DE102017205951A1

DE102017205951A1 - Erfassungs- und Justierverfahren für ein passives Ventil, Kombination aus passivem Ventil und Justiereinrichtung sowie Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102017205951A1
Application number: DE102017205951.6A
Authority: DE
Inventors: Max Scheller
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-04-08
Also published as: DE102017205951B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Erfassungsverfahren zum Erfassen eines Öffnungsdruckes eines passiven Ventiles (30), bei dem durch Erfassen einer Angreifeinrichtung (62) eine einer Vorspannkraft (F) einer Vorspannfeder (36) entgegengesetzte Zugkraft (F) auf die Vorspannfeder (36) aufgebracht wird, und ein zurückgelegter Weg eines die Angreifeinrichtung (62) erfassenden Angreifgegenstückes (66) erfasst wird, wobei aus der Zugkraft (F) und dem erfassten Weg eine Kraft-Weg-Kennlinie und daraus ein Öffnungsdruck des passiven Ventiles (30) berechnet wird. Die Erfindung betrifft weiter ein Justierverfahren, in dem das Erfassungsverfahren durchgeführt wird, eine Kombination aus einem passiven Ventil (30) und einer Justiereinrichtung (74), sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem (10), das eine solche Kombination aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Erfassungsverfahren zum Erfassen eines Öffnungsdruckes eines passiven Ventiles, ein Justierverfahren zum Justieren eines Öffnungsdruckes eines passiven Ventiles, in dem das Erfassungsverfahren durchgeführt wird, eine Kombination aus einem passiven Ventil und einer Justiereinrichtung, sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, das eine solche Kombination aufweist.
Bei sog. Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen sind die Druckerzeugung in einem Kraftstoff, der in einer Brennkraftmaschine verbrannt werden soll, und die Einspritzung des Kraftstoffes in Brennkammern der Brennkraftmaschine entkoppelt. Dabei verdichtet eine Kraftstoffhochdruckpumpe den ihr aus einem Niederdruckbereich, beispielsweise aus einem Tank, zugeführten Kraftstoff. Ausgangsseitig der Kraftstoffhochdruckpumpe strömt ein Volumenstrom des verdichteten Kraftstoffes zu einem Hochdruckspeicher, dem sog. Common-Rail, von wo aus der verdichtete Kraftstoff dann in die Brennkammern der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Kraftstoffhochdruckpumpe erzeugt dabei beispielsweise bei Benzin als Kraftstoff in dem Kraftstoff einen Druck in einem Bereich von 150 bar - 400 bar, und bei Diesel als Kraftstoff einen Druck in einem Bereich von 1500 bar - 3000 bar. Der jeweilige Kraftstoff steht in dem Hochdruckspeicher unter diesem erzeugten hohen Druck und wird aus dem Hochdruckspeicher über Einspritzventile den Brennkammern der Brennkraftmaschine zugeführt.
Um eine korrekte Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzsystems sichern zu können, weist ein Kraftstoffeinspritzsystem in der Regel mehrere Ventile auf, die häufig als passive Ventile ausgeführt sind. So umfasst beispielsweise die Kraftstoffhochdruckpumpe ein Auslassventil, und im Bereich des Hochdruckspeichers ist häufig ein Druckbegrenzungsventil angeordnet. Das Auslassventil fungiert dabei als Hochdruckventil, das den Druckanstieg in einem Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe regelt. Bei einer Aufwärtsbewegung eines Pumpenkolbens - wenn die Kraftstoffhochdruckpumpe beispielsweise als Kolbenpumpe ausgeführt ist - öffnet das Auslassventil, und der Kraftstoff kann in den Hochdruckspeicher gefördert werden. Bei der Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens schließt das Auslassventil, so dass ein Rückfließen des verdichteten Kraftstoffes aus dem Hochdruckspeicher in den Druckraum zurück verhindert wird.
Das beispielhafte Druckbegrenzungsventil hat die Funktion, einen zu großen Druckanstieg in dem Hochdruckspeicher zu verhindern. Übersteigt der Druck in dem Hochdruckspeicher einen bestimmten Wert, so wird über das Druckbegrenzungsventil ein gewisser Volumenstrom des Kraftstoffes entweder in den Hochdruck- oder in den Niederdruckbereich abgesteuert.
Damit diese beispielhaft genannten passiven Ventile, die zumeist als Rückschlagventile ausgebildet sind, korrekt funktionieren, ist es nötig, sie bezüglich ihres Öffnungs- bzw. Offenhaltedrucks gezielt vor der Inbetriebnahme einzustellen. Um eine korrekte Einstellung bzw. Justierung des Öffnungsdruckes erreichen zu können, ist es jedoch wichtig, den Öffnungsdruck bzw. den Offenhaltedruck des betrachteten passiven Ventiles zu kennen, den es ohne Justierung von sich aus bereits aufweist. Das Erfassen und Justieren des Offenhaltedruckes eines passiven Ventiles entspricht dabei der Vorgehensweise für das Erfassen und Justieren des Öffnungsdruckes. Im Folgenden ist daher bei Bezug auf den Öffnungsdruck auch immer der Offenhaltedruck des passiven Ventiles umfasst. Dies gilt auch für die Vorrichtungen, mit denen der Öffnungsdruck erfasst und/oder justiert werden kann.
Bislang sind im Wesentlichen drei Verfahren bekannt, mit Hilfe derer es möglich ist, passive Ventile auf einen gewünschten Öffnungsdruck zu justieren.
Es ist beispielsweise bekannt, dass passive Ventil fest zusammenzubauen, wobei die Einzelteile des Ventiles auf einem mechanischen Anschlag oder einem eine vorbestimmte Kraft ausübenden Element montiert werden. Die Montage gegen diesen festen Anschlag bzw. die wirkende Kraft führt dazu, dass das passive Ventil sich durch die Montage justiert.
Weiter ist es bekannt, bei einem vormontierten passiven Ventil eine Kraftmessung durchzuführen, und auf Basis dieser Kraftmessung das Ventil dann einzustellen. Dabei wird beispielsweise ein Stift durch einen Ventilsitz des passiven Ventiles auf ein Schließelement gesetzt und Kraft ausgeübt, wobei ein Weg aufgezeichnet wird. Dadurch wird eine Kraft-Weg-Kennlinie für das aufgebaute Ventil aufgezeichnet. Eine Geometrie des Ventilsitzes und des Schließelementes kann beispielsweise durch geometrische Bestimmungen vorbekannt sein, so dass eine druckbeaufschlagte Fläche in dem passiven Ventil berechnet und eine Zielkraft für einen bestimmten Druck ermittelt werden kann. Über die gemessene Kraft-Weg-Kennlinie kann der Restweg ermittelt werden, der für die Erreichung des gewünschten Öffnungsdruckes notwendig ist.
Es ist auch bekannt, eine Einstellung über die Bestimmung des Druckes von Medium, das durch das passive Ventil fließt, vorzunehmen.
Bei der Einstellung über die Kraftmessung bzw. über eine feste Montage wird rein mechanisch verfahren, ohne Einsatz eines fließenden Mediums, weshalb diese Verfahren entsprechend kostengünstig sind, sowohl bei der Anschaffung der Anlage als auch bezüglich laufender Betriebskosten.
Allerdings hat die Einstellung über einen festen Zusammenbau den Nachteil, dass sie relativ ungenau ist. Die Einstellung über die Kraftmessung hat den Nachteil, dass die Zugänglichkeit zu dem Schließelement über den Ventilsitz ermöglicht werden muss, was jedoch aufgrund von begrenzten Bauräumen bzw. begrenzter Herstellbarkeit oft nicht gewährleistet werden kann.
Die Einstellung über die Bestimmung des Druckes erfordert den Einsatz eines fließenden Mediums, d. h. über eine hydraulische Einstellung, was im Vergleich zu den beiden erstgenannten rein mechanischen Verfahren relativ teuer ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zum Erfassen eines Öffnungsdruckes eines passiven Ventiles vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird mit einem Erfassungsverfahren mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
Ein Justierverfahren zum Justieren eines Öffnungsdruckes eines passiven Ventiles, in dem das Erfassungsverfahren durchgeführt wird, ist Gegenstand eines nebengeordneten Anspruches.
Weitere nebengeordnete Ansprüche betreffen eine Kombination aus einem passiven Ventil und einer Justiereinrichtung, mit denen das Erfassungs- bzw. Justierverfahren durchgeführt werden können, sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, das diese Kombination aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Erfassungsverfahren zum Erfassen eines Öffnungsdruckes eines passiven Ventiles weist die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen eines passiven Ventiles mit einem Ventilsitz, einem Schließelement und einer Vorspannfeder, die entlang einer Bewegungsachse des Schließelementes aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Vorspannfeder eine Ausgangsvorspannkraft auf das Schließelement in Richtung auf den Ventilsitz ausübt;
- Bereitstellen einer Angreifeinrichtung, über die bezüglich der Bewegungsachse eine der Ausgangsvorspannkraft entgegengesetzte Zugkraft auf die Vorspannfeder aufgebracht werden kann, wobei die Angreifeinrichtung entlang der Bewegungsachse bezüglich des Schließelementes gegenüberliegend zu dem Ventilsitz bereitgestellt wird;

- Bereitstellen eines Angreifgegenstücks, dass dazu ausgebildet ist, ausschließlich die Angreifeinrichtung ohne Kontakt mit weiteren Elementen des passiven Ventiles zu ergreifen, und das mit einer Wegerfassungseinrichtung gekoppelt ist;
- Ergreifen der Angreifeinrichtung mit dem Angreifgegenstück und Aufbringen einer vordefinierten Zugkraft auf die Angreifeinrichtung entlang der Bewegungsachse entgegen der Vorspannkraft der Vorspannfeder, wobei die Wegerfassungseinrichtung einen von dem Angreifgegenstück zurückgelegten Weg erfasst;
- Erstellen einer Kraft-Weg-Kennlinie aus der vordefinierten Zugkraft und dem erfassten Weg;
- Berechnen des Öffnungsdruckes des passiven Ventiles aus der Kraft-Weg-Kennlinie.

Im Gegensatz zu den Verfahren, mit denen ein natürlich gegebener Öffnungsdruck eines passiven Ventiles, das heißt ein Öffnungsdruck, den das passive Ventil ohne weitere Justierung bzw. Einstellung aufweist, erfasst werden konnte, ist es nun durch die spezielle Angreifeinrichtung innerhalb des passiven Ventiles möglich, eine Kraftmessung von der dem Ventilsitz gegenüberliegenden Seite her durchzuführen. Dadurch ist es möglich, ein rein mechanisches Verfahren zum Erfassen des Öffnungsdruckes des passiven Ventiles durchzuführen, und es kann auf den Einsatz von einem fließenden Medium verzichtet werden. Zusätzlich ist eine ziemlich genaue Erfassung des Öffnungsdruckes des passiven Ventiles möglich, da nicht gegen einen vorbestimmten entgegenwirkenden Anschlag gearbeitet werden muss. Da das passive Ventil zumeist ohnehin einen Einbaurum von der dem Ventilsitz gegenüberliegenden Seite benötigt, kann dieser Einbauraum zum Durchführen des Erfassungsverfahrens genutzt werden, weil nun in diesem Bereich auch die Angreifeinrichtung vorgesehen ist, die mit einem Angreifgegenstück ergriffen werden kann. Insgesamt kann so der gegebene Öffnungsdruck eines passiven Ventiles kostengünstig und sehr genau erfasst werden.
Unter „bereitstellen“ des passiven Ventiles soll im Wesentlichen verstanden werden, dass es bereits in seiner Einbauposition, beispielsweise in einer Bohrung in einer Kraftstoffhochdruckpumpe, montiert ist. Dabei wirkt die Ausgangsvorspannkraft der Vorspannfeder bereits auf das Schließelement. In einer solchen Einbausituation ist das passive Ventil zumeist nicht zugänglich von unten über den Ventilsitz. Nun ist es möglich, das bereits verbaute Ventil hinsichtlich seines im Einbauzustand gegebenen Öffnungsdrucks zu vermessen, was eine exakte Erfassung des Öffnungsdruckes in der Einbausituation ermöglicht im Gegensatz zu Situationen, wo das Ventil auf einem externen Anschlag montiert worden ist.
Vorteilhaft wird daher bei dem Erfassungsverfahren das passive Ventil vor Durchführen der Erfassungsschritte in seine Zielposition, beispielsweise in einer Bohrung einer Kraftstoffhochdruckpumpe, montiert.
Der Öffnungsdruck des passiven Ventiles wird aus der Kraft-Weg-Kennlinie unter Verwendung eines bekannten Kontaktdurchmessers zwischen dem Ventilsitz und dem Schließelement, der die druckbeaufschlagte Fläche im Betrieb repräsentiert, berechnet.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird als Vorspannfeder eine Druckfeder in beispielsweise einer Kegelform oder einer Zylinderform bereitgestellt.
Als passives Ventil wird beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil in einem Kraftstoffeinspritzsystem und/oder ein Auslassventil einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem bereitgestellt.
Für die Berechnung des Öffnungsdruckes aus der erfassten Kraft-Weg-Kennlinie und den weiteren Parametern wie beispielsweise dem Kontaktdurchmesser, sowie generell zur Erstellung der Kraft-Weg-Kennlinie aus der vordefinierten Zugkraft und dem erfassten Weg, wird vorteilhaft eine entsprechende Steuereinrichtung bereitgestellt, die die Schritte des Erfassungsverfahrens automatisiert durchführen kann.
Vorzugsweise wird zwischen der Vorspannfeder und dem Schließelement eine Führungs-Abstützeinrichtung angeordnet, an der sich die Vorspannfeder mit einem zu dem Schließelement gerichteten Federende abstützt, und die das Schließelement bei seiner Bewegung entlang der Bewegungsachse führt. Die Angreifeinrichtung wird dabei in die Führungs-Abstützeinrichtung integriert.
Passive Ventile weisen häufig einen sogenannten Führungsstift auf, der einerseits zum Führen eines Schließelementes in einer Ventilbohrung, andererseits aber auch zum Führen der Vorspannfeder ausgebildet sein kann. Dazu stützt sich die Vorspannfeder auf beispielsweise einem Federteller ab, der integral an diesem Führungsstift gebildet ist, wobei ein Bereich des Führungsstiftes in die Vorspannfeder hineinragt, beispielsweise wenn diese als Druckfeder ausgebildet ist. Dadurch wird einerseits eine Abstützung der Vorspannfeder auf dem Führungsstift erzielt, die Feder während ihrer Bewegung geführt, und gleichzeitig auch eine Führung des Schließelementes in einer Ventilbohrung ermöglicht. Daher bildet ein solcher Führungsstift eine beispielhafte Führungs-Abstützeinrichtung. Um Bauraum zu sparen und bereits vorhandenen Teilen weitere Funktionen zu verleihen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Angreifeinrichtung, mit der die Zugkraft auf die Vorspannfeder aufgebracht werden soll, integral mit dieser ohnehin vorhandenen Führungs-Abstützeinrichtung gebildet ist.
Ist die Angreifeinrichtung vorteilhaft in die Führungs-Abstützeinrichtung integriert, dann ist sie folglich als von der Vorspannfeder getrenntes Element ausgebildet. So kann einfach eine Zugkraft auf die Vorspannfeder ausgeübt werden, ohne dass die Vorspannfeder selbst in ihrer Geometrie verändert werden muss, weil beispielsweise die Angreifeinrichtung an der Feder selbst vorgesehen werden muss.
Vorzugsweise wird die Angreifeinrichtung derart ausgebildet, dass sie sich entlang der Bewegungsachse von dem Schließelement weg in die Vorspannfeder hinein erstreckt. Dadurch ist ein besonders einfaches Angreifen der Angreifeinrichtung mit dem Angreifgegenstück möglich, da dieses einfach nur durch die Vorspannfeder hindurchgeschoben werden muss, um zu der Angreifeinrichtung zu gelangen.
Vorzugsweise wird die Angreifeinrichtung als Kugelkopf oder als Kegelkopf oder als Nut oder als Rippe an der Führungs-Abstützeinrichtung angeordnet. Dadurch sind relativ einfache Geometrien vorhanden, an denen das Angreifgegenstück vorteilhaft angreifen kann. Vorteilhaft wird das Angreifgegenstück dann entsprechend der Form der Angreifeinrichtung komplementär ausgeformt, um die Angreifeinrichtung besonders gut greifen zu können.
Der Öffnungsdruck des passiven Ventiles kann daher einfach durch Ermittlung einer Kraft-Weg-Kennlinie durch Ziehen an dem ohnehin vorgesehenen Führungsstift erfasst werden. Daher wird an dem Führungsstift, der die Führungs-Abstützeinrichtung bildet, eine Kupplung, beispielsweise eine Kugelkopfkupplung angebracht, welcher dann in der Montagelinie mithilfe eines Angreifgegenstückes und einem entsprechenden Messsystem kontaktiert werden kann. Durch das Ziehen an dem Führungsstift wird dann die Kraft-Weg-Kennlinie ermittelt. Anhand des geometrisch bestimmten Kontaktdurchmessers zwischen Schließelement und Ventilsitz kann der gegebene Öffnungsdruck des passiven Ventiles erfasst werden.
Bei einem Justierverfahren zum Justieren eines Öffnungsdruckes eines passiven Ventiles wird das oben beschriebene Verfahren durchgeführt, um eine Ausgangs-Kraft-Weg-Kennlinie und einen Ausgangsöffnungsdruck des passiven Ventiles zu erfassen. Danach wird ein im Betrieb gewünschter Zielöffnungsdruck des passiven Ventiles definiert und basierend auf diesem gewünschten Zielöffnungsdruck eine Ziel-Kraft-Weg-Kennlinie des passiven Ventiles definiert. Es wird zwischen dem Ausgangsöffnungsdruck, der mit dem Erfassungsverfahren erfasst worden ist, und dem definierten Zielöffnungsdruck eine Öffnungsdruckdifferenz ermittelt und auf Basis dieser Öffnungsdruckdifferenz und der erfassten Ausgangs-Kraft-Weg-Kennlinie eine Wegdifferenz ermittelt.
Dann wird ein Federweg einer Vorspannfeder des passiven Ventiles in Abhängigkeit dieser ermittelten Wegdifferenz ver- ändert.
Durch das Erfassungsverfahren kann vorteilhaft der gegebene Öffnungsdruck des passiven Ventiles, das heißt ein Ausgangsöffnungsdruck des passiven Ventiles, erfasst werden, und dann dieser Ausgangsöffnungsdruck durch Verändern einer Federkraft, die die Vorspannfeder auf das Schließelement ausübt, hin zu dem gewünschten Zielöffnungsdruck angepasst werden. Vorteilhaft erfolgt dies dadurch, dass einfach der Federweg der Vorspannfeder verändert wird, um so die Vorspannkraft zu beeinflussen. Wie weit der Federweg verändert werden muss, kann ermittelt werden aus der Wegdifferenz zwischen dem Ausgangsfederweg, den das passive Ventil ohne Justierung aufweist, und dem Zielfederweg, der gewünscht ist, um den Zielöffnungsdruck erreichen zu können. Diese Wegdifferenz kann einfach aus der Differenzbildung zwischen den Ausgangswerten des passiven Ventiles, die durch das Erfassungsverfahren erfasst werden, und den gewünschten Zielwerten ermittelt werden.
Vorzugsweise wird der Federweg der Vorspannfeder durch Aufpressen einer Hülse auf die Vorspannfeder gegenüberliegend zu einem Schließelement des passiven Ventiles entlang einer Bewegungsachse des Schließelementes verändert. Die Hülse wird dabei soweit auf die Vorspannfeder aufgepresst, wie durch die Wegdifferenz in dem Justierverfahren ermittelt worden ist. Nachdem die Hülse dann auf den ermittelten Weg positioniert ist, weist das passive Ventil den gewünschten Zielöffnungsdruck auf.
Um das oben beschriebene Erfassungs- und Justierverfahren des passiven Ventiles vorteilhaft durchführen zu können, weist eine Kombination aus einem passiven Ventil und einer Justiereinrichtung zum Justieren eines Öffnungsdruckes des passiven Ventiles einerseits das passive Ventil selbst mit einem Ventilsitz, einem Schließelement und einer Vorspannfeder auf, die entlang einer Bewegungsachse des Schließelementes aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Vorspannfeder eine Ausgangsvorspannkraft auf das Schließelement in Richtung auf den Ventilsitz ausübt, und andererseits eine Angreifeinrichtung, über die bezüglich der Bewegungsachse eine der Ausgangsvorspannkraft entgegengesetztes Zugkraft auf die Vorspannfeder aufgebracht werden kann, wobei die Angreifeinrichtung entlang der Bewegungsachse bezüglich des Schließelementes gegenüberliegend zu dem Ventilsitz angeordnet ist. Zusätzlich umfasst die Kombination ein Angreifgegenstück, das dazu ausgebildet ist, ausschließlich die Angreifeinrichtung ohne Kontakt mit weiteren Elementen des passiven Ventiles zu ergreifen. Weiter ist eine Wegerfassungseinrichtung vorgesehen, die zum Erfassen eines von dem Angreifgegenstück entlang der Bewegungsachse zurückgelegten Weges mit dem Angreifgegenstück gekoppelt ist. Schließlich ist auch eine Federwegveränderungseinrichtung zum Verändern eines Federweges der Vorspannfeder vorgesehen. Die Justiereinrichtung weist somit die Angreifeinrichtung, das Angreifgegenstück, die Wegerfassungseinrichtung und die Federwegveränderungseinrichtung auf.
Mittels dieser Kombination kann vorteilhaft einerseits das Erfassungsverfahren wie oben beschrieben, und darauf folgend das Justierverfahren wie oben beschrieben an dem passiven Ventil durchgeführt werden.
Vorteilhaft ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, um die Schritte des Erfassungs- und Justierverfahrens wie oben beschrieben in der Kombination durchführen zu können.
Das passive Ventil ist besonders vorteilhaft in einer Ventilbohrung in einem Kraftstoffeinspritzsystem angeordnet. Die Erfassungs- und Justierverfahren können daher im montierten Zustand des passiven Ventiles durchgeführt werden.
Die Angreifeinrichtung ist vorteilhaft an einer Führungs-Abstützeinrichtung angeordnet, die in dem passiven Ventil vorhanden ist und sich zwischen der Vorspannfeder und dem Schließelement befindet. Die Führungs-Abstützeinrichtung ist dabei dazu ausgebildet, dass sich die Vorspannfeder mit einem zu dem Schließelement gerichteten Federende daran abstützen kann, und weiter dazu, das Schließelement bei seiner Bewegung entlang der Bewegungsachse zu führen.
Die Führungs-Abstützeinrichtung ist dabei vorteilhaft durch einen Führungsstift gebildet, der sich entlang der Bewegungsachse von dem Schließelement weg in die Vorspannfeder hinein erstreckt. Dies ist besonders vorteilhaft möglich, wenn die Vorspannfeder als Druckfeder ausgebildet ist.
Beispielsweise ist die Angreifeinrichtung als Kugelkopf oder als Kegelkopf oder als Nut oder als Rippe ausgebildet.
Die Federwegveränderungseinrichtung ist besonders vorteilhaft als Hülse ausgebildet, die einfach auf die Vorspannfeder in die Ventilbohrung gepresst werden kann.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes mit Hochdruck, einen Hochdruckspeicher zum Speichern des in der Kraftstoffhochdruckpumpe mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffes, sowie eine oben beschriebene Kombination aus einem passiven Ventil und einer Justiereinrichtung zum Justieren eines Öffnungsdruckes des passiven Ventiles auf. Das passive Ventil ist durch ein Druckbegrenzungsventil zum Absteuern eines Überdruckes aus dem Hochdruckspeicher oder durch ein Auslassventil zum Auslassen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff aus der Kraftstoffhochdruckpumpe gebildet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe und einem Hochdruckspeicher mit dazwischen angeordneten passiven Ventilen;
2 eine Schnittdarstellung eines passiven Ventiles mit einer Angreifeinrichtung;
3 eine Schnittdarstellung eines Angreifgegenstückes mit einer Wegerfassungseinrichtung;
4 ein schematisches Flussidagramm, das Schritte eines Erfassungsverfahrens zum Erfassen eines Öffnungsdruckes des passiven Ventiles aus 2 darstellt; und
5 ein schematisches Flussdiagramm, das Schritte eines Justierverfahrens zum Justieren eines Öffnungsdruckes des passiven Ventiles aus 2 darstellt.

1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems 10, bei dem ein Kraftstoff 12 von einer Vorförderpumpe 14 aus einem Tank 16 zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe 18 gefördert wird. In der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 wird der Kraftstoff 12 mit Hochdruck beaufschlagt, wobei die Menge an Kraftstoff 12, die in der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 mit Druck beaufschlagt wird, durch entsprechende aktive Ansteuerung eines Einlassventiles 20 eingestellt werden kann. Über ein Auslassventil 22 wird der druckbeaufschlagte Kraftstoff 12 dann einem Hochdruckspeicher 24 zugeführt, an dem Injektoren 26 angeordnet sind, über die der druckbeaufschlagte gespeicherte Kraftstoff 12 in Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.
Um zu vermeiden, dass in dem Hochdruckspeicher 24 ein Überdruck auftritt, kann Kraftstoff 12 über ein Druckbegrenzungsventil 28, das zwischen dem Hochdruckspeicher 24 und der Kraftstoffhochdruckpumpe 18 angeordnet ist, aus dem Hochdruckspeicher 24 abgesteuert werden. Beispielsweise kann Kraftstoff 12 entsprechend einem Weg a) zurück in die Kraftstoffhochdruckpumpe 18, aber auch alternativ entsprechend einem Weg b) hydraulisch vor die Kraftstoffhochdruckpumpe 18 abgesteuert werden.
Das Auslassventil 22 und das Druckbegrenzungsventil 28 sind jeweils als passives Ventil 30 ausgebildet. Das Auslassventil 22 sorgt dafür, dass nur Kraftstoff 12 mit dem gewünschten Hochdruck die Kraftstoffhochdruckpumpe 18 in Richtung des Hochdruckspeichers 24 verlässt. Außerdem verhindert es ein Rückfließen des verdichteten Kraftstoffes 12 in die Kraftstoffhochdruckpumpe 18.
Das Druckbegrenzungsventil 28 verhindert einen zu großen Druckanstieg in dem Hochdruckspeicher 24, denn wenn der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher 24 einen bestimmten Wert überschreitet, wird über das Druckbegrenzungsventil 30 ein gewisser Volumenstrom des Kraftstoffes 12 abgesteuert.
Der Aufbau des Auslassventiles 22 und des Druckbegrenzungsventils 28 wird nachfolgend anhand der 2 erläutert.
Die Ausführung eines solchen passiven Ventiles 30 als Auslassventil 22 bzw. Druckbegrenzungsventil 28 entsprechend 1 ist nur eine beispielhafte Ausführungsform. Sämtliche nachfolgend beschriebenen Merkmale eines passiven Ventiles 30 können auch auf andere passive Ventile 30 in anderen Anwendungsformen verwendet werden.
2 zeigt eine Schnittdarstellung des passiven Ventiles 30 aus 1. Das passive Ventil 30 weist einen Ventilsitz 32, ein Schließelement 34 und eine Vorspannfeder 36 auf. Diese Elemente sind entlang einer Bewegungsachse 38 des Schließelementes 34 aufeinanderfolgend angeordnet. Die Vorspannfeder 36 übt eine Ausgangsvorspannkraft F_VA auf das Schließelement 34 aus, um es in Schließrichtung auf den Ventilsitz 32 zu drücken.
Die Elemente des passiven Ventiles 30, d. h. das Element, das den Ventilsitz 32 bildet, das Schließelement 34 und die Vorspannfeder 36, sind in einer Ventilbohrung 40 in einem Gehäuse 42 in dem Kraftstoffeinspritzsystem 10 angeordnet. Durch diese Anordnung ist das Schließelement 34 von der Seite des Ventilsitzes 32 her relativ schlecht zugänglich.
Übliche Verfahren zum Einstellen eines Öffnungsdruckes des passiven Ventiles 30 sind daher vorliegend nur schwer auszuführen.
Die Vorspannfeder 36 stützt sich mit einem zu dem Schließelement 34 gerichteten ersten Federende 44 an einer Führungs-Abstützeinrichtung 46 ab, die mehrere Funktionen beinhaltet. Zum einen bildet sie einen Federteller 48 aus, an dem sich die Vorspannfeder 36 abstützen kann. Weiter weist sie auch einen Führungsstift 50 auf, der sich entlang der Bewegungsachse 38 von dem Schließelement 34 weg in die Vorspannfeder 36 hinein erstreckt. Dies ist insbesondere möglich, da die Vorspannfeder 36 in der vorliegenden Ausführungsform als zylindrische Druckfeder ausgebildet ist. Es sind jedoch auch andere Formen für die Vorspannfeder 36 denkbar. Durch den Führungsstift 50 wird eine Führung für die Vorspannfeder 36 bereitgestellt, so dass die Vorspannfeder 36 in Position gehalten wird, wenn durch eine Öffnung des passiven Ventiles 30 die Vorspannfeder 36 komprimiert wird. Weiter führt die Führungs-Abstützeinrichtung 46 auch das Schließelement 34, wenn es sich öffnet, da ein entsprechender Haltebereich 52 ausgebildet ist, und außerdem die Führungs- Abstützeinrichtung 46 im Bereich des Federtellers 48 an einem Außenumfang 54 so dicht an der Ventilbohrung 40 anliegend ausgebildet ist, dass das Schließelement 34 bei seiner Bewegung entlang der Bewegungsachse 38 sicher in Position gehalten werden kann.
An einem zweiten Federende 56, das von dem Schließelement 34 weg gerichtet ist, stützt sich die Vorspannfeder 36 an einer Hülse 58 ab. Die Hülse 58 ist in die Ventilbohrung 40 eingepresst und somit auf die Vorspannfeder 36 aufgepresst. Durch das Aufpressen der Hülse 58 kann ein Federweg S_F der Vorspannfeder 36 und damit auch die Vorspannkraft F_V, die von der Vorspannfeder 36 auf das Schließelement 34 wirkt, verändert werden. Je weiter die Hülse 58 in die Ventilbohrung 40 eingepresst ist, desto kürzer wird der Federweg S_F der Vorspannfeder 36 und desto größer wird die Vorspannkraft F_V. Die Hülse 58 bildet daher eine Federwegveränderungseinrichtung 60, mit der der Federweg S_F der Vorspannfeder 36 verändert werden kann.
Bei der Montage des passiven Ventiles 30 werden sämtliche Elemente des passiven Ventiles 30, nämlich das Element, das den Ventilsitz 32 bildet, das Schließelement 34, die Führungs-Abstützeinrichtung 46 und die Vorspannfeder 36, in die Ventilbohrung 40 eingebracht. Um das passive Ventil 30 in der Ventilbohrung 40 zu halten, wird die Hülse 58 zuletzt in die Ventilbohrung 40 eingepresst.
Im Betrieb soll das passive Ventil 30 in der Regel bei einem ganz klar definierten Öffnungsdruck öffnen. Dieser ist in den meisten Fällen unterschiedlich zu einem Ausgangsöffnungsdruck, der abhängig ist von der Ausgangsvorspannkraft F_VA, d. h. der Vorspannkraft F_V, die von der Vorspannfeder 36 auf das Schließelement 34 wirkt, wenn die Hülse 58 einfach zum Halten des passiven Ventiles 30 in die Ventilbohrung 40 eingebracht worden ist.
Um das passive Ventil 30 wie gewünscht auf den vordefinierten Öffnungsdruck einstellen zu können, muss zunächst ermittelt werden, welche Ausgangsvorspannkraft F_VA die Vorspannfeder 36 überhaupt auf das Schließelement 34 ausübt, um herauszufinden, inwiefern die Vorspannfeder 36 noch eine Veränderung der Vorspannkraft F_V bedarf.
Um dies leicht durchführen zu können, ist in dem passiven Ventil 30 eine Angreifeinrichtung 62 vorgesehen. Die Angreifeinrichtung 62 ist integral mit der Führungs-Abstützeinrichtung 46 gebildet und insbesondere an einem Ende des Führungsstiftes 50 angeordnet, der in die Vorspannfeder 36 hineinragt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Angreifeinrichtung 32 als Kugelkopf 64 ausgebildet, es ist jedoch auch möglich, alternativ einen Kegelkopf, eine Nut oder eine Rippe vorzusehen, wobei es lediglich darauf ankommt, dass eine Geometrie vorgesehen ist, an der von außen angegriffen werden kann.
Um das Angreifen zu ermöglichen, ist ein Angreifgegenstück 66 vorgesehen, das in einer Schnittdarstellung in 3 gezeigt ist. Das Angreifgegenstück 66 ist mit einer Wegerfassungseinrichtung 68 gekoppelt, die erfassen kann, welchen Weg das Angreifgegenstück 66 entlang der Bewegungsachse 38 zurückgelegt hat. Das Angreifgegenstück 66 ist so ausgebildet, dass es möglich ist, damit durch die Hülse 58 hindurch die Angreifeinrichtung 62 zu fassen, ohne dabei jedoch in einen Kontakt mit den weiteren Elementen des passiven Ventiles 30, beispielsweise der Vorspannfeder 36, zu gelangen.
Mit dem Angreifgegenstück 66 kann demgemäß die Angreifeinrichtung 62 ergriffen und dann entgegen der Vorspannkraft F_V der Vorspannfeder 36 entlang der Bewegungsachse 38 gezogen werden, wodurch automatisch eine Zugkraft F_Z auf die Vorspannfeder 36 entgegen ihrer Vorspannkraft F_V ausgeübt wird, und die Vorspannfeder 36 somit komprimiert wird.
Wenn die Zugkraft F_Z, mit der an der Angreifeinrichtung 62 gezogen wird, vordefiniert ist, und die Wegerfassungseinrichtung 68 gleichzeitig zum Ziehen einen von dem Angreifgegenstück 66 entlang der Bewegungsachse 68 zurückgelegten Weg erfasst, ist es möglich, aus den Daten eine Kraft-Weg-Kennlinie zu erstellen. Da ein Kontaktdurchmesser 70 zwischen Schließelement 34 und Ventilsitz 32 und somit eine im Betrieb druckbeaufschlagte Fläche bekannt ist, kann aus der Kenntnis der Kraft-Weg-Kennlinie des passiven Ventiles 30 ein Ausgangsöffnungsdruck des passiven Ventiles 30 berechnet werden.
4 zeigt in einem schematischen Flussdiagramm die Schritte, die für die Ermittlung des Ausgangsöffnungsdruckes des passiven Ventiles 30 durchgeführt werden.
Dazu wird zunächst das passive Ventil 30 mit der Angreifeinrichtung 62 sowie das Angreifgegenstück 66 mit der Wegerfassungseinrichtung 68 bereitgestellt. Danach wird die Angreifeinrichtung 62 mit dem Angreifgegenstück 66 ergriffen, ohne dass das Angreifgegenstück 66 mit anderen Elementen des passiven Ventiles 30, insbesondere mit der Vorspannfeder 36, in Kontakt kommt.
Danach wird entlang der Bewegungsachse 38 eine Zugkraft F_Z entgegengesetzt zu der Vorspannkraft F_V der Vorspannfeder 36 auf die Vorspannfeder 36 aufgebracht, in dem das Angreifgegenstück 66 aus der Ventilbohrung 40 herausgezogen wird. Gleichzeitig erfasst die Wegerfassungseinrichtung 68 den Weg des Angreifgegenstückes 66. Aus der vordefinierten Zugkraft F_Z und dem erfassten Weg kann dann, beispielsweise mittels einer Steuereinrichtung 72, die in der Wegerfassungseinrichtung 68 integriert sein kann, eine Kraft-Weg-Kennlinie des passiven Ventiles 30 erstellt werden. In einem letzten Schritt wird dann auf Grundlage der erstellten Kraft-Weg-Kennlinie und dem bekannten Kontaktdurchmesser 70 der Ausgangsöffnungsdruck des passiven Ventiles 30 berechnet.
Auf Basis dieses berechneten Ausgangsöffnungsdruckes des passiven Ventiles 30 und eines gewünschten Zielöffnungsdruckes des passiven Ventiles 30, bis zu dem das passive Ventil 30 im Betrieb geschlossen sein soll, kann dann in einem Justierver- fahren, dessen Schritte schematisch in dem Flussdiagramm in 5 dargestellt sind, das passive Ventil 30 auf den gewünschten Zielöffnungsdruck justiert werden.
Dabei wird in einem ersten Schritt das mit Bezug auf 4 erläuterte Erfassungsverfahren zum Erfassen des Ausgangsöffnungsdruckes des passiven Ventiles 30 durchgeführt. Danach wird ein Zielöffnungsdruck, bis zu dem das passive Ventil 30 im Betrieb geschlossen bleiben soll, definiert, und auf Basis dessen eine Ziel-Kraft-Weg-Linie des passiven Ventiles 30 definiert. In einem nächsten Schritt wird eine Öffnungsdruckdifferenz zwischen dem mit dem Erfassungsverfahren ermittelten Ausgangsöffnungsdruck und dem definierten Zielöffnungsdruck ermittelt. In einem weiteren Schritt wird aus dieser Öffnungsdruckdifferenz und der in dem Erfassungsverfahren erfassten Ausgangs-Kraft-Weg-Kennlinie eine Wegdifferenz ermittelt.
Auf Basis dieser Wegdifferenz kann dann in einem letzten Schritt der Federweg S_F der Vorspannfeder 36 derart verändert werden, dass das passive Ventil 30 den gewünschten Zielöffnungsdruck aufweist. Dazu wird die Hülse 58 entsprechend in die Ventilbohrung 40 eingepresst.
Die Angreifeinrichtung 62, das Angreifgegenstück 66, die Wegerfassungseinrichtung 68 und die Hülse 58 als Federwegveränderungseinrichtung 60 bilden somit eine Justiereinrichtung 74, mit der der Öffnungsdruck des passiven Ventiles 30 gezielt auf einen gewünschten Zielöffnungsdruck justiert werden kann.

Claims

Erfassungsverfahren zum Erfassen eines Öffnungsdruckes eines passiven Ventiles (30), aufweisend die Schritte: - Bereitstellen eines passiven Ventiles (30) mit einem Ventilsitz (32), einem Schließelement (34) und einer Vorspannfeder (36), die entlang einer Bewegungsachse (38) des Schließelementes (34) aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Vorspannfeder (36) eine Ausgangsvorspannkraft (F_VA) auf das Schließelement (34) in Richtung auf den Ventilsitz (32) ausübt; - Bereitstellen einer Angreifeinrichtung (62), über die bezüglich der Bewegungsachse (38) eine der Ausgangsvorspannkraft (F_VA) entgegengesetzte Zugkraft (F_Z) auf die Vorspannfeder (36) aufgebracht werden kann, wobei die Angreifeinrichtung (62) entlang der Bewegungsachse (38) bezüglich des Schließelements (34) gegenüberliegend zu dem Ventilsitz (32) bereitgestellt wird; - Bereitstellen eines Angreifgegenstücks (66), das dazu ausgebildet ist, ausschließlich die Angreifeinrichtung (62) ohne Kontakt mit weiteren Elementen des passiven Ventiles (30) zu ergreifen, und das mit einer Wegerfassungseinrichtung (68) gekoppelt ist; - Ergreifen der Angreifeinrichtung (62) mit dem Angreifgegenstück (66) und Aufbringen einer vordefinierten Zugkraft (F_Z) auf die Angreifeinrichtung (62) entlang der Bewegungsachse (38) entgegen der Vorspannkraft (F_V) der Vorspannfeder (36), wobei die Wegerfassungseinrichtung (68) einen von dem Angreifgegenstück (66) zurückgelegten Weg erfasst; - Erstellen einer Kraft-Weg-Kennlinie aus der vordefinierten Zugkraft (F_Z) und dem erfassten Weg; - Berechnen des Öffnungsdruckes des passiven Ventiles (30) aus der Kraft-Weg-Kennlinie.
Erfassungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorspannfeder (36) und dem Schließelement (34) eine Führungs-Abstützeinrichtung (46) angeordnet wird, an der sich die Vorspannfeder (36) mit einem zu dem Schließelement (34) gerichteten Federende (44) abstützt, und die das Schließelement (34) bei seiner Bewegung entlang der Bewegungsachse (38) führt, wobei die Angreifeinrichtung (62) in die Führungs-Abstützeinrichtung (46) integriert wird.
Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Angreifeinrichtung (62) derart ausgebildet wird, dass sie sich entlang der Bewegungsachse (38) von dem Schließelement (34) weg in die Vorspannfeder (36) hinein erstreckt.
Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Angreifeinrichtung (62) als Kugelkopf (64) oder als Kegelkopf oder als Nut oder als Rippe an der Führungs-Abstützeinrichtung (46) angeordnet wird.
Justierverfahren zum Justieren eines Öffnungsdruckes eines passiven Ventiles (30), aufweisend die Schritte: - Durchführen eines Erfassungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Erfassen einer Ausgangs-Kraft-Weg-Kennlinie und eines Ausgangsöffnungsdruckes des passiven Ventiles (30); - Definieren eines Zielöffnungsdruckes des passiven Ventiles (30) und Definieren einer Ziel-Kraft-Weg-Kennlinie des passiven Ventiles (30) auf Basis des Zielöffnungsdruckes; - Ermitteln einer Öffnungsdruckdifferenz zwischen dem Ausgangsöffnungsdruck und dem Zielöffnungsdruck; - Ermitteln einer Wegdifferenz aus der Öffnungsdruckdifferenz und der erfassten Ausgangs-Kraft-Weg-Kennlinie; - Verändern eines Federweges (S_F) einer Vorspannfeder (36) des passiven Ventiles (30) in Abhängigkeit der ermittelten Wegdifferenz.
Justierverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Federweg (S_F) der Vorspannfeder (36) durch Aufpressen einer Hülse (58) auf die Vorspannfeder (36) gegenüberliegend zu einem Schließelement (34) des passiven Ventiles (30) entlang einer Bewegungsachse (38) des Schließelements (34) verändert wird.
Kombination aus einem passiven Ventil (30) und einer Justiereinrichtung (74) zum Justieren eines Öffnungsdruckes des passiven Ventils (30), insbesondere mit einem Justierverfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, aufweisend: - ein passives Ventil (30) mit einem Ventilsitz (32), einem Schließelement (34) und einer Vorspannfeder (36), die entlang einer Bewegungsachse (38) des Schließelementes (34) aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Vorspannfeder (36) eine Ausgangsvorspannkraft (F_VA) auf das Schließelement (34) in Richtung auf den Ventilsitz (32) ausübt; - eine Angreifeinrichtung (62), über die bezüglich der Bewegungsachse (38) eine der Ausgangsvorspannkraft (F_VA) entgegengesetzte Zugkraft (F_Z) auf die Vorspannfeder (36) aufgebracht werden kann, wobei die Angreifeinrichtung (62) entlang der Bewegungsachse (38) bezüglich des Schließelements (34) gegenüberliegend zu dem Ventilsitz (32) angeordnet ist; - ein Angreifgegenstück (66), das dazu ausgebildet ist, ausschließlich die Angreifeinrichtung (62) ohne Kontakt mit weiteren Elementen des passiven Ventiles (30) zu ergreifen; - eine Wegerfassungseinrichtung (68), die zum Erfassen eines von dem Angreifgegenstück (66) entlang der Bewegungsachse (38) zurückgelegten Weges mit dem Angreifgegenstück (66) gekoppelt ist; - eine Federwegveränderungseinrichtung (60) zum Verändern eines Federweges (S_F) der Vorspannfeder (36).
Kraftstoffeinspritzsystem (10) einer Brennkraftmaschine, aufweisend eine Kraftstoffhochdruckpumpe (18) zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes (12) mit Hochdruck, einen Hochdruckspeicher (34) zum Speichern des in der Kraftstoffhochdruckpumpe (18) mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffes (12), sowie eine Kombination aus einem passiven Ventil (30) und einer Justiereinrichtung (74) zum Justieren eines Öffnungsdruckes des passiven Ventils (30) nach Anspruch 7, wobei das passive Ventil (30) durch ein Druckbegrenzungsventil (28) zum Absteuern eines Überdruckes aus dem Hochdruckspeicher (24) oder durch ein Auslassventil (22) zum Auslassen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff (12) aus der Kraftstoffhochdruckpumpe (18) gebildet ist.