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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Zumesseinheit für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe
einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe
mit einer solchen Zumesseinheit.
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Eine
Zumesseinheit aufweisende Hochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung
einer Brennkraftmaschine wird beispielsweise in der
DE 198 01 355 A1 offenbart.
Diese Hochdruckpumpe dient der Verdichtung von Kraftstoff vor dem
Einspritzen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Über
die Hochdruckpumpe wird der Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt
und einer gemeinsamen Verteilerleiste (Common-Rail) zugeführt.
Eine Zumesseinheit sorgt dafür, dass nur ein vorgewählter
Förderstrom in der Hochdruckpumpe mit Hochdruck beaufschlagt
wird. Die Zumessung erfolgt dabei durch ein magnetgesteuertes Ventil.
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Eine
weitere gattungsgemäße Hochdruckpumpe einschließlich
Zumesseinheit wird in der Druckschrift
DE 101 03 665 A1 beschrieben.
Für alle Pumpenelemente der Hochdruckpumpe ist eine gemeinsame
Kraftstoff-Zumesseinheit vorgesehen, die auf einem elektromagnetisch
betätigten Regelventil basiert, das für jedes
Pumpenelement der Hochdruckpumpe eine eigene Steueröffnung
sowie Steueröffnungsmittel umfasst. Die Zumesseinheit ist
derart in die Hochdruckpumpe integrierbar, dass alle Pumpenelemente
gleichermaßen mit Kraftstoff versorgt werden können.
Hierzu ist die Zumesseinheit mit einem in die Hochdruckpumpe einsetzbaren
Gehäuseteil ausgestattet, das außenseitig zwei
Dichtringe aufweist um eine ausreichende Abdichtung zwischen den
kraftstoffführenden Zuleitungen und der Hochdruckpumpe
zu schaffen. Das in die Hochdruckpumpe einsetzbare Gehäuseteil
wird von dem Magnetkern des Elektromag neten ausgebildet, über welchen
das Regelventil betätigt wird. Zur Versorgung der Pumpenelemente
mit Kraftstoff ist je Pumpenelement jeweils eine Zuleitungsbohrung
in dem Magnetkern angeordnet.
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Der
einer Hochdruckpumpe zuzumessende Kraftstoff kann Partikel aufweisen,
die es gilt herauszufiltern. Hierzu kann der Zumesseinheit ein Filter vor-
oder nachgeschaltet sein. Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise
eine Zumesseinheit mit einem in die Hochdruckpumpe einsetzbaren
Gehäuseteil bekannt, auf das außenumfangseitig
ein separater Siebkörper aufgeschoben wird, um zu verhindern, dass
Partikel bestimmter Größe mit dem Kraftstoff in die
Hochdruckpumpe gelangen. Ein solcher als separates Bauteil ausgebildeter
Siebkörper erfordert jedoch einen zusätzlichen
Fertigungs- sowie Montageaufwand.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, den Aufbau einer Zumesseinheit
mit Sieb- bzw. Filterfunktion zu vereinfachen, insbesondere die
Zahl der Bauteile weitestgehend zu reduzieren. Ferner soll eine
einfach aufgebaute Hochdruckpumpe bereitgestellt werden, die eine
Zumesseinheit mit einem Partikelfilter umfasst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird gelöst durch eine Zumesseinheit mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 sowie eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des
Anspruchs 9. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung werden in
den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
vorgeschlagene Zumesseinheit für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe
einer Brennkraftmaschine besitzt ein elektromagnetisch betätigbares
Regelventil zur Kraftstoff-Fördermengenregelung. Das Regelventil
umfasst einen Magnetkern, der als Gehäuseteil ausgebildet
ist und eine zentrale zylindrische Bohrung zur Aufnahme und Führung
eines axial verschiebbaren Ventilkolbens besitzt. Erfindungsgemäß besitzt
der Magnetkern ferner einen als Sieb ausgebildeten Ringabschnitt,
um im Kraftstoff enthaltene Partikel beim Fördern des Kraftstoffs
herauszufiltern. Die Siebfunktion wird demnach vom Magnetkern selbst übernommen.
Es kann somit die Anordnung eines als separates Bauteil ausgebildeten
Siebes entfallen, wodurch der Fertigungs- bzw. Montageaufwand zur
Herstellung der Zumesseinheit mit einem Partikelfilter sinkt. Entsprechend
ist die erfindungsgemäße Zumesseinheit weniger
komplex aufgebaut.
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Vorzugsweise
besitzt der Magnetkern im Bereich des Ringabschnittes eine geringere
Wandstärke. Die Wandstärke ist dabei derart bemessen,
dass der Magnetkern weiterhin eine ausreichende Steifigkeit besitzt.
Eine gewisse Mindestwandstärke wird demnach nicht unterschritten.
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Weiterhin
vorzugsweise begrenzt der als Sieb ausgebildete Ringabschnitt des
Magnetkerns in radialer Richtung eine innenumfangseitig und/oder außenumfangseitig
verlaufende Ringnut. Die Ausbildung einer innenumfangseitig verlaufenden
Ringnut bedingt, dass der als Sieb ausgebildete Ringabschnitt des
Magnetkerns nach radial außen versetzt angeordnet ist.
Dabei kann der Ringabschnitt außenumfangseitig bündig
mit den Außenumfangsflächen des Magnetkerns abschließen
oder zur Ausbildung einer außenumfangseitig verlaufenden
Ringnut zudem nach radial innen gegenüber den Außenumfangsflächen
des Magnetkerns angeordnet sein. Denkbar ist auch, dass der als
Sieb ausgebildete Ringabschnitt des Magnetkerns innenumfangseitig
bündig mit den die zylindrische Bohrung radial begrenzenden
Innenumfangsflächen des Magnetkerns abschließt,
so dass lediglich eine außenumfangseitig verlaufende Ringnut
ausgebildet wird. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform,
bei der zumindest eine innenumfangseitig verlaufende Ringnut vorgesehen
ist. Durch eine solche Ringnut erfährt die zentrale zylindrische
Bohrung des Magnetkerns eine radiale Aufweitung, die die Ausbildung
einzelner Anschlussbohrungen zur Kraftstoffführung ersetzt. Über die
innenumfangseitig verlaufende Ringnut wird der Kraftstoff durch
den als Sieb ausgebildeten Ringabschnitt des Magnetkerns in eine
weitere Ringnut zur Verteilung des Kraftstoffs zu den einzelnen
Pumpenelementen geführt, wobei die weitere Ringnut als
außenumfangseitig verlaufende Ringnut im Magnetkern oder
als Ringspalt zwischen Magnetkern und Gehäuse der Hochdruckpumpe
ausgebildet sein kann. Erst von hier zweigen separate Anschlussbohrungen
zu den jeweiligen Pumpenelementen ab.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der
als Sieb ausgebildete Ringabschnitt des Magnetkerns von einer Vielzahl
an radial verlaufenden Bohrungen durchsetzt. Dabei sind die Bohrungen
derart bemessen, dass im Kraftstoff enthaltene Partikel einer bestimmten
Größe die Bohrungen nicht passieren können.
Die Bohrungen des Ringabschnittes gewährleisten somit die
Siebfunktion. Dabei nimmt nicht nur der jeweilige Durchmesser, sondern
auch die Tiefe der Bohrungen Einfluss auf die Siebwirkung. Eine
Erhöhung der Wandstärke des als Sieb ausgebildeten
Ringabschnit tes vermag beispielsweise den Siebeffekt zu verstärken.
Zudem trägt eine größere Wandstärke
des Ringabschnittes zur Steifigkeit des Magnetkerns bei. Alternativ und/oder
ergänzend kann eine größere Tiefe der Bohrungen
auch dadurch erreicht werden, dass die Bohrungen schräg
durch den Ringabschnitt des Magnetkerns geführt sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
die Bohrungen umlaufend in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind. Über
einen Umfangsbereich von 360° sind vorzugsweise 50 bis
80, weiterhin vorzugsweise 60 bis 70 äquidistante Bohrungen
angeordnet. In gleichem Abstand zueinander angeordnete Bohrungen
gewährleisten eine gleichmäßige Verteilung
des Kraftstoffs. Bei umfangseitig 60 gleichmäßig
verteilt angeordneten Bohrungen beträgt der Winkelabstand zweier
benachbarter Bohrungen, jeweils von Mittellinie zur Mittellinie
gemessen, 6°.
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Weiterhin
können die Bohrungen umlaufend in ein oder mehreren Reihen
oder spiralförmig angeordnet sein. Der axiale Abstand zweier
benachbarter Bohrungen beträgt dann vorzugsweise 0,5 mm
bis 1,5 mm, weiterhin vorzugsweise 1,0 mm. Dies gilt sowohl für
Ausführungsformen, die in Reihen angeordnete Bohrungen
aufweisen, als auch für Ausführungsformen, bei
denen die Bohrungen spiralförmig um den Außenumfang
des Ringabschnittes angeordnet sind. Bei in mehreren Reihen oder
spiralförmig angeordneten Bohrungen können die
Bohrungen einer jeden Reihe zudem versetzt angeordnet sein. Beträgt
der Winkelabstand zweier benachbarter Bohrungen beispielsweise 6°,
wie dies bei 60 umlaufend gleichmäßig verteilt
angeordneten Bohrungen der Fall ist, können die 60 Bohrungen
der weiteren Reihe beispielsweise um 3° versetzt hierzu
angeordnet sein, so dass die Bohrungen einer jeweils nachfolgenden
Reihe mittig zwischen zwei Bohrungen der vorhergehenden Reihe zu
liegen kommen. Sofern die Anordnung der Bohrungen in Spiralform
erfolgt, können die Bohrungen der nächsten Windung
in entsprechender Weise versetzt zur vorhergehenden Windung angeordnet
sein.
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Um
Partikel einer Größe von vorzugsweise 50 μm
bis 120 μm herauszufiltern, beträgt der Durchmesser
und damit der freie Strömungsquerschnitt der Bohrungen
ebenfalls vorzugsweise 50 μm bis 120 μm, weiterhin
vorzugsweise 80 μm bis 100 μm. Die Herstellung
der Bohrungen kann beispielsweise mittels Laserbearbeitung erfolgen.
Vorzugsweise sind die Bohrungen mittels Laser-Bohren hergestellt
worden. Die Laserbearbeitung ermöglicht Bohrungsquerschnitte
der Bohrungen zwischen 50 μm und 120 μm. Die Anzahl
der Bohrungen ist derart festgelegt, dass die zulässige
hydraulische Fläche der Bohrungen ausreichend ist. Zum
Beispiel kann die Anzahl der Bohrungen 300 betragen, so dass bei
einem Bohrungsdurchmesser von jeweils 0,1 mm die hydraulische Fläche
etwa 2,36 mm2 beträgt.
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Die
ferner zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene Hochdruckpumpe
weist eine erfindungsgemäße Zumesseinheit auf.
D. h., dass in die Hochdruckpumpe eine als elektromagnetisch betätigbares Regelventil
ausgebildete Zumesseinheit einsetzbar ist bzw. eingesetzt ist, deren
als Gehäuseteil des Regelventils ausgebildeter Magnetkern
eine Siebfunktion besitzt bzw. in einem Teilabschnitt als Sieb ausgebildet
ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch eine Zumesseinheit nach dem Stand der
Technik,
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2 einen
Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Zumesseinheit,
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3 einen
vergrößerten Ausschnitt aus 2 und
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4 eine
alternative Ausführungsform zur Ausführungsform
der 2 und 3.
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Der 1 ist
eine Zumesseinheit für eine Hochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine
gemäß dem Stand der Technik zu entnehmen. Sie
umfasst ein elektromagnetisch betätigbares Regelventil
mit einem Elektromagneten, dessen Magnetkern 1 ein Gehäuseteil
des Regelventils ausbildet. Der Magnetkern 1 weist eine
zentrale zylindrische Bohrung 2 auf, in der ein Ventilkolben 3 axial
verschiebbar geführt ist. Der Ventilkolben 3 wird
zudem von der Druckkraft einer Druckfeder 9 beaufschlagt.
Der Längsschnitt der 1 zeigt
zwei Betriebszustände des Regelventils: die Darstellung
a), links der Mittellinie, zeigt den Ventilkolben 3 in
einer ersten Endlage und die Darstellung b), rechts der Mittellinie,
zeigt den Ventilkolben 3 in einer zweiten Endlage. Die
Außenkontur des Ventilkolbens 3 ist mit Steuerschlitzen
zur Kraftstoffführung versehen. Über die Steuerschlitze
gelangt der zuzumessende Kraftstoff in Anschlussbohrungen 10,
die jeweils einem Pumpenelement der Hochdruckpumpe zugeordnet sind.
Außenumfangseitig ist auf dem Magnetkern 1 ein
Sieb 11 als separates Bauteil aufgesetzt. Das Sieb 11 umgibt den
Magnetkern 1 im Bereich der Anschlussbohrungen 10 und
gewährleistet damit, dass im Kraftstoff enthaltene Partikel
vor der Zuleitung des Kraftstoffs in die jeweiligen Pumpenelemente
herausgefiltert werden. Dadurch dass das Sieb 11 als separates Bauteil
ausgeführt ist, erfordert die Fertigung wie auch die Montage
der dargestellten Zumesseinheit einen erhöhten Aufwand.
Des Weiteren muss der in der Hochdruckpumpe zum Einsetzen der Zumesseinheit
vorgesehene Aufnahmeraum angepasst werden, um zusätzlich
das Sieb 11 aufnehmen zu können.
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Demgegenüber
weist die erfindungsgemäße Zumesseinheit einen
als Gehäuseteil ausgebildeten Magnetkern mit Siebfunktion
auf, so dass auf ein Sieb 11 als zusätzliches
Bauteil verzichtet werden kann. Eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Zumesseinheit zeigen 2 und 3 in einem
Längsschnitt entsprechend 1, bzw.
einem Ausschnitt hiervon. Es werden wiederum jeweils zwei Betriebszuständen
des Regelventils gezeigt. Auch bei der erfindungsgemäßen
Zumesseinheit weist der Magnetkern 1 eine zentrale zylindrische
Bohrung 2 zur Aufnahme eines axial verschiebbaren Ventilkolbens 3 auf.
Anstelle von Anschlussbohrungen 10, die jeweils einem Pumpenelement
einer Hochdruckpumpe zugeordnet sind, besitzt der Magnetkern 1 der Ausführungsform
gemäß 2 eine innenumfangseitig verlaufende
Ringnut 5, durch welche die zentrale zylindrische Bohrung 2 eine
Erweiterung erfährt. Die Ringnut 5 wird außenumfangseitig
von einem Ringabschnitt 4 des Magnetkerns 1 begrenzt, der
durch die Anordnung von Bohrungen 7 als Sieb ausgebildet
ist. Durch die Ringnut 5 weist der Ringabschnitt 4 des
Magnetkerns 1 eine geringere Wandstärke auf. Diese
ist jedoch derart bemessen, dass der Magnetkern weiterhin eine ausreichende Steifigkeit
besitzt und die Bohrungen 7 zudem mittels Laser-Bohren
in dem Ringabschnitt 4 herstellbar sind. Außenumfangseitig
schließt der Ringabschnitt 4 bündig mit
den Außenumfangsflächen des Magnetkerns 1 ab.
Der zu den Pumpenelementen einer Hochdruckpumpe zu führende
Kraftstoff wird über die Ringnut 5 durch die Bohrungen 7 des
als Sieb ausgebildeten Ringabschnitts 4 einem Ringspalt
(nicht dargestellt) zugeführt, der zwischen Außenumfangsflächen
des Magnetkerns 1 und dem Gehäuse der Hochdruckpumpe
(nicht dargestellt) ausgebildet wird. In axialer Richtung wird der
Ringspalt von wenigstens einem Dichtring 8 begrenzt. Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zur Aufnahme des Dichtringes 8 eine
außenumfangseitig verlaufende Ringnut im Magnetkern 1 ausgebildet.
Ein zweiter Dichtring 8 ist als weitere Abdichtung axial
angesetzt. In den Ringspalt zwischen Magnetkern und Gehäuse der Hochdruckpumpe
münden die gehäuseseitigen Anschlussbohrungen
der Pumpenelemente der Hochdruckpumpe.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei welcher
der als Sieb ausgebildete Ringabschnitt 4 nach radial innen
versetzt angeordnet ist, so dass neben einer innenumfangseitig verlaufenden
Ringnut 5 auch eine außenumfangseitig verlaufende
Ringnut 6 ausgebildet wird. Der Kraftstoff wird demnach über
die Ringnut 5 durch die Bohrungen 7 in die Ringnut 6 geführt,
von wo aus er über gehäuseseitige Anschlussbohrungen 10 im
Gehäuse der Hochdruckpumpe den Pumpenelementen zugeleitet
wird. Während des Passierens der Bohrungen 7 wird
der Kraftstoff gefiltert, wobei Partikel, deren Durchmesser größer
als der Durchmesser der Bohrungen 7 ist, zurückgehalten
werden. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind
die Bohrungen 7 in vier axial zueinander beabstandeten
Reihen angeordnet. Alternativ kann die Anordnung der Bohrungen 7 auch
spiralförmig erfolgen, wobei ebenfalls ein axialer Abstand
zu berücksichtigen ist. Die Bohrungen 7 sind umfangseitig
gleichmäßig verteilt angeordnet, d. h. in einem
gleichem Winkelabstand zueinander.
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Die
Erfindung ist nicht auf eine Zumesseinheit bzw. Hochdruckpumpe mit
einer solchen Zumesseinheit entsprechend der dargestellten Figuren beschränkt.
Es sind insbesondere Abwandlungen möglich, die eine unterschiedliche
Anordnung und/oder Ausrichtung der Bohrungen 7 sowie eine abweichende
Lage des Ringabschnittes 4 beinhalten. Zudem ist nicht
zwingend erforderlich, dass der Ventilkolben 3 in der dargestellten
und/oder beschriebenen Weise ausgebildet ist. Ferner kann die Anordnung
der Dichtringe 8 von den dargestellten und beschriebenen
Ausführungen abweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19801355
A1 [0002]
- - DE 10103665 A1 [0003]