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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zumesseinheit für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Systems, einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Hochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind Kraftstoffeinspritzsysteme, wie Common-Rail-Systeme, bekannt, die beispielsweise eine Radialkolbenpumpe zum Bereitstellen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff an einen Kraftstoffspeicher aufweisen. Um den energetischen Wirkungsgrad einer derartigen Radialkolbenpumpe zu verbessern, erfolgt im Stand der Technik eine kraftstoffzulaufseitige (saugseitige) Mengenregelung, wobei der in die Pumpenelemente der Radialkolbenpumpe fließende Kraftstoff durch eine an die Radialkolbenpumpe angebaute Zumesseinheit (ZME) dosiert wird. Dabei wird nur so viel Dieselkraftstoff verdichtet und ins Rail weitergeleitet, wie vom Motor in der jeweiligen Fahrsituation benötigt, was unnötige Energieaufwände, wie bei früheren druckgeregelten Systemen seitens des Kraftstoffeinspritzsystems vermeidet. Die im Stand der Technik bekannten Zumesseinheiten umfassen üblicherweise ein Magnet- bzw. Proportionalventil.
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Eine derartige Zumesseinheit für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetisch betätigbaren Regelventil zur Fördermengenregelung der Hochdruckpumpe ist beispielsweise in
DE 10 2009 002 522 A1 beschrieben.
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Eine weitere Zumesseinheit ist aus
DE 199 07 311 A1 bekannt, welche stromaufwärts einer Radialkolbenpumpe angeordnet ist und welche als elektromagnetisch betätigtes Proportionalventil ausgebildet ist, dessen Strömungsquerschnitt variiert werden kann. Bei entsprechend kleinem Strömungsquerschnitt an der Zumesseinheit kann nur eine relativ kleine Kraftstoffmenge in die Förderräume der Radialkolbenpumpe gelangen, wohingegen bei geöffneter Zumesseinheit eine große Kraftstoffmenge in die Förderräume der Radialkolbenpumpe gelangen kann, so dass mehr Kraftstoff gefördert wird.
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Ein derartiges aus dem Stand der Technik bekanntes Proportionalventil einer Zumesseinheit weist üblicherweise ein Lager zur Führung einer Anker-Stößel-Einheit auf. Darüber hinaus ist es üblich, einen Deckel zu verwenden, welcher zum dichten Verschließen der Zumesseinheit bzw. des Proportionalventils dient und welcher darüber hinaus dazu dient, die Anker-Stößel-Einheit zu halten. Diese Konstruktion ist jedoch einerseits aufwändig in der Montage, und andererseits besteht die Gefahr, dass bei der Herstellung bzw. bei der Montage der Zumesseinheit Teile, wie beispielsweise das Lager, verlorengehen.
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Daher wäre es wünschenswert, eine Zumesseinheit für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Common-Rail-System, zu schaffen, welche einerseits einfacher und somit kostengünstiger herstellbar ist, und welche andererseits sicherer, d. h. ohne das Risiko des Verlierens von Einzelteilen, wie z. B. des Lagers, verbaubar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Zumesseinheit für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail-Systems, bereitgestellt, wobei die Zumesseinheit aufweist: ein Magnetventil mit einer Anker-Stößel-Einheit mit einem Anker und einem Stößel, wobei die Anker-Stößel-Einheit einen oberen Abschnitt aufweist; ein Lager, in welchem der obere Abschnitt geführt ist, und ein Deckelelement, in welchem der obere Abschnitt zumindest teilweise angeordnet ist, wobei ein Ventil in das Lager integriert ist, welches in Richtung eines Ankerraums oder in Richtung zu dem Deckelelement öffnet. Es sind beide Flussrichtungen durch das Ventil hindurch realisierbar. Durch Vorsehen des Ventils in dem Lager wird der jeweilige gegensätzliche Zu- oder Abfluss des die Zumesseinheit durchströmenden Fluids, insbesondere des Kraftstoffs, über einen Ringspalt an dem Stößel realisiert, was zu einem vorteilhaften Kraftstoffaustausch vor allem in den Lagerbereichen führt und somit Kraftstoffalterung, was wiederum zu schlechten Schmier- oder Verschleißeigenschaften des Ventils führt, vermeidet.
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Vorzugsweise ist das Ventil als Einwegeventil ausgebildet und ist durch ein in dem Lager ausgebildetes Loch, insbesondere ein Durchgangsloch, und eine elastische Scheibe aufgebaut, welche zwischen dem Lager und dem Deckelelement oder zwischen dem Lager und einem Gehäuseteil des Magnetventils verbunden ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugen Ausführungsform ist das Ventil durch das in dem Lager ausgebildete Loch, insbesondere durch das Durchgangsloch, und eine starre Scheibe, welche federbelastet ist, aufgebaut.
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Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Zufluss oder ein Abfluss des Ventils durch einen Ringspalt an dem Stößel gebildet, wobei ein Öffnungsquerschnitt des Ventils größer als der Ringspalt ist.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das Lager und das Deckelelement integral als Lager-Deckel-Einheit ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das Lager und das Deckelelement aus einem Teil geformt. Die einteilige oder einstückige Ausbildung des Lagers und des Deckelelements ist besonders kostengünstig realisierbar. Auf diese Weise wird die Anzahl von Teilen reduziert, wodurch der Herstellungsprozess weiter rationalisierbar und auch zuverlässiger wird.
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Das Lager kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in das Deckelelement integriert sein, oder der Deckel selbst kann als Lager ausgebildet sein.
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Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform sind das Lager und das Deckelelement aus einem verschleißfesten Material, insbesondere aus Polyetherketone, hergestellt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verschließt die Lager-Deckel-Einheit das Magnetventil dichtend.
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Vorzugsweise ist das Magnetventil ein Proportionalventil.
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Erfindungsgemäß wird darüber hinaus eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-System, einer Brennkraftmaschine, bereitgestellt, welche mit einer Zumesseinheit gemäß den obigen Ausführungsformen versehen ist, was die bereits beschriebenen Vorteile im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellung einerseits und auf eine gute Schmierung im Lagerbereich andererseits mit sich bringt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine Schnittansicht durch die in 2 dargestellte Zumesseinheit gemäß dem Stand der Technik;
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3 eine Schnittansicht durch einen oberen Abschnitt einer Zumesseinheit gemäß einer Ausführungsform;
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4 eine Schnittansicht durch einen oberen Abschnitt einer Zumesseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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5 eine Schnittansicht durch einen oberen Abschnitt einer Zumesseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
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6 eine Schnittansicht durch einen oberen Abschnitt einer Zumesseinheit gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems 1 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Aus einem Kraftstofftank 2 wird mittels einer Kraftstoffförderpumpe 3 über eine Kraftstoffleitung 4 Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe 5 gefördert, die hier als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist. Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 umfasst weiterhin eine Zumesseinheit 6 und einen Hochdruckspeicher 7, der auch als Rail bezeichnet wird, welcher wiederum mit hier nicht dargestellten Einspritzventilen verbunden ist, die Kraftstoff in einen ebenfalls nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzen. Die Zumesseinheit 6, die stromaufwärts der Hochdruckpumpe 5 angeordnet ist bzw. an diese angebaut ist, dient dazu, den Zufluss von Kraftstoff von der Kraftstoffförderpumpe 3 zu der Hochdruckpumpe 5 bedarfsabhängig variabel einzustellen. Durch die Zumesseinheit 6 wird dabei ein variabler Durchflussquerschnitt zwischen der Kraftstoffförderpumpe 3 und der Hochdruckpumpe 5 eingestellt, um eine Anpassung der durch die Hochdruckpumpe 5 in den Hochdruckspeicher 7 geförderten Kraftstoffmenge an den Bedarf der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. In der Zuleitung zu der Zumesseinheit 6 von der Kraftstoffförderpumpe 3 ist ein Überströmventil 8 angeordnet, das dazu dient, von der Kraftstoffförderpumpe 3 zu viel geförderten Kraftstoff, der bei ganz oder teilweise geschlossener Zumesseinheit 6 nicht zur Hochdruckpumpe 5 gelangen kann, abzusteuern und über die Rücklaufleitung 9 in den Kraftstofftank 2 zurückzuführen. Die Kraftstoffförderpumpe 3, die Zumesseinheit 6 und das Überströmventil 8 sind einem Niederdruckkreislauf des Kraftstoffeinspritzsystems 1 zuzuordnen. Die Hochdruckpumpe 5 und der Hochdruckspeicher 7 sind dagegen einem Hochdruckkreislauf zuzuordnen.
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In 2 ist eine Schnittansicht durch eine Zumesseinheit 6 gemäß dem Stand der Technik, welche ein stufenlos regelbares Magnetventil 10 aufweist, welches eine kraftstoffzulaufseitige bzw. saugseitige Mengenregelung der Kraftstoffzuführung zu einer Hochdruckpumpe (siehe 1), an welche die Zumesseinheit 6 anbaubar ist, durchführt. Die Zumesseinheit 6 weist ein in einem Magnetgehäuse 11 angeordnetes Magnetventil 10 auf, von welchem hier der Magnetkern 18 und der darin aufnehmbare bzw. in dem Magnetkern 18 hin- und her bewegbare Ventilkolben 19 sichtbar sind. An dem Magnetkern 18 sind drei O-Ringe 21 zum Abdichten der Zumesseinheit 6 nach außen und nach innen angeordnet. Darüber hinaus ist ein Filterelement 22 dargestellt, welches in zusammengebautem Zustand der Zumesseinheit 6 über Zulaufbohrungen (hier nicht dargestellt), die in dem Magnetkern 18 vorgesehen sind, angeordnet ist, um Partikel aus dem Niederdruckkreislauf, beispielsweise Paraffin, vor dem Eintreten in die Zumesseinheit 6 zu bewahren.
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In dem Magnetgehäuse 11 ist darüber hinaus ein Stecker 12 mit einer elektrischen Schnittstelle untergebracht, über die das Magnetventil 10 mit Strom versorgt werden kann. Das Magnetventil 10 weist ein Lager 13 auf, in welchem ein Anker 14 mit Stößel 14', welche gemeinsam eine Anker-Stößel-Einheit bilden, geführt ist. Weiterhin weist das Magnetventil 10 eine Wicklung mit Spulenkörper 15, ein Deckelelement 16, welches hier in einen Topf integriert ist, eine Restluftspaltscheibe 17 und einen Magnetkern 18 auf. Unterhalb des Ankers 14 ist ein Ventilkolben 19 mit Steuerschlitzen, der von einer Feder 20 umgeben ist, angeordnet. Die Zumesseinheit 6 ist mittels einer Vielzahl von O-Ringen 21 abgedichtet und ein Filterelement 22 ist an dem äußeren Umfang des Magnetkerns 18 angeordnet, so dass die hier nicht dargestellten Zulaufbohrungen durch das Filterelement 22 abgedeckt sind. Der durch die Magnetkraft betätigte Ventilkolben 19 gibt entsprechend seiner Stellung einen Durchflussquerschnitt frei. Die Ansteuerung des Magnetventils 2 geschieht mittels eines PWM-Signals (pulsweitenmoduliertes Signal).
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3 ist eine Schnittansicht durch einen oberen Abschnitt einer Zumesseinheit 6 gemäß einer Ausführungsform. Wie hier erkennbar ist, ist ein Stößel 14', welcher mit einem Anker 14 die Anker-Stößel-Einheit bildet, an einem oberen Abschnitt 31 in einem Lager 13 geführt, welches integral mit dem Deckelelement 16 ausgebildet ist. Das Lager 13 und das Deckelelement 16 können einteilig bzw. einstückig aus einem Teil geformt sein. Das Lager 13 kann dabei direkt in das Deckelelement 16 integriert werden oder das Deckelelement 16 wird gleichzeitig als Lager 13 ausgebildet. Beispielsweise können das Lager 13 und das Deckelelement 16 mittels Spritzgießen hergestellt werden, wobei ein PEEK-Kunststoff verwendet wird. Das Lager 13 und das Deckelelement 16 können jedoch auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Weiterhin ist es möglich, das Lager 13 und das Deckelelement 16 getrennt voneinander herzustellen und dann mittels einer geeigneten Verbindung aneinander zu fixieren. Das Lager 13, welches die Führung des Stößels 14' übernimmt, und das Deckelelement 16, welches als Verschluss dient und zum Montieren der Anker-Stößel-Einheit dient, bilden zusammen die Lager-Deckel-Einheit 23.
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4 ist eine Schnittansicht durch einen oberen Abschnitt einer Zumesseinheit 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hier ist in das vorhandene Lager 13 der Lager-Deckel-Einheit 23 ein Einwegeventil 24 integriert, wobei sowohl eine Öffnung des Einwegeventils 24 in Richtung des Ankerraums 25 als auch eine Öffnung in Richtung des Deckelements 16 möglich ist. Der jeweilige Zu- oder Abfluss wird dann über einen Ringspalt 26 am Stößel 14' realisiert. Der Öffnungsquerschnitt des Einwegeventils 24 muss jedoch größer als der sich bildende Ringspalt zwischen dem Stößel 14' und dem Lager 13 sein. Bei der hier dargestellten Ausführungsform wird das Einwegeventil 24 durch ein zusätzliches Loch 27 im Lager 13 und eine elastische Scheibe 28, welche hier zwischen dem Lager 13 und einem Gehäuseteil 29 der Zumesseinheit 6 eingespannt ist. Hierdurch ergibt sich eine Flussrichtung in Richtung des Ankerraums 25.
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5 ist eine Schnittansicht durch einen oberen Abschnitt einer Zumesseinheit 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche sich von der in 4 dargestellten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass die elastische Scheibe 28 des Einwegeventils 24 nicht zwischen dem Lager 13 und einem Gehäuseteil 29 sondern zwischen dem Lager 13 und dem Deckelelement 16 eingespannt ist. Hierdurch ergibt sich eine Flussrichtung in Richtung des Deckelelements 16.
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6 eine Schnittansicht durch einen oberen Abschnitt einer Zumesseinheit 6 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, welche sich von den in 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen dadurch unterscheidet, dass anstelle der elastischen Scheibe 28 des Einwegeventils 24 eine starre Scheibe 30 angeordnet ist, welche federbelastet ist. Hierdurch ergibt sich eine Flussrichtung in Richtung des Deckelelements 16.
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Insgesamt betrachtet wird durch die erfindungsgemäße Konfiguration eine Zumesseinheit 6 bereitgestellt, bei der eine einfache und somit kostengünstigere Herstellung und Montage realisiert werden kann. Gleichzeitig wird eine gute Schmierung des Lagerbereichs erzielt, wodurch die Verschleißeigenschaften verbessert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009002522 A1 [0003]
- DE 19907311 A1 [0004]
