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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung in einer Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige Steuereinrichtungen werden in Hochdruckpumpen zur Kraftstoffeinspritzung in Brennkraftmaschinen eingesetzt. Hierbei wird ein in einem Pumpengehäuse verschieblich angeordneter Kolben von der Steuerungseinrichtung im aufnehmenden, gehäuseseitigen Pumpenzylinder bewegt, in den eine Pumpenkammer eingebracht ist, welche über radiale Steuerbohrungen mit Kraftstoff versorgt wird (
EP 2 339 166 A1 ). Beim Hub des Kolbens werden die Steuerbohrungen verschlossen und der Kraftstoff in der Pumpenkammer vom Kolben mit Druck beaufschlagt. Über eine spiralförmige Steuerkante im Übergang von der Stirnseite zur Seitenwand des Kolbens kann mittels einer Verdrehung des Kolbens die Fördermenge des Kraftstoffs beeinflusst werden. Die Hubbewegung des Kolbens wird über Nocken gesteuert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine über einen langen Betriebszeitraum präzise arbeitende Steuereinrichtung in einer Hochdruckpumpe zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung wird in Hochdruckpumpen eingesetzt, insbesondere zur Kraftstoffeinspritzung in Brennkraftmaschinen. Mithilfe der Steuereinrichtung wird der Fluidstrom durch die Hochdruckpumpe gesteuert. Die Steuereinrichtung umfasst hierfür eine verstellbar gelagerte Steuereinheit, die mittels eines Aktuators zwischen einer den Fluidstrom durch die Hochdruckpumpe versperrenden Sperrposition und einer den Fluidstrom freigebenden Öffnungsposition verstellbar ist.
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Die Stellbewegung der Steuereinheit zwischen Sperr- und Öffnungsposition ist als eine Rotationsbewegung um die Längsachse der Steuereinheit ausgebildet. Vorteilhafterweise führt die Steuereinheit ausschließlich eine Rotationsbewegung um ihre Längsachse ohne translatorische Komponente aus, wobei auch Ausführungen in Betracht kommen, bei denen der Rotationsbewegung eine translatorische Stellbewegung der Steuereinheit überlagert ist; die translatorische Stellbewegung kann gleichzeitig oder zeitlich versetzt zur Rotationsbewegung ausgeführt werden.
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Diese Ausführung der Steuereinrichtung mit einer Rotationsbewegung als Stellbewegung hat verschiedene Vorteile. Zum einen lässt sich in einfacher Weise eine wirksame Abdichtung der Steuereinheit gegenüber angrenzenden Bauteilen, insbesondere zum Aktuator realisieren. Bei einer ausschließlichen Rotationsbewegung der Steuereinheit unter Verzicht auf eine translatorische Stellbewegung muss ein Dichtungselement, das das hydraulische System der Steuereinheit abdichtet, keine axiale Verstellbewegung ausführen. Das Dichtungselement unterliegt keinen Verformungen, so dass auch die Gefahr einer Undichtigkeit signifikant reduziert ist. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Dichtungselement um eine bevorzugt ringförmige Rotationsdichtung, die an einer oder an beiden axialen Stirnseiten oder an der Mantelfläche der Steuereinheit angeordnet ist.
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Zum andern lässt sich die Rotationsbewegung der Steuereinheit in vorteilhafter Weise zur Einstellung des Fluidstroms durch die Hochdruckpumpe einsetzen. Die Steuerung des Fluidstroms wird vorzugsweise mithilfe einer Steuerausnehmung durchgeführt, die in die Steuereinheit eingebracht und beispielsweise als segmentförmige Ausnehmung ausgeführt ist, die sich über ein definiertes Winkelsegment von beispielweise kleiner als 90° oder maximal 45° erstreckt. Bei der Rotationsbewegung der Steuereinheit gelangt die Steuerausnehmung in Überlappung oder in Abdeckung mit einer Zuström- bzw. Abströmöffnung für das Fluid und öffnet bzw. schließt die betreffende Öffnung. Über die Form der die Steuerausnehmung begrenzenden Wandung, die als Steuerkante fungiert, kann auf Steuerung des Fluidstroms beeinflusst werden. Die Steuerausnehmung einschließlich Steuerkante kann in einer einfachen Weise und mit hoher Präzision hergestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung führt der Aktuator eine translatorische Antriebsbewegung aus, die in die gewünschte Rotationsbewegung der Steuereinheit umgesetzt wird. Dies erfolgt beispielhaft mithilfe einer im Übertragungsweg zwischen dem Aktuator und der Steuereinheit liegenden Spiralnut. Hierbei greift ein Zapfen oder ein Kugelelement an einer Baueinheit in die Spiralnut an der anderen Baueinheit ein, wodurch die Umsetzung der translatorischen in die rotatorische Bewegung erfolgt.
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Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Aktuator um einen elektromagnetischen Aktuator, der bei Bestromung die gewünschte translatorische Antriebsbewegung ausführt. Es kommen aber auch sonstige Aktuatoren in Betracht, beispielsweise mechanisch arbeitende Aktuatoren, zum Beispiel elektrische Stellmotoren, hydraulische oder pneumatische Steller oder eine mechanische Verstellung über einen Nocken.
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Im Übertragungsweg zwischen dem Aktuator und der Steuereinheit ist, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, ein Axialsteller angeordnet, der die Antriebsbewegung des Aktuators auf die Steuereinheit überträgt. Bei translatorischer Antriebsbewegung des Aktuators befindet sich vorteilhafterweise die Spiralnut in der Mantelfläche des Axialstellers, wobei in die Spiralnut ein an der Steuereinheit angeordneter Zapfen eingreift. Der Axialsteller fungiert in dieser Ausführung als Überträger und Umsetzer der translatorischen Antriebsbewegung des Aktuators in die Rotationsbewegung der Steuereinheit.
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Die Spiralnut kann gegebenenfalls einen sich über die axiale Länge des Axialstellers ändernden Steigungsverlauf aufweisen. Dies ermöglicht es, die Genauigkeit der zu dosierenden Mengen in Abschnitten flacherer Steigung zu verbessern.
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Es sind aber auch Ausführungen mit einem die axiale Länge des Axialstellers konstanten Steigungsverlauf möglich.
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Vorteilhafterweise sitzt die Steuereinheit auf dem Axialsteller auf, wodurch eine axial kompakt bauende Ausführung gegeben ist. Die Steuereinheit ist vorteilhafterweise hohlzylindrisch ausgebildet und weist entsprechend eine zylindrische Mantelfläche auf sowie eine zentrische, zylinderförmige Ausnehmung, mit der die Steuereinheit auf den Axialsteller mit zylindrischer Mantelfläche aufgeschoben ist. An der Innenwand der Steuereinheit befindet sich vorteilhafterweise der Zapfen, der in die Spiralnut in der Mantelfläche des Axialstellers eingreift.
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Gegebenenfalls können aus Symmetriegründen zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Axialstellers angeordnete Spiralnuten vorhanden sein, in die jeweils ein Zapfen eingreift.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Steuereinrichtung mit einer Einstelleinheit ausgestattet, mit der die Ausgangswinkellage des Axialstellers verstellt werden kann. Während der translatorischen Antriebsbewegung des Aktuators auf den Axialsteller ändert sich dessen Winkellage nicht. Über die Einstelleinheit ist es aber möglich, einen Toleranzausgleich durchzuführen, indem über die Einstelleinheit die Winkellage des Axialstellers verändert wird, wodurch sich auch die Winkellage der auf dem Axialsteller angeordneten Steuereinheit ändert. Hierdurch ist es möglich, die Ausgangsposition der Steuereinheit zum Kompensieren beispielsweise von Fertigungstoleranzen zu verändern.
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Die Einstelleinheit umfasst, gemäß einer vorteilhaften Ausführung, eine manuell bedienbare Einstellschraube, deren Drehbewegung auf den Axialsteller übertragbar ist. Dies erfolgt beispielsweise über eine Einstellscheibe, die drehfest mit dem Axialsteller verbunden ist und mit der die Einstellschraube kämmt. Dementsprechend rotiert die Einstellscheibe, sobald die Einstellschraube betätigt wird, und verändert hierdurch auch die Winkellage des Axialstellers. Die Übertragung der Drehbewegung der Einstellschraube auf die Einstellscheibe erfolgt beispielsweise über Zahnräder.
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Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Hochdruckpumpe, insbesondere für Kraftstoff, die mit einer vorgenannten Steuereinrichtung ausgestattet ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Ansicht eine Steuereinrichtung, die in einer Hochdruckpumpe einsetzbar ist, mit einer zylindrischen Steuereinheit, die auf einem Axialsteller angeordnet ist,
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2 in perspektivischer Einzeldarstellung der Axialsteller und die zylindrische Steuereinheit,
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3 eine perspektivische Ansicht einer Einstelleinheit der Steuereinrichtung, mit einer Einstellschraube, die mit einer Einstellscheibe kämmt, welche drehfest mit dem Axialsteller verbunden ist,
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4 eine Ansicht einer Steuereinrichtung in einem Gehäuse einschließlich einem seitlich am Gehäuse angeordneten elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung des Axialstellers.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 und 2 ist eine Steuereinrichtung 1 dargestellt, die in einer Hochdruckpumpe für Kraftstoff einer Brennkraftmaschine zur Steuerung des Kraftstoffstroms einsetzbar ist. Die Steuereinrichtung 1 umfasst eine zylindrische Steuereinheit 2 und einen Axialsteller 3, auf dem die Steuereinheit 2 aufsitzt. Die Steuereinheit 2 ist hohlzylindrisch ausgebildet und weist eine zylindrische, sich in Achsrichtung erstreckende Ausnehmung auf, in die der Axialsteller 3 eingeschoben ist. Die außenliegende Mantelfläche der Steuereinheit 2 ist ebenfalls zylindrisch.
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In die Steuereinheit 2 ist eine segmentförmige Steuerausnehmung 4 eingebracht, die bei einer Drehbewegung der Steuereinheit 2 um ihre Längsachse 5 zwischen einer Sperrposition und einer Öffnungsposition verstellt wird, wobei in der Sperrposition der Fluidstrom durch die Hochdruckpumpe versperrt und in der Öffnungsposition der Fluidstrom freigegeben ist. Die Steuerausnehmung 4 erstreckt sich über ein begrenztes Winkelsegment von beispielsweise maximal 90°, insbesondere nicht mehr als 45°.
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In Achsrichtung weist die Steuerausnehmung 4 eine axiale Länge auf, die geringer ist als die axiale Gesamtlänge der Steuereinrichtung 2, beispielsweise maximal 50 % der Gesamtlänge beträgt. Der Fluidstrom kann über die Form der Steuerausnehmung 4, insbesondere der die Steuerausnehmung 4 begrenzenden Wandungen und Kanten beeinflusst werden. Die Steuerausnehmung 4 wird vorzugsweise durch spanende Bearbeitung in die Steuereinheit 2 eingebracht.
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Die Steuereinheit 2 führt als Stellbewegung eine Rotationsbewegung um ihre Längsachse 5 aus. Der Winkel, der bei der Rotationsbewegung überstrichen wird, ist vorzugsweise nicht größer als der Winkel, über den sich die segmentförmige Steuerausnehmung 4 erstreckt. Gegebenenfalls kommt aber auch ein größerer Winkel in Betracht.
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Die Rotationsbewegung der Steuereinheit 2 wird durch eine axiale Verstellbewegung des Axialstellers 3 bewirkt, indem in eine Spiralnut 6, die in die Mantelfläche des Axialstellers 3 eingebracht ist, ein Zapfen an der Innenwand der Steuereinheit 2 einragt. Die von einem elektromagnetischen Aktuator bewirkte axiale, translatorische Verstellbewegung des Axialstellers 3 wird über den Eingriff zwischen der Spiralnut 6 am Axialsteller 3 und dem Zapfen an der Steuereinheit 2 in eine ausschließliche Rotationsbewegung der Steuereinheit 2 um deren Längsachse 5 umgesetzt. Die Steuereinheit 2 ist in einem aufnehmenden Gehäuse axial gesichert, so dass eine axiale Stellbewegung der Steuereinheit 2 ausgeschlossen ist.
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Es kann zweckmäßig sein, auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Axialstellers 3 jeweils eine Spiralnut 6 anzuordnen, so dass insgesamt zwei Spiralnuten 6 am Axialsteller 3 angeordnet sind, in die jeweils ein Zapfen an der Innenseite der Steuereinheit 2 eingreift. Hierdurch wird eine gleichmäßigere Kraftübertragung vom Axialsteller 3 auf die Steuereinheit 2 gewährleistet.
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Die Spiralnut 6 ist an ihren beiden Stirnseiten von jeweils einer umlaufenden Nut 7 bzw. 8 begrenzt, die in die Mantelfläche des Axialstellers 3 eingebracht ist.
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Wie 3 in Verbindung mit den vorhergehenden Figuren zu entnehmen, ist die Steuereinrichtung mit einer Einstelleinheit 9 versehen, mit der die Winkellage des Axialstellers 3 um die Längsachse 5 verstellt werden kann. Hierdurch kann die Ausgangswinkellage der Steuereinheit 2 verstellt werden, was den Vorteil hat, dass Fertigungstoleranzen der Steuereinrichtung kompensiert werden können.
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Die Einstelleinheit 9 umfasst eine Einstellschraube 10 und eine Einstellscheibe 11, die drehfest mit dem Axialsteller 3 verbunden ist. Hierzu ist die Einstellscheibe 11 auf den stirnseitigen Abschnitt 3a des Axialstellers 3 aufgeschoben, der als Vierkant ausgeführt ist. Die Einstellschraube 10 kämmt mit der Einstellscheibe 11, beispielsweise über Zahnräder, so dass die Drehbewegung der Einstellschraube 10, deren Längsachse orthogonal zur Längsachse 5 verläuft, in eine Drehbewegung des Axialstellers 3 umgesetzt wird.
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In 4 ist die Steuereinrichtung 1 mit ihrem Gehäuse 12 dargestellt, an dem seitlich ein Aktuator 13 angeordnet ist, über den der Axialsteller 3 in Achsrichtung verstellt wird. Der Aktuator 13 ist beispielsweise als ein elektromagnetischer Aktuator ausgeführt. Die Steuereinheit 2 kann in dem aufnehmenden Gehäuse 12 rotieren, sich jedoch nicht axial verstellen, so dass die axiale Verstellbewegung des Axialstellers 3 in eine ausschließliche Rotationsbewegung der Steuereinheit 2 umgesetzt wird.
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In das Gehäuse 12 sind Strömungsöffnungen 14 eingebracht, über die der Kraftstoff zugeführt bzw. abgeleitet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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