DE102017207991A1

DE102017207991A1 - Kraftstofffördereinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem sowie Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102017207991A1
Application number: DE102017207991.6A
Authority: DE
Inventors: Francesco Lucarelli; Thomas Koenig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2018-11-15
Also published as: WO2018206272A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend eine Zumesseinheit (2) zur saugseitigen Mengenregelung im Niederdruckbereich (3) einer Kraftstoffhochdruckpumpe (4), wobei die Zumesseinheit (2) über einen Strömungspfad (5) mit einem Einlassventil (6) der Kraftstoffhochdruckpumpe (4) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist zwischen der Zumesseinheit (2) und dem Einlassventil (6) eine Drosselstelle (7) im Strömungspfad (5) ausgebildet.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffördereinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer solchen Kraftstofffördereinrichtung.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 038 426 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe bekannt, die mindestens ein Pumpenelement mit einem Elementraum umfasst. Im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe wird dem Elementraum über eine Kraftstofffördereinrichtung mit einem Niederdruckkreislauf Kraftstoff zugeführt, wobei der Kraftstoff über ein an die Kraftstofffördereinrichtung angeschlossenes Einlassventil der Kraftstoffhochdruckpumpe in den Elementraum gelangt. Im Elementraum wird der Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt und in einen Hochdruckbereich gefördert. Zur saugseitigen Mengenregelung ist dem Einlassventil der Kraftstoffhochdruckpumpe eine Zumesseinheit vorgeschaltet. Sofern zu Beginn der Förderphase das Einlassventil noch nicht vollständig geschlossen ist, kann ein Teil des im Elementraum vorhandenen Kraftstoffs zurück in den Niederdruckkreislauf geschoben werden. Dies kann zu Druckinstabilitäten im Zulaufbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe führen. Um derartige Druckinstabilitäten zu vermeiden, ist in den Zulaufbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe eine volumetrische Ausgleichs- und/oder Dämpfungseinrichtung integriert, mittels welcher die in den Niederdruckkreislauf zurückgeschobenen Kraftstoffmengen kompensiert werden können. Die Druckverhältnisse im Niederdruckkreislauf werden auf diese Weise stabilisiert.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstofffördereinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, anzugeben, das weniger durch Druckpulsationen belastet ist, so dass die Kavitationsgefahr und damit der Verschleiß der im Niederdruckkreislauf angeordneten Komponenten gesenkt wird. Insbesondere soll der Verschleiß der Zumesseinheit im Bereich eines Sicherungselements verringert werden, um einen Bruch des Sicherungselements und damit den Verlust der Funktionsfähigkeit der Zumesseinheit zu verhindern.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Kraftstofffördereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer solchen Kraftstofffördereinrichtung angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Kraftstofffördereinrichtung umfasst eine Zumesseinheit zur saugseitigen Mengenregelung im Niederdruckbereich einer Kraftstoffhochdruckpumpe, wobei die Zumesseinheit über einen Strömungspfad mit einem Einlassventil der Kraftstoffhochdruckpumpe verbunden ist. Erfindungsgemäß ist zwischen der Zumesseinheit und dem Einlassventil eine Drosselstelle im Strömungspfad ausgebildet. An der Drosselstelle werden vom Einlassventil ausgehende Druckwellen reflektiert, so dass der Bereich zwischen der Drosselstelle und der Zumesseinheit weitgehend unbelastet von Druckpulsationen ist. Das heißt, dass die Kavitationsgefahr in diesem Bereich gemindert wird, so dass die Zumesseinheit weniger verschleißbehaftet ist. Insbesondere kann ein Sicherungselement der Zumesseinheit entlastet werden, das für die Funktionsfähigkeit der Zumesseinheit von Bedeutung ist. In der Folge kann somit über die Laufzeit einer Kennlinienverschiebung der Kraftstoffhochdruckpumpe entgegengewirkt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zumesseinheit als elektromagnetisch betätigbares Proportionalventil ausgeführt, das einen hin und her beweglichen Ventilkolben mit mindestens einem Steuerschlitz besitzt. Über die Größe, Form und/oder Anzahl der Steuerschlitze ist der Volumenstrom durch die Zumesseinheit einstellbar. Der Volumenstrom kann zudem über eine Längsverschiebung des Ventilkolbens variiert werden.
Bevorzugt weist die im Strömungspfad zwischen der Zumesseinheit und dem Einlassventil ausgebildete Drosselstelle eine Drosselquerschnittsfläche auf, die im Wesentlichen gleich groß wie oder größer als die Fläche des mindestens einen im Ventilkolben ausgebildeten Steuerschlitzes ist. Dadurch ist sichergestellt, dass der Zulauf von Kraftstoff in Richtung des Einlassventils durch die Drosselstelle nicht behindert wird. In umgekehrter Richtung jedoch eine Ausbreitung von Druck- bzw. Mengenwellen durch die Drosselstelle wirksam verhindert wird.
Des Weiteren bevorzugt weist die Drosselstelle eine Drosselquerschnittsfläche auf, die zwischen 3 mm² und 7 mm² beträgt. Beispielsweise kann die Drosselquerschnittsfläche 4 mm² oder annähernd 4 mm² betragen. Derartige Flächenabmessungen entsprechen der wirksamen Schlitzfläche eines Ventilkolbens einer üblicherweise in einem Niederdruckkreislauf eingesetzten Zumesseinheit.
Vorteilhafterweise ist die Drosselstelle in einem Gehäuseteil der Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildet. Das heißt, dass sich der Strömungspfad des Kraftstoffs von der Zumesseinheit in Richtung des Einlassventils zumindest abschnittsweise im Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Strömungspfad durch eine Gehäusebohrung realisiert werden, die ggf. zur Ausbildung der Drosselstelle zumindest abschnittsweise einen verringerten Strömungsquerschnitt besitzt. Andernfalls kann in die Gehäusebohrung ein Drosselelement eingesetzt, insbesondere eingeschraubt oder eingepresst, werden. Durch die Integration der Drosselstelle in das Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe wird eine kompaktbauende Anordnung erreicht.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Zumesseinheit in die Kraftstoffhochdruckpumpe integriert oder an die Kraftstoffhochdruckpumpe angebaut ist. Auf diese Weise kann der Bauraumbedarf des Niederdruckkreislaufs weiter gesenkt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Zumesseinheit ein Ventilgehäuse mit einer Axialbohrung auf, in welcher der Ventilkolben hin und her beweglich aufgenommen und mittels einer Kolbenfeder gegen einen Ankerbolzen axial vorgespannt ist. Durch eine Längsverschiebung des Ventilkolbens innerhalb der Axialbohrung kann eine Verbindung eines Einlasses mit einem Auslass der Zumesseinheit hergestellt werden. Der Einlass kann beispielsweise durch eine oder mehrere im Ventilgehäuse ausgebildete Radialbohrungen realisiert werden. Der Auslass wird vorzugsweise durch die im Ventilgehäuse ausgebildete Axialbohrung definiert. Durch eine Längsverschiebung des Ventilkolbens innerhalb der Axialbohrung wird zumindest ein Teil der Schlitzfläche des Ventilkolbens in Überdeckung mit dem Einlass gebracht. Da der Ventilkolben bevorzugt hülsenförmig ausgebildet ist, kann die über den Einlass und die Steuerschlitze einströmende Menge dem Auslass zugeführt werden.
Des Weiteren bevorzugt ist die Kolbenfeder einerseits am Ventilkolben, andererseits an einem Sicherungselement abgestützt. Durch die erfindungsgemäß erzielte Verringerung von Druckpulsationen im Bereich der Zumesseinheit wird zugleich die Bruchgefahr des Sicherungselements gesenkt, so dass in dieser Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Niederdruckkreises die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zum Vorschein treten. Das Sicherungselement ist vorzugsweise ringförmig ausgeführt und/oder in die Axialbohrung des Ventilgehäuses eingepresst. Auf diese Weise wird der Zulauf von Kraftstoff in Richtung des Einlassventils nicht durch das Sicherungselement behindert.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff vorgeschlagen, das eine erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung sowie eine an die Kraftstofffördereinrichtung angeschlossene Kraftstoffhochdruckpumpe umfasst. Die erfindungsgemäße Kraftstofffördereinrichtung trägt dazu bei, dass eine in den Niederdruckkreislauf integrierte Zumesseinheit weniger verschleißbehaftet ist, so dass eine präzise Mengenzumessung über eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einer erfindungsgemäßen Kraftstofffördereinrichtung,
2 einen schematischen Längsschnitt durch die Zumesseinheit der Kraftstofffördereinrichtung der 1 und
3 einen vergrößerten Ausschnitt der 2 im Bereich eines bruchgefährdeten Sicherungselements.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem umfasst eine Kraftstoffhochdruckpumpe 4 mit zwei Pumpenelementen. Jedes Pumpenelement weist einen Pumpenkolben 26 auf, der einenends über einen Rollenstößel 27 an einem Nocken 24 einer Antriebswelle 23 abgestützt ist und andernends einen Elementraum 25 begrenzt. Der Elementraum 25 ist über ein Einlassventil 6 mit Kraftstoff befüllbar. Während eines Förderhubs des Pumpenkolbens 26 wird der im Elementraum 25 vorhandene Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt und anschließend über ein Auslassventil 28 einem Hochdruckspeicher 29 zugeführt. Um eine Drucküberschreitung im Hochdruckspeicher 29 zu verhindern, ist dieser über ein Druckregelventil 30 mit einer Rücklaufleitung 31 verbunden, die zu einem Tank 19 führt, welcher der Bevorratung von Kraftstoff dient. Die aus dem Hochdruckspeicher 29 abgeführte Menge bleibt somit dem System erhalten.
Der Tank 19 ist über eine Zulaufleitung 22 mit einem Niederdruckbereich 3 der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 verbunden, so dass eine Kraftstofffördereinrichtung 1 mit einem Niederdruckkreislauf ausgebildet wird. Zur Versorgung der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 mit Kraftstoff aus dem Tank 19 ist eine Vorförderpumpe 20 Teil der Kraftstofffördereinrichtung. Ein zwischen der Vorförderpumpe 20 und dem Niederdruckbereich 3 angeordneter Filter 21 soll verhindern, dass etwaige im Kraftstoff enthaltene Partikel in den Niederdruckbereich 3 der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 gelangen. Ferner ist als Teil der Kraftstofffördereinrichtung 1 eine Zumesseinheit 2 zur saugseitigen Mengenregelung vorgesehen, die in ein Gehäuseteil 10 der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 integriert ist. Über einen Strömungspfad 5 ist eine Verbindung der Zumesseinheit 2 mit dem Einlassventil 6 der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 hergestellt.
Da im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 Druckpulsationen im Niederdruckbereich 3 auftreten können, ist vorliegend im Strömungspfad 5 eine Drosselstelle 7 ausgebildet. An der Drosselstelle 7 werden pulsationsbedingte Druckwellen reflektiert, so dass sie nicht bis zur Zumesseinheit 2 gelangen. Durch Reflektion der Druckwellen wird zudem eine zumindest teilweise Kompensation der Druckwellen bewirkt, da sich gegenläufige Druckwellen einander aufheben. Auf diese Weise können im Niederdruckbereich 3 auftretende Druckpulsationen gemindert werden. Die Zumesseinheit 2 wird zudem vor einem erhöhten Verschleiß geschützt, so dass eine zuverlässige Mengenregelung über eine möglichst lange Zeit gewährleistet ist.
In den 2 und 3 ist die Zumesseinheit 2 des Kraftstoffeinspritzsystems der 1 vergrößert dargestellt. Die Zumesseinheit 2 ist als ein elektromagnetisch betätigbares Proportionalventil ausgeführt, das einen in einer Axialbohrung 12 eines Ventilgehäuses 11 hin und her beweglich aufgenommenen Ventilkolben 8 aufweist. Der Ventilkolben 8 ist hülsenförmig ausgeführt und weist umfangseitig Steuerschlitze 9 auf, so dass in Abhängigkeit von der axialen Lage des Ventilkolbens 8 als Radialbohrungen ausgeführte Einlassöffnungen 32 mit einer stirnseitig im Ventilgehäuse 11 angeordneten Auslassöffnung 33 verbindbar sind. Im Bereich der Auslassöffnung 33 ist ein ringförmiges Sicherungselement 15 in die Axialbohrung 12 des Ventilgehäuses 11 eingepresst, an dem eine Kolbenfeder 13 abgestützt ist. Die Kolbenfeder 13 drückt den Ventilkolben 8 gegen einen Ankerbolzen 14, der mit einem Anker 17 verbunden ist, so dass die axiale Lage des Ankerbolzens 14 und damit auch des Ventilkolbens 8 bei Bestromung einer Magnetspule 16 veränderbar ist. Entsprechend verändert sich der Volumenstrom durch die Zumesseinheit 2, um die gewünschte saugseitige Mengenregelung zu realisieren.
Da das in die Axialbohrung 12 des Ventilgehäuses 11 eingepresste ringförmige Sicherungselement 15 besonders verschleißbehaftet und damit bruchgefährdet ist, kann durch eine Reduzierung der im Niederdruckbereich 3 auftretenden Druckpulsationen die Belastung des Sicherungselements 15 gesenkt werden. Denn mit einer Reduzierung der Druckpulsationen wird zugleich das Kavitationsrisiko gemindert, so dass kavitationsbedingte Schäden deutlich weniger oder nicht auftreten.
Verschleißmindernd wirkt sich zudem ein ringförmiges Siebteil 18 aus, das im Bereich der Einlassöffnungen 32 außen auf das Ventilgehäuse 11 aufgesetzt ist und den Eintrag von Partikeln in die Zumesseinheit 2 verhindert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007038426 A1 [0002]

Claims

Kraftstofffördereinrichtung (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend eine Zumesseinheit (2) zur saugseitigen Mengenregelung im Niederdruckbereich (3) einer Kraftstoffhochdruckpumpe (4), wobei die Zumesseinheit (2) über einen Strömungspfad (5) mit einem Einlassventil (6) der Kraftstoffhochdruckpumpe (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zumesseinheit (2) und dem Einlassventil (6) eine Drosselstelle (7) im Strömungspfad (5) ausgebildet ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinheit (2) als elektromagnetisch betätigbares Proportionalventil ausgeführt ist und einen hin und her beweglichen Ventilkolben (8) mit mindestens einem Steuerschlitz (9) besitzt.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (7) eine Drosselquerschnittsfläche aufweist, die im Wesentlichen gleich groß wie oder größer als die Fläche des mindestens einen im Ventilkolben (8) ausgebildeten Steuerschlitzes (9) ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (7) eine Drosselquerschnittsfläche aufweist, die zwischen 3 mm² und 7 mm² beträgt.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (7) in einem Gehäuseteil (10) der Kraftstoffhochdruckpumpe (4) ausgebildet ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinheit (2) in die Kraftstoffhochdruckpumpe (4) integriert oder an die Kraftstoffhochdruckpumpe (4) angebaut ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinheit (2) ein Ventilgehäuse (11) mit einer Axialbohrung (12) aufweist, in welcher der Ventilkolben (8) hin und her beweglich aufgenommen und mittels einer Kolbenfeder (13) gegen einen Ankerbolzen (14) axial vorgespannt ist.
Kraftstofffördereinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenfeder (13) einerseits am Ventilkolben (8), andererseits an einem Sicherungselement (15) abgestützt ist, das vorzugsweise ringförmig ausgeführt und/oder in die Axialbohrung (12) des Ventilgehäuses (11) eingepresst ist.
Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-Einspritzsystem, zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, umfassend eine Kraftstofffördereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine Kraftstoffhochdruckpumpe (4) als Teil der Kraftstofffördereinrichtung (1).