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Die Erfindung betrifft eine Zumesseinheit für eine Kraftstsofffördereinrichtung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Zumesseinheit dient vorzugsweise der saugseitigen Mengenregelung im Niederdruckbereich einer Kraftstoffhochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems.
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Stand der Technik
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Eine Zumesseinheit der eingangs genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 089 801 A1 hervor. Über die Zumesseinheit ist einer Kraftstoffhochdruckpumpe die exakte aktuell benötigte Kraftstoffmenge zuführbar, so dass nicht unnötig Energie für die Kraftstoffkomprimierung verbraucht wird. Die Zumesseinheit ist hierzu als elektromagnetisches Proportionalventil ausgeführt, das ein Magnetteil und einen im Magnetteil hin und her verschiebbar aufgenommenen Ventilkolben umfasst. In Richtung eines Ankers ist der Ventilkolben von der Federkraft einer Schraubendruckfeder beaufschlagt, die einerseits am Ventilkolben, andererseits an einem ringförmigen Sicherungselement abgestützt ist.
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Das der Abstützung der Schraubendruckfeder dienende ringförmige Sicherungselement wird üblicherweise in das Magnetteil eingepresst, so dass über die Einpresstiefe die Federkraft der Schraubendruckfeder einstellbar ist. Auf das Sicherungselement wirken somit in axialer Richtung hohe Kräfte. Im Betrieb der Zumesseinheit wird das Sicherungselement zudem von Kraftstoff durchströmt. Aufgrund von Druckpulsationen, die häufig im Niederdruckbereich einer Kraftstoffhochdruckpumpe auftreten, ist das Sicherungselement einer erhöhten Kavitationsgefahr und damit einer zusätzlichen Belastung ausgesetzt, die den Verschleiß beschleunigt. Dies gilt insbesondere, wenn im Niederdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe keine Einrichtung zur Dämpfung von Druckpulsationen vorgesehen ist. In der Folge kann es zum Bruch des Sicherungselements kommen, so dass die Funktion der Zumesseinheit und damit eine präzise Mengenzumessung nicht mehr gewährleistet sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zumesseinheit für eine Kraftstofffördereinrichtung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, anzugeben, die weniger verschleißbehaftet ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Zumesseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Zumesseinheit umfasst ein Ventilgehäuse und einen Ventilkolben, der zur Verbindung eines Einlasses mit einem Auslass in einer Axialbohrung des Ventilgehäuses hin und her verschiebbar aufgenommenen ist. Der Ventilkolben ist dabei von der Federkraft einer Kolbenfeder beaufschlagt, die einerseits am Ventilkolben, andererseits an einem Sicherungselement abgestützt ist, das in die Axialbohrung eingesetzt, vorzugsweise eingepresst, ist. Erfindungsgemäß ist die Drehbeweglichkeit des Ventilkolbens und/oder der Kolbenfeder in Bezug auf das Sicherungselement in zumindest eine Drehrichtung durch Verdrehsicherungsmittel eingeschränkt. Das heißt, dass eine Drehbewegung des Ventilkolbens und/oder der Kolbenfeder gegenüber dem Sicherungselement nicht oder nur eingeschränkt möglich ist. Folglich sinkt die mechanische Belastung des Sicherungselements im Kontaktbereich mit der Kolbenfeder bzw. der Kolbenfedereinheit, umfassend den Ventilkolben und die Kolbenfeder. Der Verschleiß am Sicherungselement wird auf diese Weise gemindert und die Robustheit der Zumesseinheit steigt.
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Die Kolbenfeder bzw. die Kolbenfedereinheit, umfassend den Ventilkolben und die Kolbenfeder, sind üblicherweise drehbeweglich im Ventilgehäuse aufgenommen. Zu einer Drehbewegung der Kolbenfeder bzw. der Kolbenfedereinheit gegenüber dem Ventilgehäuse kommt es insbesondere bei hohen Pumpendrehzahlen. Dabei führt die Kolbenfeder bzw. die Kolbenfedereinheit auch eine Drehbewegung gegenüber dem Sicherungselement aus, da dieses in der Regel drehfest im Ventilgehäuse aufgenommen ist. Der Kontaktbereich zwischen dem Sicherungselement und der Kolbenfeder unterliegt somit bei einer herkömmlichen Zumesseinheit einem erhöhten Verschleiß. Bei der erfindungsgemäßen Zumesseinheit tragen die Verdrehsicherungsmittel dazu bei, dass eine Drehbewegung der Kolbenfeder bzw. der Kolbenfedereinheit gegenüber dem Sicherungselement nicht oder nur eingeschränkt möglich ist, so dass der Verschleiß im Kontaktbereich deutlich gemindert ist.
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Zur Erzielung der gewünschten Verschleißminderung kann es ausreichen, dass die Drehbeweglichkeit der Kolbenfeder oder der Kolbenfedereinheit gegenüber dem Ventilgehäuse bzw. dem Sicherungselement in nur einer Drehrichtung eingeschränkt oder unterbunden wird. Denn die zu unterbindende Drehbewegung erfolgt üblicherweise in einer bevorzugten Drehrichtung. Andernfalls sollte sichergestellt werden, dass die Verdrehsicherungsmittel eine Verdrehsicherung der Kolbenfeder bzw. der Kolbenfedereinheit gegenüber dem Sicherungselement in beide Drehrichtungen bewirken.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Verdrehsicherungsmittel eine außenumfangseitig am Ventilkolben ausgebildete Geometrie, die in Eingriff mit einer innenumfangseitig im Ventilgehäuse ausgebildeten Ausnehmung steht. Bei der Geometrie kann es sich beispielsweise um einen Pin handeln, der nach radial außen übersteht. Die innenumfangseitig im Ventilgehäuse vorgesehene Ausnehmung, in welche die Geometrie eingreift, ist vorzugsweise als Längsnut ausgeführt, so dass weiterhin eine Längsverschiebung des Ventilkolbens möglich ist, wenn die Geometrie des Ventilkolbens in Eingriff mit der Ausnehmung des Ventilgehäuses steht.
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Um sicherzustellen, dass nicht nur eine Drehbewegung der Kolbenfeder bzw. der Kolbenfedereinheit gegenüber dem Ventilgehäuse unterbunden wird, sondern ferner gegenüber dem Sicherungselement, ist dieses bevorzugt drehfest mit dem Ventilkolben verbunden. Vorzugsweise ist eine drehfeste Verbindung durch Einpressen des Sicherungselements in das Ventilgehäuse hergestellt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfassen die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verdrehsicherungsmittel Mittel, über die eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung der Kolbenfeder mit dem Sicherungselement hergestellt ist. Das heißt, dass die Kolbenfeder und das Sicherungselement kraft- und/oder formschlüssig verbunden sind, wobei der Kraft- und/oder Formschluss in eine Drehrichtung wirkt bzw. wirken. Auf diese Weise wird die Drehbeweglichkeit der Kolbenfeder gegenüber dem Sicherungselement in zumindest eine Drehrichtung eingeschränkt bzw. gänzlich verhindert. Da lediglich die Kolbenfeder des Kolbenfedersystems in direktem Kontakt mit dem Sicherungselement steht, kann durch eine Verdrehsicherung der Kolbenfeder gegenüber dem Sicherungselement der Verschleiß und damit die Bruchgefahr des Sicherungselements bereits deutlich reduziert werden, so dass eine Verdrehsicherung des Ventilkolbens nicht zwingend erforderlich ist.
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Zur Herstellung eines in Drehrichtung wirksamen Kraft- und/oder Formschlusses wird vorgeschlagen, dass die Kolbenfeder und das Sicherungselement über eine Steck-, Press-, Klemm- und/oder Rastverbindung verbunden sind. Derartige Verbindungen sind in der Regel besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
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Beispielsweise kann ein in Drehrichtung wirksamer Formschluss dadurch erreicht werden, dass die Kolbenfeder in zumindest einer Drehrichtung am Sicherungselement abgestützt ist. Das Sicherungselement kann hierzu eine axial und/oder radial vorstehende Geometrie aufweisen, die in die Kolbenfeder eingreift oder die Kolbenfeder hintergreift. Beispielsweise kann die Kolbenfeder als Schraubendruckfeder ausgeführt sein, so dass die am Sicherungselement ausgebildete Geometrie derart ausgebildet sein kann, dass sie ein Windungsende der Schraubendruckfeder hintergreift.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Kolbenfeder eine axial und/oder radial vorstehende Geometrie aufweist, die in eine Ausnehmung des Sicherungselements eingreift. In der Ausgestaltung als Schraubendruckfeder kann beispielsweise die Kolbenfeder ein abgewinkeltes Windungsende zur Ausbildung der axial und/oder radial vorstehenden Geometrie aufweisen. Die Ausnehmung ist vorzugsweise in einer Stirnfläche des Sicherungselements ausgebildet, die der Abstützung der Kolbenfeder dient.
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Zur Herstellung eines in Drehrichtung wirksamen Kraftschlusses zwischen dem Sicherungselement und der Kolbenfeder wird ferner vorgeschlagen, dass die Kolbenfeder einen Endabschnitt aufweist, der unter einer radialen Vorspannung an einem hohlzylinderförmigen Kragen des Sicherungselements anliegt. Diese Ausführungsform ist besonders einfach herzustellen, da sie keine konstruktiven Änderungen am Sicherungselement oder an der Kolbenfeder erfordert, sofern lediglich ein Pressübermaß der Kolbenfeder und/oder des Kragens des Sicherungselements.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Kolbenfeder endseitig in eine stirnseitige Ringnut des Sicherungselements eingepresst ist. Die Kolbenfeder liegt in diesem Fall beidseits unter einer radialen Vorspannung am Sicherungselement an, so dass die über den Presssitz erzielte Verdrehsicherung weiter verbessert wird.
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Die Kolbenfeder ist vorteilhafterweise als Schraubendruckfeder ausgeführt, da sich diese - wie nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen dargestellt - besonders einfach kraft- und/oder formschlüssig mit dem Sicherungselement verbinden lässt.
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Das Sicherungselement ist bevorzugt ringförmig gestaltet, so dass es sich einfach in die Axialbohrung des Ventilgehäuses einsetzen, vorzugsweise einpressen, lässt.
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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 und
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich eines bruchgefährdeten Sicherungselements der Zumesseinheit,
- 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Sicherungselement und eine Kolbenfeder einer erfindungsgemäßen Zumesseinheit gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
- 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein Sicherungselement und eine Kolbenfeder einer erfindungsgemäßen Zumesseinheit gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform,
- 5 einen schematischen Längsschnitt durch ein Sicherungselement und eine Kolbenfeder einer erfindungsgemäßen Zumesseinheit gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform,
- 6 einen schematischen Längsschnitt durch ein Sicherungselement und eine Kolbenfeder einer erfindungsgemäßen Zumesseinheit gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform und
- 7 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zumesseinheit gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte Zumesseinheit 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einer Axialbohrung 6 auf, in der ein Ventilkolben 3 axial verschiebbar aufgenommen ist. Der Ventilkolben 3 ist mittels einer Kolbenfeder 7 in axialer Richtung vorgespannt, so dass er zur Anlage an einem Ankerbolzen 19 gelangt. Der Ankerbolzen 19 ist andernends mit einem Anker 21 verbunden, der von einer ringförmigen Magnetspule 20 umgeben ist, so dass in Abhängigkeit vom jeweiligen Bestromungszustand der Magnetspule 20 der Ventilkolben 3 mittels des Ankerbolzens 19 entgegen der Federkraft der Kolbenfeder 7 axial verschiebbar ist. Über eine axiale Verschiebung des Ventilkolbens 3 innerhalb der Axialbohrung 6 ist nicht nur eine Strömungsverbindung eines Einlasses 4 mit einem Auslass 5 herstellbar, sondern ferner der Durchfluss durch die Zumesseinheit steuer- bzw. regelbar, so dass die Zumesseinheit 1 zur saugseitigen Mengenregelung in einem Niederdruckbereich einer Kraftstoffhochdruckpumpe (nicht dargestellt) einsetzbar ist. Als Einlass 4 dienen vorliegend mehrere im Ventilgehäuse 2 ausgebildete Radialbohrungen, während die im Ventilgehäuse 2 ausgebildete Axialbohrung 6 den Auslass 5 definiert.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist die Kolbenfeder 7 an einem ringförmigen Sicherungselement 8 abgestützt, das in die Axialbohrung 6 des Ventilgehäuses 2 eingepresst ist. Das ringförmige Sicherungselement 8 weist einen hohlzylinderförmigen Kragen 17 auf, an dem die Kolbenfeder 7 unter einer radialen Vorspannung anliegt. Auf diese Weise wird eine kraftschlüssige Verbindung der Kolbenfeder 7 mit dem Sicherungselement 8 erreicht, die auch in Drehrichtung wirkt, so dass einer Verdrehung der Kolbenfeder 7 gegenüber dem Sicherungselement 8 entgegengewirkt wird. Der Verschleiß im Kontaktbereich zwischen der Kolbenfeder 7 und dem Sicherungselement 8 wird somit gemindert.
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Zur Erzielung des Kraftschlusses weist die Kolbenfeder 7, die vorliegend als Schraubendruckfeder ausgeführt ist, ein radiales Übermaß gegenüber dem Kragen 17 des Sicherungselements 8 auf. Das radiale Übermaß der Kolbenfeder 7 dient demnach als Verdrehsicherungsmittel 9, durch welche sich die erfindungsgemäße Zumesseinheit 1 von einer herkömmlichen Zumesseinheit unterscheidet.
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Den 3 bis 7 sind weitere bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Zumesseinheit 1 zu entnehmen, wobei die Unterschiede im Wesentlichen nur die konkrete Ausgestaltung der Verdrehsicherungsmittel 9 betreffen, so dass sich die Darstellung der Einfachheit halber jeweils auf das Sicherungselement 8 und die Kolbenfeder 7 beschränkt.
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Bei der Ausführungsform gemäß der 3 werden die Verdrehsicherungsmittel 9 durch eine Geometrie 12 gebildet, die auf einer Stirnfläche 15 des Sicherungselements 8 in Form einer Erhebung ausgebildet ist. An der Geometrie 12 ist die Kolbenfeder 7 in einer Drehrichtung abgestützt, da die Geometrie 12 ein Windungsende der Kolbenfeder 7 hintergreift.
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In der 4 weist der hohlzylinderförmige Kragen 17 des Sicherungselements 8 eine sich nach radial innen erstreckende Aufdickung 22 auf, die analog der Ausführungsform der 1 und 2 eine Pressverbindung der Kolbenfeder 7 mit dem Sicherungselement 8 ermöglicht. Die Verdrehsicherung wird in diesem Fall wiederum durch eine kraftschlüssige Verbindung der Kolbenfeder 7 mit dem Sicherungselement 8 erreicht.
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Ein in Drehrichtung wirksamer Kraftschluss kann ferner erzielt werden, wenn gemäß der 5 ein Endabschnitt 16 der Kolbenfeder 7 in eine stirnseitige Ringnut 18 des Sicherungselements 8 eingepresst wird.
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Um analog der Ausführungsform der 3 einen Formschluss zwischen der Kolbenfeder 7 und dem Sicherungselement 8 zu erzielen, kann ferner - wie in der 5 dargestellt - die Kolbenfeder 7 eine Geometrie 13 aufweisen, die in eine Ausnehmung 14 des Sicherungselements 8 eingreift. Die Geometrie 13 wird vorliegend durch ein abgewinkeltes Windungsende der Kolbenfeder 7 gebildet, über welches sich die Kolbenfeder 7 in Drehrichtung am Sicherungselement 8 abstützt.
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Wie in der 7 dargestellt, kann über eine Verdrehsicherung des Ventilkolbens 3 gegenüber dem Ventilgehäuse 2 ebenfalls eine Verdrehsicherung der Kolbenfeder 7 gegenüber dem Sicherungselement 8 erreicht werden. Dies setzt voraus, dass der Ventilkolben 3 und die Kolbenfeder 7 eine Kolbenfedereinheit ausbilden, in der sich die Kolbenfeder 7 in Drehrichtung nicht relativ zum Ventilkolben 3 bewegen kann. Das Sicherungselement 8 muss zudem drehfest mit dem Ventilgehäuse 2 verbunden sein. In diesem Fall können die Verdrehsicherungsmittel 9 durch eine außenumfangseitig am Ventilkolben 3 ausgebildete Geometrie 10 realisiert werden, die in eine innenumfangseitig im Ventilgehäuse 2 ausgebildete Ausnehmung 11 eingreift. In der 7 wird die Geometrie 10 durch einen seitlich überstehenden Pin gebildet, der in eine als Längsnut ausgeführte Ausnehmung 11 eingreift.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011089801 A1 [0002]
