DE19818385A1

DE19818385A1 - Zuschaltventil in einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19818385A1
Application number: DE19818385A
Authority: DE
Inventors: Erhard Faix; Helmut Clauss; Rainer Lorenz; Gerd Loesch; Markus Rueckle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-10-28
Also published as: JP4280419B2; US6422212B1; EP1073840A1; WO1999056016A1; DE59804470D1; JP2002513115A; EP1073840B1

Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzsystem weist eine Niederdruckpumpe zur Entnahme von Kraftstoff aus einem Tank und eine von der Niederdruckpumpe gespeiste Hochdruckpumpe mit nockenwellenbetätigten Pumpenelementen auf. Ein Zuschaltventil (16) ist zuströmseitig (Zuströmbohrung 49) mit der Druckseite der Niederdruckpumpe und abströmseitig einerseits (Abströmbohrung 47) mit einem Nockenwellenraum der Hochdruckpumpe und andererseits (Abströmbohrung 48) mit der Saugseite der Niederdruckpumpe verbunden. Ein federbelasteter Ventilkolben (34) des Zuschaltventils (16) gibt bei einer ersten Druckschwelle eine Verbindung zwischen der Niederdruckpumpe und dem Nockenwellenraum und bei einer demgegenüber höheren zweiten Druckschwelle eine Verbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite der Niederdruckpumpe frei. Eine Drosselbohrung (54) im Boden (53) des Ventilkolbens (34) dient der Entlüftung des Niederdrucksystems. DOLLAR A Die Erfindung ist bei direkteinspritzenden Dieselmotoren anwendbar.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Zuschaltventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Es ist schon ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoff aus einem Tank saugenden und an eine Hochdruckpumpe fördernden Niederdruckpumpe bekannt (DE 44 01 074 A1). In der Verbindungsleitung zwischen den beiden Pumpen ist ein Zuschaltventil mit einem druckfederbelasteten hülsenförmigen Ventilkolben angeordnet. Dieser weist in seinem Boden eine Drosselbohrung auf, durch welche die Niederdruckpumpe ständig mit einem Nockenwellenraum der als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Hochdruckpumpe in Verbindung steht. Der Nockenwellenraum wiederum ist an den Kraftstofftank angeschlossen.

Der Ventilkolben ist durch den Druck des von der Niederdruckpumpe geförderten Kraftstoffs entgegen der Kraft der Druckfeder verschiebbar. Bei Überschreiten einer Druckschwelle gibt der Ventilkolben eine Leitungsverbindung zu Pumpenelementen der Hochdruckpumpe frei.

Das Zuschaltventil hat mehrere Funktionen: zum einen kann der niederdruckseitige Teil des Kraftstoffeinspritzsystems auf dem Weg über die Drosselbohrung und den Nockenwellenraum entlüftet werden. Zum anderen wird durch die Drosselbohrung der Nockenwellenraum mit als Schmierstoff dienendem Kraftstoff versorgt. Darüber hinaus soll das Zuschaltventil bei einem Defekt des hochdruckseitigen Systemteils als Absperrventil dienen, um die Brennkraftmaschine zu schützen. Nachteilig ist jedoch bei dieser bekannten Ausführungsform, daß der nicht von der Hochdruckpumpe abgenommene Kraftstoffstrom eine unwirtschaftliche Betriebsweise der Niederdruckpumpe zur Folge hat.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Zuschaltventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß es, außerhalb der unmittelbaren Leitungsverbindung zwischen der Niederdruckpumpe und der Hochdruckpumpe liegend, neben der Entlüftung des niederdruckseitigen Kraftstoffeinspritzsystemteils und der Bemessung des Schmierstoffstromes zu der Nockenwelle der Hochdruckpumpe auch die Absteuerung des nicht von der Hochdruckpumpe abgenommenen Kraftstoff-Volumenstroms unmittelbar zur Saugseite der Niederdruckpumpe sicherstellt. Dabei steuert das Zuschaltventil zwei Kraftstoffkreisläufe, nämlich den der Schmierung sowie Kühlung der Hochdruckpumpe und den der Rückführung des abgesteuerten Kraftstoffs dienenden, wobei der erstgenannte Kreislauf beim Zuschalten des zweiten Kreislaufs weitgehend unbeeinflußt bleibt. Darüber hinaus wird durch die Rückführung des abgesteuerten Kraftstoffs unmittelbar zur Saugseite der Niederdruckpumpe deren Förderleistung gesteigert, da ein zum Filtern des Kraftstoffs erforderlicher Vorfilter des Systems umgangen werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Zuschaltventils möglich.

Die Ausgestaltung des Ventils ist von Vorteil, weil mit einem einzigen bewegbaren Ventilglied mehrere Ventilfunktionen ausgeübt werden. Das Ventil ist außerdem komplett als Baueinheit vormontierbar und prüfbar. Aufgrund seiner Anordnung im Gehäuse der Hochdruckpumpe ist der Einbau des Ventils in das System mit wenig Aufwand verbunden, insbesondere ist lediglich eine Abdichtung nach außen erforderlich, da das Einschraubgewinde die Verbindungen des Pumpengehäuses zum Nockenwellenraum und zur Saugseite der Niederdruckpumpe in ausreichendem Maß hydraulisch voneinander trennt. Damit ist das Zuschaltventil mit einem relativ kurz bauenden Ventilgehäuse herstellbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Hydraulikschaltplan eines schematisch wiedergegebenen Kraftstoffeinspritzsystems mit einem einer Hochdruckpumpe zugeordneten Zuschaltventil und Fig. 2 das Zuschaltventil im Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein in Fig. 1 stark vereinfacht wiedergegebenes Kraftstoffspeicher-Einspritzsystem 10 für Brennkraftmaschinen, das heißt direkteinspritzende Dieselmotoren, weist als wesentliche Elemente eine Niederdruckpumpe 11, eine Hochdruckpumpe 12, einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Common Rail) 13, Einspritz- Magnetventile (Injektoren) 14, ein Mengen-Regelventil 15 sowie ein Zuschaltventil 16 auf. Die Niederdruckpumpe 11 ist mit einer Saugleitung 17 an einen Kraftstoffbehälter (Tank) 18 und mit einer Niederdruckleitung 19 an die Hochdruckpumpe 12 angeschlossen. In der Niederdruckleitung 19 befindet sich das Mengen-Regelventil 15. Die von der Niederdruckpumpe 11 gespeiste Hochdruckpumpe 12 wiederum steht auslaßseitig durch eine Hochdruckleitung 20 mit dem Kraftstoff- Hochdruckspeicher 13 in Verbindung, an den die Einspritz- Magnetventile 14 angeschlossen sind. Von diesen führt eine Tankablaufleitung 21 zum Kraftstoffbehälter 18. Die Arbeitsweise des Kraftstoffspeicher-Einspritzsystems 10 ist bekannt, so daß nachfolgend lediglich auf die Anordnung des Zuschaltventils 16 im System, der Aufbau und die Funktion des Zuschaltventils 16 eingegangen wird.

Die Hochdruckpumpe 12 ist bauartgemäß eine Radialkolbenpumpe mit mehreren Pumpenelementen 23, von denen in Fig. 1 lediglich ein Element dargestellt ist. Zum Antrieb der Pumpenelemente 23 dient eine Nockenwelle 24 (oder eine Exzenterwelle oder Kurbelwelle). Die Nockenwelle 24 befindet sich in einem Nockenwellenraum 25 eines Pumpengehäuses 26. Vom Zuschaltventil 16, welches zuströmseitig an die Niederdruckleitung 19 angeschlossen ist, führt eine Zuführleitung 27 in den Nockenwellenraum 25 und eine Rückführleitung 28 zur Saugleitung 17 der Niederdruckpumpe 11. Der Nockenwellenraum 25 wiederum ist auslaßseitig an die Tankablaufleitung 21 angeschlossen.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des Zuschaltventils 16 zeigt ein als hohlzylindrisches Einschraubteil ausgebildetes, überwiegend in einer Sacklochbohrung 31 des Pumpengehäuses 26 der Hochdruckpumpe 25 aufgenommenes Ventilgehäuse 32, in dessen gestufter Durchgangsbohrung 33 ein längsbewegbarer Ventilkolben 34, eine achsgleich hintereinander angeordnete Schraubendruckfeder 35 und eine die Durchgangsbohrung 33 nach außen druckdicht abschließende Kugel 36 aufgenommen sind. Das Ventilgehäuse 32 weist einen Außengewindeabschnitt 37 auf, mit dem es unter Angriff an einem ventilgehäuseseitigen Sechskant 38 in die Sacklochbohrung 31 eingeschraubt ist. In der gezeichneten Stellung des Ventilgehäuses 32 greift dessen in der Zeichnung unten befindliche Stirnfläche 39 am Bohrungsgrund 40 der Sacklochbohrung 31 an. Seitens der Mündung 41 der Sacklochbohrung 31 ist das Ventilgehäuse 32 mit einem Dichtring 42 abgedichtet.

Das Ventilgehäuse 32 ist zwischen dem Dichtring 42 und dem Bohrungsgrund 40 mit zwei die Durchgangsbohrung 33 kreuzenden Querbohrungen 45 und 46 versehen. Die dichtringseitige Querbohrung 45 steht mit einer ersten Abströmbohrung 47 des Pumpengehäuses 26 in Verbindung. Die erste Abströmbohrung 47 ist Teil der Zuführleitung 27 zum Nockenwellenraum 25 der Hochdruckpumpe 12 (siehe Fig. 1). Die zweite, dichtringferne Querbohrung 46 des Ventilgehäuses 32 steht mit einer zweiten Abströmbohrung 48 des Pumpengehäuses 26 in Verbindung. Die zweite Abströmbohrung 48 ist Teil der zur Saugseite der Niederdruckpumpe 11 führenden Rückführleitung 28. Stirnseitig des Ventilgehäuses 32 steht eine Zuströmbohrung 49 mit der Durchgangsbohrung 33 in Verbindung. Die Zuströmbohrung 49 ist an die von der Niederdruckpumpe 11 zur Hochdruckpumpe 12 führende Niederdruckleitung 19 angeschlossen. Die zweite Abströmbohrung 48 ist durch den dichten Angriff des Ventilgehäuses 32 am Bohrungsgrund 40 völlig von der Zuströmbohrung 49 getrennt. Eine ausreichende hydraulische Abdichtung ist zwischen der ersten Abströmbohrung 47 und der zweiten Abströmbohrung 48 durch die Schraubverbindung (Außengewindeabschnitt 37) zwischen dem Ventilgehäuse 32 und dem Pumpengehäuse 26 erzielt.

Der hülsenförmig ausgebildete Ventilkolben 34 ist passend in der Durchgangsbohrung 33 des Ventilgehäuses 32 aufgenommen. In der Ruhestellung des Zuschaltventils 16 ist der Ventilkolben 34 mit einem umfangsseitig angeordneten Sprengring 51 an einer Stufe 52 der Durchgangsbohrung 33 aufgrund der Federkraft der am Ventilkolben angreifenden Schraubendruckfeder 35 abgestützt. Deren Vorspannung ist durch entsprechend tiefes Einpressen der Kugel 36 in die Durchgangsbohrung 33 eingestellt. Der Ventilkolben 34 hat in seinem federseitigen Kolbenboden 53 eine Drosselbohrung 54, durch welche der federseitige Abschnitt der Durchgangsbohrung 33 mit dem Innenraum 55 des Ventilkolbens 34 in Verbindung steht. Umfangsseitig hat der Ventilkolben 34 eine Ringnut 56, welche durch eine oder mehrere Drosselbohrungen 57 mit dem Innenraum 55 verbunden ist. Die Ringnut 56 des Ventilkolbens 34 bildet eine erste Steuerkante 58, der seitens der Stufe 52 der Durchgangsbohrung 33 eine hohlkegelförmige erste Steuerkontur 59 des Ventilgehäuses 32 zugeordnet ist. Der Ventilkolben 34 hat an seiner federabgewandten Stirnseite eine zweite Steuerkante 60, welche mit der eine zweite Steuerkontur 61 bildenden Querbohrung 46 des Ventilgehäuses 32 zusammenwirkt.

In der gezeichneten Ruhestellung des Zuschaltventils 16 sperrt der Ventilkolben 34 die Verbindung zwischen der Zuströmbohrung 49 durch die Drosselbohrung 57 zur ersten Abströmbohrung 47 sowie von der Zuströmbohrung 49 zur zweiten Abströmbohrung 48 ab. Die Zuströmbohrung 49 ist jedoch ständig durch die Drosselbohrung 54 im Kolbenboden 53 mit dem Nockenwellenraum 25 der Hochdruckpumpe 12 verbunden. Bei Anlauf der Niederdruckpumpe 11 kann im Niederdrucksystem befindliche Luft durch die Drosselbohrung 54 im Kolbenboden 56 des Ventilkolbens 34 durch die erste Abströmbohrung 47 in den Nockenwellenraum 25 und von diesem durch die Tankablaufleitung 21 abströmen. Hiermit wird eine Entlüftung des Niederdrucksystems wirkungsvoll erzielt.

Mit ansteigendem Förderdruck des durch die Niederdruckpumpe 11 aus dem Tank 18 entnommenen und durch die Zuströmbohrung 49 dem Zuschaltventil 16 zugeführten Kraftstoffs wird der Ventilkolben 34 aus seiner Ruhestellung entgegen der Federkraft der Druckfeder 35 verschoben. Bei Überschreiten einer ersten Druckschwelle gelangt die erste Steuerkante 58 des Ventilkolbens 34 in den Bereich der Steuerkontur 59, so daß ein Kraftstoffstrom von der Zuströmbohrung 49 durch die Drosselbohrung 57 des Ventilkolbens 34 zur ersten Abströmbohrung 47 und weiter in den Nockenwellenraum 25 der Hochdruckpumpe 12 fließen kann. Das Zuschaltventil 16 wirkt bei kleinem Hub des Ventilkolbens 34 als Stromregelventil, mit dem ein zur Schmierung und Kühlung der Hochdruckpumpe 12 ausreichender Kraftstoff-Volumenstrom eingestellt wird. Zu diesem ist die durch die parallel zur Drosselbohrung 57 verlaufende Drosselbohrung 54 im Kolbenboden 53 gelangende Teilkraftstoffmenge hinzuzurechnen.

Mit weitersteigendem Förderdruck der Niederdruckpumpe 11 gibt der in Richtung auf die Kugel 36 längsverschobene Ventilkolben 34 mit Überschreiten einer gegenüber der ersten Druckschwelle höheren zweiten Druckschwelle mit seiner zweiten Steuerkante 60 die Querbohrung 46 des Ventilgehäuses 32 frei. Von der Hochdruckpumpe 12 nicht abgenommener Kraftstoff wird durch die zweite Abströmbohrung 48 und die Rückführleitung 28 unmittelbar zur Saugseite der Niederdruckpumpe 11 abgesteuert. Das Zuschaltventil 16 wirkt nun zusätzlich als Druckregelventil, mit dem der zuströmseitige Druck weitgehend schwankungsfrei gehalten wird. Die Druckregelung wirkt sich in vorteilhafter Weise auf das Mengen-Regelventil 15 aus, weil ein diesem Ventil druckschwankungsarm zugeführter Kraftstoff dessen Arbeitsweise unterstützt.

Claims

1. Zuschaltventil (16) in einem Kraftstoffeinspritzsystem (10) für Brennkraftmaschinen mit einer Niederdruckpumpe (11) zur Entnahme von Kraftstoff aus einem Tank (18) und einer von der Niederdruckpumpe (11) gespeisten Hochdruckpumpe (12) mit nockenwellenbetätigten Pumpenelementen (23), wobei das Zuschaltventil (16) einen hülsenförmigen, vom Druck der Niederdruckpumpe (11) längsbewegbaren Ventilkolben (34) hat, der von einer vorgespannten Schraubendruckfeder (35) belastet ist, eine Drosselbohrung (54) im Kolbenboden (53) aufweist und bei einer vorbestimmten Druckschwelle des von der Niederdruckpumpe (11) geförderten Kraftstoffs eine Abströmbohrung (48) in einem den Kolben (34) führenden Ventilgehäuse (32) freigibt, wobei die Drosselbohrung (54) abströmseitig ständig mit einem die Nockenwelle (24) enthaltenden Raum (25) eines Gehäuses (26) der Hochdruckpumpe (12) in Verbindung steht, der an den Kraftstofftank (18) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (34) bei einer ersten Druckschwelle eine parallel zur Drosselbohrung (54) verlaufende Verbindung (49, 55, 57, 45, 47) zwischen der Niederdruckpumpe (11) und dem Nockenwellenraum (25) der Hochdruckpumpe (12) steuert und bei einer demgegenüber höheren zweiten Druckschwelle die Abströmbohrung (48) freigibt, die unmittelbar mit der Saugseite der Niederdruckpumpe (11) in Verbindung steht.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (34) mit Überschreiten der ersten Druckschwelle im Zusammenwirken mit einer ersten Steuerkontur (59) des Ventilgehäuses (32) als Stromregelventil arbeitet und mit Überschreiten der zweiten Druckschwelle im Zusammenwirken mit einer zweiten Steuerkontur (61) des Ventilgehäuses (32) eine Druckregelfunktion ausübt.

3. Ventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:
das Ventilgehäuse (32) ist im Gehäuse (26) der Hochdruckpumpe (12) aufgenommen,
das Ventilgehäuse (32) ist ein hohlzylindrisches Einschraubteil,
in seiner Durchgangsbohrung (33) sind der Ventilkolben (34) und die Druckfeder (35) achsgleich hintereinander aufgenommen, wobei die Drosselbohrung (54) des Kolbens (34) federseitig angeordnet ist,
die Durchgangsbohrung (33) ist federabgewandt an eine mit der Druckseite der Niederdruckpumpe (11) in Verbindung stehende Zuströmbohrung (49) angeschlossen,
die Durchgangsbohrung (33) steht federseitig durch eine erste Querbohrung (45) mit dem Nockenwellenraum (25) der Hochdruckpumpe (12) in Verbindung,
die Durchgangsbohrung (33) ist federabgewandt von der mit der Saugseite der Niederdruckpumpe (11) in Verbindung stehenden, die zweite Steuerkontur (61) aufweisenden zweiten Querbohrung (46) gekreuzt.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (34) unter der Vorspannkraft der Druckfeder (35) an einer Stufe (52) der Durchgangsbohrung (33) des Ventilgehäuses (32) abgestützt und die Vorspannkraft der Druckfeder (35) mit einer in die Durchgangsbohrung (33) druckdicht eingepreßten Kugel (36) eingestellt ist.

5. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (32) in einer Sacklochbohrung (31) angeordnet ist und mit seiner am Grund (40) der Sacklochbohrung (31) angreifenden Stirnfläche (39) die Zuströmbohrung (49) von der im Pumpengehäuse (26) fortgeführten Abströmbohrung (48) trennt, daß das Ventilgehäuse (32) einen sich zwischen der ersten Querbohrung (45) und der zweiten Querbohrung (46) erstreckenden Außengewindeabschnitt (37) aufweist, mit dem es in dem Pumpengehäuse (26) befestigt ist, und daß das Ventilgehäuse (32) zwischen der ersten Querbohrung (45) und der Mündung (41) der Sacklochbohrung (31) mit einem Dichtring (42) gegen das Pumpengehäuse (26) abgedichtet ist.