Stirnfläche (95) des Polkerns (89) ein oder mehrere Vorsprünge (97) angeformt sind, und dass der oder die Vorsprünge (97) einen Restluftspalt zwischen Polkern (89) und Anker (59) gewährleisten.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Polkern (89) zugewandten Stirnfläche des Ankers (59) ein oder mehrere Vorsprünge angeformt sind, und dass der oder die Vorsprünge einen Restluftspalt zwischen Polkern (89) und Anker (59) gewährleisten.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Ventilplatte (65) zugewandten Ende des Ankers (59) ein Absatz (47) ausgebildet ist, und dass der Absatz (47) einem mit der Ventilsitzplatte (63) zusammenwirkenden Hubanschlag für den Anker (59) bildet.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Ventilplatte (65) zugewandten Ende des Ankers (59) mindestens eine Radialnut (79) ausgebildet ist, und dass die mindestens eine Radialnut (79) eine hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerventil (51) und den Versorgungsöffnungen (73) in der zweiten Hülse (57) gewährleisten.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied als polygonale Ventilplatte (65), insbesondere als dreieckige oder quadratische Ventilplatte, ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (55) aus einem nicht-magnetisierbaren Werkstoff, insbesondere nichtrostendem Stahl, besteht.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (59), die erste Hülse (55), die zweite Hülse (57), die Ventilsitzplatte (63) und/oder die Ventilplatte (65) durch Umformen hergestellt sind.
Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Gehäuse (55, 57,, 89) von Elektromagnet (53) und Steuerventil (51) so an der Hochdruckpumpe (1) befestigt wird, dass die Versorgungsöffnungen (73) mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung (3) hydraulisch verbunden sind, und dass die Öffnung (71) in der zweiten Hülse (57) eine hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerventil (51) und einen Förderraum (41) des Pumpenelements (25) herstellt.
Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (55, 57, 89) mit der Hochdruckpumpe (1) flüssigkeitsdicht verstemmt und/oder verpresst ist.
Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verstemmen des Gehäuses (55, 57, 89) mit der Hochdruckpumpe (1) ein Verstemmring (93) eingesetzt wird.
Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstemmring (93) an seinem Innendurchmesser mit einem Absatz (47) des Gehäuses (43) zusammenwirkt, und dass der Verstemmring (93) an seinem Außendurchmesser eine Hinterschneidung und/oder einen Vorsprung aufweist.
Verfahren zum Montieren eines Steuerventils (51) und eines Ankers (59) eines Elektromagneten in einem mehrteiligen Gehäuse (55, 57, 89) gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Einlegen der ersten Druckfeder (67) und der Ventilplatte (65) in die zweite Hülse (57), Positionieren der Ventilsitzplatte (63) an dem dritten Absatz (61) der zweiten Hülse (57), Verbinden der Ventilsitzplatte (63) mit der zweiten Hülse (57), Einführen des Ankers (59) in die erste Hülse (55) und flüssigkeitsdichtes Verbinden von erster Hülse (55) und zweiter Hülse (57), Einlegen der zweiten Druckfeder (87) in den Anker (59), Einführen des Polkerns (89) in die erste Hülse (55) so weit bis die von dem Anker (59) auf das Ventilglied (65) ausgeübte Kraft einem vorgegeben Sollwert entspricht und Verbinden von Polkern (89) und erster Hülse (55) in dieser Position, insbesondere durch Schweißen.