DE19714489C1 - Einspritzsystem, Druckventil und Volumenstromregelventil und Verfahren zum Regeln eines Kraftstoffdruckes - Google Patents
Einspritzsystem, Druckventil und Volumenstromregelventil und Verfahren zum Regeln eines KraftstoffdruckesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für eine Brenn
kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1,
ein Volumenstromregelventil und Druckventil gemäß dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 3 und ein Verfahren zum Regeln ei
nes Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffspeicher gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Die Regelung des Kraftstoffdruckes bei einem Kraftstoffspei
cher ist insbesondere bei einem Common-Rail-System von Bedeu
tung, da bei einem Common-Rail-System der maximale Kraft
stoffdruck beispielsweise bei 1600 bar liegt. Aufgrund des
hohen Druckes ist es vorteilhaft, den Druck im Kraft
stoffspeicher mit möglichst wenig Verlustleistung zu regeln.
Es ist bereits ein System zur Regelung des Kraftstoffdruckes
in einem Kraftstoffspeicher bekannt, bei dem die Kraftstoff
pumpe stets zuviel Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher pumpt
und bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdruckes
ein Druckventil sich öffnet. Dieses System weist jedoch einen
relativ niedrigen Wirkungsgrad auf.
Weiterhin ist es bekannt, zur Verbesserung des Wirkungsgrades
ein Volumenstromregelventil auf der Zulaufseite der Hoch
druckpumpe vorzusehen und mit dem Volumenstromregelventil den
Druck im Kraftstoffspeicher zu regeln. Hierbei ist es jedoch
notwendig, zusätzlich ein Druckventil am Kraftstoffspeicher
vorzusehen, das den Druck im Kraftstoffspeicher schnell sen
ken kann, was zum Beispiel beim Übergang von Vollast- auf
Leerlaufbetrieb notwendig ist. Zudem ist das Druckregelventil
erforderlich, um den Kraftstoffspeicher nach dem Abschalten
der Brennkraftmaschine drucklos zu schalten.
Aus US 4,884,545 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt,
bei dem eine Kraftstoffpumpe Kraftstoff in einen Kraft
stoffspeicher befördert, der den Kraftstoff an Einspritzven
tile weiterleitet. Im Zulauf zur Kraftstoffpumpe ist ein Vo
lumenstromregelventil vorgesehen, das den Kraftstoffstrom zur
Kraftstoffpumpe einstellt. Das Volumenstromregelventil wird
von einem Steuergerät über einen Aktor gesteuert. Am Kraft
stoffspeicher ist ein Sicherheitsventil 13 vorgesehen, das
bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes Kraftstoff aus
dem Kraftstoffspeicher zum Kraftstofftank zurückfließen läßt.
In der nachveröffentlichten Offenlegungsschrift DE 196 12 413
A1 ist eine Kraftstoffeinspritzsystem beschrieben, bei dem
eine Kraftstoffpumpe einen Kraftstoffspeicher mit Kraftstoff
versorgt, der den Kraftstoff Einspritzventilen zuführt. Im
Zulauf zur Kraftstoffpumpe ist ein Volumenstromregelventil
vorgesehen, das von einem Steuergerät gesteuert wird. Der
Kraftstoffspeicher steht mit einem Druckregelventil in Ver
bindung, das mechanisch an das Volumenstromregelventil gekop
pelt ist. Die mechanische Kopplung ist in der Weise ausgebil
det, daß das Druckregelventil durch die Bewegung des Stell
gliedes, das das Volumenstromregelventil ansteuert, aus einer
Schließstellung in eine Durchgangsstellung verschiebbar ist,
was zu einer schnellen Druckentlastung des Kraftstoffspei
chers führt.
Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, eine kostengünstige
Druckregelung für einen Kraftstoffspeicher bereit zu stellen,
die zugleich einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An
spruchs 1, 3 und 8 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Er
findung beruht darin, daß mit einem einzigen Regelventil so
wohl der Volumenstrom im Zulauf zur Hochdruckpumpe als auch
der Druck im Kraftstoffspeicher geregelt wird.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Er
findung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er
läutert; es zeigen:
Fig. 1 ein Einspritzsystem mit dem erfindungsgemäßen Re
gelventil,
Fig. 2 den schematischen Aufbau des Regelventils,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Regelventils,
Fig. 4 eine Haltedruck- und Volumenstrom-Kennlinie und
Fig. 5 eine bevorzugte Bauform des Regelventils.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Einspritzsystems,
das über eine Vorförderpumpe 2 aus einem Kraftstofftank 11
Kraftstoff über ein Regelventil 10 einer Hochdruckpumpe 1 zu
führt. Die Hochdruckpumpe 1 verdichtet den zugeführten Kraft
stoff und gibt den unter hohem Druck stehendem Kraftstoff in
den Kraftstoffspeicher 4 ab. Der Kraftstoffspeicher 4 steht
mit Einspritzventilen 5 in Verbindung, über die der Kraft
stoff in eine Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Zur Vor
förderpumpe 2 ist ein Vordruckregelventil 3 parallel geschal
tet, das den Kraftstoffdruck nach der Vorförderpumpe 2 auf
einen vorgegebenen Wert einstellt.
Der Kraftstoffspeicher 4 ist über eine Rückleitung 26 an das
Regelventil 10 angeschlossen. Das Regelventil 10 ist zudem an
eine Tankleitung 27 angeschlossen, die zum Kraftstofftank 11
geführt ist. Am Kraftstoffspeicher 4 ist ein Drucksensor 9
angeordnet, der über eine Signalleitung mit einem Steuergerät
6 in Verbindung steht. Zudem sind ein Drehzahlsensor 8 und
ein Gaspedalsensor 7 vorgesehen, die ebenfalls über eine Si
gnalleitung an das Steuergerät 6 angeschlossen sind. Das
Steuergerät 6 verfügt über einen Datenspeicher 28 und ist
über erste Steuerleitungen mit den Einspritzventilen 5 und
über eine zweite Steuerleitung mit dem Regelventil 10 verbun
den.
Die Anordnung nach Fig. 1 funktioniert wie folgt: Das Steu
ergerät 6 steuert in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brenn
kraftmaschine und dem Fahrerwunsch die Einspritzventile 5
nach einem entsprechenden Programm, das im Datenspeicher 28
abgelegt ist. Zudem steuert das Steuergerät 6 das Regelventil
10 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine
und dem Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 4 und regelt
somit den Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 4.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau des Regelventils 10. Das
Regelventil 10 weist einen Aktor 21 auf, der beispielsweise
als Magnet ausgebildet ist. Der Aktor 21 steht direkt mit ei
nem Volumenschließglied 20 in Verbindung, das den Kraftstoff
zulauf 24, der von der Vorförderpumpe 2 kommt, mit dem Kraft
stoffablauf 23, der zur Hochdruckpumpe 1 geführt ist, verbin
det. Zudem steht das Volumenschließglied 20 über eine Feder
12 mit einem Druckschließglied 22 in Verbindung, das die Ver
bindung zwischen der Rückleitung 26 und der Tankleitung 27
mit einem einstellbaren Haltedruck verschließt.
In der Ruheposition ist der Verbindungsquerschnitt zwischen
dem Kraftstoffzulauf 24 und dem Kraftstoffablauf 23 durch das
Volumenschließglied 20 geschlossen und die Verbindung zwi
schen der Rückleitung 26 und der Tankleitung 27 ist geöffnet.
Steuert nun das Steuergerät 6 den Magneten 21 an, so wird das
Volumenschließglied 20 in Richtung auf das Druckschließglied
22 bewegt und damit der Verbindungsquerschnitt zwischen dem
Kraftstoffzulauf 24 und dem Kraftstoffablauf 23 geöffnet. Zu
dem wird über die Feder 12 das Druckschließglied 22 gegen den
Öffnungsquerschnitt der Rückleitung 26 vorgespannt. Vorzugs
weise ist die Feder 12 derart ausgebildet, daß in der Ruhepo
sition das Druckschließglied 22 die Rückleitung 26 freigibt
und die Rückleitung 26 mit der Tankleitung 27 verbunden ist.
Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung des Regelventils 10, bei dem
die Wirkverbindung zwischen dem Volumenschließglied 20 und
dem Druckschließglied 22 über eine erste Koppelfeder 16 und
eine zweite Koppelfeder 17 erreicht wird. Die zweite Koppel
feder 17 ist auf eine vorgegebene Federkraft vorgespannt.
Steuert nun das Steuergerät 6 den Aktor 21 an, so wird das
Volumenschließglied 20 bewegt und der Volumenstrom, der zur
Hochdruckpumpe fließt vergrößert. Zudem wird das Druck
schließglied 22 über die erste Koppelfeder 16 gegen die Rück
leitung 26 vorgespannt. Wird nun die erste Koppelfeder 16 so
weit zusammengedrückt, daß die vorgespannte Federkraft der
zweiten Koppelfeder 17 erreicht wird, so wirken bei einem
weiteren Auslenken des Volumenschließgliedes 20 die erste und
die zweite Koppelfeder 16, 17 in Reihenschaltung.
Fig. 4 zeigt Kennlinien für den Haltedruck P für verschiede
ne Federkopplungen zwischen dem Volumenschließglied und dem
Druckschließglied in Abhängigkeit vom Verschiebeweg S des Ak
tors 21 und in Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt Q, den
das Volumenschließgliedes 20 aufsteuert. Der Haltedruck P
entspricht jeweils einer Schließkraft F. Die Auslenkung im
Bereich größer als S1 entspricht einem Volumenstrom Q < 0. Die
Ruhelage des Aktors 21 liegt jedoch vorzugsweise im Diagramm
bei s = 0, wodurch sicher gestellt wird, daß in der Ruhelage,
d. h. im unbestromten Zustand des Aktors 21 der Kraft
stoffspeicher drucklos geschaltet ist. Bei einer Auslenkung
des Aktors 21 zwischen 0 und S1 baut zunächst das Druck
schließglied 22 einen Haltedruck auf, bevor das Volu
menschließglied 20 den Verbindungsquerschnitt zwischen dem
Kraftstoffzulauf 24 und Kraftstoffablauf 23 bei der ersten
Auslenkung S1 öffnet.
Die Kennlinie A entspricht dem Regelventil 10 der Fig. 2,
bei dem nur eine Feder 12 zwischen dem Volumenschließglied 20
und dem Druckschließglied 22 vorgesehen ist. Der Druck, der
vom Druckschließglied 22 eingestellt wird, nimmt dabei linear
mit der Auslenkung s des Aktors 21 zu. Aus Fig. 4 ist er
kennbar, daß das Volumenschließglied 20 anfangs, d. h. für die
Auslenkung s < S1 einen Leerweg zurücklegt, in dem der Kraft
stoffablauf mit dem Kraftstoffzulauf noch nicht verbunden
wird. Das Druckschließglied 22 ist bei der ersten Auslenkung
S1, bei der das Volumenschließglied den Verbindungsquer
schnitt zwischen der Kraftstoffzuleitung und der Kraftstoff
ableitung öffnet, mit einer Haltekraft F0 vorgespannt. Die
lineare Kennlinie hat den Nachteil, daß bei großer Auslenkung
s eine große Haltekraft F aufgebaut wird.
Die Haltedruckkennlinie für das Regelventil der Fig. 3, bei
der eine erste und eine zweite Koppelfeder 16, 17 zwischen
dem Volumenschließglied 20 und dem Druckschließglied 22 vor
gesehen sind, ist in der Kennlinie B dargestellt. In der Ru
heposition ist die erste Koppelfeder 16 entspannt und die
zweite Koppelfeder 17 mit Hilfe eines Anschlages 18 und einer
Übertragungsscheibe 19 vorgespannt. Auch hier ist für das Vo
lumenschließglied 20 ein Leerweg vorgesehen, so daß es erst
öffnet, wenn das Druckschließglied 22 bereits mit einer Hal
tekraft F1 gegen die Rückleitung 26 Vorgespannt ist. Wird nun
der Aktor 21 angesteuert und das Volumenschließglied 20 aus
gelenkt, so steigt die Haltekraft, mit der das Druckschließ
glied 22 vorgespannt wird, linear bis zu einer zweiten Aus
lenkung S2 an. Der lineare Anstieg entspricht der Federrate
der ersten Koppelfeder 16. Ab der zweiten Auslenkung S2 ist
die erste Koppelfeder 16 derart gespannt, daß die Federkraft
der ersten Koppelfeder 16 die Federkraft der vorgespannten
zweiten Koppelfeder 17 erreicht. Sobald die Spannung der er
sten Koppelfeder 16 die Vorspannkraft der zweiten Koppelfeder
17 überschreitet, löst sich die Übertragungsscheibe 19 vom
Anschlag 18 und die zweite Koppelfeder 17 wird ebenfalls zu
sammengedrückt. Somit wirken die erste und die zweite Koppel
feder 16, 17 ab der zweiten Auslenkung S2 in Reihenschaltung.
Deshalb knickt ab der zweiten Auslenkung S2 der lineare An
stieg der Haltekraft in einen zweiten, flacheren linearen An
stieg ab, der einer geringeren Federrate entspricht. Ab der
zweiten Auslenkung S2 nimmt die Haltekraft, mit der das
Druckschließglied 22 vorgespannt wird, pro Auslenkungseinheit
s geringer zu als im Bereich zwischen der Auslenkung s = 0 und
der zweiten Auslenkung S2, d. h. die Federrate ist kleiner für
s < S2.
Wird anstelle der ersten und der zweiten Koppelfeder 16, 17
eine Feder, insbesondere eine Tellerfeder verwendet, die eine
degressive Federkennlinie aufweist, so ergibt sich eine Hal
tekraft des Druckschließgliedes 22 in Abhängigkeit von der
Auslenkung des Magneten 21 entsprechend der Kennlinie C der
Fig. 4. Aufgrund der degressiven Federkennlinie nimmt bei
kleinen Auslenkungen nach der Ruheposition s = 0 die Haltekraft
des Druckschließgliedes 22 steil zu und geht im Bereich der
zweiten Auslenkung S2 in einen nahezu horizontalen Verlauf
über. Bei der ersten Auslenkung S1 weist die Tellerfeder eine
vorgegebene Haltekraft F2 auf.
Durch die degressiven Tellerfeder oder durch die zwei Koppel
federn 16, 17, wird ausgehend von der Ruheposition bei s = 0
ein steiler Anstieg der Haltekraft auf das Druckschließglied
22 erreicht, der ab einer vorgebbaren, zweiten Auslenkung S2
des Aktors 21 in einen flachen Anstieg übergeht. Die Kennli
nie B und C sind den tatsächlichen Verhältnissen des Kraft
stoffdruckes im Kraftstoffspeicher und des zugeführten Volu
menstromes zum Kraftstoffspeicher angepaßt. Für ein Common-
Rail-System sind bereits bei geringen Volumenströmen, d. h.
bei geringer Menge an Kraftstoff, die eingespritzt wird, und
niedriger Motordrehzahl hohe Kraftstoffdrücke notwendig. So
mit bieten die Kennlinien B und C einen guten Wirkungsgrad
für die elektrische Ansteuerung, da unnötig hohe Haltekräfte
bei großen Auslenkungen vermieden werden. Es ist vorteilhaft,
die Feder mit der degressiven Federkennlinie so einzubauen,
daß diese in einem vorgegebenen Abstand zum Volumenschließ
glied oder Druckschließglied angeordnet ist, denn damit wird
ein Aufbau eines Gegendruckes vermieden, wenn der Druck im
Kraftstoffspeicher über das Druckschließglied abgebaut wird.
Die Kennlinienformen B, C bieten weiterhin den Vorteil, daß im
Bereich zwischen der Ruheposition des Aktors 21 und der zwei
ten Auslenkung S2 eine große Änderung der Haltekraft des
Druckhaltschließgliedes 22 bei gleichzeitig geringer Auslen
kung des Aktors 21 erreicht wird, wobei gleichzeitig eine ge
ringe Änderung der Auslenkung des Volumenschließgliedes 20
und damit bei geringer Änderung des Volumenstromes erfolgt.
Auf diese Weise können geringe Volumenströme genau einge
stellt werden. Dies ist aus Fig. 4 ersichtlich, da die
Druckhaltekraft F eine Funktion, vorzugsweise proportional,
vom Steuerstrom I ist, mit dem der Aktor 21 gesteuert wird.
Der Volumenstrom Q ist ebenfalls vorzugsweise proportional
zur Auslenkung S.
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Regelven
tils 10 mit einer Federkombination entsprechend Fig. 3. Das
Regelventil 10 weist einen Ventilkörper 31 auf, der mit einem
Schlüsselangriff 32 und einem Zentralgewinde 33 in eine Stu
fenbohrung eines Gehäuses 34 eingeschraubt ist. Das Gehäuse
34 ist vorzugsweise das Gehäuse einer Hochdruckpumpe. Im Ge
häuse 34 ist eine Zulaufbohrung 35, eine Ablaufbohrung 36,
eine Hochdruckzulaufbohrung 38 und eine Hochdruckablaufboh
rung 37 eingebracht. An die Zulaufbohrung 35 ist der Kraft
stoffzulauf 24, an die Ablaufbohrung 36 ist der Kraftstoffab
lauf 23, an die Hochdruckzulaufbohrung 38 ist die Rückleitung
26 und an die Hochdruckzulaufbohrung 37 ist die Tankleitung
27 angeschlossen. Die Zulaufbohrung 35, die Ablaufbohrung 36
und die Hochdruckablaufbohrung 37 sind vorzugsweise als ra
diale Anschlußbohrungen ausgebildet und münden in einen ent
sprechenden ersten Ringkanal 39, zweiten Ringkanal 40 und
dritten Ringkanal 41. Im dargestellten Beispiel ergeben sich
der erste Ringkanal 39 und der zweite Ringkanal 40 durch
axial versetzte Durchmesserstufen im Gehäuse 34 und im Ven
tilkörper 31. Der dritte Ringkanal 41 ist als umlaufende Nut
in den Ventilkörper 31 eingebracht. Das in Fig. 5 darge
stellte Regelventil 10 ist im allgemeinen zylindersymmetrisch
zur Symmetrieachse 71 ausgebildet.
Zwischen dem ersten Ringkanal 39 und dem Zentralgewinde 33
ist ein erster Dichtring 42, zwischen dem ersten Ringkanal 39
und dem zweiten Ringkanal 40 ist ein zweiter Dichtring 43 und
zwischen dem zweiten Ringkanal 40 und dem dritten Ringkanal
41 ist ein dritter Dichtring 44 in das Ventilgehäuse 31 ein
gebracht. Der erste, der zweite und der dritte Dichtring 42,
43, 44 sind als radial dichtende O-Ringe ausgebildet.
In den Ventilkörper 31 sind eine erste Verbindungsbohrung 55,
eine zweite Verbindungsbohrung 57 und eine dritte Verbin
dungsbohrung 64 ausgehend von dem ersten, dem zweiten und dem
dritten Ringkanal 39, 40, 41 eingebracht. Die erste, die
zweite und die dritte Verbindungsbohrung 55, 57, 64 verbinden
den ersten, den zweiten und den dritten Ringkanal 39, 40, 41
mit einer zentralen Bohrung 70, die symmetrisch zur Symme
trieachse 71 und in Längsrichtung des Ventilkörpers 31 in den
Ventilkörper 31 eingebracht ist. In der zentralen Bohrung 70
ist parallel zur Symmetrieachse 71 ein Regelschieber 53 ein
gebracht, der als Hülse ausgebildet ist. Zudem ist innerhalb
des Regelschiebers 53 ein Schließstift 51 vorgesehen, der
symmetrisch und in Längsrichtung zur Symmetrieachse 71 ange
ordnet ist. Der Schließstift 51 und der Regelschieber 53 sind
in die zentrale Bohrung 70 eingepaßt und in Längsrichtung der
zentralen Bohrung 70 verschiebbar angeordnet. Der Regelschie
ber 53 weist einen ringförmig umlaufenden und zum Ventilkör
per 31 offenen Ringraum 54 auf, der in der Ruheposition des
Regelschiebers 53 nur mit der ersten Zulaufbohrung 35 verbun
den ist. Wird der Regelschieber 53 von dem Elektromagneten 72
in die Arbeitsposition bewegt, so wird über den Ringraum 54
die erste Zulaufbohrung 35 mit der ersten Ablaufbohrung 36
verbunden. Auf diese Weise wird der Volumenstrom, der der
Hochdruckpumpe 1 zugeführt wird, gesteuert.
Mittig zur Symmetrieachse 71 und am unteren Ende des Regel
ventiles 10 ist die Hochdruckzulaufbohrung 38 eingebracht.
Die zentrale Bohrung 70 ist im unteren Bereich durch ein
Kopfstück 45 abgeschlossen, das zugleich mit einem Abschluß
stück in die Hochdruckzulaufbohrung 38 ragt. Das Kopfstück 45
ist mittig zur Symmetrieachse 71 angeordnet und weist mittig
eine Druckablaßbohrung 48 auf. Die Druckablaßbohrung 48 wei
tet sich in Richtung auf die zentrale Bohrung 70 in einen ke
gelförmigen Ventilsitz auf, in dem eine Kugel 50 angeordnet
ist, die von einer Aufnahme 52 auf der Druckablaßbohrung 48
gehalten wird. Die Aufnahme 52 bildet das untere Ende des
Schließstiftes 51. Zwischen dem Kopfstück 45 und dem Regel
schieber 53 ist umlaufend um den Schließstift 51 ein Ringraum
63 ausgebildet, an den die Hochdruckablaufbohrung 37 über die
dritte Verbindungsbohrung 64 angeschlossen ist.
Die zylinderförmige Fortsetzung des Kopfstückes 45, die in
den Hochdruckzulauf 38 ragt, ist von einem ringförmigen
Stützring 47 und einem Dichtring 46 umgeben, die die Hoch
druckzulaufbohrung 38 abdichten.
Durch eine entsprechende Bewegung des Schließstiftes 51 wird
die Kugel 50 mit einer entsprechenden Haltekraft F beauf
schlagt, so daß die Druckablaßbohrung 48 erst freigegeben
wird, wenn der Druck in der Druckablaßbohrung 48 größer ist
als die Haltekraft F. Auf diese Weise wird die Verbindung
zwischen dem Hochdruckzulauf 38 und dem Hochdruckablauf 37
gesteuert. Der Schließstift 51 mit der Kugel 50 stellt ein
Druckschließglied 22 entsprechend den Fig. 2 und 3 dar.
Der Dichtring 46 und der Stützring 47 bieten den Vorteil, daß
keine axiale Anpreßkraft benötigt wird, um die Hochdruckzu
laufbohrung 38 abzudichten. Die axiale Anpreßkraft müßte zwi
schen dem Kopfstück 45 und dem Zentralgewinde 33 vom Ventil
gehäuse 31 aufgenommen werden, wenn als Dichtung beispiels
weise ein metallischer Flachsitz oder Kegelsitz oder ein
Schneidring Verwendung finden würde.
Im oberen Bereich des Regelventiles 10 ist ein Elektromagnet
72 mit einer Magnetwicklung 73 und einer zugeordneten Anker
führungsstange 58 angeordnet, die mittig zur Symmetrieachse
71 in einer Führungshülse 80 geführt ist. Die Ankerführungs
stange 58 ragt in die zentrale Bohrung 70 und ist über eine
zweite Koppelfeder 17 mit dem Regelschieber 53 in Wirkverbin
dung. Die zweite Koppelfeder 17 ist durch eine Übertragungs
buchse 60 vorgespannt, wobei die Übertragungsbuchse 60 an ei
ner Anschlagfläche 62 des Regelschiebers 53 aufliegt und die
zweite Koppelfeder 17 gegen eine Anschlaghülse 74 vorspannt,
die als Endstück der Ankerführungsstange 58 ausgebildet ist.
Die Übertragungsbuchse 60 weist angrenzend an den Anschlag 62
einen senkrecht zur Symmetrieachse 71 ausgebildeten Haltering
75 auf, der mit einer Abschlußbuchse 76, die das obere End
stück des Regelschiebers 53 darstellt, einen hülsenartigen
zweiten Federraum 77 ausbildet, der in Richtung des Elektro
magneten 72 von der Anschlaghülse 74 begrenzt wird. Die An
schlaghülse 74 ist mit der Abschlußbuchse 76 fest verbunden.
Diese Verbindung nimmt die Vorspannkraft der zweiten Koppel
feder 17 auf.
Die Übertragungsbuchse 60 ist auf der Seite des Elektromagne
ten mit einer Abschlußplatte 87 abgeschlossen. In die Über
tragungsbuchse 60 ragt der Schließstift 51, der mit einer
Übertragungsplatte 78 abschließt, die einen Durchmesser ent
sprechend dem Durchmesser der Übertragungsbuchse 60 aufweist.
Die Abschlußplatte 78 ist mittig zur Symmetrieachse 71 ange
ordnet und senkrecht zur Symmetrieachse 71 und in die Über
tragungsbuchse 60 hinein beweglich angeordnet. Zwischen der
Übertragungsplatte 78 und der Abschlußplatte 87 ist eine er
ste Koppelfeder 16 eingebracht.
In der Ruheposition liegt die Ankerführungsstange 58 mit ei
ner Anschlagplatte 79 an einem Anschlag 66 des Magnetgehäuses
81 an. Vorzugsweise ist der Anschlag 66 beispielsweise über
Einstellscheiben entsprechend justierbar. Der Magnetanker 82
ist über eine weitere Platte 85 und die Anschlagplatte 79 auf
der Ankerführungsstange 58 justiert.
Der Schließstift 51 ist in der Ruheposition nicht gegen die
Kugel 50 vorgespannt. Somit ist die Druckablaßbohrung 48 in
der Ruheposition, d. h. ohne Ansteuerung des Elektromagneten
72 geöffnet. Der Regelschieber 53 ist in der Ruheposition so
angeordnet, daß die Zulaufbohrung 35 mit dem Ringraum 54 ver
bunden ist. Die Ablaufbohrung 36 ist jedoch nicht mit dem
Ringraum 54 verbunden.
Wird nun der Elektromagnet 72 von einer Endstufe angesteuert,
so bewegt sich die Aktuatorführungsstange 58 in Richtung auf
den Schließstift 51 und überträgt dabei über die zweite Kop
pelfeder 17 und die erste Koppelfeder 16 eine höhere Druck
haltekraft auf die Kugel 50. Die Druckhaltekraft F nimmt li
near mit der Auslenkung S der Aktuatorführungsstange 58 zu,
wie in Fig. 4 dargestellt ist.
Gleichzeitig wird der Regelschieber 53 direkt von der Aktua
torstange 58 in Richtung auf die zweite Verbindungsbohrung 57
geschoben. Sobald die Steuerkante 56 des Ringraumes 54 die
zweite Verbindungsbohrung 57 erreicht, fließt ein Volumen
strom von der Zulaufbohrung 35 zur Ablaufbohrung 36. Damit
wird der Volumenstrom zur Hochdruckpumpe 1 gesteuert.
Vorzugsweise weist die zweite Verbindungsbohrung 57 die Form
eines rechteckigen Längsschlitzes auf, der sich in Bewegungs
richtung des Regelschiebers 53 erstreckt, so daß der Öff
nungsquerschnitt direkt proportional zum Weg S ist, mit den
der Regelschieber 53 bewegt wird. Eine weitere vorteilhafte
Form ist ein dreieckiger Öffnungsquerschnitt. Der Regelschie
ber 53 stellt ein Volumenschließglied 20 entsprechend den
Fig. 2 und 3 dar.
Wird nun die Aktuatorführungsstange 58 bis zur zweiten Aus
lenkung S2 bewegt, so ist die erste Koppelfeder 16 soweit zu
sammengedrückt, daß die Federkraft der ersten Koppelfeder 16
gleich der Federkraft der zweiten, vorgespannten Koppelfeder
17 ist. Damit wird nun bei einer weiteren Auslenkung der Ak
tuatorführungsstange 58 sowohl die erste Koppelfeder 16 als
auch die zweite Koppelfeder 17 zusammengedrückt.
Im Bereich zwischen der Auslenkung 0 und der zweiten Auslen
kung S2 bewegt sich die Übertragungsbuchse 60 gemeinsam mit
der Anschlaghülse 74 und dem Regelschieber 53. Ab der zweiten
Auslenkung S2 bewegt sich die Übertragungsbuchse 60 im Kräf
tegleichgewicht der zweiten Koppelfeder 17 und der ersten
Koppelfeder 16 gegenüber der Anschlaghülse 74 der Ankerfüh
rungsstange 58. Auf diese Weise knickt die Zunahme der Halte
kraft F auf die Kugel 50 ab der zweiten Auslenkung S2 in eine
geringere Zunahme pro Auslenkungseinheit s ab, wie aus Fig.
4 ersichtlich ist.
Die Hochdruckzulaufbohrung 38 wird nur dann mit der Hoch
druckablaufbohrung 37 verbunden, wenn ein größerer Druck von
der Hochdruckzulaufbohrung auf die Kugel 50 einwirkt, als auf
die Kugel 50 durch die Haltekraft F des Schließstiftes 51
einwirkt.
Mit Ausnahme des Ringraumes 54 sind sämtliche Räume innerhalb
des Regelventiles mit Hilfe von nicht dargestellten Nuten und
Bohrungen mit dem Ringraum 63 verbunden, um bei einer Ver
schiebung der einzelnen Teile eine Verdrängung des Kraftstof
fes zu ermöglichen.
Anstelle der zwei Koppelfedern 16, 17 kann auch eine degres
sive Feder zwischen der Ankerführungsstange 58 und dem
Schließstift 51 eingesetzt werden. Auf diese Weise wird eine
Druckhaltekennlinie entsprechend der Kennlinie C der Fig. 4
ermöglicht.
Claims (11)
1. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit Einspritz
ventilen (5), die mit einem Kraftstoffspeicher (4) in Ver
bindung stehen, der an einer Kraftstoffpumpe (1) ange
schlossen ist, die den Kraftstoffspeicher (4) mit Kraft
stoff versorgt,
- 1. mit einem Druckventil (10, 22), das am Kraftstoffspeicher (4) angeschlossen ist,
- 2. mit einem Drucksensor (9), der am Kraftstoffspeicher (4) vorgesehen ist und den Druck im Kraftstoffspeicher (4) mißt und einem Steuergerät (6) zuführt, dadurch gekennzeichnet,
- 3. daß ein Volumenstromregelventil (10, 20) im Zulauf zur Kraftstoffpumpe (1) vorgesehen ist, das den Kraftstoffstrom zur Kraftstoffpumpe (1) einstellt,
- 4. daß das Steuergerät (6) das Volumenstromregelventil (10, 20) über einen Aktor (21) steuert, und daß derselbe Aktor (21) die Haltekraft des Druckventils (10, 22) einstellt.
2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Aktor (21) auf das Volumenschließglied (20) des Vo
lumenstromregelventils (10, 20) einwirkt, daß das Volu
menschließglied (20) in Wirkverbindung mit dem Druck
schließglied (22) des Druckventils (10, 22) steht und die
Position des Volumenschließgliedes (20) die Haltekraft des
Druckschließgliedes (22) festlegt, mit der das Druckventil
(10, 22) den Kraftstoffspeicher geschlossen hält.
3. Volumenstromregelventil und Druckventil mit einem Ventil
körper (31), in das ein Kraftstoffzulauf (35, 55) und ein
Kraftstoffablauf (36, 57) eingebracht sind,
mit einem Regelschieber (53) als Volumenschließglied, das den Verbindungsquerschnitt zwischen dem Kraftstoffzulauf (35, 55) und dem Kraftstoffablauf (36, 57) steuert,
mit einem Druckzulauf (48) und einem Druckablauf (64, 41, 37), die in das Gehäuse (31, 45) eingebracht sind,
mit einem Druckschließglied (50, 52, 51), das den Druckzulauf (48) mit einer vorgebbaren Haltekraft vom Druckablauf (64, 41, 37) abschließt,
mit einem steuerbaren Aktor (72, 58), der die Position des Volumenschließglied (53) und die Haltekraft des Druck schließgliedes (50, 51, 52) festlegt.
mit einem Regelschieber (53) als Volumenschließglied, das den Verbindungsquerschnitt zwischen dem Kraftstoffzulauf (35, 55) und dem Kraftstoffablauf (36, 57) steuert,
mit einem Druckzulauf (48) und einem Druckablauf (64, 41, 37), die in das Gehäuse (31, 45) eingebracht sind,
mit einem Druckschließglied (50, 52, 51), das den Druckzulauf (48) mit einer vorgebbaren Haltekraft vom Druckablauf (64, 41, 37) abschließt,
mit einem steuerbaren Aktor (72, 58), der die Position des Volumenschließglied (53) und die Haltekraft des Druck schließgliedes (50, 51, 52) festlegt.
4. Volumenstrom- und Druckventil nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Aktor (72, 58) direkt das Volu
menschließglied (53) in der Position festlegt, daß der Aktor
(72, 58) über Federmittel (16, 17) die Haltekraft des Druck
schließgliedes (50, 51, 52) festlegt.
5. Volumenstrom- und Druckregelventil nach Anspruch 3, da
durch gekennzeichnet, daß das Volumenschließglied (53) über
Federmittel (16, 17) die Haltekraft des Druckschließgliedes
(50, 51, 52) festlegt, daß die Federmittel (16, 17) eine Feder
rate aufweisen, die mit zunehmender Auslenkung des Volu
menschließgliedes (53) abnimmt.
6. Volumenstrom- und Druckregelventil nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß als Federmittel eine erste und
eine zweite Feder (16, 17) in Reihenschaltung angeordnet sind,
so daß ausgehend von einer Ruheposition, in der die erste Fe
der (16) entspannt und die zweite Feder (17) vorgespannt ist,
bis zu einer vorgegebenen Auslenkung (S2) nur die erste Feder
(16) und ab der vorgegebenen Auslenkung (S2) die erste und
die zweite Feder (16, 17) in Reihenschaltung zusammengedrückt
werden.
7. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffdruckes in einem Kraft
stoffspeicher (4) einer Einspritzanlage einer Brennkraftma
schine, bei dem der Kraftstoffspeicher (4) mit Kraftstoff
versorgt wird, bei dem der Kraftstoffstrom zum Kraft
stoffspeicher (4) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der
Brennkraftmaschine, insbesondere abhängig von der zum Ein
spritzen benötigten Kraftstoffmenge und von dem zum Einsprit
zen benötigten Kraftstoffdruck von einem Aktor (21) geregelt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckventil (10, 22)
vorgesehen ist, das den Druck im Kraftstoffspeicher (4) auf
einen vorgebbaren Haltedruck begrenzt, daß der Haltedruck des
Druckventils (10, 22) von dem Aktor (21) als Funktion vom Vo
lumenstrom eingestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
ausgehend von einer Ruheposition, bei der kein Druck im
Kraftstoffspeicher (4) herrscht und kein Volumenstrom einer
Kraftstoffpumpe (1) zugeführt wird, zuerst der Haltedruck des
Druckventils (10, 22) auf einen vorgebbaren, positiven Wert
eingestellt wird, und daß erst anschließend ein Volumenstrom
der Kraftstoffpumpe zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Haltedruck mit zunehmendem Volumenstrom zunimmt, vor
zugsweise proportional zum Volumenstrom zunimmt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Haltedruck ausgehend von der Ruheposi
tion bis zu einem vorgebbaren ersten Volumenstrom mit einer
ersten Steigung zunimmt, daß bei einem größeren Volumenstrom
als dem ersten Volumenstrom der Haltedruck mit zunehmendem
Volumenstrom mit einer zweiten Steigung zunimmt, die kleiner
als die erste Steigung ist.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Haltedruck des Druckventils höher als der vorgegebene
Kraftstoffdruck des Einspritzvorgangs eingestellt wird.
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