DE19725474A1

DE19725474A1 - Mengenregelventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE19725474A1
Application number: DE19725474A
Authority: DE
Inventors: Horst Klinger; Uwe Kuhn; Bernd Rosenau; Peter Dr Traub; Thomas Goettel; Gerd Loesch; Sandro Soccol; Regis Blanc; Andre Fromentoux; Francois Rossignol; Mathias Schumacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2017-06-18
Also published as: GB2326442B; US6170466B1; FR2764650A1; JPH1193790A; GB2326442A; DE19725474B4; GB9811434D0; FR2764650B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Mengenregelventil für ein in Brennkraftmaschinen eingesetztes Kraftstoffeinspritzsystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs aus.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 195 49 108.4 ist u. a. ein Mengenregelventil bekannt, das einen in einem Ventilge häuse zwischen einem Rückstellfederraum und einem Steuerraum beweglichen, gegen die Wirkung einer Rückstellfeder öffnenden Längsschieber hat. Der hohl ausgebildete Längsschieber wird über den Rückstellfederraum mit Kraftstoff aus einer Nieder druckpumpe beaufschlagt. Durch eine im Längsschieber angeord nete Drosselstelle gelangt der Kraftstoff in den Steuerraum. Sobald dort der Kraftstoffdruck einen bestimmten Wert über steigt öffnet der Längsschieber gegen die Wirkung der Rück stellfeder, wodurch der Kraftstoff durch den Längsschieber über eine freigegebene Ablaufbohrung zur Hochdruckpumpe ge langt. Die Öffnung des Ventils wird zusätzlich mit Hilfe eines direkt auf den Längsschieber wirkenden elektromagnetischen An triebs unterstützt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Mengenregelventil teilt den von minde stens einer Niederdruckpumpe zuströmenden Kraftstoff minde stens einer Hochdruckpumpe zu. Zum Antrieb des Längsschiebers wird in den ersten Steuerraum der zuströmende Kraftstoff über ein Drossel- oder Blendenventil am Längsschieber vorbei zuge führt. Im zweiten Steuerraum, ist entweder eine Rückstellfeder angeordnet, die den Längsschieber in Richtung seiner Schließ stellung belastet, oder der Längsschieber weist dort eine wirksame Stirnfläche auf, vor der eine ein Drosselventil bein haltende Steuerleitung endet, wobei diese Stirnfläche kleiner ist als die wirksame Stirnfläche im ersten Steuerraum. Der Längsschieber sperrt in Schließstellung die Ablaufbohrung mit einem seiner zylindrischen Führungsabschnitte, während er ge genüber der Zulaufbohrung einen taillierten Bereich aufweist, der gegenüber der Längsschieberbohrung einen Strömungsquer schnitt frei läßt, der in Richtung auf den Führungsabschnitt allmählich gegen Null geht.

Dieses Mengenregelventil benötigt keinen elektromechanischen Fremdantrieb. Der Längsschieberantrieb erfolgt ausschließlich über den von der vorgeschalteten Niederdruckpumpe geförderten Kraftstoff. Im Ventil wird der Kraftstoffdurchfluß durch eine gezielte Querschnittsmanipulation über einen großen Schieber hub gesteuert. Durch den langen Öffnungshub des Längsschiebers in Verbindung mit der strömungstechnisch günstig gestalteten Kontur im taillierten Bereich läßt sich der Kraftstoffstrom mit geringen Strömungsverlusten feinfühlig steuern.

Der mit einer Veränderung des Strömungsquerschnitts verbundene Öffnungshub des Längsschiebers ist mindestens doppelt so groß wie der doppelte Durchmesser der Ablaufbohrung. Für den Fall, daß die Ablaufbohrung keinen kreisförmigen Querschnitt hat, wird als Bezugsmaß der sich aus der Querschnittsfläche - unab hängig von ihrer Randform - ergebende theoretische Durchmesser bestimmt.

Mit einem Mengenregelventil können mehrere Hochdruckpumpen un abhängig voneinander versorgt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den hier nicht zitierten Unteransprüchen und den Figurenbeschreibungen.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist neben zwei Hydrau likschaltbildern in den Figuren schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zei gen

Fig. 1: einen Hydraulikschaltplan für ein mit einer Rück stellfeder belastetes Mengenregelventil und dessen Beschaltung;

Fig. 2: wie Fig. 1, jedoch mit einem beidseitig hydraulisch belasteten Schieber;

Fig. 3: die in einem Ventilgehäuse untergebrachten Ventile.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Gemäß der Fig. 1 und 2 befindet sich zwischen einer Nieder druckpumpe (1) und einer Hochdruckpumpe (2) ein 2/2-Stetigwe geventil (20), das die von der Niederdruckpumpe (1) gelieferte Kraftstoffördermenge entsprechend seiner Schieberlage dosiert. Aus einer Zulaufleitung (11) zweigt nach der Niederdruck pumpe (1) eine Rückströmleitung (12) ab, die zu einem Druck begrenzungsventil (5) führt. Letzteres begrenzt den Förder druck der Niederdruckpumpe (1) auf ein vorgegebenes Niveau.

Das 2/2-Stetigwegeventil (20) verfügt über zwei Endstellungen, einer Sperr- und einer Durchflußstellung, zwischen denen der ventileigene Schieber zur Drosselung des Kraftstoffstroms be liebige Zwischenlagen einnehmen kann. Dazu wirkt auf den Schieber auf der einen Seite eine ihn in Schließstellung be lastende Rückstellfeder (65), während auf seiner anderen Seite über eine Steuerleitung (13) ein Steuerdruck anliegt, der mit Hilfe eines in dieser Steuerleitung (13) angeordneten Drossel ventils (66) gedrosselt wird. Aus der Steuerleitung (13) zweigt zwischen dem Drosselventil (66) und dem 2/2-Stetigwege ventil (20) eine Entlastungsleitung (14) ab, die über ein elektromagnetisch betätigtes 2/2-Wegeventil (70) in den Rück lauf mündet. Das 2/2-Wegeventil (70) verfügt beispielsweise über eine Sperr- und eine Durchflußstellung, wobei es im unbe stromten Zustand über eine Rückstellfeder in der Sperrstellung gehalten wird. Ggf. kann der Ventildurchfluß auch proportional zum Ventilhub gesteuert werden.

Mit steigendem Förderdruck der Niederdruckpumpe (1) steuert das 2/2-Stetigwegeventil (20) zunehmend auf, sofern der Steu erdruck in der Steuerleitung (13) nach dem Drosselventil (66) nicht über das 2/2-Wegeventil (70) entlastet wird.

Im Schaltplan nach Fig. 2 ist die Rückstellfeder (65) des 2/2-Stetigwegeventil (20) durch eine Steuerleitung (16) mit integriertem Drosselventil (17) ersetzt. Gleichzeitig ist die vor der Steuerleitung (16) gelegene wirksame Stirnfläche (51') des Steuerschiebers (50') gegenüber der Stirnfläche (52') vor der Steuerleitung (13) verkleinert, so daß nun das 2/2-Stetig wegeventil (20) zumindest bei geschlossenem 2/2-Wegeven til (70) differenzdruckbetätigt ist.

Bei dieser Variante ist der Ventilaufbau einfacher gestaltet, da die Rückstellfeder (65) und ihre Einstell- und Befesti gungsmittel entfallen. Auch werden die Anforderungen an die elektromagnetische Betätigung des 2/2-Wegeventils (70) gerin ger.

Fig. 3 zeigt ein Ventilgehäuse (21) mit einer einen Längs schieber (50) aufnehmenden Zentralbohrung (22) in die u. a. eine Zulaufbohrung (31), eine Ablaufbohrung (33) und eine Steuerbohrung (32) münden. Vor der Zulauf- (31) und der Steu erbohrung (32) sind nebeneinander ein Zulaufanschluß (41) und ein Rückströmanschluß (42) angeordnet. Beide Anschlüsse (41) und (42) sind innerhalb des Ventilgehäuses (21) über einen Ka nal (37) miteinander verbunden. Am Zulaufanschluß (41) ist die Zulaufleitung (11) aus Fig. 1 angeschlossen. Am Rückström anschluß (42) liegt die Rückströmleitung (12).

In der Steuerbohrung (32), die in Fig. 1 der Steuerlei tung (13) entspricht, sitzt das Drosselventil (66). Es ist beispielsweise als Schraube mit zentraler Drosselbohrung aus geführt. Die Steuerbohrung (32) mündet in den Steuerraum (23), in den auch eine Sitzbohrung (28) hineinragt, in der ein Ma gnetventil (70) eingeschraubt ist.

Das Magnetventil (70) ist das 2/2-Wegeventil aus Fig. 1. Der Grund der Sitzbohrung (28) ist über eine Verbindungsboh rung (36) mit dem anderen Steuerraum (24) verbunden. Aus dem Steuerraum (24) zweigt eine Rücklaufbohrung (34) ab, die im Ventilgehäuse (21) in einem Rücklaufanschluß (43) endet. Von diesem Anschluß aus führt die Entlastungsleitung (14) aus Fig. 1 ggf. in den Tank.

Im Steuerraum (24) ist die Rückstellfeder (65) angeordnet, die dem Längsschieber (50) über einen eingeschraubten Gehäuse deckel (46) am Ventilgehäuse (21) abstützt.

Der Längsschieber (50) hat im Ausführungsbeispiel einen im we sentlichen zylindrischen Schaft, der im Steuerraum (24) in ei nem bezüglich des Durchmessers erweiterten Kopf (59) endet, auf dem die Rückstellfeder (65) aufliegt. Der Schaft hat zwei zylindrische Führungsbereiche (53) und (54), die dicht glei tend in der Zentralbohrung anliegen. In Sperrstellung des Ven tils (20) liegen die Führungsbereiche (53, 54) beidseits der Zulaufbohrung (31), wobei der Führungsbereich (53) die Ablauf bohrung (33) versperrt. Zwischen den beiden Führungsberei chen (53, 54) ist der Längsschieber (50) ringnutförmig ausge bildet. Die Ringnut (60) ist über einen an den Führungsbe reich (54) anschließenden Teilbereich zylindrisch ausgebildet. Dort hat der Längsschieber (50) seinen minimalen Durchmesser. An diesen zylindrischen Bereich schließen sich beispielsweise drei nebeneinander liegende kegelstumpfförmige Ab schnitte (61-63) an, wobei jeder Kegelstumpfabschnitt einen, anderen Kegelwinkel hat. Der erste Abschnitt (61) hat hierbei den kleinsten Kegelwinkel, während der dritte Abschnitt den größten hat. Dieser Abschnitt (63) ist fast zylindrisch. Auf grund der Kontur der Ringnut (60) wird die hydraulische Ver bindung zwischen der Zulaufbohrung (31) und der Ablaufboh rung (33) erheblich gedrosselt geöffnet. Selbstverständlich können auch andere Konturen gewählt werden, so daß die Drosse lung ggf. linear oder progressiv zum Hub ausfallen kann. Hier bei ist es möglich, zur besseren Strömungsführung den Kontu renverlauf zwischen dem Führungsabschnitt (53) und der Stelle des kleinsten Längsschieberquerschnitts geglättet und mit ste tigen Übergängen auszuführen. Auch kann die Drosselwirkung durch eine Manipulation der Einmündung der Ablaufbohrung (33) in die Zentralbohrung (22), beispielsweise durch eine entspre chende Kerbe, beeinflußt werden.

Bei der Darstellung in Fig. 3 befindet sich der Längsschie ber (50) in der Sperrstellung. Es wird kein Kraftstoff zur Hochdruckpumpe gefördert. Wird der Längsschieber (50) gegen die Wirkung der Rückstellfeder vollständig geöffnet, durch strömt der maximale Volumenstrom die Zulauf- und Ablaufboh rungen (31, 32). Dieser Volumenstrom ist eine Funktion des Zulaufdrucks des von der Niederdruckpumpe (1) geförderten Kraftstoffs, von den Bohrungsquerschnitten der Bohrungen (31, 32) sowie vom Durchflußquerschnitt in der Ringnut (60) des Längsschiebers (50).

Das Mengenregelventil öffnet bei geschlossenem Magnetven til (70) sobald sich durch dem über das Drosselventil (66) strömenden Kraftstoff im Steuerraum (23) ein Druck aufgebaut hat, der multipliziert mit der wirksamen Stirnfläche (51) eine Kraft ergibt, die größer ist als die Federkraft der Rückstell feder (65). Die Federrate kann hierbei eine lineare, progres sive oder degressive Kennlinie haben. Der Kraftstoffdruck im Steuerraum (23) wird durch das Magnetventil (70) reguliert.

Das Drosselventil (66) kann auch in Form einer Kerbe, Ab flachung oder dergleichen im Führungsbereich (54) des Längs schiebers (50) ausgebildet werden.

Claims

1. Mengenregelventil für die Zufuhr von Kraftstoff von einer Niederdruckquelle zu einer Hochdruckpumpe, die der Versorgung eines Kraftstoffhochdruckraumes eines Kraftstoffeinspritzsy stems für Brennkraftmaschinen dient mit einem Ventil glied (50), das in Abhängigkeit von Betriebsparametern ver stellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilglied ein Steuerschieber (50) dient, der in ei ner Schieberbohrung (22) verschiebbar angeordnet ist und eine von zwei Kolbenbereichen (53, 54) begrenzte Ringnut (61) hat, die über einen Zulauf (25) mit der Niederdruckquelle und über einen Ablauf (26) mit der Hochdruckpumpe verbindbar ist, wobei der Verbindungsquerschnitt zum Ablauf (26) durch eine an dem einen (53) der Kolbenbereiche gebildete Steuerkontur (61, 62, 63) mit der Verschiebung des Steuerschiebers (50) zunehmend verändert wird.

2. Mengenregelventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur durch eine sich von dem einen der Kolbenberei che (53, 54) zur Seite der Ringnut (60) hin anschließende ke gelförmige Fläche (61, 62, 63) gebildet wird.

3. Mengenregelventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur aus mehreren ineinander übergehenden Kegeln mit unterschiedlichen Kegelwinkeln und/oder Zylinderteilen be steht.

4. Mengenregelventil gemäß Anspruch 2 und 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Querschnitt des Ablaufes (33) einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist.

5. Mengenregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber durch einen elektrisch angetriebenen Stellmotor gegen die Kraft einer Fe der (65) verschiebbar ist.

6. Mengenregelventil gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor als Stellmagnet ausgebildet ist.

7. Mengenregelventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Steuerschieber durch einen Schrittmotor ver stellt wird.

8. Mengenregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber in der Zentralbohrung (22) mit seiner einen Stirnseite (51) einen Steuerraum (23) begrenzt, in dem ein in Abhängigkeit von Be triebsparametern änderbarer Steuerdruck herrscht, der gegen eine Rückstellkraft wirkt.

9. Mengenregelventil gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Steuerdrucks der Steuerraum (23) über eine Drossel (66) ständig mit einem ersten Druckbereich ver bunden ist und über eine durch ein elektrisch gesteuertes Ven til (70) in Abhängigkeit von Betriebsparametern gesteuerte Austrittsöffnung (35) mit einem zweiten Druckbereich mit vom Druckniveau des ersten Druckbereichs abweichenden Druckniveau verbindbar ist.

10. Mengenregelventil nach einem der Ansprüche 8 oder 9, da durch gekennzeichnet, daß als Rückstellkraft eine Feder (65) vorgesehen ist, die auf der dem Steuerraum (23) entgegenge setzten Seite des Steuerschiebers (50) angreift.

11. Mengenregelventil gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß als Rückstellkraft eine Kraft wirkt, die aus der Beaufschlagung einer Stirnseite (51, 51') auf der dem Steuer raum abgewandten Seite des Steuerschiebers (50, 50') mit einem Referenzdruck resultiert.

12. Mengenregelventil gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die dem Steuerraum abgewandte Stirnseite (51') eine kleine Fläche aufweist, als die dem Steuerraum begrenzende Stirnseite (52') des Steuerschiebers (50') und als Referenz druck der Druckbereich von den genannten Druckbereichen mit höherem Druckniveau dient.

13. Mengenregelventil nach einem der Ansprüche 5 oder 10, da durch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (50) durch die Feder (65) bis zu einem Anschlag verschiebbar ist und in dieser Stellung die Verbindung zwischen der Ringnut (60) und dem Ablauf (33) unterbrochen ist.

14. Mengenregelventil gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß der Zulauf (31, 41) ständig mit der Ringnut (60) verbunden ist.

15. Mengenregelventil nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß der erste Druckbereich, mit der der Steuerdruckraum (23) verbunden ist, die Niederdruckquelle ist und der zweite Druckbereich ein Entlastungsraum ist.