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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 197 31 994
A1 ist ein Kraftstoffsystem bekannt, welches eine Vorförderpumpe
umfasst, die den Kraftstoff aus einem Tank fördert. Von der
Vorförderpumpe gelangt der Kraftstoff über eine als
Zumesseinheit bezeichnete einstellbare Drosseleinrichtung zu einer
Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die den Kraftstoff verdichtet und einen
Kraftstoffspeicher ("Rail") speist. An diesen sind mehrere Kraftstoffinjektoren
angeschlossen.
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Auch
die
DE 10 2005
033 634 A1 beschreibt ein solches Kraftstoffsystem mit
einer einstellbaren Drosseleinrichtung, die einen in einem Zylinderteil geführten
Ventilkolben umfasst. Das Zylinderteil ist in eine Bohrung in einem
Gehäuse der Kraftstoffpumpe eingepasst. Das Zylinderteil
ist mit einem Gehäuseabschnitt einer Betätigungseinrichtung
starr verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoffsystem zu schaffen,
bei dem die Förderleistung der Kraftstoffpumpe mit hoher
Genauigkeit eingestellt werden kann, bei gleichzeitig geringen Fertigungskosten.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kraftstoffsystem mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in Unteransprüchen angegeben. Wichtige Merkmale der Erfindung
finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung
und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung
als auch in ganz unterschiedlichen Kombinationen für die
Erfindung wesentlich sein können, ohne dass hierauf explizit hingewiesen
wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kraftstoffsystem kann die
Längsachse des Zylinderteils, in dem der Ventilkolben geführt
ist, gegenüber der Längsachse der Betätigungseinrichtung
einen Winkel aufweisen, der ungleich 180° ist, oder, mit
anderen Worten: Das Zylinderteil kann gegenüber der Betätigungseinrichtung
leicht gekippt angeordnet werden, und dies alles ohne dass hierdurch
ein Biegemoment in das Zylinderteil eingeleitet wird, welches zu
einer Verformung einer Innenbohrung des Zylinderteils führen
könnte, in der der Ventilkolben geführt ist. Das Zylinderteil
kann sich demzufolge vergleichsweise frei und unbeeinflusst vom
Gehäuseabschnitt der Betätigungseinrichtung im
Gehäuse der Kraftstoffpumpe ausrichten. Dadurch werden
die Fertigungskosten reduziert, da die Betätigungseinrichtung
vorab mit geringerem Aufwand gegenüber dem Gehäuse
der Kraftstoffpumpe ausgerichtet werden muss beziehungsweise mit
höheren Toleranzen ausgerichtet werden kann. Darüber
hinaus wird die Genauigkeit der Kraftstoffzumessung verbessert,
da die Führung des Ventilkolbens im Zylinderteil durch
eine Schiefstellung zwischen Zylinderteil und Betätigungseinrichtung
nicht verformt wird, also die Passung zwischen diesen Teilen erhalten
bleibt.
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Bei
einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Kraftstoffsystems wird das Winkelspiel durch eine Kombination aus
radialem und axialem Spiel gebildet. Dies ist fertigungstechnisch
einfach realisierbar. Grundsätzlich denkbar ist aber beispielsweise
auch eine kugelgelenkartige Halterung.
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In
konkreter Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass ein Endabschnitt
des Zylinderteils in einer Ausnehmung in dem Gehäuseabschnitt
wenigstens bereichsweise und mit dem Winkelspiel und/oder radialen
Spiel aufgenommen ist. Dies ist fertigungstechnisch einfach und
somit kostensparend.
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In
nochmals weiterer Konkretisierung wird vorgeschlagen, dass im Endabschnitt
und in der Ausnehmung wenigstens in etwa gegenüberliegende Nuten
vorhanden sind, in die ein Sicherungselement, beispielsweise ein
Federring, eingreift, welcher gegenüber mindestens einer
der beiden Nuten ein axiales Spiel und gegenüber mindestens
einer der beiden Nuten ein radiales Spiel aufweist. Der Federring bildet
also ein Sicherungselement, welches das Zylinderteil nach einer
Vormontage verliersicher am Gehäuseabschnitt der Betätigungseinrichtung
haltert, und welcher zusammen mit der geometrischen Auslegung der
beiden Nuten jenes Spiel gegenüber dem Gehäuseabschnitt
der Betätigungseinrichtung bereitstellt, welches für
die verformungs- und kraftarme Ausrichtung des Zylinderteils im
Gehäuse der Kraftstoffpumpe erforderlich ist.
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Vorzugsweise
liegt der Federring unter Vorspannung radial wenigstens bereichsweise
an einer Basis der radial äußeren der beiden Nuten
an. Dies hat den Vorteil, dass der Federring im montierten Zustand
nicht beispielsweise aufgrund von Erschütterungen bei Betrieb
der Kraftstoffpumpe in der Nut wandert, sondern eine gewisse radiale
Fixierung erfahrt. Außerdem wird durch die Federkraft des
Federrings das Zylinderteil axial gegenüber dem Gehäuseabschnitt
der Betätigungseinrichtung ausgerichtet, was die Montage
der einstellbaren Drosseleinrichtung am beziehungsweise im Gehäuse
der Kraftstoffpumpe erleichtert. Man erkennt dabei ohne Weiteres, dass
sowohl der Federring als auch die beiden Nuten über vergleichsweise
große Toleranzen verfügen können, ohne
dass die erfindungsgemäßen Vorteile verloren gehen.
Die Herstellkosten des erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems
sind demnach gering.
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Eine
Alternative zu dem oben beschriebenen Verbindungssystem, bestehend
aus Nuten und Federring, besteht darin, dass das Zylinderteil nach
einer Vormontage mittels einer Clipsverbindung mit dem Gehäuseabschnitt
der Betätigungseinrichtung gekoppelt ist. Bei einer solchen
Clipsverbindung wird die Anzahl der handzuhabenden Teile reduziert,
was die Lagerung und Montage nochmals erleichtert. Als Koppelung
beziehungsweise Verliersicherung des Zylinderteils am Gehäuseabschnitt
der Betätigungseinrichtung kann bei einer solchen Clipsverbindung ein
Absatz an einem der Teile dienen, der in Einbaulage in eine entsprechende
Nut im jeweils anderen Teil eingreift, oder der hinter einen entsprechenden Absatz
am gegenüber liegenden Teil greift.
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Besonders
deutlich werden die Vorzüge des erfindungsgemäßen
Kraftstoffsystems, wenn der Gehäuseabschnitt der Betätigungseinrichtung
in der Nähe zur Halterungsstelle mit dem Zylinderteil mit dem
Gehäuse der Kraftstoffpumpe verschweißt, verpresst
oder verschraubt ist. Diese Verbindungsarten der Betätigungseinrichtung
mit dem Gehäuse der Kraftstoffpumpe sind einfach zu realisieren,
schaffen eine gute Fluidabdichtung, führen aber ohne die
erfindungsgemäßen Maßnahmen zu einer
erhöhten Gefahr von Verformungen des Zylinderteils. Auch
bei einer Verbindung durch ein Niederhalten oder Verstemmen bringt
das erfindungsgemäße Winkelspiel beziehungsweise
das erfindungsgemäße radiale Spiel Vorteile.
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Ganz
konkret wird als Erfindung ein Kraftstoffsystem beansprucht, bei
dem der Gehäuseabschnitt der Betätigungseinrichtung
als zylindrisches Verbindungsstück ausgebildet ist, welches
einen sich axial erstreckenden Kragen aufweist, der radial einwärts
eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Endabschnitts des Zylinderteils
bildet und radial auswärts die Schweiß-, Press-
oder Schraubverbindung (oder auch die Niederhalte- oder Verstemmverbindung)
mit dem Gehäuse der Kraftstoffpumpe aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe
und einer einstellbaren Drosseleinrichtung;
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2 einen
Schnitt durch die einstellbare Drosseleinrichtung von 1;
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3 eine
vergrößerte Darstellung eines Bereichs von 2;
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4 eine
perspektivische Darstellung eines Federrings der einstellbaren Drosseleinrichtung der 2 und 3;
und
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5 eine
Darstellung ähnlich 3 einer alternativen
Ausführungsform.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Ein
Kraftstoffsystem trägt in 1 insgesamt das
Bezugszeichen 10. Es dient zur Versorgung einer Brennkraftmaschine 12,
die in 1 jedoch nur schematisch durch eine strichpunktierte
Linie angedeutet ist.
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Das
Kraftstoffsystem 10 umfasst einen Kraftstoffbehälter 14,
aus dem eine üblicherweise elektrisch angetriebene Vorförderpumpe 16 den
Kraftstoff in einen Abschnitt 18a einer Niederdruckleitung 18 fördert.
Der Abschnitt 18a führt zu einer einstellbaren Drosseleinrichtung 20,
die auch als "Zumesseinheit" bezeichnet wird, und auf die weiter
unten noch stärker im Detail eingegangen wird.
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Von
der Drosseleinrichtung 20 führt ein Abschnitt 18b der
Niederdruckleitung 18 zu einer mechanisch von der Brennkraftmaschine 12 angetriebenen
Kolben-Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22. Diese verdichtet den
Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn über
eine Hochdruckleitung 24 in einen Hochdruck-Kraftstoffspeicher 26,
der auch als "Rail" bezeichnet wird. An diesen sind mehrere Injektoren 28 angeschlossen,
die den Kraftstoff in nicht dargestellte Brennräume der
Brennkraftmaschine 12 einspritzen.
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Der
Betrieb des Kraftstoffsystems 10 wird von einer Steuer-
und Regeleinrichtung 30 gesteuert beziehungsweise geregelt.
Diese erhält Signale von einem Drucksensor 32,
welcher den Druck im Hochdruck-Kraftstoffspeicher 26 erfasst.
Abhängig von den Signalen des Drucksensors 32 steuert
die Steuer- und Regeleinrichtung 30 eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 34 an,
die zu der einstellbaren Drosseleinrichtung 20 gehört
und auf noch näher darzustellende Art und Weise die Drosselwirkung
der Drosseleinrichtung 20 gegen die Wirkung einer Feder 36 einstellt.
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Der
prinzipielle Aufbau der einstellbaren Drosseleinrichtung 20 wird
nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert:
In einem Zylinderteil 38 ist ein Ventilkolben 40 im
Wesentlichen fluiddicht und gleitend geführt. Die entsprechende
Führungsbohrung im Zylinderteil 38 ist mit 42 bezeichnet. Das
Zylinderteil 38 ist in einer Aufnahmebohrung 44 in
dem in 2 lediglich strichpunktiert dargestellten Gehäuse 46 der
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22 aufgenommen und gegenüber
dieser durch Dichtringe 48 abgedichtet. In der Umfangswand
des Zylinderteils 38 sind an einer ersten axialen Stelle über
den Umfang verteilt mehrere Einlassöffnungen 50 und
an einer zweiten, im Bereich des Ventilkolbens 40 liegenden
axialen Stelle mehrere Auslassöffnungen 52 vorhanden.
Die Einlassöffnungen 50 kommunizieren letztlich
mit dem Abschnitt 18a der Niederdruckleitung 18.
Die Auslassöffnungen 52 kommunizieren über
ein nicht dargestelltes Einlassventil mit einem Förderraum
der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22. Am Ventilkolben 40 ist
eine Steuerkante 54 vorhanden. Je nach Position der Steuerkante 54 relativ
zu den Auslassöffnungen 52 werden diese vom Ventilkolben 40 mehr
oder weniger überdeckt, und damit wird der Zufluss zum
Förderraum der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22 mehr
oder weniger gedrosselt.
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Der
Ventilkolben 40 ist mit einer langgestreckten Magnetnadel 56 verbunden,
die sich durch einen Gehäuseabschnitt 58 der Betätigungseinrichtung 34,
der als zylindrisches Verbindungsstück ausgebildet ist,
hindurch erstreckt, und an deren vom Ventilkolben 40 abgewandtem
Ende ein Magnetanker 60 befestigt ist. Die Betätigungseinrichtung 34 umfasst
ferner eine Magnetspule 62, die den Magnetanker 60 umgibt,
und einen Steckerabschnitt 64 zum Anschluss einer elektrischen
Steuerleitung.
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Wie
insbesondere aus 3 ersichtlich ist, weist der
Gehäuseabschnitt 58 der Betätigungseinrichtung 34 einen
zum Gehäuse 46 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22 weisenden
und sich axial erstreckenden Kragen 66 auf. Dieser begrenzt
radial einwärts eine Ausnehmung 68. Auf der radialen
Innenseite des Kragens 66 ist eine umlaufende Ringnut 70 vorhanden.
Auf der radialen Außenseite des Kragens 66 ist
ein radial umlaufender und sich auch radial erstreckender Schweißsteg 72 ausgebildet, über den
der Gehäuseabschnitt 58 durch eine umlaufende Schweißnaht 74 mit
dem Gehäuse 46 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22 fluiddicht
verbunden ist.
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Das
zum Gehäuseabschnitt 58 der Betätigungseinrichtung 34 weisende
Ende des Zylinderteils 38 bildet einen Endabschnitt 76,
der in der durch den Kragen 66 des Gehäuseabschnitts 58 gebildeten Ausnehmung 68 mit
radialem und axialem Spiel aufgenommen ist. Eine Stirnfläche 77 des Endabschnitts 76 ist
ballig beziehungsweise kugelig ausgeführt. Das radiale
Spiel ist in 3 durch einen geringen Spalt 78 zwischen
der radialen Außenseite des Endabschnitts 76 und
der radialen Innenseite des Kragens 66 angedeutet. Das
axiale Spiel ist in den 2 und 3 nicht
sichtbar. Auf seiner Außenseite ist in den Endabschnitt 76 eine
umlaufende Ringnut 80 eingebracht, die in der in den 2 und 3 gezeigten
Einbaulage der Ringnut 70 im Kragen 66 gegenüber
liegt. In die Ringnut 70 ist ein Federring 82 (vergleiche
auch 4) so eingelegt und nach radial außen
vorgespannt, dass er an einer Basis (ohne Bezugszeichen) der Ringnut 70 unter Spannung
anliegt. Hierdurch wird der Federring 82 etwas fixiert.
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Man
erkennt aus den 2 und 3, dass der
Federring 82 sowohl in die Ringnut 70 als auch
in die Ringnut 80 eingreift, wodurch das Zylinderteil 38 bereits
nach einer Vormontage verliersicher am Gehäuseabschnitt 58 der
Betätigungseinrichtung 34 gehalten ist. Gleichzeitig
ist jedoch zwischen dem Federring 82 und einer Basis der
Ringnut 80 ein radiales Spiel vorhanden, und darüber
hinaus verfügt der Federring 82 gegenüber
beiden Ringnuten 70 und 80 aufgrund seiner geringen
Dicke über ein axiales Spiel. Damit hat es Folgendes auf
sich:
Zunächst, vor der Endmontage, sind die Betätigungseinrichtung 34 einerseits
und die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22 andererseits voneinander
separate Teile. Die Betätigungseinrichtung 34 umfasst
nach der Vormontage jedoch bereits das Zylinderteil 38, welches
am Gehäuseabschnitt 58 durch den Federring 82 unverlierbar,
jedoch gegenüber dem Gehäuseabschnitt 58 mit
radialem und axialem Spiel gehalten ist. Durch die Kombination aus
axialem und radialem Spiel verfügt das Zylinderteil 38 gegenüber
dem Gehäuseabschnitt 58 der Betätigungseinrichtung 34 auch über
ein Winkelspiel. Dabei wird das Zylinderteil 38 durch die
nach radial außen gerichtete Federkraft des Federrings 82 axial
gegenüber dem Gehäuseabschnitt 58 der
Betätigungseinrichtung 34 ausgerichtet.
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Zur
Montage der vormontierten Betätigungseinrichtung 34 am
Gehäuse 46 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22 wird
das Zylinderteil 38 in die Aufnahmebohrung 44 des
Gehäuses 46 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22 eingeführt.
Dann wird der Gehäuseabschnitt 58 mittels der
Schweißnaht 74 mit dem Gehäuse 46 starr
und fluiddicht verbunden. Aufgrund der spielbehafteten Halterung
des Zylinderteils 38 gegenüber dem Gehäuseabschnitt 58 führt
auch eine Schiefstellung des Gehäuseabschnitts 58 gegenüber
der Längsachse der Aufnahmebohrung 44 und somit
gegenüber dem Zylinderteil 38, wie sie beispielsweise
beim Herstellen der Schweißnaht 74 hervorgerufen
werden kann, zu keinerlei Verformung des Zylinderteils 38.
Dabei wird ein Winkelausgleich zwischen Zylinderteil 38 und
Gehäuseabschnitt 58 durch die ballige Auflagefläche 77 am
axialen Ende des Endabschnitts 76 des Zylinderteils 38 vereinfacht.
Die enge Passung zwischen Ventilkolben 40 und Führungsbohrung 42 und
damit die Leichtgängigkeit bei hoher Fluiddichtheit bleiben
damit erhalten.
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Eine
alternative Ausführungsform zeigt 5. Dabei
tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente
Funktionen zu Elementen und Bereichen der vorhergehenden Figuren
aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie werden darüber
hinaus nicht nochmals im Detail erläutert.
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Im
Unterschied zu der in den 2 bis 4 beschriebenen
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 22 ist bei jener von 5 das
Zylinderteil 38 mit dem Gehäuseabschnitt 58 nicht
durch einen Federring, sondern durch eine Clipsverbindung verbunden
beziehungsweise nach der Vormontage an diesem gehaltert. Hierzu
ist auf der radialen Innenseite des Kragens 66 anstelle
einer Nut ein umlaufender Steg 86 ausgebildet, und ein
axialer Endabschnitt 88 des Kragens 66, an dem
der Steg 86 ausgebildet ist, weist eine gegenüber
dem Rest des Kragens 66 deutlich verringerte Dicke auf.
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Wird
nun das Zylinderteil 38 mit seinem Endabschnitt 76 in
die Ausnehmung 68 eingeführt, wird der Endabschnitt 88 des
Kragens 66 elastisch nach außen verformt, bis
der Steg 86 in die Ringnut 80 im Endabschnitt 76 des
Zylinderteils 38 eingreift. Auch hier erkennt man aus 5,
dass der Steg 86 gegenüber der Ringnut 80 sowohl
ein radiales als auch ein axiales Spiel aufweist. Es versteht sich,
dass anstelle des Stegs 86 auch einzelne Absätze
auf der Innenseite des Endabschnitts 88 des Kragens 66 ausreichen,
um im vormontierten Zustand das Zylinderteil 38 verliersicher
am Gehäuseabschnitt 58 der Betätigungseinrichtung 34 zu
haltern, bei gleichzeitig vorhandenem axialem und radialem Spiel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19731994
A1 [0002]
- - DE 102005033634 A1 [0003]