-
Die Erfindung betrifft eine Zumesseinheit für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Zumesseinheit dient der Zumessung der durch die Kraftstoffhochdruckpumpe zu komprimierenden Kraftstoffmenge für die Hochdruckeinspritzung. Die Zumesseinheit ist hierzu im Zulaufbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe bzw. im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems angeordnet.
-
Stand der Technik
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2014 220 222 A1 ist beispielhaft eine Zumesseinheit bzw. ein elektromagnetisch betätigbares Proportionalventil zur Regelung der Fördermenge einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, das einen in einer Axialbohrung eines Magnetkerns axial verschiebbar aufgenommenen Ventilkolben umfasst. Im Ventilkolben ist mindestens ein Steuerschlitz ausgebildet, der über eine axiale Verschiebung des Ventilkolbens in Überdeckung mit einer im Magnetkern ausgebildeten Ringnut bringbar ist, in die mehrere Zulaufbohrungen münden. Über die Ringnut wird der Ventilkolben radial angeströmt. Die axiale Verschiebung des Ventilkolbens wird mittels eines Elektromagneten und eines Ankers bewirkt. Der Anker ist hierzu mit einem Stößel verbunden, der in die Axialbohrung des Magnetkerns eintaucht und den Hub des Ankers auf den Ventilkoben überträgt. Die axiale Verschiebung des Ventilkolbens erfolgt entgegen der Federkraft einer am Ventilkolben abgestützten Feder. Auf diese Weise wird über den Elektromagneten, den Anker, den Stößel und den Ventilkolben ein elektrisches Ansteuersignal in eine hydraulische Kennlinie übersetzt.
-
Bei einem Ventil der vorstehend genannten Art ist der Führungsbereich des Ventilkolbens stets leckagebehaftet. Die Leckage ist jedoch unerwünscht, insbesondere bei hocheffizienten Kraftstoffeinspritzsystemen, in denen leckagefreie Kraftstoffinjektoren zum Einsatz gelangen. Denn bei derartigen Systemen erfordert der Schubbetrieb einer Brennkraftmaschine eine tatsächliche Nullförderung der Kraftstoffhochdruckpumpe, da andernfalls der Druck in einem an die Kraftstoffhochdruckpumpe angeschlossenen Hochdruckspeicher, dem sogenannten Rail, auf unzulässig hohe Werte ansteigt.
-
Ausgehend von dem vorstehend genanntem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zumesseinheit für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, die im Wesentlichen leckagefrei ist, um eine tatsächliche Nullförderung der Kraftstoffhochruckpumpe zu ermöglichen.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird die Zumesseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Zumesseinheit umfasst ein Ventilgehäuse mit einer Axialbohrung, in der ein Stellglied axial verschiebbar aufgenommen ist, wobei in die Axialbohrung mindestens eine als Einlass dienende Radialbohrung mündet. Erfindungsgemäß ist in der Radialbohrung ein in Richtung eines Ventilsitzes von der Federkraft einer Feder beaufschlagtes Schließelement aufgenommen, das über eine axiale Verschiebung des in der Axialbohrung aufgenommenen Stellglieds entgegen der Federkraft der Feder aus dem Ventilsitz hebbar ist. Der axiale Hub des Stellglieds bestimmt demnach den „radialen“ Hub des Schließelements, das demzufolge mehr oder weniger weit den Ventilsitz öffnet. Die Durchflusskennlinie wird demnach bei der erfindungsgemäßen Zumesseinheit durch die radiale Lage des in der Radialbohrung aufgenommenen Schließelements in Bezug auf den Ventilsitz bestimmt. Das gegen den Ventilsitz abdichtende Schließelement trägt dazu bei, das die Zumesseinheit in Schließstellung im Wesentlichen leckagefrei ist, so dass eine tatsächliche Nullförderung der Kraftstoffhochdruckpumpe darstellbar ist.
-
Um das Öffnen des Ventilsitzes zu erleichtern, wird vorgeschlagen, dass das Schließelement in Schließstellung zumindest abschnittsweise in die Axialbohrung eintaucht. Das Schließelement gelangt somit leichter in Kontakt mit dem in der Axialbohrung axial verschiebbar aufgenommenen Stellglied.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schließelement kugelförmig ausgebildet. Durch die Kugelform vermag sich das Schließelement selbständig in Bezug auf den Ventilsitz auszurichten, so dass ein dichtes Schließen des Ventilsitzes gewährleistet ist. Ferner kann über den Durchmesser der Kugel festgelegt werden, wie weit das Schließelement in radialer Richtung in die Axialbohrung des Ventilkörpers eintaucht. In Kontakt mit dem Stellglied verringert die Kugelform des Schließelements den Verschleiß an den jeweiligen Kontaktflächen, da die Kugel auf der Außenumfangsfläche des Stellglieds abzurollen vermag, wenn dieses axial verschoben wird.
-
Der mit dem Schließelement zusammenwirkende Ventilsitz ist vorzugsweise im Bereich der Mündung der Radialbohrung in die Axialbohrung angeordnet. Dadurch ist eine maximale Eintauchtiefe des Schließelements in die Axialbohrung sichergestellt. Zudem lässt sich ein solcher Ventilsitz besonders einfach herstellen, beispielsweise indem die Radialbohrung als Stufenbohrung ausgeführt ist.
-
Im Falle einer gestuft ausgeführten Radialbohrung bildet die Stufe einen Flachsitz für das Schließelement aus. Alternativ kann der Ventilsitz konisch geformt sein. Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass eine Zentrierung des Schließelements bereits während des Schließvorgangs erfolgt. Zur Ausbildung eines konisch geformten Ventilsitzes ist die Radialbohrung zumindest abschnittsweise konisch ausgebildet.
-
Um den axialen Hub des Stellglieds in einen radialen Hub des Schließelements zu übersetzen, weist vorzugsweise das Stellglied einen in Kontakt mit dem Schließelement bringbaren Außenumfangsbereich auf, der konisch geformt ist. Der konisch geformte Außenumfangsbereich des Stellglieds bildet eine Art Rampe aus, auf welcher das vorzugsweise kugelförmige Schließelement bei einer axialen Verschiebung des Stellglieds abläuft und dabei aus dem Ventilsitz gehoben wird.
-
Des Weiteren bevorzugt weist das Stellglied einen Abschnitt mit verringertem Außendurchmesser auf. Das heißt, dass das Stellglied innerhalb der Axialbohrung einen Ringraum begrenzt, über den bei geöffnetem Ventilsitz eine Verbindung der Radialbohrung mit der Axialbohrung sichergestellt ist.
-
Alternativ oder ergänzend kann das Stellglied mindestens eine mantelseitige Durchbrechung aufweisen. Um bei geöffnetem Ventilsitz eine Verbindung der Radialbohrung mit der Axialbohrung sicherzustellen, ist die mantelseitige Durchbrechung in Überdeckung mit der Radialbohrung bringbar. Die Durchbrechung ist in einem hohl ausgeführten Abschnitt des Stellglieds angeordnet, so dass das Stellglied zumindest abschnittsweise von dem Kraftstoff durchströmt wird.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Magnetspule zur Einwirkung auf einen Anker vorgesehen ist, der vorzugsweise über einen Stößel mit dem in der Axialbohrung des Ventilgehäuses aufgenommenen Stellglied koppelbar ist. Die Zumesseinheit ist demnach elektromagnetisch betätigbar, das heißt, dass auch bei der erfindungsgemäßen Zumesseinheit ein elektrisches Ansteuersignal in eine hydraulische Kennlinie umgesetzt wird.
-
Zur Darstellung einer optimalen hydraulischen Durchflusskennlinie wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass mindestens zwei als Einlass dienende Radialbohrungen im Ventilgehäuse ausgebildet sind, wobei in den Radialbohrungen jeweils ein in Richtung eines Ventilsitzes von der Federkraft einer Feder beaufschlagtes Schließelement aufgenommen ist. Die Radialbohrungen können dabei hinsichtlich ihrer Winkellage und/oder ihrer axialen Lage versetzt angeordnet sein. Bevorzugt beträgt die Anzahl der als Einlass dienenden Radialbohrungen drei oder vier, die weiterhin bevorzugt in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
-
Die Zumesseinheit kann in Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung des Stellglieds als stromlos offenes oder als stromlos geschlossenes Ventil ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Stellglied einen konisch geformten Außenumfangsbereich aufweisen, dessen schräge Fläche derart orientiert ist, dass die Zumesseinheit stromlos offen oder stromlos geschlossen ist.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zumesseinheit gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, a) in Schließstellung und b) in Offenstellung,
-
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zumesseinheit gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und
-
3 einen schematischen Querschnitt durch die Zumesseinheit der 2.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Die in der 1 dargestellte Zumesseinheit dient der Regelung der Fördermenge einer Kraftstoffhochdruckpumpe. Sie ist hierzu an ein Gehäuseteil 14 der Kraftstoffhochdruckpumpe angebaut, und zwar in der Weise, dass ein Ventilgehäuse 1 der Zumesseinheit in eine Aufnahmebohrung 15 des Gehäuseteils 14 hineinragt.
-
Das Ventilgehäuse 1 der Zumesseinheit weist eine Axialbohrung 2 auf, in der ein Stellglied 3 axial verschiebbar aufgenommen ist. Die axiale Verschiebung wird mittels einer Magnetspule 11 bewirkt, die auf einen Anker 12 einwirkt, der über einen Stößel 13 mit dem Stellglied 3 koppelbar ist. Die axiale Verschiebung des Stellglieds 3 erfolgt entgegen der Federkraft einer Feder 16, die einerseits am Stellglied 3, andererseits an einem Federhalter 18 abgestützt ist, der in die Axialbohrung 2 eingesetzt, vorzugsweise eingepresst ist. Über einen Führungsabschnitt 19, der hohlzylinderförmig ausgebildet ist, ist das Stellglied 3 innerhalb der Axialbohrung 2 geführt. Das Stellglied 3 weist im Bereich seines Führungsabschnitts 19 mindestens eine Durchbrechung 10 auf, die unmittelbar oder mittelbar über eine Ringnut (nicht dargestellt) in Überdeckung mit einer als Einlass dienenden Radialbohrung 4 bringbar ist, so dass eine Verbindung der Radialbohrung 4 mit der Axialbohrung 2 herstellbar ist. In der Darstellung der 1 liegen sich zwei als Einlass dienende Radialbohrungen 4 an der Axialbohrung 2 gegenüber. Die Anzahl der Radialbohrungen 4 kann aber auch mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier betragen. Ferner kann die Anordnung der Radialbohrungen 4 axial versetzt zueinander erfolgen.
-
In jeder Radialbohrung 4 ist ein kugelförmiges Schließelement 7 aufgenommen, das von der Federkraft einer Feder 6 in Richtung eines Ventilsitzes 5 beaufschlagt ist, der ebenfalls innerhalb der Radialbohrung 4 ausgebildet ist. Zur Ausbildung des Ventilsitzes 5 weist die Radialbohrung 4 eines konisch geformten Abschnitt auf, über den die Radialbohrung 4 in die Axialbohrung 2 mündet. In Schließstellung ragt somit das kugelförmige Schließelement 7 in die Axialbohrung 2 hinein. Um das Schließelement 7 über eine axiale Verschiebung des Stellglieds 3 aus dem Ventilsitz 5 zu heben, weist das Stellglied 3 einen konisch geformten Außenumfangsbereich 8 auf, der in Kontakt mit dem Schließelement 7 bringbar ist und in Abhängigkeit von der axialen Lage des Stellglieds 3 das Schließelement 7 mehr oder weniger weit aufdrückt.
-
Die in der 1 dargestellte Orientierung des konisch geformten Außenumfangsbereichs 8 des Stellglieds 3 ist nicht zwingend. Das heißt, dass die Orientierung auch umgekehrt sein kann. In diesem Fall wird mit tiefer in die Axialbohrung 2 eintauchendem Stößel 13 das Schließelement 7 weiter aus dem Ventilsitz 5 gehoben, so dass sich der Öffnungsquerschnitt vergrößert.
-
Um den Eintrag etwaiger im Kraftstoff enthaltener Partikel in die Zumesseinheit zu verhindern, ist der Ventilkörper 1 im Bereich der Radialbohrungen 4 von einem Sieb 17 umgeben.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der 2 und in der 3 dargestellt. Die Darstellungen beschränken sich jeweils auf die wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Zumesseinheit.
-
Der Darstellung der 2 ist ein Ventilkörper 1 mit einer Axialbohrung 2 und einem hierin axial verschiebbar aufgenommenen Stellglied 3 zu entnehmen. Das Stellglied 3 weist einen konisch geformten Außenumfangsbereich 8 auf, an den sich ein Abschnitt 9 mit verringertem Außendurchmesser anschließt. Zwischen dem Stellglied 3 und dem Ventilgehäuse 1 verbleibt demnach ein Ringraum 20, über den eine Verbindung einer als Einlass dienenden Radialbohrung 4 mit der Axialbohrung 2 herstellbar ist. Auch in der 2 liegen sich zwei Radialbohrungen 4 an der Axialbohrung 2 gegenüber, jedoch diesmal axial versetzt zueinander. Die in den Radialbohrungen 4 aufgenommenen Schließelemente 7 sind demnach in Abhängigkeit von der axialen Lage des Stellglieds 3 zeitlich versetzt zueinander öffenbar bzw. schließbar. Das Öffnen der Schließelemente 7 wird jeweils entgegen der Federkraft einer Feder 6 bewirkt, die einerseits am Schließelement 7, andererseits an einer Hülse 21 abgestützt ist, welche im Bereich der Radialbohrungen 4 den Ventilkörper 1 umgibt. Um den Zulauf von Kraftstoff in die Radialbohrungen 4 sicherzustellen, sind in der Hülse 21 Zulaufbohrungen 22 ausgebildet.
-
Die Orientierung des konisch geformten Außenumfangbereichs 8 des Stellglieds 3 der Zumesseinheit der 2 kann wiederum beliebig sein, je nachdem, ob die Zumesseinheit als stromlos offenes oder stromlos geschlossenes Ventil ausgebildet sein soll.
-
Eine Abwandlung der Ausführungsform der 2 ist in der 3 dargestellt. Hier sind im Ventilgehäuse 1 drei Radialbohrungen 4 ausgebildet, die in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. In jeder Radialbohrung 4 ist ein in Richtung eines Ventilsitzes 5 federbelastetes kugelförmiges Schließelement 7 aufgenommen, das über eine axiale Verschiebung eines Stellglieds 3 aus dem Ventilsitz 5 hebbar ist. Da die drei Schließelemente 7 zeitgleich öffnen kann die Durchflussmenge deutlich erhöht werden. Im Unterschied zu den Ventilsitzen 5 der Zumesseinheit der 2, die flach ausgeführt sind, weisen die Ventilsitze 5 der Zumesseinheit der 3 eine konische Form auf.
-
Im Übrigen gleicht die Zumesseinheit der 3 der der 2, so dass auf die Beschreibung zur 2 verwiesen werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014220222 A1 [0002]
