DE10324010A1

DE10324010A1 - Einrichtung zur Einstellung eines veränderlichen Durchflussquerschnitts

Info

Publication number: DE10324010A1
Application number: DE10324010A
Authority: DE
Inventors: Sascha Ambrock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16
Also published as: EP1631741A1; WO2004111437A1; EP1631741B1; DE502004004245D1

Abstract

Einrichtung zur Einstellung eines veränderlichen Durchflussquerschnitts in einer Kraftstoffverbindung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem elektrischen Aktor (45) und einem durch diesen betätigten Regelventil (46). Das Regelventil (46) weist ein in einer Zylinderbohrung (52) eines Ventilgehäuses (50) geführtes hohles Ventilglied (54) auf, das durch den Aktor (45) gegen eine Rückstellkraft (66) verschiebbar ist. Das Ventilglied (54) steuert mit wenigstens einer in dessen Mantel ausgebildeten Öffnung (64) in Zusammenwirkung mit wenigstens einer am Mantel der Zylinderbohrung (52) mündenden Öffnung (56) einen Durchflussquerschnitt, wobei dem Regelventil (46) in die Zylinderbohrung (52) und das Innere des Ventilglieds (54) unter Druck stehender Kraftstoff zugeführt wird und Kraftstoff aus dem Regelventil (46) durch die wenigstens eine Öffnung (64) im Ventilglied (54) und die wenigstens eine am Mantel der Zylinderbohrung (52) mündende Öffnung (56) abfließt. Das Ventilglied (54) weist in seinem Mantel wenigstens eine sich zumindest über einen Teil seines Umfangs erstreckende Nut (70) auf, die mit dem Inneren des Ventilglieds (54) verbunden ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Einstellung eines veränderlichen Durchflussquerschnitts nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Einrichtung ist durch die DE 198 53 103 A1 bekannt. Diese Einrichtung dient zur Einstellung eines veränderlichen Durchflussquerschnitts in einer Kraftstoffverbindung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine. Die Einrichtung weist einen elektrischen Aktor in Form eines Elektromagneten und ein durch diesen betätigtes Regelventil auf. Das Regelventil weist ein in einer Zylinderbohrung eines Ventilgehäuses geführtes hohel Ventilglied auf, das durch den Aktor gegen eine Rückstellkraft verschiebbar ist. Das Ventilglied steuert dabei in Zusammenwirkung mit wenigstens einer am Mantel der Zylinderbohrung mündenden Öffnung einen Durchflussquerschnitt. Dem Regelventil fließt dabei in das Innere des Ventilglieds unter Druck stehender Kraftstoff zu und aus dem Regelventil fließt durch wenigstens eine Öffnung im Mantel des Ventilglieds und die wenigstens eine Öffnung am Mantel der Zylinderbohrung Kraftstoff ab. Die Einrichtung ist zwischen einer Förderpumpe und einer Hochdruckpumpe angeordnet, um einen veränderlichen Durchflussquerschnitt zwischen der Förderpumpe und der Hochdruckpumpe und damit veränderliche Ansaugmengen an Kraftstoff bei der Hochdruckpumpe zu ermöglichen. Durch die Hochdruckpumpe wird Kraftstoff in einen Speicher gefördert, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird. Bei dieser bekannten Einrichtung besteht das Problem, dass zwischen dem Ventilglied und der Zylinderbohrung eine relativ hohe Reibung auftritt, die zu einer starken Hysterese in der Bewegung des Ventilglieds und entsprechender Hysterese bei der Einstellung des Durchflussquerschnitts führt. Es kann hier somit nicht mehr durch eine vorgegebene Ansteuerung des Aktors ein definierter Durchflussquerschnitt eingestellt werden, da das Ventilglied infolge der starken Reibung nicht in die erforderliche Stellung bewegt werden kann. Die starke Reibung führt außerdem zu erhöhtem Verschleiß des Ventilglieds und des Ventilgehäuses.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die wenigstens eine Nut am Ventilglied eine Schmierung zwischen dem Ventilglied und der Zylinderbohrung ermöglicht ist, da der Nut unter Druck stehender Kraftstoff aus dem Inneren des Ventilglieds zugeführt wird. Hierdurch wird die Reibung zwischen dem Ventilglied und der Zylinderbohrung verringert und dadurch die Funktion der Einrichtung verbessert sowie der Verschleiß verringert.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine weiter verbesserte Schmierung zwischen Ventilglied und Zylinderbohrung.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, 2 in vergrößerter Darstellung eine Einrichtung zur Einstellung eines veränderlichen Durchflussquerschnitts der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem Längsschnitt und 3 die Einrichtung in einem Querschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine und weist einen oder mehrere Zylinder auf. Das Kraftfahrzeug weist einen Kraftstoffvorratsbehälter 10 auf, in dem Kraftstoff für den Betrieb der Brennkraftmaschine bevorratet ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe 12 auf, durch die Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 zu wenigstens einer Hochdruckpumpe 14 gefördert wird. Die Hochdruckpumpe 14 fördert Kraftstoff in einen Speicher 16, der beispielsweise rohrförmig oder in beliebiger anderer Form ausgebildet sein kann. Vom Speicher 16 führen Leitungen 18 zu an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordneten Injektoren 20 ab. An den Injektoren 20 ist jeweils ein elektrisches Steuerventil 22 angeordnet, durch das eine Öffnung der Injektoren gesteuert wird, um so eine Kraftstoffeinspritzung durch den jeweiligen Injektor 20 zu bewirken oder eine Kraftstoffeinspritzung zu verhindern. Die Steuerventile 22 werden durch eine elektronische Steuereinrichtung 23 angesteuert, durch die in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Drehzahl, Last, Temperatur und weiteren, der Zeitpunkt und die Dauer der Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren 20 bestimmt wird.
Die Hochdruckpumpe 14 wird mechanisch durch die Brennkraftmaschine und damit proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Förderpumpe 12 kann ebenfalls mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei für die Hochdruckpumpe 14 und die Förderpumpe 12 eine gemeinsame Antriebswelle vorgesehen sein kann. Die Förderpumpe 12 kann alternativ auch beispielsweise einen elektromotorischen Antrieb aufweisen. Die Hochdruckpumpe 14 kann als Radialkolbenpumpe ausgebildet sein und weist wenigstens ein oder mehrere Pumpenelemente auf.
Zwischen der Förderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 ist eine Einrichtung 44 angeordnet, durch die ein veränderlicher Durchflussquerschnitt eingestellt werden kann und die hier eine Kraftstoffzumesseinrichtung bildet. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 44 weist ein durch einen elektrischen Aktor 45, beispielsweise einen Elektromagneten oder einen Piezoaktor, betätigtes Regelventil 46 auf, durch das der Durchflussquerschnitt von der Förderpumpe 12 zur Hochdruckpumpe 14 kontinuierlich verstellbar ist. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 44 wird ebenfalls durch die Steuereinrichtung 23 angesteuert, in der Weise, dass durch die Förderpumpe 12 eine Kraftstoffmenge der Hochdruckpumpe 14 zugeführt wird, die dann wiederum durch die Hochdruckpumpe 14 unter Hochdruck in den Speicher 16 gefördert wird, um im Speicher 16 einen vorgegebenen, von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängigen Druck aufrechtzuerhalten. Am Speicher 16 ist dabei ein Drucksensor 17 angeordnet, der mit der Steuereinrichtung 23 verbunden ist und dieser ein Signal für den tatsächlichen Druck im Speicher 16 zuführt.
In den 2 und 3 ist die Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 vergrößert gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 weist als Teil des Regelventils 46 ein Ventilgehäuse 50 auf, in dem in einer Zylinderbohrung 52 ein als hohler Kolben ausgebildetes Ventilglied 54 verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied 54 kann topfförmig ausgebildet sein und an einem Ende einen Boden mit wenigstens einer Öffnung aufweisen. Das Ventilgehäuse 50 kann einen Magnetkern des als Elektromagnet ausgeführten Aktors 45 bilden. Am Mantel der Zylinderbohrung 52 mündet wenigstens eine Öffnung 56, die eine Verbindung zur Hochdruckpumpe 14 bildet. In der Zylinderbohrung 52 ist eine umlaufende Ringnut 58 ausgebildet, in die die wenigstens eine Öffnung 56 mündet. Die Zylinderbohrung 52 ist als Sackbohrung im Ventilgehäuse 50 ausgebildet und an ihrem offenen Ende mit einer in diese eingesetzten, beispielsweise eingepressten oder eingeschraubten Deckel 60 verschlossen. Der Deckel 60 weist eine Öffnung 62 auf, die eine Verbindung zur Förderpumpe 12 bildet. In die Zylinderbohrung 52 und in das Innere des hohlen Ventilglieds 54 fließt somit durch die Öffnung 62 im Deckel 60 der durch die Förderpumpe 12 geförderte Kraftstoff zu. Das Ventilglied 54 weist in seinem Mantel wenigstens eine, vorzugsweise mehrere über dessen Umfang verteilt angeordnete Öffnungen 64 auf. Die Öffnungen 64 sind beispielsweise derart ausgebildet, dass diese in axialer Richtung zu dem dem Deckel 60 abgewandten Endbereich des Ventilglieds 54 hin schmäler werden. Die Öffnungen 64 können auch eine beliebige andere Form aufweisen.
Zwischen dem Deckel 60 und dem Ventilglied 54 ist eine vorgespannte Feder 66 eingespannt, durch die das Ventilglied 54 vom Deckel 60 weggedrückt wird. Am dem Deckel 60 abgewandten Endbereich des Ventilglieds 54 greift an dessen Boden zumindest mittelbar, beispielsweise über eine Stange 68, der Aktor 45 an. Wenn der Aktor 45 nicht angesteuert ist, also stromlos ist, so wird das Ventilglied 54 durch die Feder 66 vom Deckel 60 weggedrückt, wobei sich dann die Öffnungen 64 im Ventilglied 54 mit der Ringnut 58 der Zylinderbohrung 52 weitgehend überdecken, so dass ein grosser Durchflussquerschnitt für den Kraftstoff von der Förderpumpe 12 zur Hochdruckpumpe 14 freigegeben ist. Wenn der Aktor 45 angesteuert, also bestromt wird, so wird das Ventilglied 54 gegen die Kraft der Feder 66 zum Deckel 60 hin verschoben. Bei der Verschiebung des Ventilglieds 54 überdecken sich die Öffnungen 64 des Ventilglieds 54 zunehmend weniger mit der Ringnut 58 der Zylinderbohrung 52, so dass ein zunehmend kleinerer Durchflussquerschnitt für den Kraftstoff von der Förderpumpe 12 zur Hochdruckpumpe 14 freigegeben wird. Der freigegebene Durchflussquerschnitt ist dabei proportional zur Stellung des Ventilglieds 54, die wiederum proportional zur Ansteuerung, insbesondere der Stromstärke, des Aktors 45 ist. Durch die Form der Öffnungen 64 im Ventilglied 54 kann die Änderung der Größe des freigegebenen Durchflussquerschnitts bei einer Verschiebung des Ventilglieds 54 beeinflusst werden und damit eine gewünschte Kennlinie der Einrichtung erreicht werden. Bei den schmäler werdenden Öffnungen 64 wird eine nichtlineare Kennlinie der Einrichtung erreicht, wobei der Durchflussquerschnitt mit zunehmendem Verschiebeweg des Ventilglieds 54 zum Deckel 60 hin überproportional verringert wird. Bei Ansteuerung des Aktors 45 mit maximaler Stromstärke wird das Ventilglied 54 so weit zum Deckel 60 hin verschoben, dass dessen Öffnungen 64 sich nicht mehr mit der Ringnut 58 der Zylinderbohrung 52 überdecken und der Durchflussquerschnitt zumindest annähernd vollständig verschlossen ist. Alternativ können die Öffnungen 64 im Ventilglied 54 auch entfallen, wobei dann durch das Ende des Mantels des Ventilglieds 54 durch dessen unterschiedliche Überdeckung mit der Ringnut 58 des Ventilgehäuses 50 die Größe des Durchflussquerschnitts gesteuert wird.
Das Ventilglied 54 weist in seinem Mantel wenigstens eine, sich zumindest über einen Teil von dessen Umfang erstreckende Nut 70 auf. Vorzugsweise ist die Nut 70 als über den gesamten Umfang des Ventilglieds 54 verlaufende Ringnut ausbildet. Vorzugsweise sind wenigstens zwei Nuten 70 vorgesehen, die jeweils nahe einem axialen Endbereich des Ventilglieds 54 angeordnet sind. Die nahe dem dem Deckel 60 zugewandten Endbereich des Ventilglieds 54 angeordnete Nut 70 ist mit axialem Abstand zu den Öffnungen 64 angeordnet und überdeckt sich mit diesen nicht. Die Nuten 70 sind über jeweils wenigstens eine Bohrung 72 mit dem Inneren des Ventilglieds 54 verbunden. Im Inneren des Ventilglieds 54 herrscht ständig der von der Förderpumpe 12 erzeugte Druck, so dass den Nuten 70 des Ventilglieds 54 ständig unter Druck stehender Kraftstoff aus dem Inneren des Ventilglieds 54 zugeführt wird. Hierdurch wird eine gute Schmierung zwischen dem Ventilglied 54 und der Zylinderbohrung 52 und damit eine geringe Reibung und ein geringer Verschleiß sichergestellt.

Claims

Einrichtung zur Einstellung eines veränderlichen Durchflussquerschnitts in einer Kraftstoffverbindung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem elektrischen Aktor (45) und einem durch diesen betätigten Regelventil (46), wobei das Regelventil (46) ein in einer Zylinderbohrung (52) eines Ventilgehäuses (50) geführtes hohles Ventilglied (54) aufweist, das durch den Aktor (45) gegen eine Rückstellkraft (66) verschiebbar ist, wobei das Ventilglied (54) mit seinem Mantel in Zusammenwirkung mit wenigstens einer am Mantel der Zylinderbohrung (52) mündenden Öffnung (56) einen Durchflussquerschnitt steuert, wobei dem Regelventil (46) in die Zylinderbohrung (52) und das Innere des Ventilglieds (54) unter Druck stehender Kraftstoff zugeführt wird und Kraftstoff aus dem Regelventil (46) durch die wenigstens eine am Mantel der Zylinderbohrung (52) mündende Öffnung (56) abfließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (54) in seinem Mantel wenigstens eine sich zumindest über einen Teil seines Umfangs erstreckende Nut (70) aufweist, die mit dem Inneren des Ventilglieds (54) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (54) nahe seinen beiden axialen Endbereichen jeweils wenigstens eine Nut (70) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Nut (70) über den gesamten Umfang des Ventilglieds (54) erstreckt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nut (70) über wenigstens eine Bohrung (72) im Ventilglied (54) mit dem Inneren des Ventilglieds (54) verbunden ist.
Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (45) ein Elektromagnet ist und dass das Ventilgehäuse (50) einen Magnetkern des Aktors (45) bildet.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Förderpumpe (12) und einer Hochdruckpumpe (14), wobei durch die Förderpumpe (12) Kraftstoff zur Hochdruckpumpe (14) gefördert wird und durch die Hochdruckpumpe (14) Kraftstoff in einen Speicher (16) gefördert wird, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Förderpumpe (12) und der Hochdruckpumpe (14) eine Einrichtung zur Einstellung eines veränderlichen Durchflussquerschnitts nach einem der vorstehenden Ansprüche angeordnet ist.