DE102010042582A1

DE102010042582A1 - Überströmventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010042582A1
Application number: DE201010042582
Authority: DE
Inventors: Christian Langenbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2012-04-19

Abstract

Überströmventil 9 für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, wobei eine Vordruckpumpe 1 unter Einbezug des Überströmventils 9 mit einem Pumpenarbeitsraum 6 einer Hochdruckpumpe 4 verschaltet ist, und wobei das Überströmventil 9 ein Ventilgehäuse 10 mit einem Eingang 13 und mindestens einem Ausgang 14 aufweist, wobei der Ausgang 14 durch einen Steuerkolben 11 unter Festlegung einer Absteuergeometrie beherrscht ist, der gegen die Kraft einer Ventilfeder 12 verschiebbar in dem Ventilgehäuse 10 geführt ist. Erfindungsgemäß wird ein Überströmventil 9 bereitgestellt, dessen Absteuergeometrie gegenüber bekannten Ausgestaltungen verbessert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Ausgang 14 mit einem Pumpenarbeitsraum 6 der Hochdruckpumpe 4 verschaltet ist und dass die Absteuergeometrie so ausgelegt ist, dass bei Öffnungsbeginn des Überströmventils 9 ein kleiner Absteuerquerschnitt 16b, 16c freigegeben ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Überströmventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, wobei eine Vordruckpumpe unter Einbezug des Überströmventils mit einem Pumpenarbeitsraum einer Hochdruckpumpe verschaltet ist und wobei das Überströmventil ein Ventilgehäuse mit einem Eingang und mindestens einen mit einem Tank verschalteten Ausgang aufweist, wobei der Ausgang durch einen Steuerkolben unter Festlegung einer Absteuergeometrie beherrscht ist, der gegen die Kraft einer Feder verschiebbar in dem Ventilgehäuse geführt ist.
Ein derartiges Überströmventil ist aus der DE 10 2008 042 089 A1 bekannt. Bei diesem Überströmventil ist ein Federraum mit dem Eingang des Ventilgehäuses durch zumindest eine Druckausgleichsleitung verbunden. Durch diese Druckausgleichsleitung wird der Vordruck am Eingang einer Zumesseinheit wesentlich ausgeglichener reguliert als bei bekannten Lösungen und es werden Quietschgeräusche auch bei Verwendung von Anschlussleitungen aus Stahl zuverlässig vermieden. Der Ausgang für den Kraftstoff ist bei diesem Überströmventil als Bohrung ausgelegt, wobei die Bohrung von einer geraden Steuerfläche des Steuerkolbens beherrscht wird. Dementsprechend wird mit diesem Überströmventil direkt eine hohe und sich weiter erhöhende Absteuermenge abgesteuert. Der Ausgang des Überströmventils ist mit einer in einen Tank einmündenden Kraftstoffrückführleitung verschaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überströmventil bereitzustellen, dessen Absteuergeometrie gegenüber bekannten Ausgestaltungen verbessert ist.
Dies wird dadurch gelöst, dass der Ausgang mit dem Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe verschaltet ist und dass die Absteuergeometrie so ausgelegt ist, dass bei Öffnungsbeginn des Überströmventils ein kleiner Absteuerquerschnitt freigegeben ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in der Vergangenheit insbesondere bei Common-Rail-Einspritzsystemen Überströmventile zur Druckregelung eingesetzt wurden, deren Aufgabe insbesondere darin bestand, den Druck vor einer Zumesseinrichtung möglichst konstant zu halten. Dafür wiesen solche Ventile eine entsprechende Federkennlinie auf. Weiterhin war es ein Merkmal solcher Überströmventile, dass bei Erreichen des Öffnungsdrucks möglichst schnell ein großer Absteuerquerschnitt freigegeben wurde. Mit dem Trend zu geregelten oder gesteuerten Vordruckpumpen ändern sich die Anforderungen an die Überströmventile. Eine noch weitergehende Entwicklung stellen FPC-Systeme (Fuel Pump Control) dar, die über die Fördermenge der Vordruckpumpe die im Hochdruckbereich verdichtete Menge regeln. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgefunden worden, dass es für weiterentwickelte Common-Rail-Einspritzsysteme vorteilhaft ist, wenn der Ausgang mit dem Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe verschaltet ist und beim Öffnungsbeginn nur ein kleiner Absteuerquerschnitt freigegeben wird. Dadurch werden bei Einsparung einer Zumesseinheit folgende Vorteile erreicht.
Durch ein verlangsamtes Öffnen des Absteuerquerschnitts ist eine genauere Mengenzumessung zu der nachgeordneten Hochdruckpumpe möglich,
durch ein verlangsamtes Öffnen des Absteuerquerschnitts wird eine größere Toleranz gegenüber Pulsationen erreicht.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Absteuerquerschnitt eine Dreieckform auf, wobei die Spitze des Dreiecks auf der dem Eingang zugewandten Seite des Überströmventils angeordnet ist. In weiterer Ausgestaltung weist der Absteuerquerschnitt eine Trapezform auf, wobei die schmalere Trapezseite auf der dem Eingang zugewandten Seite des Überströmventils angeordnet ist. In weiterer Ausgestaltung weist das Überströmventil eine Rechteckform auf. Dabei ist das Rechteck aus einer kurzen und einer langen Seite gebildet, wobei die kurze Seite auch hier auf der dem Eingang zugewandten Seite des Überströmventils angeordnet ist. Auch ist es im Rahmen der Erfindung vorgesehen, unterschiedliche Absteuergeometrien miteinander zu kombinieren, um gewünschte Effekte zu erreichen. Gemeinsames Merkmal alle dieser angegebenen Absteuergeometrieen ist die verlangsamte Öffnung des Absteuerquerschnitts beim Öffnungsbeginn des Absteuerventils.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Absteuerquerschnitt in dem Ventilgehäuse eingelassen. Dies ist die Standardauslegung, die zudem kostengünstig umsetzbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Absteuerquerschnitt in den Steuerkolben eingelassen. Weiterhin ist vorgesehen, den Absteuerquerschnitt in ein separates Absteuerteil einzulassen. Hier erfolgt eine Auswahl nach den jeweiligen Einsatzanforderungen. Wird die Absteuergeometrie im vorgebohrten Steuerkolben oder einem anderen bewegten Teil eingebracht, wird der eingebrachte Querschnitt beispielsweise über eine Kante in dem Ventilgehäuse bewegt, wodurch eine resultierende Fläche entsteht, die den Durchfluss einstellt. Wird die Absteuergeometrie in dem Ventilgehäuse oder einem anderen nicht bewegten Teil angeordnet, wird der eingebrachte Querschnitt beispielsweise von der Steuerkante des Steuerkolbens überstrichen, wodurch ebenfalls eine resultierende Fläche entsteht, die den Durchfluss einstellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Niederdrucksystems eines zumesseinheitslosen Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit einem Überströmventil
2 ein herkömmliches Absteuerventil mit einem kreisförmigen Ausgang und einem zugehörigen Absteuerdiagramm,
3 ein Überströmventil mit einem Absteuerquerschnitt in Dreiecksform und dem zugehörigen Absteuerdiagramm und
4 ein Überströmventil mit rechteckigem Absteuerquerschnitt und dem zugehörigen Absteuerdiagramm.
Bei dem in 1 schematisch dargestellten Kraftstoffkreislauf wird von einer Vordruckpumpe 1 Kraftstoff aus einem Tank 2 angesaugt und über eine Filtereinrichtung 3 in den Innenraum einer Hochdruckpumpe 4 gefördert. Die Hochdruckpumpe 4 weist eine Pumpenwelle 5 auf, die beispielsweise eine Nockenwelle sein kann. Die Nockenwelle wirkt mit einem Rollenstößel zusammen, der die Drehbewegung der Nockenwelle in eine translatorische auf- und ab Bewegung des Rollenstößels umsetzt. Mit dem Rollenstößel wirkt ein Pumpenkolben zusammen, der den über ein Saugventil 15 in einen Pumpenarbeitsraum 6 zugeführten Kraftstoff verdichtet und über ein Rückschlagventil 7 in einen Hochdruckspeicher 8 fördert. Der in dem Hochdruckspeicher 8 unter einem Druck von bis zu 3000 bar befindliche Kraftstoff wird über mit den Hochdruckspeicher 8 verschalteten Kraftstoffinjektoren in zugehörige Brennräume der Brennkraftmaschine gesteuert eingespritzt.
Die Pumpenwelle 5 ist in Pumpenlagern gelagert, wobei diese Pumpenlager kraftstoffgeschmiert sind und eine von der Vordruckpumpe geförderte Teilmenge Kraftstoff strömt durch die Lager und wird weiter über eine Rückführleitung zurück in den Tank geleitet. Die Vordruckpumpe 1 ist bezüglich ihrer Förderleistung regelbar, wobei aber zur Sicherstellung der Lagerschmierung immer eine Mindestmenge Kraftstoff gefördert wird. Dadurch, dass die Vordruckpumpe 1 bezüglich ihrer Förderleistung regelbar ist, benötigt das Kraftstoffeinspritzsystem keine Zumesseinheit zur Einstellung der von dem Pumpenkolben in den Hochdruckspeicher 8 geförderten Kraftstoffmenge. Diese wird alleine durch die regelbare Vordruckpumpe 1 eingestellt.
Die nicht zur Lagerschmierung benötigte Kraftstoffmenge wird einem Überströmventil 9 zugeführt, das zumindest ein Ventilgehäuse 10, einen Steuerkolben 11 und eine Ventilfeder 12 aufweist. Der Kraftstoff gelangt durch einen Eingang 13 in das Überströmventil 9 und hebt bei genügend hohem Kraftstoffdruck den Steuerkolben 11 gegen die Ventilfeder 12 so weit an, bis der Steuerkolben 11 einen Ausgang 14 freigibt und der Kraftstoff über diesen Ausgang 14 und das nachfolgende Saugventil 15 in den Pumpenarbeitsraum 6 der Hochdruckpumpe 4 gelangt.
Das in 2 dargestellte Überströmventil 9 ist herkömmlich ausgestaltet und weist einen Ausgang 14 auf, der mit einem kreisförmigen Absteuerquerschnitt 16a verschaltet ist. Der Absteuerquerschnitt 16a ist in das Ventilgehäuse 10 eingelassen und in der dargestellten Position des Steuerkolbens 11 ist die schraffiert dargestellte Fläche des Absteuerquerschnitts 16a zur Weiterströmung von Kraftstoff freigegeben. Die mit dem kreisförmigen Absteuerquerschnitt 16a dargestellte Steuerkennlinie ist in dem neben dem Überströmventil 9 dargestellten Diagramm dargestellt, wobei H den Hub des Steuerkolbens 11 und A den Absteuerquerschnitt 16 angibt.
Ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Überströmventil 9 ist in 3 dargestellt. Hier ist der Absteuerquerschnitt 16b in Form eines Dreiecks ausgebildet, wobei die Spitze des Dreiecks dem Eingang 13 zugewandt ist. Erkennbar ist, dass bei Öffnungsbeginn des Überströmventils 9 erst eine geringe Menge Kraftstoff weitergeleitet wird, die mit zunehmender Öffnung des Steuerkolbens 11 größer wird. Entsprechendes ist in dem Diagramm rechts neben dem Überströmventil 9 dargestellt.
4 zeigt ein Überströmventil 9, bei dem der Absteuerquerschnitt 16c eine Rechteckform aufweist. Bei einem solchen Absteuerquerschnitt 16c stellt sich eine konstante Erhöhung (in Form einer Geraden) der weitergeleiteten Kraftstoffmenge gemäß dem rechts neben dem Überströmventil 9 wiedergegebenen Diagramm ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008042089 A1 [0002]

Claims

Überströmventil (9) für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, wobei eine Vordruckpumpe (1) unter Einbezug des Überströmventils (9) mit einem Pumpenarbeitsraum (6) einer Hochdruckpumpe (4) verschaltet ist, und wobei das Überströmventil (9) ein Ventilgehäuse (10) mit einem Eingang (13) und mindestens einem Ausgang (14) aufweist, wobei der Ausgang (14) durch einen Steuerkolben (11) unter Festlegung einer Absteuergeometrie beherrscht ist, der gegen die Kraft einer Ventilfeder (12) verschiebbar in dem Ventilgehäuse (10) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (14) mit dem Pumpenarbeitsraum (6) der Hochdruckpumpe (4) verschaltet ist und dass die Absteuergeometrie so ausgelegt ist, dass bei Öffnungsbeginn des Überströmventils (9) ein kleiner Absteuerquerschnitt (16b, 16c) freigegeben ist.
Überströmventil (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absteuerquerschnitt (16b) eine Dreieckform aufweist, wobei die Spitze des Dreiecks auf der dem Eingang (13) zugewandten Seite des Überströmventils (9) angeordnet ist.
Überströmventil (9) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Absteuerquerschnitt (16) eine Trapezform aufweist, wobei die kurze Trapezseite auf der dem Eingang (13) zugewandten Seite des Überströmventils (9) angeordnet ist.
Überströmventil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absteuerquerschnitt (16) eine Rechteckform aufweist.
Überströmventil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absteuerquerschnitt (16) in dem Ventilgehäuse eingelassen ist.
Überströmventil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absteuerquerschnitt (16) in den Steuerkolben (11) eingelassen ist.
Überströmventil (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absteuerquerschnitt (16) in ein separates Absteuerteil eingelassen ist.
Verfahren zur Einstellung der Absteuermenge eines Überströmventils (9) für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, wobei eine Vordruckpumpe (1) unter Einbezug des Überströmventils (9) mit einem Pumpenarbeitsraum (6) einer Hochdruckpumpe (4) verschaltet ist, und wobei das Überströmventil (9) ein Ventilgehäuse (10) mit einem Eingang (13) und mindestens einem Ausgang (14) aufweist, wobei der Ausgang (14) durch einen Steuerkolben (11) unter Festlegung einer Absteuergeometrie beherrscht ist, der gegen die Kraft einer Ventilfeder (12) verschiebbar in dem Ventilgehäuse (10) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Absteuergeometrie so ausgelegt ist, dass bei Öffnungsbeginn des Überströmventils (9) eine geringe Absteuermenge in den mit dem Ausgang (14) verschalteten Pumpenarbeitsraum (6) der Hochdruckpumpe (4) eingeleitet wird.