DE102014223788A1

DE102014223788A1 - Drucksteuereinrichtung insbesondere für eine ein Fluid fördernde Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102014223788A1
Application number: DE102014223788.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dutt; Jochen Aleker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-05-25
Also published as: WO2016078849A1

Abstract

Drucksteuereinrichtung 7 für eine Fluid führende Hochdruckpumpe 6, wobei die Drucksteuereinrichtung 7 ein Steuerventil 11 mit einem Ventilgehäuse 12 aufweist, in dem ein gegen die Kraft einer Ventilfeder 23 verstellbarer Steuerkolben 22 angeordnet ist, und wobei das Ventilgehäuse 12 einen Fluideingang 21 und einen von dem Steuerkolben 22 beherrschten Fluidausgang 13 aufweist. Erfindungsgemäß wird eine Drucksteuereinrichtung 7 bereitgestellt, die bei einem einfachen Aufbau flexibel verbaubar ist. Erreicht wird dies dadurch, dass die Drucksteuereinrichtung 7 ein Anschlusselement 8 mit einen Fluidzugang 9 und einem Fluidabgang 10 aufweisende Fluidleitung 20 beinhaltet, wobei das Anschlusselement 8 einstückig mit dem Steuerventil 11 ausgebildet ist, und wobei die Fluidleitung 20 mit dem Fluideingang 21 verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drucksteuereinrichtung, insbesondere für eine ein Fluid fördernde Hochdruckpumpe, wobei die Drucksteuereinrichtung ein Steuerventil mit einem Ventilgehäuse aufweist, in dem ein entgegen einer Ventilfeder verstellbarer Steuerkolben angeordnet ist, und wobei das Ventilgehäuse einen Fluidzugang und einen von dem Steuerkolben beherrschten Fluidausgang aufweist.
Stand der Technik
Eine derartige Drucksteuereinrichtung ist aus der DE 10 2011 089 964 A1 bekannt. Diese Drucksteuereinrichtung ist für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, ausgebildet und weist ein Ventilgehäuse auf, in dem ein Steuerkolben entgegen der Kraft einer Ventilfeder beweglich angeordnet ist. Das Ventilgehäuse weist einen Fluideingang auf, der in einen Ventilraum einmündet und der an den Steuerkolben angrenzt. Von dem Steuerkolben wird ein Fluidausgang beherrscht, durch den das Fluid, das insbesondere Kraftstoff ist, abgesteuert wird. Weiterhin weist das Ventilgehäuse einen die Ventilfeder aufnehmenden Ventilfederraum mit einer von einer zweiten Steuerkante des Steuerkolbens beherrschten Radialbohrung auf.
Eine ähnliche Drucksteuereinrichtung ist aus der DE 10 2009 001 281 A1 bekannt. Auch aus diesem Dokument ist eine Drucksteuereinrichtung mit einem Steuerventil bekannt, das ein Ventilgehäuse mit einem darin angeordneten Steuerkolben aufweist. Bei dieser Drucksteuereinrichtung ist ein Ventilfederraum ebenfalls mit einer Radialbohrung versehen, die von einem Steuerkolben beherrscht wird. Dabei ist die Radialbohrung über eine Verbindung mit dem Fluidausgang verschaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Drucksteuereinrichtung bereitzustellen, die bei einem einfachen Aufbau flexibel an einer Hochdruckpumpe verbaubar ist.
Offenbarung der Erfindung
Dieser Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Drucksteuereinrichtung ein Anschlusselement mit einer einen Fluidzugang und einen Fluidausgang aufweisenden Fluidleitung beinhaltet, dass das Anschlusselement einstückig mit dem Ventilgehäuse ausgebildet ist, und dass die Fluidleitung mit dem Fluideingang verbunden ist. Die so gebildete Drucksteuereinrichtung weist einen einfachen Aufbau auf und kann äußerst flexibel verbaut werden. Dabei wird die so ausgebildete Drucksteuereinrichtung vorzugsweise an einem Niederdruckkreis zu der Hochdruckpumpe verbaut. Der Niederdruckkreis weist eine Fluidleitung in Form einer Niederdruckleitung auf, die eine Niederdruckpumpe mit der Hochdruckpumpe verbindet. Die Niederdruckleitung ist beispielsweise als flexible Leitung ausgebildet, die an beliebiger Stelle getrennt werden kann und die beiden durch die Trennung gebildeten Enden der Niederdruckleitung können mit dem Anschlusselement, beziehungsweise mit deren Fluidzugang und deren Fluidabgang verbunden werden. Durch diese Ausgestaltung ist ein äußerst flexibler Verbau der Drucksteuereinrichtung an dem Niederdrucksystem möglich und die Drucksteuereinrichtung ist durch die einstückige Ausgestaltung des Anschlusselements mit dem Steuerventil besonders einfach und kompakt aufgebaut. So ist gegenüber einer herkömmlichen Lösung, bei der ein separates Anschlusselement, das beispielsweise als in der Niederdruckleitung eingebautes T-Stück ausgebildet und wobei das T-Stück über eigene Leitung mit dem Steuerventil verbunden ist, erfindungsgemäß eine Drucksteuereinrichtung geschaffen, die mit weniger Bauteilen auskommt und zudem weniger Verbindungsstellen aufweist, die eine Leckagemöglichkeit beinhalten können.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Anschlusselement zumindest angenähert rechtwinklig zu dem Steuerventil angeordnet. Diese Ausgestaltung ist konstruktiv einfach umsetzbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Fluidausgang stutzenförmig ausgebildet und zumindest angenähert parallel zu dem Anschlusselement ausgerichtet. Auch diese Ausgestaltung ist konstruktiv einfach umsetzbar und ermöglicht insbesondere durch die Ausrichtung des Fluidausgangs parallel zu dem Anschlusselement eine platzsparende Verlegung der weiterführenden Fluidleitungen, die direkt anschließend an den Fluidausgang und das Anschlusselement bedarfsweise platzsparend miteinander verbunden werden können.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Werkstoff der Drucksteuereinrichtung ein Kunststoffwerkstoff oder ein Metallwerkstoff. Als Kunststoffwerkstoff eignen sich insbesondere sogenannte Thermoplaste, während als Metallwerkstoff ein einfach zu bearbeitendes Metall, beispielsweise Aluminium, besonders geeignet ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Drucksteuereinrichtung urformend hergestellt. Dies bedeutet, dass die Drucksteuereinrichtung in beispielsweise einer entsprechenden Gießform hergestellt wird und nach der Entnahme der Drucksteuereinrichtung aus der Gießform die Drucksteuereinrichtung nicht oder nur in einem geringen Umfang nachträglich mechanisch bearbeitet werden muss. So muss beispielsweise nur eine an der Drucksteuereinrichtung vorhandene Drosselbohrung, gegebenenfalls ein den Steuerkolben aufnehmender Zylinder und eine Öffnung zum Verschluss eines Ventilfederraums mittels eines Dichtstopfens, nachbearbeitet werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein die Ventilfeder aufnehmender Ventilfederraum über eine Drosselleitung mit dem Fluidausgang verbunden. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass die Drucksteuereinrichtung eine Druckwellendämpfungsfunktion aufweist, wobei die Druckwellendämpfungsfunktion von dem über die Drosselleitung mit dem Fluidausgang verbundenen Federraum gebildet ist. Die Dämpfungswirkung wird dabei durch die Fähigkeit eines Volumenausgleichs zwischen dem Ventilfederraum und dem Fluidausgang hergestellt. Abhängig von Mengenwellen bzw. Druckwellen in dem Fluidausgang ändert der Steuerkolben seine Position und gleicht so Volumenänderungen bzw. Druckänderungen in dem Fluideingang aus. Die Dämpfungswirkung ist am höchsten, wenn die Drosselleitung so dimensioniert ist, dass bei schnellen Schließhüben des Steuerkolbens ein Dampfdruckgebiet in dem Federraum erzeugt ist, das dann im nächsten Öffnungshub wieder komprimiert wird. Durch dieses Dampfdruckgebiet arbeitet der Dämpfer gegen ein kompressibles Gas, was zu einer erhöhten Dämpfung im Vergleich zu einer Fluidkompression und Fluidverdrängung durch die Drosselleitung führt.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Hochdruckpumpe eine Kraftstoffhochdruckpumpe und das Medium Kraftstoff. Dies ist die bevorzugte Anwendungsform der Drucksteuereinrichtung, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe vorzugsweise Teil eines Common-Rail-Einspritzsystems ist, dass an einer Brennkraftmaschine verbaut ist.
Weiterhin haben alle Komponenten der Drucksteuereinrichtung, insbesondere das Ventilgehäuse und der Steuerkolben zumindest etwa den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, damit das Führungsspiel auch bei Temperaturschwankungen konstant bleibt. Auch sollte ein Dichtstopfen im Falle einer gepressten Ausführung die gleiche Wärmeausdehnung wie das Ventilgehäuse haben, um ein Pressübermaß auf einen fixen Wert zu halten. Wenn der Dichtstopfen in alternativer Verbindungstechnik, beispielsweise Schrauben, Kleben, Schweißen ausgeführt ist, ist dieses Kriterium nicht relevant.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
Es zeigen:
1 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Common-Rail-Einspritzsystems mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Drucksteuereinrichtung und;
2 eine Detailansicht einer Drucksteuereinrichtung.
Das in 1 in einer vereinfachten Ausführung dargestellte Common-Rail-Einspritzsystem wird an einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, zur Einspritzung von Kraftstoff in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine verbaut. Dabei ist der Kraftstoff bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine vorzugsweise Dieselkraftstoff. Das Common-Rail-Einspritzsystem weist einen Tank 1 auf, in dem Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff bevorratet wird. In den Tank 1 ragt eine Ansaugleitung 2 hinein, wobei in die Ansaugleitung 2 zumindest ein Filter 3 eingebaut ist. Die Ansaugleitung 2 mündet stromabwärts des Filters 3 in eine Niederdruckpumpe 4, die beispielsweise eine elektrisch betätigte Zahnradpumpe sein kann. Die Niederdruckpumpe 3 fördert den angesaugten Kraftstoff in eine Niederdruckleitung 5, die zu einer Hochdruckpumpe 6 geführt ist. Die Hochdruckpumpe 6 ist beispielsweise als Kolbenpumpe ausgebildet.
In die Niederdruckleitung 5 ist eine erfindungsgemäß ausgestaltete Drucksteuereinrichtung 7 an beliebiger Stelle der Niederdruckleitung 5 eingesetzt. Die Drucksteuerungseinrichtung 7 weist ein Anschlusselement 8 mit einem Fluidzugang 9 und einem Fluidabgang 10 auf. Die Niederdruckleitung 5, die allgemein eine Fluidleitung ist, kann beispielsweise als Schlauchleitung ausgebildet sein, wobei die aufgetrennte Schlauchleitung auf den Fluidzugang 9 und den Fluidabgang 10 aufgesteckt und mittels Rohrschellen auf dem Fluidzugang 9 und dem Fluidabgang 10 gesichert sein kann. Weiterhin weist die Drucksteuerungseinrichtung ein mit dem Anschlusselement 8 einstückig ausgebildetes Steuerventil 11 mit einem Ventilgehäuse 12 auf, das mit einem stutzenförmig ausgebildeten Fluidausgang 13 versehen ist. Auf den Fluidausgang 13 ist beispielsweise wiederum eine (schematisch dargestellte) schlauchförmig ausgebildete Absteuerleitung 14 aufgesteckt und beispielsweise mittels einer Rohrschelle gesichert, wobei die Absteuerleitung 14 in eine Rücklaufleitung 15 einmündet, die wiederum in den Tank 1 einmündet. Die Drucksteuereinrichtung 7 wird nachfolgend in der 2 noch genauer erläutert.
Die Hochdruckpumpe 6 fördert den zugeführten Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 16 in einen Hochdruckspeicher 17, in dem Kraftstoff mit einem Druck von bis zu 3000 bar gespeichert ist. Der Hochdruckspeicher 17 weist eine Anzahl von Hochdruckausgängen 18 auf, die über Einspritzleitungen mit Injektoren verbunden sind, die aus dem Hochdruckspeicher 17 entnommenen Kraftstoff gesteuert in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. Der Hochdruckspeicher 17 weist weiterhin ein Drucksteuerventil 19 auf, das mit der Rücklaufleitung 15 verbunden ist. Bei Überschreiten eines eingestellten Höchstdrucks in dem Hochdruckspeicher 17 öffnet das Drucksteuerventil 19 und Kraftstoff wird über die Rücklaufleitung 15 in den Tank 1 zurückgeführt.
Das vorstehend mit den wichtigsten Komponenten beschriebene Common-Rail-Einspritzsystem kann weitere zusätzliche Komponenten aufweisen, so kann beispielsweise die Niederdruckpumpe 4 mit einem in die Ansaugleitung 2 oder den Tank 1 einmündenden Überdruckventil ausgestattet sein, das beispielsweise bei einem zu hohen Kraftstoffdruck in der Niederdruckleitung 5 Kraftstoff zurück in die Ansaugleitung 2 oder den Tank 1 absteuert. Weiterhin kann eingangsseitig der Hochdruckpumpe 6 eine Zumesseinheit verbaut sein, die die der Hochdruckpumpe 6 zugeführte Kraftstoffmenge bestimmt. Weiterhin können an dem so ausgestalteten Common-Rail-Einspritzsystem Drucksensoren und Temperatursensoren verbaut sein, die Messwerte einer zentralen Steuerungseinrichtung zuführen. Die zentrale Steuerungseinrichtung kann zur Steuerung des gesamten Common-Rail-Einspritzsystems, insbesondere beispielsweise der Niederdruckpumpe 4 und der Hochdruckpumpe 6 ggf. einschließlich der Zumesseinheit ausgebildet sein.
Die in 2 in einer vergrößerten Darstellung widergegebene Drucksteuerungseinrichtung 7 ist beispielsweise insgesamt aus einem Kunststoffwerkstoff oder einem Metallwerkstoff, insbesondere Aluminium, zunächst einmal urformend hergestellt. Urformend hergestellt heißt in diesem Zusammenhang, dass insbesondere das Anschlusselement 8 und das Ventilgehäuse 12 des Steuerventils 11 nach dem Gießvorgang oder Spritzgießvorgang zunächst einmal nicht weiter mechanisch bearbeitet sind. Das Anschlusselement 8 weist den zuvor erwähnten Fluidzugang 9 und den Fluidabgang 10 auf, die auf beliebigen Seiten des Anschlusselements 8 angeordnet sein können. Die den Fluidzugang 9 und den Fluidabgang 10 miteinander verbindende Fluidleitung 20 ist mit einem Fluideingang 21 des Ventilgehäuses 12 des Steuerventils 11 verbunden. Das Steuerventil 11 weist weiterhin einen in dem Ventilgehäuse 12 angeordneten Steuerkolben 22 auf, der gegen die Kraft einer Ventilfeder 23 verstellbar ist, und wobei der Steuerkolben 22 bei überschreiten eines von der Ventilfeder 23 bestimmten Kraftstoffdrucks in dem Fluideingang 21 eine Strömungsverbindung zu dem Fluidausgang 13 herstellt. Der Fluidausgang 13 ist parallel zu dem Anschlusselement 8 ausgerichtet. Die Ventilfeder 23 ist in einem Ventilfederraum 24 angeordnet, wobei der Ventilfederraum von einem Dichtstopfen 25 verschlossen ist. Der Dichtstopfen 25 dient gleichzeitig als Anlage für die Ventilfeder 23. Um sicherzustellen, dass kein Kraftstoff aus dem Ventilfederraum 24 entlang des äußeren Umfangs des Dichtstopfens 25 in die Umgebung austritt, kann der Dichtstopfen 25 in das Ventilgehäuse 12 dicht eingepresst oder eingeklebt sein, wobei zusätzlich die Dichtfläche zwischen dem Dichtstopfen 25 und dem Ventilgehäuse 12 oberflächenbearbeitet sein kann. Gleichzeitig weist der Dichtstopfen 25 und das Ventilgehäuse 12 vorzugsweise einen gleichen oder zumindest ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, um bei Temperaturschwankungen beispielsweise bei einem eingepressten Dichtstopfen ein konstantes Pressübermass zu gewährleisten. Ebenfalls weist der Steuerkolben 22 und das Ventilgehäuse 12 einen gleichen oder zumindest sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, damit das Führungsspiel zwischen dem Steuerkolben 22 und dem Ventilgehäuse 12 im Bereich eines den Steuerkolben 22 führenden Zylinders 26 über der Temperatur konstant bleibt. Sowohl der Steuerkolben 22 kann am Außenumfang ebenso wie der Zylinder 26 urformend ausgestaltet sein oder aber die entsprechend zueinander bewegbaren Flächen sind insbesondere wenn ein enges Führungsspiel gewünscht ist nachbearbeitet.
Weiterhin verbindet den Ventilfederraum 24 und den Fluidausgang 13 eine Drosselleitung 27. Die Drosselleitung 27 kann beispielsweise als nachträglich in das Ventilgehäuse 12 eingearbeitete Bohrung ausgebildet sein, oder aber als eine urformend hergestellte Leitung, die nachträglich nachgearbeitet wird. Auch ist es möglich, in eine urformend hergestellte Leitung eine separate Drossel einzusetzen, beispielsweise einzupressen. Durch diese Anbindung des Ventilfederraums 24 über die Drosselleitung 27 an den Fluidausgang 13 weist die Drucksteuereinrichtung 7 eine Druckwellendämpfungsfunktion auf. Die Druckwellendämpfungsfunktion wird durch die Fähigkeit des Steuerventils 11 zu einem Volumenausgleich zwischen dem Ventilfederraum 24 und dem Fluidausgang 13 hergestellt. Abhängig von Mengenwellen oder Druckwellen im Fluidzugang 9 ändert der Steuerkolben 22 seine Position und gleicht somit Volumenänderungen oder Druckänderungen im Fluideingang 21 aus. Die Dämpfungswirkung ist am höchsten, wenn die Drosselbohrung 27 so dimensioniert ist, dass bei schnellen Schließhüben des Steuerkolbens 22 ein Dampfdruckgebiet in dem Ventilfederraum 24 erzeugt wird, das dann beim nächsten Öffnungshub wieder komprimiert wird. Durch dieses Dampfdruckgebiet arbeitet der so gebildete Dämpfer gegen ein „kompressibles Gas“, was zu einer höheren Dämpfung im Vergleich zur Kraftstoffkompression und Kraftstoffverdrängung durch die Drosselleitung 27 führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011089964 A1 [0002]
DE 102009001281 A1 [0003]

Claims

Drucksteuereinrichtung (7), insbesondere für eine ein Fluid führende Hochdruckpumpe (6), wobei die Drucksteuereinrichtung (7) ein Steuerventil (11) mit einem Ventilgehäuse (12) aufweist, in dem ein gegen die Kraft einer Ventilfeder (23) verstellbarer Steuerkolben (22) angeordnet ist, und wobei das Ventilgehäuse (12) einen Fluideingang (21) und einen von dem Steuerkolben (22) beherrschten Fluidausgang (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (7) ein Anschlusselement (8) mit einen Fluidzugang (9) und einem Fluidabgang (10) aufweisende Fluidleitung (20) beinhaltet, dass das Anschlusselement (8) einstückig mit dem Steuerventil (11) ausgebildet ist, und dass die Fluidleitung (20) mit dem Fluideingang (21) verbunden ist.
Drucksteuereinrichtung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (7) zumindest angenähert rechtwinklig zu dem Steuerventil (11) angeordnet ist.
Drucksteuereinrichtung (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidausgang (13) stutzenförmig ausgebildet ist und zumindest angenähert parallel zu dem Anschlusselement (7) ausgerichtet ist.
Drucksteuereinrichtung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Drucksteuereinrichtung (7) ein Kunststoffwerkstoff oder ein Metallwerkstoff ist.
Drucksteuereinrichtung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (7) urformend hergestellt ist.
Drucksteuereinrichtung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Ventilfeder (23) aufnehmender Ventilfederraum (24) über eine Drosselleitung (27) mit dem Fluidausgang (13) verbunden ist.
Drucksteuereinrichtung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (7) eine Druckwellendämpfungsfunktion aufweist.
Drucksteuereinrichtung (7) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwellendämpfungsfunktion von dem über die Drosselleitung (27) mit dem Fluidausgang (13) zusammenwirkenden Ventilfederraum (24) gebildet ist.
Drucksteuereinrichtung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (6) eine Kraftstoffhochdruckpumpe und das Fluid Kraftstoff sind.