DE102015212605A1

DE102015212605A1 - Fuel metering unit for a high-pressure injection system

Info

Publication number: DE102015212605A1
Application number: DE102015212605.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Kunz; Francesco Lucarelli
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-12

Abstract

Ventil (14), insbesondere Kraftstoffzumesseinheit (15), umfassend einen Ventilzylinder (16) zur Lagerung eines Ventilkolbens (17), den innerhalb des Ventilzylinders (16) zwischen einer Schließstellung und Öffnungsstellung beweglichen Ventilkolben (17), so dass in der Schließstellung das Ventil (14) geschlossen und in der Öffnungsstellung das Ventil (14) geöffnet ist, ein mit dem Ventilkolben (17) verbundenes elastisches Ventilelement (37), insbesondere Ventilfeder (38), mit welcher auf den Ventilkolben (37) eine Kraft aufbringbar ist, die entgegengesetzt zu einer von einem Elektromagneten (40) auf den Ventilkolben (17) aufbringbaren Kraft ist, so dass der Ventilkolben (17) mittels der von dem elastischen Ventilelement (37) und dem Elektromagneten (40) auf den Ventilkolben (17) aufgebrachten Kraft zwischen der Schließstellung der Öffnungsstellung bewegbar ist, den Elektromagneten (40) mit einer Spule (41) zum Bewegen des Ventilkolbens (17) und eines Ankers (46), den mit einer Translationsbewegung beweglichen Anker (46), welcher in mechanischer Wirkverbindung mit dem Ventilkolben (17) steht, zum Bewegen des Ventilkolbens (17) mittels der Translationsbewegung des Ankers (46), wenigstens eine Ankerlagerung (47) für den beweglichen Anker (46), wobei das Ventil (14) ein Mittel (48) zum Bewegen des Ankers (46) mit einer Rotationsbewegung umfasst.Valve (14), in particular fuel metering unit (15), comprising a valve cylinder (16) for supporting a valve piston (17) within the valve cylinder (16) between a closed position and open position movable valve piston (17), so that in the closed position the valve (14) closed and in the open position, the valve (14) is open, connected to the valve piston (17) elastic valve element (37), in particular valve spring (38), with which on the valve piston (37) a force can be applied, the opposite to one of an electromagnet (40) on the valve piston (17) can be applied force, so that the valve piston (17) by means of the elastic valve element (37) and the electromagnet (40) on the valve piston (17) applied force between the closing position of the open position is movable, the electromagnet (40) with a coil (41) for moving the valve piston (17) and an armature (46), with a Tra movable movement armature (46), which is in mechanical operative connection with the valve piston (17), for moving the valve piston (17) by means of the translational movement of the armature (46), at least one armature bearing (47) for the movable armature (46) the valve (14) comprises means (48) for moving the armature (46) with a rotational movement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13.The present invention relates to a valve according to the preamble of claim 1 and a high-pressure injection system according to the preamble of claim 13.

Stand der TechnikState of the art

In Hochdruckeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Diesel- oder Benzinmotoren, sorgt eine Hochdruckpumpe dauernd für die Aufrechterhaltung des Druckes in dem Hochdruckspeicher des Common-Rail-Einspritzsystems. Die Hochdruckpumpe kann beispielsweise durch eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors mittels einer Antriebswelle angetrieben werden. Für die Förderung des Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe werden Vorförderpumpen, z. B. eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe, verwendet, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltet sind. Die Vorförderpumpe fördert den Kraftstoff von einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffleitung zu der Hochdruckpumpe. Als Hochdruckpumpen werden unter anderem Kolbenpumpen eingesetzt. In high-pressure injection systems for internal combustion engines, in particular in common-rail injection systems of diesel or gasoline engines, a high-pressure pump continuously ensures the maintenance of the pressure in the high-pressure accumulator of the common-rail injection system. The high-pressure pump can be driven, for example, by a camshaft of the internal combustion engine by means of a drive shaft. For the promotion of the fuel to the high-pressure pump Vorförderpumpen, z. B. a gear or rotary vane pump used, which are connected upstream of the high-pressure pump. The prefeed pump delivers the fuel from a fuel tank through a fuel line to the high pressure pump. Amongst others, piston pumps are used as high-pressure pumps.

Eine Kraftstoffzumesseinheit steuert und/oder regelt den von der Hochdruckpumpe geförderten Volumenstrom an Kraftstoff. Innerhalb eines Ventilgehäuses ist ein Elektromagnet mit einer Spule und innerhalb der Spule ein Anker angeordnet. Mit dem Anker und einer Ventilfeder kann ein Ventilkolben innerhalb eines Ventilzylinders zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung bewegt werden. Der Anker ist mit zwei gesonderten Ankerlagerungen als Gleitlagerungen gelagert. A fuel metering unit controls and / or regulates the volume flow of fuel delivered by the high pressure pump. Within a valve housing, an electromagnet with a coil and an armature is disposed within the coil. With the armature and a valve spring, a valve piston can be moved within a valve cylinder between a closed position and an open position. The anchor is mounted with two separate anchor bearings as sliding bearings.

Der Anker liegt an den Gleitlagerungen jeweils auf einer PTFE-Schicht auf. Die PTFE-Schicht der Ankerlagerung ist an einer gesinterten Blei-Bronze-Legierungsschicht befestigt und diese wiederum auf einer Stahltragschicht. Der Anker führt eine ständige oszillierende Translationsbewegung aus zur Steuerung des Volumenstromes an Kraftstoff, welches durch die Kraftstoffzumesseinheit leitbar ist. Aufgrund des unmittelbaren Aufliegens des Ankers aus Stahl auf PTFE-Schicht führt dies zu einem Verschleiß und Abrieb der PTFE-Schicht bis diese vollständig abgerieben ist. Dadurch liegt der Anker auf der gesinterten Blei-Bronze-Legierungsschicht auf. Die Lagerung des Ankers ist damit nicht mehr ausreichend, so dass dadurch eine stark erhöhte Reibung zwischen den Ankerlagerungen und dem Anker auftritt. Im Extremfall kann es sogar zu einem Klemmen der Ankerbewegung führen, so dass eine Regelung des Volumenstromes mit der Kraftstoffzumesseinheit nicht mehr möglich ist. The anchor rests on the sliding bearings on a PTFE layer. The PTFE layer of the armature bearing is attached to a sintered lead-bronze alloy layer and this in turn on a steel support layer. The armature carries out a constant oscillating translational movement for controlling the volume flow of fuel which can be conducted through the fuel metering unit. Due to the direct contact of the anchor made of steel on PTFE layer, this leads to wear and abrasion of the PTFE layer until it is completely rubbed off. As a result, the armature rests on the sintered lead-bronze alloy layer. The storage of the armature is thus no longer sufficient, so that thereby a greatly increased friction between the armature bearings and the armature occurs. In extreme cases, it may even lead to a jamming of the armature movement, so that a regulation of the volume flow with the fuel metering unit is no longer possible.

Die DE 10 2009 026 596 A1 zeigt eine Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, umfassend eine Antriebswelle, wenigstens einen Kolben, wenigstens einen Zylinder zur Lagerung des Kolbens, wobei sich der wenigstens eine Kolben mittelbar oder unmittelbar auf dem wenigstens einen Nocken abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben eine Translationsbewegung aufgrund einer Rotationsbewegung der Antriebswelle ausführbar ist.The DE 10 2009 026 596 A1 shows a high-pressure pump for conveying a fluid, in particular fuel, comprising a drive shaft, at least one piston, at least one cylinder for supporting the piston, wherein the at least one piston indirectly or directly on the at least one cam is supported, so that of the at least one piston a translational movement due to a rotational movement of the drive shaft is executable.

Aus der DE 10 2011 003 172 A1 ist eine Kraftstoffzumesseinheit für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine bekannt. Eine Hochdruckpumpe ist mit der Kraftstoffzumesseinheit verschalten, wobei die Zumesseinheit ein von einem Elektromagneten betätigtes Regelventil aufweist und das Regelventil einen gegen die Kraft einer Druckfeder von einem Ankerbolzen des Elektromagneten verstellbaren Ventilkolben zur Steuerung einer Steueröffnung aufweist.From the DE 10 2011 003 172 A1 a fuel metering unit for a fuel injection system of an internal combustion engine is known. A high-pressure pump is connected to the fuel metering unit, wherein the metering unit comprises a control valve actuated by an electromagnet and the control valve has a against the force of a compression spring of an armature pin of the electromagnet adjustable valve piston for controlling a control port.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Erfindungsgemäßes Ventil, insbesondere Kraftstoffzumesseinheit, umfassend einen Ventilzylinder zur Lagerung eines Ventilkolbens, den innerhalb des Ventilzylinders zwischen einer Schließstellung und Öffnungsstellung beweglichen Ventilkolben, so dass in der Schließstellung das Ventil geschlossen und in der Öffnungsstellung das Ventil geöffnet ist, ein mit dem Ventilkolben verbundenes elastisches Ventilelement, insbesondere Ventilfeder, mit welcher auf den Ventilkolben eine Kraft aufbringbar ist, die entgegengesetzt zu einer von einem Elektromagneten auf den Ventilkolben aufbringbaren Kraft ist, so dass der Ventilkolben mittels der von dem elastischen Ventilelement und dem Elektromagneten auf den Ventilkolben aufgebrachten Kraft zwischen der Schließstellung der Öffnungsstellung bewegbar ist, den Elektromagneten mit einer Spule zum Bewegen des Ventilkolbens und des Ankers, den mit einer Translationsbewegung beweglichen Anker, welcher in mechanischer Wirkverbindung mit dem Ventilkolben steht, zum Bewegen des Ventilkolbens mittels der Translationsbewegung des Ankers, wenigstens eine Ankerlagerung für den beweglichen Anker, wobei das Ventil ein Mittel zum Bewegen des Ankers mit einer Rotationsbewegung umfasst. Aufgrund des Mittels zum Bewegen des Ankers mit einer Rotationsbewegung kann der Verschleiß der Ankerlagerung reduziert und dadurch ein zuverlässiger Betrieb des Ventils auch bei einem dauerhaften Einsatz des Ventils gewährleistet werden. Valve according to the invention, in particular fuel metering unit, comprising a valve cylinder for supporting a valve piston, the valve piston movable between a closed position and open position, so that the valve is closed in the closed position and the valve is open in the open position, an elastic valve element connected to the valve piston , in particular valve spring, with which on the valve piston, a force can be applied, which is opposite to a force applied by an electromagnet on the valve piston force, so that the valve piston by means of the force applied by the elastic valve element and the electromagnet on the valve piston force between the closed position Opening position is movable, the electromagnet with a coil for moving the valve piston and the armature, the movable armature with a translational movement, which in mechanical operative connection with the Ventilko is at least one anchor bearing for the movable armature, wherein the valve comprises means for moving the armature with a rotational movement, for moving the valve piston by means of the translational movement of the armature. Due to the means for moving the armature with a rotational movement of the wear of the armature bearing can be reduced, thereby ensuring reliable operation of the valve even with a permanent use of the valve.

Insbesondere ist die Translationsbewegung des Ankers in Richtung einer Längsachse des Ankers ausgerichtet und die Rotationsachse entspricht der Rotationsbewegung der Längsachse des Ankers.In particular, the translational movement of the armature is in the direction of a longitudinal axis of the armature aligned and the axis of rotation corresponds to the rotational movement of the longitudinal axis of the armature.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Ankerlagerung eine, vorzugsweise feststehenden, Gleitlagerung.In a further embodiment, the at least one anchor bearing is a, preferably fixed, sliding bearing.

In einer ergänzenden Ausführungsform ist an der wenigstens einen Gleitlagerung und an dem Anker im Bereich der Gleitlagerung eine Flüssigkeit, insbesondere Kraftstoff oder Schmieröl, bei einem Betrieb des Ventils angeordnet, um die Reibung zwischen dem Anker und der wenigstens einen Gleitlagerung zu reduzieren mittels der Flüssigkeit und der Relativbewegung aufgrund der Rotationsbewegung zwischen dem Anker und der Gleitlagerung. Aufgrund der Rotationsbewegung des Ankers, die aufgrund des Mittels ausführbar ist, kann mit der Flüssigkeit eine zusätzliche Schmierschicht oder ein Schmierkeil zwischen dem Anker und der wenigstens einen Ankerlagerung erzeugt werden. Dadurch kann die Reibung zwischen dem Anker und der wenigstens einen Ankerlagerung reduziert werden, insbesondere kann aufgrund der Schmierschicht oder des Schmierkeiles der unmittelbare Kontakt zwischen dem Anker und der wenigstens einen Ankerlagerung reduziert und/oder aufgehoben werden. Mikrorauigkeiten an der Oberfläche der Welle und/oder der wenigstens einen Ankerlagerung speichern die Flüssigkeit und aufgrund der Rotationsbewegung wird die Flüssigkeit in den Zwischenraum zwischen dem Anker und der wenigstens einen Ankerlagerung gefördert, so dass dadurch die Flüssigkeit die Reibung zwischen dem Anker und der wenigstens einen Ankerlagerung reduziert. In a supplemental embodiment, a liquid, in particular fuel or lubricating oil, is arranged on the at least one sliding bearing and on the armature in the region of the sliding bearing during operation of the valve in order to reduce the friction between the armature and the at least one sliding bearing by means of the liquid and the relative movement due to the rotational movement between the armature and the sliding bearing. Due to the rotational movement of the armature, which is executable due to the agent, an additional lubricating layer or a lubricating wedge between the armature and the at least one armature bearing can be generated with the liquid. Thereby, the friction between the armature and the at least one armature bearing can be reduced, in particular the direct contact between the armature and the at least one armature bearing can be reduced and / or canceled due to the lubricating layer or the lubricating wedge. Microroughness on the surface of the shaft and / or the at least one armature bearing store the fluid and, due to the rotational movement, the fluid is delivered into the space between the armature and the at least one armature bearing, thereby causing the fluid to friction between the armature and the at least one armature Anchor bearing reduced.

Vorzugsweise ist das Mittel dahingehend ausgebildet, dass aufgrund der Rotationsbewegung, insbesondere Rotationsgeschwindigkeit und/oder Größe der Drehzahl, des Ankers eine Mischreibung, eine Flüssigkeitsreibung oder eine hydrodynamische Reibung zwischen dem Anker und der wenigstens einen Gleitlagerung erzeugbar ist. Bei einer kleinen bis mittleren Drehzahl des Ankers tritt eine Mischreibung auf und bei mittleren bis hohen Drehzahl des Ankers, welche mit dem Mittel erzeugt werden, tritt eine Flüssigkeitsreibung und/oder eine hydrodynamische Reibung zwischen dem Anker und der wenigstens einen Gleitlagerung auf. Durch die Steuerung der Drehzahl des Ankers kann auch die Art der Reibung zwischen dem Anker und der wenigstens einen Ankerlagerung gesteuert und/oder geregelt werden. Durch die gezielte Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl des Ankers kann somit die Art der Reibung zwischen dem Anker und der wenigstens einen Ankerlagerung optimiert werden bezüglich der Betriebszustände des Ventils, d. h. insbesondere bezüglich der Translationsbewegungen des Ankers. Zweckmäßig ist das Mittel dahingehend ausgebildet, dass die Drehzahl des Ankers größer als 10, 50, 100, 200, 300, 500 oder 1000 U/min ist.Preferably, the means is designed to the effect that due to the rotational movement, in particular rotational speed and / or magnitude of the rotational speed of the armature, a mixed friction, fluid friction or hydrodynamic friction between the armature and the at least one sliding bearing can be generated. At a low to medium speed of the armature occurs a mixed friction and at medium to high speed of the armature, which are generated with the agent, occurs a fluid friction and / or a hydrodynamic friction between the armature and the at least one sliding bearing. By controlling the speed of the armature and the type of friction between the armature and the at least one armature bearing can be controlled and / or regulated. By selectively controlling and / or regulating the rotational speed of the armature, the type of friction between the armature and the at least one armature bearing can thus be optimized with respect to the operating states of the valve, ie. H. in particular with respect to the translational movements of the anchor. Suitably, the means is designed such that the speed of the armature is greater than 10, 50, 100, 200, 300, 500 or 1000 rev / min.

In einer Variante ist das Mittel zum Bewegen des Ankers mit der Rotationsbewegung ein Elektromotor, insbesondere ein Homopolarelektromotor.In one variant, the means for moving the armature with the rotational movement is an electric motor, in particular a homopolar electric motor.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das Mittel ein hydraulischer Motor. Der Elektromotor oder der hydraulische Motor sind mechanisch mit dem Anker verbunden oder gekoppelt, beispielsweise mit einem Getriebe und/oder Zahnrädern und/oder einer Verbindungswelle, und können dadurch die Rotationsbewegung des Ankers ausführen. Der Elektromotor oder der hydraulische Motor können auch außerhalb des Ventilgehäuses des Ventils angeordnet sein. Bei der Ausbildung des Elektromotors als Homopolarelektromotor ist die Ausbildung besonders kostengünstig, da der Homopolarelektromotor mit einem sehr geringen konstruktiven Aufwand verbunden ist. Der Anker kann als rotierende Welle des Homopolarelektromotors fungieren und es sind lediglich zwei Schleifkontakte im Wesentlichen erforderlich. Der Homopolarelektromotor kann somit innerhalb des Ventilgehäuses besonders einfach ausgebildet sein. In an additional embodiment, the means is a hydraulic motor. The electric motor or the hydraulic motor are mechanically connected or coupled to the armature, for example with a gear and / or gears and / or a connecting shaft, and thereby can perform the rotational movement of the armature. The electric motor or the hydraulic motor can also be arranged outside the valve housing of the valve. In the formation of the electric motor as a homopolar electric motor, the embodiment is particularly cost-effective, since the homopolar electric motor is associated with a very low design effort. The armature can act as a rotating shaft of the homopolar electric motor and only two sliding contacts are essentially required. The homopolar electric motor can thus be designed to be particularly simple within the valve housing.

Zweckmäßig ist die rotierende Welle des Homopolarelektromotors von dem Anker gebildet.Suitably, the rotating shaft of the homopolar electric motor is formed by the armature.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Ventil einen ersten Schleifkontakt und einen zweiten Schleifkontakt auf und der erste und zweite Schleifkontakt liegt an einer Außenseite, insbesondere radialen Außenseite, des Ankers zum Durchleiten von elektrischen Strom durch den Anker auf.In a further embodiment, the valve has a first sliding contact and a second sliding contact, and the first and second sliding contact abuts an outer side, in particular a radial outer side, of the armature for passing electrical current through the armature.

Insbesondere weisen die Kontaktflächen des ersten und zweiten Schleifkontaktes auf der Außenseite des Ankers einen unterschiedlichen radialen Abstand zu der Längsachse und/oder Rotationsachse des Ankers auf und/oder die Kontaktflächen des ersten und zweiten Schleifkontaktes auf der Außenseite des Ankers weisen einen unterschiedlichen axialen Abstand zueinander auf.In particular, the contact surfaces of the first and second sliding contact on the outside of the armature on a different radial distance to the longitudinal axis and / or axis of rotation of the armature and / or the contact surfaces of the first and second sliding contact on the outside of the armature have a different axial distance from each other ,

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Anker, abgesehen von dem Kontakt mit dem ersten und zweiten Schleifkontakt, bezüglich des übrigen Ventils elektrisch isoliert.In a further embodiment, apart from the contact with the first and second sliding contact, the armature is electrically insulated with respect to the rest of the valve.

In einer ergänzenden Variante ist zwischen dem Anker und dem Ventilkolben eine elektrische Isolierung, insbesondere eine Isolierungsscheibe, angeordnet und/oder der Elektromagnet und der Anker sind dahingehend zueinander ausgerichtet, dass die von dem Elektromagneten erzeugten Magnetfeldlinien an dem Anker im Wesentlichen parallel zu der Längsachse und/oder Rotationsachse des Ankers ausgerichtet sind. Die Magnetfeldlinien an dem Anker, d. h. im Bereich des Hohlraumes, welcher von dem Ventilgehäuse begrenzt ist, ist im Wesentlichen parallel zu der Längsachse und/oder Rotationsachse des Ankers, d. h. dass weist eine Abweichung von weniger als 45°, 30° 20°, 10° oder 5° zu der Längsachse und/oder Rotationsachse des Ankers auf. Aufgrund des unterschiedlichen radialen Abstandes der beiden Schleifkontakte zu der Außenseite des Ankers wird damit der Strom in radialer Richtung durch den Anker und damit im Wesentlichen senkrecht zu den Magnetfeldlinien durch den Anker geleitet. Dies bedingt eine Lorentzkraft an dem Anker und dies führt zu einem auf den Anker wirkenden Drehmoment, welches die Rotationsbewegung des Ankers bedingt. Je größer der Strom, die durch die beiden Schleifkontakte durch den Anker geleitet wird, und/oder je größer die Flussdichte des Magnetfeldes ist, desto großer ist auch das auf den Anker wirkende Drehmoment und desto größer ist auch die Drehzahl des Ankers und umgekehrt. In a supplementary variant, an electrical insulation, in particular an insulation disc, is arranged between the armature and the valve piston and / or the electromagnet and the armature are aligned with respect to one another such that the magnetic field lines generated by the electromagnet at the armature are substantially parallel to the longitudinal axis and / or axis of rotation of the armature are aligned. The magnetic field lines on the Anchor, ie in the region of the cavity which is delimited by the valve housing, is substantially parallel to the longitudinal axis and / or axis of rotation of the armature, ie that has a deviation of less than 45 °, 30 °, 20 °, 10 ° or 5 ° to the longitudinal axis and / or axis of rotation of the armature. Due to the different radial distance of the two sliding contacts to the outside of the armature so that the current is passed in the radial direction through the armature and thus substantially perpendicular to the magnetic field lines through the armature. This causes a Lorentz force on the armature and this leads to a torque acting on the armature, which causes the rotational movement of the armature. The greater the current conducted through the armature by the two sliding contacts and / or the greater the flux density of the magnetic field, the greater the torque acting on the armature and the greater the rotational speed of the armature and vice versa.

In einer weiteren Variante sind der Homopolarelektromotor und der Elektromagnet mit einem Stromkreis simultan bestrombar oder der Homopolarelektromotor und der Elektromagnet sind mit zwei getrennten Stromkreisen getrennt bestrombar. In a further variant, the homopolar electric motor and the electromagnet can be supplied with current simultaneously or the homopolar electric motor and the electromagnet can be supplied with current separately by means of two separate circuits.

Bei einer simultanen Bestromung des Homopolarelektromotors und des Elektromagneten weist das Ventil nur einen Stromkreis für den Homopolarelektromotor und den Elektromagneten auf. In a simultaneous energization of the homopolar electric motor and the electromagnet, the valve has only one circuit for the homopolar electric motor and the electromagnet.

Bei einer getrennten Bestromung des Homopolarelektromotors und des Elektromagneten weist das Ventil zwei getrennte Stromkreise jeweils für den Homopolarelektromotor und den Elektromagneten auf. Dadurch kann der Homopolarelektromotor unabhängig von der Bestromung des Elektromagneten bestromt werden und mittels einer Steuer- und/oder Regeleinheit kann diese Bestromung des Homopolarelektromotors auch in Abhängigkeit von der Bestromung des Elektromagneten ausgeführt werden. Auch bei einer unterschiedlichen Bestromung des Elektromagneten kann somit beispielsweise der Homopolarelektromotor mit einem identischen Strom bestromt werden, so dass dadurch trotz der unterschiedlichen Bestromung des Elektromagneten und der hieraus resultierenden unterschiedlichen axialen Stellung des Ankers der Anker eine konstante Drehzahl um die Rotationsachse ausführt. In der Steuer- und/oder Regeleinheit sind vorzugsweise Steuerkurven hinterlegt, anhand derer die Bestromung des Homopolarelektromotors in Abhängigkeit von der Bestromung des Elektromagneten ausführbar ist. Dadurch kann der Energieverbrauch zur Bestromung des Homopolarelektromotors optimiert auf die Erfordernisse angepasst werden. In a separate energization of the homopolar electric motor and the electromagnet, the valve has two separate circuits each for the homopolar electric motor and the electromagnet. As a result, the homopolar electric motor can be energized independently of the energization of the electromagnet and by means of a control and / or regulating unit, this energization of the homopolar electric motor can also be carried out as a function of the energization of the electromagnet. Thus, even with a different energization of the electromagnet, for example, the homopolar electric motor can be energized with an identical current, so that despite the different energization of the electromagnet and the resulting different axial position of the armature, the armature performs a constant speed around the axis of rotation. In the control and / or regulating unit control cams are preferably stored, by means of which the energization of the homopolar electric motor in dependence on the energization of the electromagnet is executable. As a result, the energy consumption for energizing the homopolar electric motor can be optimized to meet the requirements.

In einer weiteren Ausgestaltung ist an der wenigstens einen Ankerlagerung eine PTFE-Schicht ausgebildet, so dass die PTFE-Schicht auf dem Anker aufliegt. Die PTFE-Schicht dient zur Lagerung des Ankers aus Metall auf der PTFE-Schicht.In a further embodiment, a PTFE layer is formed on the at least one armature bearing, so that the PTFE layer rests on the armature. The PTFE layer is used to support the metal anchor on the PTFE layer.

Zweckmäßig ist an der wenigstens einen Ankerlagerung in radialer Richtung zwischen einer Stahltragschicht und der PTFE-Schicht eine gesinterte Blei-Bronze-Legierungsschicht ausgebildet.Suitably, a sintered lead-bronze alloy layer is formed on the at least one armature bearing in the radial direction between a steel support layer and the PTFE layer.

Vorzugsweise ist der Anker wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, insbesondere Stahl, ausgebildet.Preferably, the anchor is at least partially, in particular completely, made of metal, in particular steel.

In einer ergänzenden Ausgestaltung ist der Anker zweiteilig aus einer Ankerbuchse und einem Ankerstößel ausgebildet. In an additional embodiment, the armature is formed in two parts from an anchor bushing and an anchor tappet.

In einer weiteren Variante umfasst das Ventil den Ventilzylinder mit einer Kolbenbohrung und in der Kolbenbohrung ist der Ventilkolben beweglich zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung gelagert und/oder der Anker umfasst einen Ankerstößel und der Ankerstößel liegt, insbesondere mittelbar, auf dem Ventilkolben, vorzugsweise elektrisch isoliert von dem Ventilkolben, auf und/oder der Ventilkolben ist koaxial zu dem Anker angeordnet und/oder der Anker ist radial innerhalb der Spule angeordnet.In a further variant, the valve comprises the valve cylinder with a piston bore and in the piston bore the valve piston is movably supported between the open position and the closed position and / or the armature comprises an armature tappet and the armature tappet lies, in particular indirectly, on the valve piston, preferably electrically insulated from the valve piston, on and / or the valve piston is arranged coaxially with the armature and / or the armature is arranged radially inside the coil.

In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst das Ventil eine Zulauföffnung für das Fluid und eine Ablauföffnung für das Fluid und die Zulauföffnung und Ablauföffnung sind an dem Ventilzylinder ausgebildet.In an additional embodiment, the valve comprises an inlet opening for the fluid and an outlet opening for the fluid and the inlet opening and outlet opening are formed on the valve cylinder.

In einer weiteren Variante ist eine axiale Richtung parallel zu der Längsachse und axialen Bewegungsachse und Rotationsachse des Ankers ausgerichtet.In a further variant, an axial direction is aligned parallel to the longitudinal axis and axial movement axis and axis of rotation of the armature.

Vorzugsweise ist eine radiale Richtung senkrecht zu der Längsachse und und axialen Bewegungsachse und Rotationsachse des Ankers ausgerichtet.Preferably, a radial direction is oriented perpendicular to the longitudinal axis and and axial axis of movement and axis of rotation of the armature.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Ventil ein Ventilgehäuse, insbesondere ein Metallventilgehäuse. Das Metallventilgehäuse dient auch zur Leitung des von dem Elektromagneten erzeugten magnetischen Flusses.In a further embodiment, the valve comprises a valve housing, in particular a metal valve housing. The metal valve housing also serves to conduct the magnetic flux generated by the electromagnet.

Vorzugsweise ist das Ventilgehäuse radial außerhalb der Spule ausgebildet.Preferably, the valve housing is formed radially outside the coil.

Zweckmäßig bildet der Ventilzylinder einen Magnetkern.Suitably, the valve cylinder forms a magnetic core.

Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochdruckpumpe, eine Kraftstoffzumesseinheit, eine Vorförderpumpe, ein Hochdruck-Rail, wobei die Kraftstoffzumesseinheit als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Kraftstoffzumesseinheit ausgebildet ist.Inventive high-pressure injection system for an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, comprising a high-pressure pump, a Kraftstoffzumesseinheit, a Pre-feed pump, a high-pressure rail, wherein the fuel metering unit is designed as a fuel metering unit described in this patent application.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Drehzahl des Ankers mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit steuerbar und/oder regelbar, insbesondere unabhängig und/oder als Funktion von der Bestromung des Elektromagneten.In a further embodiment, the rotational speed of the armature can be controlled and / or regulated by a control and / or regulating unit, in particular independently and / or as a function of the energization of the electromagnet.

In einer ergänzenden Variante sind der Homopolarelektromotor und der Elektromagnet mit zwei getrennten Stromkreisen getrennt bestrombar und mittels der Steuerungs- und/oder Regeleinheit ist die Bestromung des Homopolarelektromotors unabhängig und/oder als Funktion von der Bestromung des Elektromagneten steuerbar und/oder regelbar.In a supplementary variant, the homopolar electric motor and the electromagnet can be energized separately with two separate circuits, and by means of the control and / or regulating unit, the energization of the homopolar electric motor is independent and / or controllable and / or controllable as a function of the energization of the electromagnet.

In einer weiteren Variante ist der Ventilzylinder der Kraftstoffzumesseinheit wenigstens teilweise innerhalb eines Gehäuses der Hochdruckpumpe angeordnet.In a further variant, the valve cylinder of the fuel metering unit is arranged at least partially within a housing of the high-pressure pump.

In einer ergänzenden Variante wird der Volumenstrom des von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe geförderten Kraftstoffes während des Betriebes des Verbrennungsmotors gesteuert und/oder geregelt, indem mit der Kraftstoffzumesseinheit die Strömungsquerschnittsfläche eines Strömungskanales von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe gesteuert und/oder geregelt wird. In a supplementary variant, the volume flow of the fuel delivered by the prefeed pump to the high-pressure pump is controlled and / or regulated during operation of the internal combustion engine by controlling and / or regulating the flow cross-sectional area of a flow channel from the prefeed pump to the high-pressure pump with the fuel metering unit.

Der von der Hochdruckpumpe erzeugbare Druck in dem Hochdruck-Rail liegt beispielsweise im Bereich von 1000 bis 3000 bar z. B. für Dieselmotoren oder zwischen 40 bar und 400 bar z. B. für Benzinmotoren.The producible by the high-pressure pump pressure in the high-pressure rail is, for example, in the range of 1000 to 3000 bar z. B. for diesel engines or between 40 bar and 400 bar z. B. for gasoline engines.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:In the following, an embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 einen Querschnitt einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides, 1 a cross section of a high-pressure pump for conveying a fluid,

2 einen Schnitt A-A gemäß 1 einer Laufrolle mit Rollenschuh und einer Antriebswelle, 2 a section AA according to 1 a roller with roller shoe and a drive shaft,

3 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems und 3 a highly schematic view of a high-pressure injection system and

4 einen Längsschnitt einer Kraftstoffzumesseinheit für das Hochdruckeinspritzsystem. 4 a longitudinal section of a fuel metering unit for the high-pressure injection system.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, zu einem Verbrennungsmotor 39 unter Hochdruck zu fördern. Der von der Hochdruckpumpe 1 erzeugbare Druck liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1000 und 3000 bar. In 1 is a cross section of a high pressure pump 1 shown for conveying fuel. The high pressure pump 1 serves to fuel, z. As gasoline or diesel, to an internal combustion engine 39 to promote under high pressure. The from the high pressure pump 1 producible pressure is for example in a range between 1000 and 3000 bar.

Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Antriebswelle 2 mit zwei Nocken 3 auf, die um eine Rotationsachse 26 eine Rotationsbewegung ausführt. Die Rotationsachse 26 liegt in der Zeichenebene von 1 und steht senkrecht auf der Zeichenebene von 2. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 gelagert, der von einem Gehäuse 8 gebildet ist. Ein Arbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6, dem Gehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Arbeitsraum 29 mündet ein Einlasskanal 22 mit einem Einlassventil 19 und ein Auslasskanal 24 mit einem Auslassventil 20. Durch den Einlasskanal 22 strömt der Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Arbeitsraum 29 wieder aus. Das Einlassventil 19, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 einströmen kann und das Auslassventil 20, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 29 ausströmen kann. Das Volumen des Arbeitsraumes 29 wird aufgrund einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens 5 verändert. Der Kolben 5 stützt sich mittelbar auf der Antriebswelle 2 ab. Am Ende des Kolbens 5 bzw. Pumpenkolbens 5 ist ein Rollenschuh 9 mit einer Laufrolle 10 befestigt. Die Laufrolle 10 ist mit einer Gleitlagerung 13 an dem Rollenschuh 9 gelagert und kann eine Rotationsbewegung ausführen, deren Rotationsachse 25 in der Zeichenebene gemäß 1 liegt und senkrecht auf der Zeichenebene von 2 steht. Die Antriebswelle 2 mit dem wenigstens einen Nocken 3 weist eine Wellen-Rollfläche 4 und die Laufrolle 10 eine Rollen-Rollfläche 11 auf. The high pressure pump 1 has a drive shaft 2 with two cams 3 on that around an axis of rotation 26 performs a rotational movement. The rotation axis 26 lies in the drawing plane of 1 and is perpendicular to the plane of 2 , A piston 5 is in a cylinder 6 stored by a housing 8th is formed. A workroom 29 is from the cylinder 6 , the housing 8th and the piston 5 limited. In the workroom 29 opens an inlet channel 22 with an inlet valve 19 and an exhaust duct 24 with an exhaust valve 20 , Through the inlet channel 22 the fuel flows into the workspace 29 in and through the outlet channel 24 the fuel flows under high pressure from the working space 29 out again. The inlet valve 19 , z. B. a check valve is designed to the effect that only fuel in the working space 29 can flow in and the exhaust valve 20 , z. B. a check valve, is designed such that only fuel from the working space 29 can flow out. The volume of the work space 29 is due to an oscillating stroke movement of the piston 5 changed. The piston 5 rests indirectly on the drive shaft 2 from. At the end of the piston 5 or pump piston 5 is a roller shoe 9 with a roller 10 attached. The roller 10 is with a sliding bearing 13 on the roller shoe 9 stored and can perform a rotational movement whose axis of rotation 25 in the drawing plane according to 1 lies and perpendicular to the plane of 2 stands. The drive shaft 2 with the at least one cam 3 has a wave rolling surface 4 and the roller 10 a roller rolling surface 11 on.

Die Rollen-Lauffläche 11 der Laufrolle 10 rollt sich an einer Kontaktfläche 12 auf der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 mit den beiden Nocken 3 ab. Der Rollenschuh 9 ist in einer von dem Gehäuse 8 gebildeten Rollenschuhlagerung als Gleitlager gelagert. Eine Pumpenfeder 27 bzw. Pumpendruckspiralfeder 27 als elastisches Pumpenelement 28, die zwischen dem Gehäuse 8 und dem Rollenschuh 9 eingespannt ist, bringt auf den Rollenschuh 9 eine Druckkraft auf, so dass die Rollen-Rollfläche 11 der Laufrolle 10 in ständigen Kontakt mit der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 steht. Der Rollenschuh 9 und der Kolben 5 führen damit gemeinsam eine oszillierende Hubbewegung aus. Die Laufrolle 10 ist mit der Gleitlagerung 13 in dem Rollenschuh 9 gelagert.The roller tread 11 the roller 10 rolls on a contact surface 12 on the wave rolling surface 4 the drive shaft 2 with the two cams 3 from. The roller shoe 9 is in one of the housing 8th formed roller shoe storage stored as a plain bearing. A pump spring 27 or pump pressure spiral spring 27 as an elastic pump element 28 between the case 8th and the roller shoe 9 is clamped, brings on the roller shoe 9 a compressive force on, leaving the roller rolling surface 11 the roller 10 in constant contact with the shaft rolling surface 4 the drive shaft 2 stands. The roller shoe 9 and the piston 5 thus jointly carry out an oscillating lifting movement. The roller 10 is with the sliding bearing 13 in the roller shoe 9 stored.

In 3 ist in stark schematisierter Darstellung ein Hochdruckeinspritzsystem 36 für ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) abgebildet mit einem Hochdruck-Rail 30 oder einem Kraftstoffverteilerrohr 31. Von dem Hochdruck-Rail 30 bzw. einem Kraftstoffverteilerrohr 31 wird der Kraftstoff mittels Ventilen (nicht dargestellt) in die Verbrennungsräume (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Eine elektrische Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 32 durch eine Kraftstoffleitung 33 zu der Hochdruckpumpe 1. Die Hochdruckpumpe 1 wird dabei von der Antriebswelle 2 angetrieben und die Antriebswelle 2 ist eine Welle, z. B. eine Kurbel- oder Nockenwelle, des Verbrennungsmotors 39. Eine Kraftstoffzumesseinheit 15 steuert und/oder regelt das pro Zeiteinheit zu der Hochdruckpumpe 1 geleitete Volumen an Kraftstoff. Das Hochdruck-Rail 30 dient dazu, den Kraftstoff in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 einzuspritzen. Der von der Hochdruckpumpe 1 nicht benötigte Kraftstoff wird dabei durch eine optionale Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder in den Kraftstofftank 32 zurückgeleitet. Das Hochdruckeinspritzsystem 36, insbesondere die Kraftstoffzumesseinheit 15, wird von einer Steuer- und/oder Regeleinheit 72 gesteuert und/oder geregelt.In 3 is a highly schematic representation of a high-pressure injection system 36 for a motor vehicle (not shown) shown with a high-pressure rail 30 or a fuel rail 31 , From the high-pressure rail 30 or a fuel rail 31 the fuel by means of valves (not shown) in the combustion chambers (not shown) of the internal combustion engine 39 injected. An electric feed pump 35 Promotes fuel from a fuel tank 32 through a fuel line 33 to the high pressure pump 1 , The high pressure pump 1 is doing from the drive shaft 2 driven and the drive shaft 2 is a wave, z. B. a crankshaft or camshaft, the engine 39 , A fuel metering unit 15 controls and / or regulates this per unit time to the high-pressure pump 1 directed volume of fuel. The high pressure rail 30 serves to transport the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine 39 inject. The from the high pressure pump 1 Unnecessary fuel is through an optional fuel return line 34 back in the fuel tank 32 returned. The high-pressure injection system 36 , in particular the fuel metering unit 15 , is by a control unit 72 controlled and / or regulated.

In 4 ist die Kraftstoffzumesseinheit 15 als ein Ventil 14 in einem Längsschnitt dargestellt. Ein Ventilgehäuse 18 ist aus Metall, insbesondere Stahl, hergestellt. Eine Spule 41 als ein Elektromagnet 40 ist von dem Ventilgehäuse 18 vollständig umschlossen. Das Ventilgehäuse 18 dient zum mechanischen Schutz des Ventils 14 und zum Leiten des von dem Elektromagneten 40 erzeugten magnetischen Flusses, damit ein Anker 46 in Richtung einer Längsachse 58 von dem magnetischen Fluss axial bewegt werden kann. Der Anker 46 aus Stahl ist zweiteilig ausgebildet aus einer Ankerbuchse 42 und einem Ankerstößel 43. Die Ankerbuchse 42 ist mit einem Presssitz mit dem Ankerstößel 43 verbunden. An dem Ventilgehäuse 18 und dem Ventilzylinder 16 als Magnetkern 16 sind zwei Ankerlagerungen 47 in einem axialen Abstand zueinander befestigt, so dass der bewegliche Ankerstößel 43 unmittelbar auf einer PTFE-Schicht der feststehenden Ankerlagerungen 47 aufliegt. Die Ankerlagerung 47 weist radial außerhalb der PTFE-Schicht eine gesinterte Blei-Bronze-Legierungsschicht und daran anschließend radial außerhalb einen Stahlring als eine Stahltragschicht auf und der Stahlring ist jeweils unmittelbar an dem Ventilgehäuse 18 und dem Ventilzylinder 16 befestigt. Der Anker 46 ist somit innerhalb eines Hohlraumes des Ventilgehäuses 18 angeordnet und gelagert und der Hohlraum ist koaxial zu der Längsachse 58 des Ankers 46 ausgebildet. Der Ankerstößel 43 und die Ankerbuchse 42 führen aufgrund der Verbindung eine Bewegung des Ankers 42 gemeinsam aus. Der Anker 46 ist innerhalb eines von der Spule 41 eingeschlossenen Raumes angeordnet ist. In 4 is the fuel metering unit 15 as a valve 14 shown in a longitudinal section. A valve housing 18 is made of metal, especially steel. A coil 41 as an electromagnet 40 is from the valve body 18 completely enclosed. The valve housing 18 serves for mechanical protection of the valve 14 and for conducting the from the electromagnet 40 generated magnetic flux, hence an anchor 46 in the direction of a longitudinal axis 58 can be moved axially by the magnetic flux. The anchor 46 made of steel is formed in two parts of an anchor bushing 42 and an anchor tappet 43 , The anchor bush 42 is with a press fit with the anchor tappet 43 connected. On the valve body 18 and the valve cylinder 16 as a magnetic core 16 are two anchor bearings 47 attached at an axial distance from each other, so that the movable armature tappet 43 directly on a PTFE layer of fixed anchor bearings 47 rests. The anchor storage 47 has radially outside the PTFE layer, a sintered lead-bronze alloy layer and then radially outside a steel ring as a steel support layer and the steel ring is respectively directly to the valve body 18 and the valve cylinder 16 attached. The anchor 46 is thus within a cavity of the valve housing 18 arranged and stored and the cavity is coaxial with the longitudinal axis 58 of the anchor 46 educated. The anchor tappet 43 and the anchor socket 42 lead due to the connection movement of the armature 42 together out. The anchor 46 is inside of one of the coil 41 enclosed space is arranged.

Der Ventilzylinder 16 weist koaxial zu der Längsachse 58 eine Kolbenbohrung 50 auf und innerhalb der Kolbenbohrung 50 ist ein Ventilkolben 17 gelagert, so dass der Ventilkolben 17 eine Translationsbewegung in Richtung der Längsachse 58 ausführen kann wie der Anker 42. Der Ventilkolben 17 ist topfförmig ausgebildet mit einer oberen Deckwandung und einer nach unten offenen Seitenwandung. Der nach unten offene Ventilkolben 17 begrenzt somit innenseitig einen Ventilkolbenzylinderraum innerhalb dessen teilweise ein elastisches Ventilelement 37 als Ventilfeder 38 angeordnet ist. Die Ventilfeder 38 liegt obenseitig auf der Deckwandung des Ventilkolbens 17 auf und untenseitig auf einem Auflagering 68, der am unteren Endbereich der Kolbenbohrung 50 an dem Ventilzylinder 16 befestigt ist. Die Ventilfeder 38 bringt damit auf den Ventilkolben 17 eine gemäß der Darstellung in 4 nach oben gerichtete Druckkraft auf. Auf einer radialen Außenseite des Ventilzylinders 16 ist ein Sieb 69 aufgepresst. Radial zwischen dem Sieb 69 und dem Ventilzylinder 16 ist ein Ringkanal 73 ausgebildet von dem Ringkanal 73 führen radiale Zylinderbohrungen 54 zu einer vollständig umlaufenden Ringnut 53 in die Kolbenbohrung 50 des Ventilzylinders 16. Dadurch kann Kraftstoff von dem Sieb 69 als Zulauföffnung 51 durch die radialen Zylinderbohrungen 54 in die Kolbenbohrung 50 einströmen. Der Ventilkolben 17 weist am unteren Endbereich der Seitenwandung des Ventilkolbens 17 radiale Kolbenbohrungen 64 auf, so dass bei einem wenigstens teilweise Fluchten der Kolbenbohrungen 64 an dem Ventilkolben 17 und der Ringnut 53 an dem Ventilzylinder 16 eine fluidleitende Verbindung von der Zulauföffnung 51 zu dem nach unten offenen Ventilkolbenzylinderraum besteht und der Kraftstoff durch den Ventilkolbenzylinderraum in die Kolbenbohrung 50 strömen kann. Von der Kolbenbohrung 50 kann der Kraftstoff durch eine Öffnung an dem Auflagering 68 ausströmen, so dass die Öffnung an dem Auflagering 68 eine Ablauföffnung 52 der Kraftstoffzumesseinheit bildet. The valve cylinder 16 has coaxial with the longitudinal axis 58 a piston bore 50 on and inside the piston bore 50 is a valve piston 17 stored so that the valve piston 17 a translational movement in the direction of the longitudinal axis 58 can perform like the anchor 42 , The valve piston 17 is cup-shaped with an upper top wall and a downwardly open side wall. The downwardly open valve piston 17 thus delimits on the inside a valve piston cylinder space within which partially an elastic valve element 37 as a valve spring 38 is arranged. The valve spring 38 lies on the top side on the top wall of the valve piston 17 on and below on a support ring 68 , at the lower end of the piston bore 50 on the valve cylinder 16 is attached. The valve spring 38 brings it to the valve piston 17 one as shown in 4 upward pressure force. On a radial outside of the valve cylinder 16 is a sieve 69 pressed. Radial between the sieve 69 and the valve cylinder 16 is a ring channel 73 formed by the annular channel 73 lead radial cylinder bores 54 to a completely circumferential annular groove 53 into the piston bore 50 of the valve cylinder 16 , This will allow fuel from the strainer 69 as inlet opening 51 through the radial cylinder bores 54 into the piston bore 50 flow. The valve piston 17 has at the lower end of the side wall of the valve piston 17 radial piston bores 64 on, so that at least a partial alignment of the piston bores 64 on the valve piston 17 and the ring groove 53 on the valve cylinder 16 a fluid-conducting connection from the inlet opening 51 to the downwardly open valve piston cylinder space and the fuel through the valve piston cylinder space in the piston bore 50 can flow. From the piston bore 50 the fuel can pass through an opening on the support ring 68 outflow, leaving the opening on the support ring 68 a drain hole 52 forms the fuel metering unit.

In 4 ist eine Öffnungsstellung der Kraftstoffzumesseinheit 15 dargestellt. Der Ventilkolben 17 befindet sich aufgrund der von der Ventilfeder 38 auf den Ventilkolben 17 aufgebrachten Druckkraft in der Öffnungsstellung. Der Ankerstößel 43 ist durch eine Stößelbohrung 67 an dem Ventilzylinder 16 zu dem Ventilkolben 17 geführt, so dass das unter Ende des Ankerstößels 43 auf der Oberseite der Deckwandung des Ventilkolbens 17 mittelbar mit einer Isolierung 70 aufliegt. Bei einer Bestromung der Spule 41 des Elektromagneten 40 bewirkt der von der Spule 41 erzeugte magnetische Fluss eine Bewegung des Ankers 42 nach unten, so dass auch der Ankerstößel 43 durch die koaxial zu der Längsachse 58 in dem Ventilzylinder 16 ausgebildete Stößelbohrung 67 axial nach unten mit einer Translationsbewegung bewegt wird und damit der Ventilkolben 17 von der in 4 dargestellten Öffnungsstellung in eine Schließstellung (nicht dargestellt) bewegt wird. In der Schließstellung fluchtet die Ringnut 53 in dem Ventilzylinder 16 nicht mehr mit den Kolbenbohrungen 64 in dem Ventilkolben 17, so dass die Ringnut 53 von der Seitenwandung des Ventilkolbens 17 fluiddicht verschlossen ist und damit kein Kraftstoff als zu steuerndes und/oder zu regelndes Fluid durch die Zulauföffnung 51 zu der Ablauföffnung 52 strömen kann. Bei einer Unterbrechung der Stromleitung durch die Spule 41 wird von dem Ankerstößel 43 keine nach unten gerichtete Druckkraft mehr auf den Ventilkolben 17 aufgebracht, so dass der Ventilkolben 17 mittels der von der Ventilfeder 38 auf den Ventilkolben 17 nach oben gerichteten Druckkraft von der Schließstellung in die Öffnungsstellung in einer Translationsbewegung bewegt wird. Die radialen Kolbenbohrungen 64 an dem Ventilkolben 17 weisen eine spezielle Steuergeometrie auf, so dass durch unterschiedliche Stellungen des Ventilkolbens 17 hiervon in einem speziellen Abhängigkeitsverhältnis stehende unterschiedliche Strömungsquerschnittsflächen für das Fluid zur Verfügung stehen. Die unterschiedlichen Stellungen des Ventilkolbens 17 werden mit einer unterschiedlichen Bestromung der Spule 41 erreicht, so dass von dem Ankerstößel 43 eine unterschiedliche Druckkraft auf die Deckwandung des Ventilkolbens 17 aufbringbar ist.In 4 is an open position of the fuel metering unit 15 shown. The valve piston 17 is due to the valve spring 38 on the valve piston 17 applied pressure force in the open position. The anchor tappet 43 is through a plunger hole 67 on the valve cylinder 16 to the valve piston 17 guided, so that under the end of the anchor tappet 43 on top of the top wall of the valve piston 17 indirectly with an insulation 70 rests. When energizing the coil 41 of the electromagnet 40 causes the of the coil 41 Magnetic flux generated a movement of the armature 42 down, so that too the anchor tappet 43 through the coaxial with the longitudinal axis 58 in the valve cylinder 16 trained ram hole 67 is moved axially downward with a translational movement and thus the valve piston 17 from the in 4 shown opening position in a closed position (not shown) is moved. In the closed position, the annular groove is aligned 53 in the valve cylinder 16 no longer with the piston bores 64 in the valve piston 17 so that the annular groove 53 from the side wall of the valve piston 17 is sealed fluid-tight and thus no fuel as to be controlled and / or regulated fluid through the inlet opening 51 to the drain hole 52 can flow. When the power line is interrupted by the coil 41 is from the anchor tappet 43 no downward pressure on the valve piston 17 applied so that the valve piston 17 by means of the valve spring 38 on the valve piston 17 upward pressure force is moved from the closed position to the open position in a translational movement. The radial piston bores 64 on the valve piston 17 have a special control geometry, so that by different positions of the valve piston 17 Therefrom, in a specific relationship of dependency, different flow cross-sectional areas are available for the fluid. The different positions of the valve piston 17 be with a different energization of the coil 41 achieved so that from the anchor tappet 43 a different pressure force on the top wall of the valve piston 17 can be applied.

Die Spule 40 ist vollständig von dem Ventilgehäuse 18 fluiddicht umschlossen. Der Kraftstoff kann zwar in den Hohlraum an dem Ventilgehäuse 18 und damit auch zu den beiden Ankerlagerungen 47 gelangen, jedoch nicht zu der Spule 40. Der Hohlraum ist mit dem Kraftstoff gefüllt. An dem Ventilzylinder 16 ist außenseitig an dem innerhalb des Ventilgehäuses 18 angeordneten Teil des Ventilgehäuses 18 eine ringförmige erste Dichtnut 59 vorhanden und in der ersten Dichtnut 59 ist eine erste elastische Ringdichtung 60 angeordnet, um das Ventilgehäuse 18 bezüglich der Außenseite des Ventilzylinders 16 abzudichten. Der außerhalb des Ventilgehäuses 18 angeordnete Teil des Ventilzylinders 16 ist in einer Öffnung (nicht dargestellt) des Gehäuses 8 der Hochdruckpumpe 1 angeordnet. Zu Abdichtung des Gehäuses 8 weist der Ventilzylinder 16 eine zweite ringförmige Dichtnut 61 auf und in der Dichtnut 61 ist eine zweite elastische Ringdichtung 62. Die Ringdichtung 62 liegt auf dem Gehäuse 8 auf, so dass zwischen dem Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 und dem Ventilzylinder 16 kein Kraftstoff ausströmen kann.The sink 40 is completely off the valve body 18 enclosed in a fluid-tight manner. Although the fuel can enter the cavity on the valve housing 18 and thus also to the two anchor bearings 47 but not to the coil 40 , The cavity is filled with the fuel. At the valve cylinder 16 is on the outside of the inside of the valve housing 18 arranged part of the valve housing 18 an annular first sealing groove 59 present and in the first sealing groove 59 is a first elastic ring seal 60 arranged to the valve body 18 with respect to the outside of the valve cylinder 16 seal. The outside of the valve body 18 arranged part of the valve cylinder 16 is in an opening (not shown) of the housing 8th the high pressure pump 1 arranged. To seal the housing 8th points the valve cylinder 16 a second annular sealing groove 61 on and in the sealing groove 61 is a second elastic ring seal 62 , The ring seal 62 lies on the housing 8th on, leaving between the case 8th the high pressure pump 1 and the valve cylinder 16 no fuel can escape.

Das Ventilgehäuse 18 weist außerdem einen Flanschring 63 mit Befestigungsöffnungen 66 auf. Mittels nicht dargestellte Schrauben in den Befestigungsöffnungen 66 kann die Kraftstoffzumesseinheit 15 an das Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 angeschraubt werden. Ein elektrischer Stecker 65 mit vier Kontaktelementen dient zur elektrischen Verbindung der Spule 41 mit einer Stromquelle (nicht dargestellt) und getrennt hiervon zur elektrischen Verbindung mit einem ersten Schleifkontakt 56 und einem zweiten Schleifkontakt 57, so dass zwei getrennte Stromkreise vorhanden sind. Die Stromleitungen von dem Stecker 65 zu der Spule 41 und den Schleifkontakten 56, 57 sind nicht dargestellt, jedoch bezüglich den Hohlraumes nach außen abgedichtet, so dass kein Kraftstoff aus dem Hohlraum nach außerhalb gelangen kann. The valve housing 18 also has a flange ring 63 with mounting holes 66 on. By means not shown screws in the mounting holes 66 can the fuel metering unit 15 to the housing 8th the high pressure pump 1 be screwed on. An electrical plug 65 with four contact elements used for electrical connection of the coil 41 with a power source (not shown) and separated therefrom for electrical connection to a first sliding contact 56 and a second sliding contact 57 , so that there are two separate circuits. The power lines from the plug 65 to the coil 41 and the sliding contacts 56 . 57 are not shown, but with respect to the cavity sealed to the outside, so that no fuel can escape from the cavity to the outside.

Der zweiteilige Anker 46 weist eine radiale Außenseite 44 und eine axiale Außenseite 45 auf. An einem in 4 oberen Endbereich des Ventilgehäuses 18 ist innerhalb des Hohlraumes der erste Schleifkontakt 56 an dem Ventilgehäuse 18 befestigt. Der erste Schleifkontakt 56 liegt an der radialen Außenseite 45 des Ankerstößels 43 auf. Der zweite Schleifkontakt 57 ist in einem axialen Abstand zu dem ersten Schleifkontakt 56 innenseitig an dem Ventilgehäuse 18 an dem Hohlraum befestigt und liegt auf einer radialen Außenseite 44 der Ankerbuchse 42 auf. Die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes, welches von den Elektromagneten 40 erzeugt wird, sind im Wesentlichen parallel zu der zentrischen Längsachse 58 des Ankers 46. Bei einer Bestromung der beiden Schleifkontakte 56, 57 wird somit Strom durch den Anker 46 in einer axialen Richtung als auch aufgrund des radialen Abstandes zwischen den Kontaktflächen der beiden Schleifkontakte 56, 57 auf dem Anker 46 auch in einer radialen Richtung durch den Anker 46 geleitet. Das Leiten von Strom in radialer Richtung durch den Anker 46 und im Wesentlichen senkrecht zu den Magnetfeldlinien an dem Anker 46 verursacht eine Lorentzkraft, welche auf den Anker 46 einwirkt. Diese Lorentzkraft verursacht ein auf den Anker 46 wirkendes Drehmoment, so dass dadurch der Anker 46 in eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 58 versetzt wird, welche der Längsachse 58 des Ankers 46 entspricht. Der Anker 46 ist bezüglich den übrigen Komponenten des Ventils 14, abgesehen von den beiden Schleifkontakten 56, 57, elektrisch isoliert. Hierzu ist zwischen dem Anker 46 bzw. dem Ankerstößel 43 und dem Ventilkolben 17 eine Isolierungsscheibe 71 als die Isolierung 70 angeordnet. Mit der Isolierungsscheibe 71 ist somit der Anker 46 bezüglich des Ventilkolbens 17 elektrisch isoliert. Die beiden Ankerlagerungen 47 wirken auch als Isolierungen 70, so dass dadurch auch an den beiden Ankerlagerungen 47 eine elektrische Isolierung bezüglich des Ventilgehäuses 18 des Ankers 46 ausgebildet ist. Der durch den Anker 46 geleitete Strom wird somit nur an den Kontaktflächen zwischen den radialen Außenseiten 44 des Ankers 46 und den beiden Schleifkontakten 56, 57 durch den Anker 46 geleitet. The two-piece anchor 46 has a radial outside 44 and an axial outside 45 on. At one in 4 upper end of the valve body 18 is within the cavity of the first sliding contact 56 on the valve body 18 attached. The first sliding contact 56 lies on the radial outside 45 of the anchor tappet 43 on. The second sliding contact 57 is at an axial distance to the first sliding contact 56 inside the valve body 18 attached to the cavity and lies on a radial outer side 44 the anchor socket 42 on. The magnetic field lines of the magnetic field generated by the electromagnets 40 are generated are substantially parallel to the central longitudinal axis 58 of the anchor 46 , When energizing the two sliding contacts 56 . 57 thus becomes current through the armature 46 in an axial direction as well as due to the radial distance between the contact surfaces of the two sliding contacts 56 . 57 on the anchor 46 also in a radial direction through the armature 46 directed. Conducting current in the radial direction through the armature 46 and substantially perpendicular to the magnetic field lines at the armature 46 causes a Lorentz force, which is on the anchor 46 acts. This Lorentz force causes a on the anchor 46 acting torque, thereby making the anchor 46 in a rotational movement about a rotation axis 58 is offset, which the longitudinal axis 58 of the anchor 46 equivalent. The anchor 46 is with respect to the other components of the valve 14 , apart from the two sliding contacts 56 . 57 , electrically isolated. This is between the anchor 46 or the anchor tappet 43 and the valve piston 17 an insulation disc 71 as the insulation 70 arranged. With the insulation disc 71 is thus the anchor 46 with respect to the valve piston 17 electrically isolated. The two anchor bearings 47 also act as isolations 70 , so that thereby also at the two anchor bearings 47 an electrical insulation with respect to the valve housing 18 of the anchor 46 is trained. The one by the anchor 46 Guided current is thus only at the contact surfaces between the radial outer sides 44 of the anchor 46 and the two sliding contacts 56 . 57 through the anchor 46 directed.

Der von dem Ventilgehäuse 18 und dem Ventilzylinder 16 begrenzte Hohlraum, innerhalb dessen der Anker 46 angeordnet ist, ist mit Kraftstoff befüllt. Hierzu sind an dem Ventilzylinder 16 nicht dargestellte Verbindungskanäle ausgebildet, so dass dadurch Kraftstoff von der radialen Zylinderbohrung 54 in den Hohlraum einströmen kann. Aufgrund der Befüllung des Hohlraumes mit Kraftstoff und der Rotationsbewegung des Ankers 46 tritt bei niedriger Drehzahl des Ankers 46 eine Mischreibung zwischen dem Anker 46 und den Ankerlagerungen 47 auf. Bei dem Durchleiten von einem größeren Strom durch die beiden Schleifkontakte 56, 57 kann auch eine hohe Drehzahl des Ankers 46 erreicht werden und hieraus resultierend auch eine Flüssigkeitsreibung oder eine hydrodynamische Reibung. Der Anker 46 bildet somit eine Welle 55 eines Homopolarelektromotors 49. Der Homopolarelektromotor 49, insbesondere die beiden Schleifkontakte 56, 57, bilden somit ein Mittel 48 zum Bewegen des Ankers 46 als eine Rotationsbewegung. Aufgrund dieser Relativbewegung zwischen dem rotierenden Anker 46 und in beiden feststehenden Ankerlagerungen 47 bildet sich ein Schmierfilm oder ein Schmierkeil zwischen der radialen Außenseite 45 des Ankers 46 und einer PTFE-Schicht an den Ankerlagerungen 47 aus. Der unmittelbare Kontakt zwischen dem Anker 46 und den beiden Ankerlagerungen 47 kann damit wenigstens teilweise aufgehoben werden, insbesondere bei einer hydrodynamischen Reibung zwischen dem Anker 46 und den beiden Ankerlagerungen 47. Dadurch kann die Reibung zwischen dem Anker 46 und den Ankerlagerungen 47 wesentlichen reduziert werden, so dass dadurch der mechanische Verschleiß an der PTFE-Schicht der beiden Ankerlagerungen 47 wesentlich reduziert ist.The of the valve body 18 and the valve cylinder 16 limited cavity, within which the anchor 46 is arranged, is filled with fuel. These are on the valve cylinder 16 Not shown connecting channels formed, thereby fuel from the radial cylinder bore 54 can flow into the cavity. Due to the filling of the cavity with fuel and the Rotational movement of the anchor 46 occurs at low speed of the armature 46 a mixed friction between the anchor 46 and the anchor bearings 47 on. When passing a larger current through the two sliding contacts 56 . 57 can also be a high speed of the anchor 46 be achieved and, as a result, a fluid friction or a hydrodynamic friction. The anchor 46 thus forms a wave 55 a homopolar electric motor 49 , The homopolar electric motor 49 , in particular the two sliding contacts 56 . 57 , thus constitute a means 48 to move the anchor 46 as a rotational movement. Due to this relative movement between the rotating armature 46 and in both fixed anchor bearings 47 a lubricating film or wedge forms between the radial outside 45 of the anchor 46 and a PTFE layer on the anchor bearings 47 out. The immediate contact between the anchor 46 and the two anchor bearings 47 can thus be at least partially canceled, especially in a hydrodynamic friction between the armature 46 and the two anchor bearings 47 , This can reduce the friction between the anchor 46 and the anchor bearings 47 be substantially reduced, so that thereby the mechanical wear on the PTFE layer of the two anchor bearings 47 is significantly reduced.

In einem zweiten, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des Ventiles 14 weist der Stecker 65 nur zwei Kontakte auf. Der Homopolarelektromotor 49 bzw. die beiden Schleifkontakte 56, 57 und die Spule 41 können somit nur mit einem Stromkreis simultan bestromt werden. Eine unabhängige Bestromung der beiden Schleifkontakte 56, 57 und der Spule 41 ist somit in diesem zweiten nicht dargestellten Ausführungsbeispiel nicht möglich. In a second, not shown embodiment of the valve 14 has the plug 65 only two contacts on. The homopolar electric motor 49 or the two sliding contacts 56 . 57 and the coil 41 can thus be energized simultaneously with only one circuit. An independent energization of the two sliding contacts 56 . 57 and the coil 41 is thus not possible in this second embodiment, not shown.

Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Ventil 14 und dem erfindungsgemäßen Hochdruckeinspritzsystem 36 wesentliche Vorteile verbunden. Die Rotationsbewegung des Ankers 46 um die Rotationsachse 58 als Längsachse 58 des Ankers 46 bewirkt einen Schmierfilm oder Schmierkeil an Kraftstoff zwischen dem Anker 46 und den Ankerlagerungen 47. Dadurch kann die Reibung an den Ankerlagerungen 47 wesentlich reduziert werden und damit auch der mechanische Abrieb der PTFE-Schicht an den beiden Ankerlagerungen 47. Die Lebensdauer des Ventils 14 bei einem langfristigen Einsatz über viele Jahre in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug mit dem Hochdruckeinspritzsystem 36 kann dadurch wesentlich erhöht werden. Ein hieraus resultierender Ausfall oder Schaden an dem Ventil 14 während der Lebensdauer des Kraftfahrzeuges kann dadurch im Wesentlichen vermieden werden. Overall, are considered with the valve according to the invention 14 and the high-pressure injection system according to the invention 36 significant benefits. The rotational movement of the anchor 46 around the axis of rotation 58 as a longitudinal axis 58 of the anchor 46 causes a lubricating film or lubricating wedge of fuel between the armature 46 and the anchor bearings 47 , This can reduce the friction on the anchor bearings 47 be significantly reduced and thus also the mechanical abrasion of the PTFE layer on the two anchor bearings 47 , The life of the valve 14 in a long-term use over many years in a motor vehicle, not shown, with the high-pressure injection system 36 This can be significantly increased. A resulting failure or damage to the valve 14 during the life of the motor vehicle can thereby be substantially avoided.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009026596 A1 [0005]
DE 102011003172 A1 [0006]

Claims

Valve ( 14 ), in particular fuel metering unit ( 15 ), comprising - a valve cylinder ( 16 ) for storing a valve piston ( 17 ), - within the valve cylinder ( 16 ) between a closed position and open position movable valve piston ( 17 ), so that in the closed position the valve ( 14 ) and in the open position the valve ( 14 ) is open, - one with the valve piston ( 17 ) connected elastic valve element ( 37 ), in particular valve spring ( 38 ), with which on the valve piston ( 37 ) a force can be applied which is opposite to that of an electromagnet ( 40 ) on the valve piston ( 17 ) is applied force, so that the valve piston ( 17 ) by means of the elastic valve element ( 37 ) and the electromagnet ( 40 ) on the valve piston ( 17 ) applied force between the closed position of the open position is movable, - the electromagnet ( 40 ) with a coil ( 41 ) for moving the valve piston ( 17 ) and an anchor ( 46 ), - the movable with a translational movement anchor ( 46 ), which in mechanical operative connection with the valve piston ( 17 ), for moving the valve piston ( 17 ) by means of the translational movement of the armature ( 46 ), - at least one anchor bearing ( 47 ) for the movable anchor ( 46 ), characterized in that the valve ( 14 ) a means ( 48 ) for moving the anchor ( 46 ) with a rotational movement.

Valve according to claim 1, characterized in that the translational movement of the armature ( 46 ) in the direction of a longitudinal axis ( 58 ) of the anchor ( 46 ) and the axis of rotation ( 58 ) of the rotational movement of the longitudinal axis ( 58 ) of the anchor ( 46 ) corresponds.

Valve according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one anchor bearing ( 47 ), preferably fixed, sliding bearing ( 47 ).

Valve according to claim 3, characterized in that on the at least one sliding bearing ( 47 ) and at the anchor ( 46 ) in the area of plain bearing ( 47 ) a liquid, in particular fuel or lubricating oil, during operation of the valve ( 14 ) is arranged to reduce the friction between the armature ( 46 ) and the at least one sliding bearing ( 47 ) by means of the liquid and the relative movement due to the rotational movement between the armature ( 46 ) and the sliding bearing ( 47 ).

Valve according to claim 4, characterized in that the means ( 48 ) is formed to the effect that due to the rotational movement, in particular rotational speed and / or magnitude of the rotational speed, of the armature ( 46 ) a mixed friction, a fluid friction or a hydrodynamic friction between the armature ( 46 ) and the at least one sliding bearing ( 47 ) is producible.

Valve according to one or more of the preceding claims, characterized in that the means ( 48 ) for moving the anchor ( 46 ) with the rotational movement of an electric motor ( 49 ), in particular homopolar electric motor ( 49 ) is.

Valve according to claim 6, characterized in that the rotating shaft ( 55 ) of the homopolar electric motor ( 49 ) from the anchor ( 46 ) is formed.

Valve according to one or more of the preceding claims, characterized in that the valve ( 14 ) a first sliding contact ( 56 ) and a second sliding contact ( 57 ) and the first and second sliding contact ( 56 . 57 ) on an outside ( 44 . 45 ), in particular radial outer side ( 44 ), the anchor ( 46 ) rests for passing electrical current through the armature ( 46 ).

Valve according to claim 8, characterized in that the contact surfaces of the first and second sliding contact ( 56 . 57 ) on the outside ( 44 . 45 ) of the anchor ( 46 ) a different radial distance to the longitudinal axis ( 58 ) and / or rotation axis ( 58 ) of the anchor ( 46 ) and / or the contact surfaces of the first and second sliding contact ( 56 . 57 ) on the outside of the anchor ( 46 ) have a different axial distance from one another.

Valve according to one or more of the preceding claims, characterized in that the armature ( 46 ), apart from the contact with the first and second sliding contact ( 56 . 57 ), with respect to the rest of the valve ( 14 ) is electrically isolated.

Valve according to one or more of the preceding claims, characterized in that between the armature ( 46 ) and the valve piston ( 17 ) an electrical insulation ( 70 ), in particular an insulating disc ( 71 ), and / or the electromagnet ( 40 ) and the anchor ( 46 ) are aligned with each other so that the of the electromagnet ( 40 ) generated magnetic field lines at the armature ( 46 ) substantially parallel to the longitudinal axis ( 58 ) and / or rotation axis ( 58 ) of the anchor ( 46 ) are aligned.

Valve according to one or more of claims 6 to 12, characterized in that the homopolar electric motor ( 49 ) and the electromagnet ( 40 ) are simultaneously energized with a circuit or the homopolar electric motor ( 49 ) and the electromagnet ( 40 ) are energized separately with two separate circuits.

High-pressure injection system ( 36 ) for an internal combustion engine ( 39 ), in particular for a motor vehicle, comprising - a high-pressure pump ( 1 ), - a fuel metering unit ( 15 ), - a prefeed pump ( 35 ), - a high-pressure rail ( 30 ), characterized in that the fuel metering unit is formed according to one or more of the preceding claims.

High-pressure injection system according to claim 13, characterized in that the rotational speed of the armature ( 46 ) with a control and / or regulating unit ( 72 ) is controllable and / or controllable, in particular independently and / or as a function of the energization of the electromagnet ( 40 ).

High-pressure injection system according to claim 13 or 14, characterized in that the homopolar electric motor ( 49 ) and the electromagnet ( 40 ) are energized separately with two separate circuits and by means of the control and / or regulating unit ( 72 ) the energization of the homopolar electric motor ( 49 ) independently and / or as a function of the energization of the electromagnet ( 40 ) is controllable and / or controllable.