DE60022589T2

DE60022589T2 - Vorrichtung zur Regelung des Abgabedruckes einer Pumpe,zum Beispiel zum Fördern von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE60022589T2
Application number: DE60022589T
Authority: DE
Inventors: Nicola Pacucci; Sisto Luigi De Matthaeis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: ITTO990571A1; KR20010015121A; CN1294348C; EP1065372A2; CN1479001A; CN1294349C; CN1292454A; CN1138917C; ES2247982T3; EP1065372A3; IT1308779B1; KR100728740B1; CN1479002A; JP2001059459A; RU2247258C2; JP4637326B2; CN1479000A; US6408824B1; DE60022589D1; CN1294350C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Abgabedrucks einer Pumpe, zum Beispiel zum Fördern von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor.
Bei modernen Motorkraftstoffversorgungssystemen zieht eine Niederdruckpumpe Kraftstoff aus einem Tank ab und führt ihn einer Hochdruckpumpe zu, die ihn wiederum einem Verteiler oder einer so genannten „Common Rail" zur Versorgung der Motorzylindereinspritzdüsen zuführt. Zur Steuerung und Aufrechterhaltung eines konstanten Kraftstoffdrucks in der Common Rail werden normalerweise drucksensorgesteuerte Vorrichtungen. vorgesehen, um jeglichen überschüssigen Kraftstoff in den Tank zurück abzuführen.
Bekannte Drucksteuervorrichtungen umfassen normalerweise ein Magnetventil, das wiederum eine mit der Abgabeleitung der Hochdruckpumpe in Verbindung stehende Versorgungsleitung und eine mit dem Tank in Verbindung stehende Abführleitung umfasst. Des weiteren ist das Magnetventil mit einem zwischen der Versorgungs- und Abführleitung angeordneten Verschluss und einem zur Steuerung eines den Verschluss steuernden Ankers erregten Elektromagneten versehen.
Bei einem bekannten Druckregel-Magnetventil, das in einer Radialkolbenpumpe eingebaut ist, weist der Elektromagnet einen Kern mit einer ringförmigen Magnetspule auf; der Anker ist scheibenförmig und an einem Schaft befestigt, der in einem Loch in dem Kern koaxial mit dem Elektromagneten gleitet; und der Verschluss wird durch ein konisches Ende des Schafts oder durch eine durch das Ende des Schafts gesteuerte Kugel definiert. Ein Beispiel für solch ein Druckregelventil mit einem konischen Schaft, das durch ein piezoelektrisches Stellglied gesteuert wird, wird in der JP 5296117 A gezeigt.
Bekannte Regelsysteme sind mit mehreren Nachteilen behaftet. Insbesondere ist der Kraftstoffdruck in der Abgabeleitung verschiedenen Arten von Störungen ausgesetzt, die den Betrieb des Motors beeinträchtigen und die insbesondere durch die pulsierende Wirkung der Hochdruckpumpenkolben und durch Pulsieren der Kraftstoffzufuhr durch die Einspritzdüsen bewirkt werden.
Bekannte Vorrichtungen sind auch einer Druckstörung ausgesetzt, die durch die Kolbenwirkung des Ankerschafts bewirkt wird, die wiederum durch Änderungen des Kraftstoffdrucks bewirkt wird, wenn die Versorgungsleitung geöffnet ist. Wenn der Elektromagnet das Regelmagnetventil öffnet, wirkt der Abgabedruck sofort auf den ganzen Abschnitt des Schafts, wodurch das Magnetventil sofort geöffnet und ein vibrieren des Ankers bewirkt wird.
Der Elektromagnet wird durch elektrische Impulse mit einer gegebenen Frequenz gesteuert, die unter Verwendung der Pulsbreitenmodulationstechnik (PBM-Technik) auch eine Störung des Kraftstoffdrucks in der Common Rail verursacht; und da das Magnetventil eine gegebenen Resonanzfrequenz aufweist, kann die Resultierende der verschiedenen Störungsarten unter bestimmten Bedingungen Resonanzerscheinungen erzeugen, die zu einer sehr starken Zunahme der Störung führen.
Die US 5,878,965 offenbart ein Einspritzdüsen-Kraftstoffsystem mit einer Kraftstoffpumpe, einer über einen Überströmkanal mit der Pumpe verbundenen Einspritzdüse und einem über einen Kraftstoffkanal mit der Einspritzdüse verbundenen Kraftstofftank. Die Einspritzdüse ist oftmals von der benetzten Art und umfasst eine Steuerkammer, die durch einen großen Durchmesser aufweisende Leitungen mit einer Expansionskammer verbunden ist, um eine sofortige Druckentlastung in der Steuerkammer zu gestatten und eine Doppeleinspritzung zu vermeiden. Das obige Einspritzventil-Kraftstoffsystem lehrt, dass eine Einspritzdüse eine Pulsierung im Überströmkanal bestimmt, die normalerweise als Common Rail bezeichnet wird, und keinen Beitrag zur Regelung des von der Pumpe gelieferten Drucks leistet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer sehr einfachen, zuverlässigen Vorrichtung zur Regelung des Abgabedrucks einer Pumpe und die die oben erwähnten Nachteile, die in der Regel mit bekannten Vorrichtungen verbunden sind, beseitigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Regelung des Abgabedrucks einer Pumpe, zum Beispiel zum Fördern von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor, und mit einem Magnetventil, das wiederum eine mit dem Förderstrom der Pumpe in Verbindung stehende Versorgungsleitung, eine Abführleitung, einen Verschluss zwischen der Versorgungsleitung und der Abführleitung und einen zur Steuerung eines den Verschluss steuernden Ankers variabel erregbaren Elektromagneten umfasst; wobei die Vorrichtung Reduziermittel zur Reduzierung von Störungen im Abgabedruck der Pumpe umfasst, die wiederum eine Sperrkammer zum Sperren des Hydraulikdrucks zwischen der Versorgungsleitung und der Abführleitung umfasst; wobei die Kammer ein solches Volumen aufweist, dass die Wirkung der Änderung des Hydraulikdxucks auf den Anker reduziert wird, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Anker einen zylindrischen Schaft mit einem in der Kammer untergebrachten Teil aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass der Teil durch eine Schulter mit dem Schaft verbunden ist, so dass sein Durchmesser kleiner ist als der des Schafts, das Volumen der Kammer vergrößert wird und die Wirkung des Hydraulikdrucks in der Kammer auf den Schaft reduziert wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Sperrkammer durch eine festgelegte Abschirmung mit einer Öffnung geschlossen, in der der den kleineren Durchmesser aufweisende Teil gleitet, um die Wirkung Hydraulikdrucks in der Kammer auf den Schaft zu beseitigen.
Wenn der Elektromagnet durch eine elektronische Einheit gesteuert wird, die einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen mit einer gegebenen Frequenz und einen Pulsbreitenmodulator umfasst, konditionieren die Störungsreduziermittel den Impulsgenerator derart, dass die Resonanzfrequenz des Magnetventils vermieden wird.
Es werden mehrere nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird; darin zeigen:
1 eine teilweise als Schnitt ausgeführte Ansicht einer Hochdruckpumpe, die eine Abgabedruckregelvorrichtung gemäß der Erfindung aufweist;
2 einen schematischen Schnitt eines Magnetventils in einem größeren Maßstab, das einen Teil der Regelvorrichtung in 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung bildet;
3 den schematischen Schnitt von 2 in einem etwas kleineren Maßstab und in einem Stadium der Montage des Magnetventils;
4 das Detail von 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5 und 6 zwei Variationen des Details von 4;
7 ein weiteres Detail von 2 gemäß einer weiteren Variation der Erfindung;
8 ein Blockdiagramm einer elektronischen Einheit zur Steuerung der Druckregelvorrichtung;
9 und 10 zwei Betriebsdiagramme einer bekannten Regelvorrichtung;
11 und 12 zwei Betriebsdiagramme, wie in 9 und 10, einer Regelvorrichtung gemäß der Variation von 6, die durch Impulse mit einer gegebenen Frequenz gesteuert wird;
13 und 14 zwei weitere Betriebsdiagramme, wie in den 11 und 12, der gleichen Regelvorrichtung, die durch Impulse mit einer anderen Frequenz gesteuert wird.
Nummer 10 in 1 zeigt als Ganzes ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor, zum Beispiel einen Dieselmotor. Das System 10 umfasst eine Niederdruckpumpe 11, die durch einen Elektromotor 12 dazu angetrieben wird, Kraftstoff aus einem normalen Fahrzeugtank 13 zur Einlassleitung 14 einer insgesamt durch 16 gezeigten Hochdruckpumpe zu fördern.
Die Pumpe 16 ist eine am Verbrennungsmotor angeordnete Radialkolbenpumpe. Insbesondere umfasst die Pumpe 16 drei Zylinder 17 (von denen in 1 nur einer gezeigt wird), die radial in einem Abstand von 120° an einem Pumpenkörper 18 angeordnet sind jeder Zylinder 17 wird durch eine ein Einlassventil 21 und ein Abgabeventil 22 stützende Platte 19 geschlossen; und jeder Zylinder 17 und jede jeweilige Platte 19 sind durch einen entsprechenden Kopf 23 des Zylinders 17 mit dem Pumpenkörper 18 verriegelt.
Drei Kolben 24 gleiten in jeweiligen Zylindern 17 und werden nacheinander durch einen (in 1 nicht gezeigten) einzigen Nocken aktiviert, der von einer durch die Antriebswelle des Verbrennungsmotors angetriebenen Welle 25 getragen wird. Die Kolben 24 ziehen den Kraftstoff durch jeweilige Einlassventile 21 aus der Leitung 14 und durch jeweilige Förderventile 22 zu einer gemeinsamen Förderleitung 26. Die Hochdruckpumpe 16 pumpt den Kraftstoff bis zu Drücken von ca. 1600 bar.
Die Leitung 26 ist mit einem Verteiler oder Behälter für druckbeaufschlagtes Fluid verbunden, der schematisch durch 27 gezeigt und im Folgenden als Common Rail bezeichnet wird, die die gewöhnlichen Kraftstoffeinspritzdüsen 28 der Verbrennungsmotorzylinder versorgt. Ein Drucksensor 29 an der Common Rail 27 ist mit einer elektronischen Steuereinheit 31 verbunden (siehe auch 8), um den Kraftstoffdruck in der Common Rail 27 zu steuern.
Die Pumpe 16 weist eine Abgabedruckregelvorrichtung auf, die ein als Ganzes durch 32 gezeigtes Magnetventil umfasst, das in einem Sitz 33 im Pumpenkörper 18 angeordnet ist und wiederum eine Versorgungsleitung 34 und eine Abführleitung 36 umfasst. Insbesondere ist die Versorgungsleitung 34 axial an einem ersten zylindrischen Teil 37 des Ventilkörpers 38 angebracht.
Die Versorgungsleitung 34 umfasst einen Teil 35 mit kalibriertem Durchmesser und steht über einen radialen Kanal 39 und einen Hohlraum 41 im Pumpenkörper 18 mit der Förderleitung 26 in Verbindung. Die Abführleitung 36 ist radial zum Pumpenkörper 18 angebracht und steht über einen ringförmigen Hohlraum 42 mit einer Reihe von radialen Löchern 43 im Teil 37 in Verbindung. Ein Verschluss in Form einer Kugel (44) (2) befindet sich zwischen der Versorgungsleitung 34 und den radialen Löchern 43 und nimmt einen am Auslass des Teils 35 ausgebildeten konischen Sitz 45 in Eingriff, um die Leitung 34 zu schließen.
Des Weiteren umfasst das Magnetventil einen Steuerelektromagnet, der als Ganzes durch 46 gezeigt wird und einen ferromagnetischen Kern 47 aufweist, der einen ringförmigen Sitz 48 aufweist, in dem eine ringförmige Magnetspule 49 untergebracht ist. Die Einheit 31 (siehe auch 8) erregt variabel den Elektromagneten 46 zur Steuerung eines die Kugel 44 steuernden Ankers 51. Insbesondere handelt es sich bei dem Anker 51 um eine Scheibenart und er ist an einem zylindrischen Schaft 52 angebracht, der zum Gleiten innerhalb eines axialen Lochs 53 im Kern 47 geführt wird.
Der Kern 47 ist integral mit einem hohlen zylindrischen Teil 54 ausgebildet, in dem ein Kopf 56 zum Schließen des Elektromagneten 32 fluiddicht angebracht ist. Der Kopf 56 besteht aus einem nichtmagnetischen Metallmaterial und weist eine Kammer 55 auf, in der der Anker 51 untergebracht ist, die somit die Ankerkammer definiert. Des Weiteren weist der Kopf 56 einen mittleren Hohlraum 58 auf, in dem eine Druckfeder 59 untergebracht ist, die so vorbelastet ist, dass sie den Anker 51 normalerweise zu den Polstücken des Kerns 47 schiebt und so die Kugel 44 in der geschlossenen Position hält, in der die Versorgungsleitung 34 mit eine gegebenen Kraft geschlossen wird.
Des Weiteren weist der Kern 47 einen zylindrischen Ansatz 60 mit einer inneren Schulter 57 auf, die einen axialen Sitz 61 bildet, in dem ein zweiter zylindrischer Teil 62 des Ventilkörpers 38, dessen Durchmesser größer ist als der des Teils 37, angeordnet ist. Der Ventilkörper 38 umfasst einen zylindrischen axialen Hohlraum 63, der im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist wie das Loch 53 im Kern 47, um zu ermöglichen, dass das Ende des Schafts 52 die Kugel 44 in Eingriff nimmt.
Der Hohlraum 63 steht mit radialen Löchern 43 in Eingriff und erstreckt sich bis zur Ebene der Basis des konisches Sitzes 45. Das Volumen des Hohlraums 63, das nicht von dem Schaft 52 und von der Kugel 44 eingenommen wird, definiert eine Sperrkammer 64 zum Sperren der hydraulischen Welle zwischen der Versorgungsleitung 34 und der Abführleitung 36.
Der Ventilkörper 38 wird in dem Sitz 61 befestigt, indem ein ringförmiger Rand 65 des Ansatzes 60 aus der Position in 4 in die Position von 2 umgebogen wird, so dass er einen abgeschrägten Rand 66 des Teils 62 fest in Eingriff nimmt. Dies erfolgt unter Einfügung eines Einstellglieds, zum Beispiel einer kalibrierten Scheibe 67, die zwischen der Schulter 57 und der Endfläche des Teils 62 eingesetzt wird. Um die Scheibe 67 leicht zu positionieren, weist die Endfläche des Teils 62 eine Rippe 70 auf.
Die Scheibe 67 wird aus einer Reihe von modularen Scheiben 67 ausgewählt, die sich um zwei Mikrometer Dicke voneinander unterscheiden, um eine Anschlagposition des Schafts 52 zu erhalten, in der ein vorbestimmter Spalt zwischen dem Anker 51 und den Polstücken des Kerns 47 gelassen wird, um die Reaktion des Ankers 51 auf Änderungen der Erregung der Magnetspule 49 zu verbessern.
Die Magnetspule 49 ist mit den gewöhnlichen Anschlüssen 68 versehen (2), die teilweise mit der Magnetspule 49 in zwei Ansätze 69 (von denen in 2 nur einer gezeigt ist) bildendes Isoliermaterial zusammen geformt sind. Die Ansätze 69 werden in zwei Löchern 71 im Anker 51 eingesetzt; und die beiden Anschlüsse 68 werden mit zwei Metallstiften 72 zur Verbindung mit einem elektrischen Stecker verlötet, der zuvor in einem im Kopf 56 eingesetzten Ring 73 des Isoliermaterials damit zusammen geformt wird.
Dann wird der Kopf 56 fluiddicht im hohlen Teil 54 des Kerns 47 befestigt, indem ein ringförmiger Rand 76, ähnlich dem Rand 65, des Teils 54 gebogen wird, um einen abgeschrägten Rand 77 des Kopfs 56 fest in Eingriff zu nehmen. Der Teil 54 und der Kopf 56 werden zusammen in einem Block 78 geformt, der den gewöhnlichen Schutz 79 für die Stifte 72 umfasst; und schließlich wird das Magnetventil 32 mittels Schrauben und unter Zwischenanordnung geeigneter Dichtungen 82 und 83 am Teil 37 des Ventilkörpers 38 und am Ansatz 60 des Kerns 47 fluiddicht im Sitz 33 des Pumpenkörpers 18 angebracht.
Die Steuereinheit 31 (8) empfängt elektrische Signale, die verschiedene Betriebsparameter des Motors, wie zum Beispiel die Motordrehzahl, die Ausgangsleitung, den Leistungsbedarf, den Kraftstoffverbrauch usw. anzeigen. Ein Impulsgenerator 84 erzeugt abgeschnittene Impulse mit vorbestimmter Frequenz und ist mit einem Modulator 86 zum Modulieren der Pulsbreite der Impulse verbunden, um den Elektromagneten 46 unter Verwendung der PBM-Technik zu steuern. Der Modulator 86 kann die Pulsbreite der Impulse zwischen 1% und 99% variieren.
Die Magnetspule 49 (siehe auch 2) des Elektromagneten 46 wird durch die von dem Modulator 86 erzeugte Pulsbreite gesteuert. Dazu empfängt die Einheit 31 ein Signal vom Drucksensor 29 und verarbeitet es als eine Funktion der anderen Parameter zur entsprechenden Steuerung des Modulators 86.
Die obige Druckregelvorrichtung funktioniert wie folgt.
Normalerweise wird der Elektromagnet 46 (1 und 2) entregt, und die Versorgungsleitung 34 wird durch die Kugel 44 und die Feder 59 geschlossen. Wenn die Pumpe 16 eingeschaltet ist, wird Kraftstoff entlang der Förderleitung 26 zur Common Rail 27 geleitet, wodurch der Druck erhöht wird. Wenn der Kraftstoffdruck in der Common Rail 27 und deshalb in der Förderleitung 26 und in der Versorgungsleitung 34 einen gegebenen Mindestwert übersteigt, würde er die Kraft der Feder 59 an der Kugel 44 überwinden. Da das von dem Modulator 86 abgegebene Signal dann jedoch die Magnetspule 49 erregt, wird der Kraft der Feder 59 die Magnetkraft des Elektromagneten 46 am Anker 51 hinzugefügt.
Wenn der Kraftstoffdruck in der Common Rail 27 den von der Steuereinheit 31 angeforderten Druck übersteigt, verringert der Modulator 86 die Pulsbreite, wodurch die Magnetkraft am Anker 51 verringert wird. Der Kraftstoffdruck in der Versorgungsleitung 34 überwindet deshalb die Resultierende der Kraft der Feder 59 und der Magnetkraft an der Kugel 44, die aus dem Sitz 45 freigegeben wird, so dass die Versorgungsleitung 34 mit Löchern 43 und deshalb mit der Abführleitung 36 verbunden ist, und ein Teil des gepumpten Kraftstoffs wird in den Tank 13 abgeführt.
Gemäß der Erfindung umfasst die Regelvorrichtung verschiedene Mittel zur Verringerung der Störung im Kraftstoffdruck in der Förderleitung 26 und deshalb in der Common Rail 27. Insbesondere umfassen solche Mittel die Sperrkammer 64 zum Sperren der hydraulischen Welle zwischen der Versorgungsleitung 34 und dem Abführleitung 36, deren Volumen derart ist, dass eine Störung in der Förderleitung 26 ausreichend reduziert wird. Der Schaft 52 umfasst vorteilhafterweise einen Endteil 87 mit einem kleinen Durchmesser, der durch eine Verbindungsschulter 88 von dem Rest des Schafts 52 getrennt ist. Vorzugsweise liegt der Durchmesser des Teils 87 zwischen 1/3 und 2/3 des des Schafts 52, und der Teil 72 kann sich über die ganze Höhe der Kammer 64 erstrecken.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Sperrkammer 64 und der Schulter 88 eine festgelegte Abschirmung 91a, 91b, 91c (4 – 6) eingesetzt. Insbesondere ist die Abschirmung 91a, 91b, 91c zwischen dem Ventilkörper 38 und dem Kern 47 festgelegt und weist eine Öffnung oder ein Loch 92 auf, in dem der einen kleinen Durchmesser aufweisende Teil 87 mit einem Mindestausmaß an Spielraum gleitet, so dass der variable Kraftstoffdruck in der Sperrkammer 64 im Gegensatz zur Schulter 88 auf die Fläche der Abschirmung 91a, 91b, 91c einwirkt, wodurch die Druckwirkung auf den Schaft 52 stark reduziert wird.
Bei einer ersten Variation (4) ist die Abschirmung 91a becherförmig mit einer flachen Wand 93 und einer zylindrischen Wand 94; und der Teil 62 des Ventilkörpers 8 weist eine Schulter 95 auf, die einen Sitz zur Aufnahme der zylindrischen Wand 94 der Abschirmung 91a bildet, wodurch die Rippe 70 von 3 zur Positionierung der Scheibe 67 ersetzt wird.
Bei einer weiteren Variation (5) ist die Abschirmung 91b becherförmig wie in 4, aber die zylindrische Wand 94 umfasst einen Flansch 96, der zwischen der Endfläche des Teils 62 des Ventilkörpers 38 und der Schulter 57 des Kerns 47 eingesetzt wird, um die Scheibe 67 zu ersetzen. Die Abschirmung 91b wird deshalb aus einer Reihe von Abschirmungen 91b mit Flanschen 96 einer modularen Dicke wie die Scheiben 67 in 3 ausgewählt und definiert deshalb das Einstellelement des Ventilkörpers 38. In diesem Fall besteht natürlich ein gewisses Ausmaß an Spielraum zwischen der flachen Wand 93 der Abschirmung 91b und der Schulter 95 des Teils 62 des Ventilkörpers 38.
Bei einer weiteren Variation (6) weist der Teil 62 des Ventilkörpers 38 keine Rippe 70 und keine Schulter 95 auf; die Abschirmung 91c wird durch eine Scheibe definiert, deren Außendurchmesser im Wesentlichen gleich dem des axialen Sitzes 61 im Ansatz 60 des Kerns 47 ist; und das mittlere Loch 92 weist im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Teil 87 des Schafts 52 auf.
In diesem Fall umfasst die Schulter 57 des Sitzes 61 des Kerns 47 eine ringförmige Nut 97, die eine genaue maschinelle Bearbeitung der gesamten Fläche der auf an der Schulter 57 anliegenden Abschirmung 91c ermöglicht. Die Scheibe der Abschirmung 91c wird aus einer Reihe von Scheiben 91c mit modularen Dicken ausgewählt und bildet so ein äußerst wirtschaftliches Einstellelement des Ventilkörpers 38. Die Abschirmung 91c in Form einer Scheibe ermöglicht natürlich auch eine starke Vereinfachung der Herstellung des Sitzes 61 im Ventilkörper 38.
Das Mittel zur Reduzierung der Störung im Abgabedruck der Hochdruckpumpe 16 kann ein Abdrosselelement 98 (7) umfassen oder dadurch definiert sein, das entfernbar in der Versorgungsleitung 34 des Magnetventils 32 angeordnet ist. Insbesondere kann das Abdrosselelement 98 durch einen zylindrischen Block mit einem kalibrierten axialen Loch 99 definiert sein.
Vorteilhafterweise kann eine Reihe von zylindrischen Blöcken 98 mit dem gleichen Außendurchmesser, aber mit Löchern 99 mit modularen Durchmessern vorgesehen werden, so dass jedes Magnetventil 32 mit dem Block 98 versehen werden kann, der am besten zur Reduzierung von Störungen im Abgabedruck der Pumpe 16 geeignet ist. Der Durchmesser des Lochs 99 liegt vorzugsweise zwischen 6/10 und 10/10 des Durchmessers des Teils 35 der Versorgungsleitung 34.
Das Mittel zur Reduzierung von Störungen im Abgabedruck der Hochdruckpumpe 16 kann auch ein Abdrosselglied 100 (1) umfassen, das entfernbar in der Förderleitung 26 der Pumpe 16 angeordnet ist und das durch ein Anschlussstück mit einem kalibrierten Loch 101 im Sitz 102 der Förderleitung 26 definiert sein kann. Tests haben gezeigt, dass Störungen mit einem Loch 101 mit einem Durchmesser von weniger als 0,7 mm am besten reduziert werden. Der Durchmesser des Lochs 101 liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,7 mm.
Sowohl der Block 98 als auch das Anschlussstück 100 können unabhängig oder in Kombination miteinander und/oder mit einer Abschirmung 91a, 91b, 91c der Sperrkammer 64 vorgesehen werden, je nachdem, was unter bestimmten Betriebsbedingungen effektiver ist. Hinsichtlich der Drehzahl der Pumpe 16 sorgen insbesondere der Block 98 und das Anschlussstück 100 für eine größere Reduzierung der Druckstörungen bei Drehzahlen der Pumpe 16 von über 2000 U/min.
Hinsichtlich des in der Common Rail 27 erforderlichen Kraftstoffdrucks sorgt der Block 98 für eine größeren Reduzierung der Druckstörungen bei Drücken von über 600 bar, während das Anschlussstück 100 für eine größere Reduzierung der Störungen bei Drücken von unter 700 bar sorgt. Was auch immer der Fall ist, erfolgt die durch den Block 98 und das Anschlussstück 100 bewirkte Reduzierung der Druckstörungen zusätzlich zu den durch die Abschirmung 91 bewirkten.
Wie bekannt, weist das Magnetventil 32 eine Resonanzfrequenz auf, die im obigen Fall normalerweise zwischen 500 und 650 Hz liegt. Unter gewissen Bedingungen kann jegliche Druckstörung zwangsweise Schwingungen des Magnetventils 32 einleiten, was zu einer enormen Zunahme der Störungen führt, so dass das das Mittel zur Reduzierung von Druckstörungen im Hinblick auf einer Vermeidung von Resonanzerscheinungen ausgewählt werden muss.
Während des tatsächlichen Betriebs der Druckregelvorrichtung sind die auf die Kugel 44 wirkenden Kräfte nicht konstant, und zwar nicht nur aufgrund der pulsierenden Strömungskomponenten, die durch den intermittierenden Betrieb der Pumpe 16 und der Einspritzdüsen 29 und durch die PBM-Steuerung des Elektromagneten 46 verursacht werden, sondern auch aus anderen mechanischen Gründen, wie zum Beispiel aufgrund des Spalts des Ankers 51, der Position der Kugel 44 bezüglich des Sitzes 45 und der Reibung zwischen dem Schaft 52 und dem Loch 53.
Anstatt in einer festgelegten Position zu bleiben, schwingen oder „zittern" deshalb sowohl die Kugel 44 als auch der Anker 51 des Elektromagneten 46 um einen Gleichgewichtspunkt. Wenn das Zittern eine begrenzte Amplitude aufweist, unterstützt es eine Minimierung der Reibung zwischen dem Schaft 52 und dem Loch 53, so dass die Steuerfrequenz des Elektromagneten 46 zur Steuerung der Zitteramplitude verwendet werden kann. Zum Beispiel muss bei geringen Betriebsdrehzahlen der Pumpe 16, und wenn in der Common Rail 27 ein geringer Druck erforderlich ist, das Zittern unter Verwendung einer niedrigen PBM-Steuerfrequenz von zum Beispiel ca. 400 Hz verstärkt werden.
Umgekehrt kann das Zittern, wenn es eine starke Amplitude aufweist, zum Beispiel bei hohen Betriebsdrehzahlen der Pumpe 16, und wenn in der Common Rail 27 ein hoher Druck erforderlich ist, eine Regelung des Drucks in der Common Rail 27 beeinträchtigen. In diesem Fall muss die durch die elektrische Steuerung des Elektromagneten 46 verursachte pulsierende Wirkung unter Verwendung einer ausreichend hohen Steuerpulsfrequenz von z.B. ca. 2000 Hz minimiert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Druckstörungsreduzierungsmittel zur Steuerung der Zitteramplitude eine Schaltung 103 zur Änderung der Frequenz der von dem Impulsgenerator 84 abgegebenen Steuersignale umfassen. Dazu wird die Schaltung 103 vorzugsweise durch eine Einheit 31 automatisch gesteuert, um jedes Mal die Frequenz der von dem Generator 84 erzeugten Steuersignale auszuwählen, die am besten zum Erreichen einer maximalen Reduzierung von hydraulischen Druckstörungen in der Common Rail 27 geeignet sind.
Die Einheit 31 ist deshalb zur Steuerung der Schaltung 103 programmiert, um Frequenzen auf Grundlage einer Schätzung der Störungen in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern zu wählen, die den in der Common Rail 27 erforderlichen Hydraulikdruck, die Drehzahl der Pumpe 16 und des Verbrennungsmotors, die Menge an in die Motorzylinder eingespritztem Kraftstoff, das heißt die Ausgangsleistung des Motors, und die Position des Fahrpedals umfassen können.
Die Schaltung 103 kann auch von Hand empirisch geregelt werden, um den Generator 84 daran zu hindern, Impulse mit einer Frequenz zu erzeugen, die im Wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz des Magnetventils 32 und des Versorgungssystems 10 ist. Bei dem oben beschriebenen Magnetventil 32 wird die Schaltung 103 vorzugsweise so geregelt, dass der Generator 84 Steuerimpulse mit einer Frequenz von mindestens 1500 Hz erzeugt.
Das Diagramm von 9 zeigt den Druck in der Förderleitung 26 als Funktion des einem herkömmlichen mit offenem Regelkreis gesteuerten Magnetventils in Impulsen mit einer Frequenz von 1667 Hz zugeführten Regelstroms. Die fünf Kurven A-E zeigen, dass der Druck bezüglich der Betriebsdrehzahlen der Pumpe 16 von links nach rechts ansteigt.
Insbesondere betrifft Kurve A eine Drehzahl von 500 U/min einer Pumpe 16 und ihren niedrigsten Punkt bei Null-Erregungsstrom; und die Kurven B, C, D und E betreffen jeweils Drehzahl von 1000, 1500, 2000 und 2500 U/min der Pumpe 16 und die jeweils niedrigsten Punkte bei Null-Erregerstrom. Wie zu sehen, zeigt die 1500 U/min-Kurve C eine starke Störung bei einem Druck von unter 600 bar, während die Kurven D und E Drehzahlen von 2000 und 2500 U/min bei praktisch jedem Druck starke Störungen zeigen.
10 zeigt ein Diagramm Druck gegenüber Drehzahl der Pumpe 16 bezüglich des gleichen Magnetventils wie in 9. Die sechs Kurven zeigen Druck gegenüber Versorgungsströme des Elektromagneten 47 zwischen 0,75 bis 2 A, und Zunahme um 0,25 A von der unteren Kurve nach oben. Wie zu sehen, zeigen mit Ausnahme der unteren Kurven bezüglich übermäßig geringen Drücken alle Kurven bei höheren Drehzahlen starke Druckstörungen.
Die 11 und 12 zeigen die gleichen Diagramme wie die 9 und 10, jedoch bezüglich einer mit Impulsen mit einer Frequenz von 833 Hz gesteuerten Regelvorrichtung, und wobei das Magnetventil 32 mit einer Abschirmung 91c (6) und eine Förderleitung 26 (1) mit einem Abdrosselglied 100, das ein Loch 101 mit einem Durchmesser von 0,65 mm aufweist, versehen ist. Wie in den 11 und 12 gezeigt, besteht bei niedrigen Drücken und geringen Drehzahlen der Pumpe 16 nur eine geringe Druckstörung in der Common Rail 27.
Die 13 und 14 zeigen die gleichen Diagramme wie in der 9 und 10, aber bezüglich einer mit Impulsen mit einer Frequenz von 1667 Hz gesteuerten Regelvorrichtung, und wobei das Magnetventil 32 mit einer Abschirmung 91c und die Förderleitung 26 mit einem Abdrosselglied mit einem Durchmesser von 0,65 mm versehen ist, wie in den 11 und 12, und die Versorgungsleitung 34 mit einem Abdrosselelement mit einem Durchmesser von 0,5 mm versehen ist. Wie in den 13 und 14 gezeigt, wird die Druckstörung bei praktisch allen Drücken der Common Rail 27 und allen Drehzahlen der Pumpe 16 beseitigt.
Im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen gehen die Vorteile der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung aus der vorhergehenden Beschreibung hervor. Insbesondere sorgen sowohl die Sperrkammer 64 als auch das Abdrosselelement 98 der Versorgungsleitung 34 oder das Abdrosselglied 100 der Förderleitung für eine Reduzierung der Druckstörungen in der Common Rail 27.
Des Weiteren beseitigt die Abschirmung 91a, 91b, 91c die durch den Druck in der Sperrkammer 64 am Anker 51 erzeugte Kolbenwirkung. Und schließlich beseitigt die Frequenz der Steuerimpulse der Magnetspule 49 des Magnetventils 32 Druckstörungen, die sowohl durch die Resonanz der Frequenz der Vorrichtung selbst als auch durch die besonderen Betriebsbedingungen des Motors verursacht werden.
An der hier beschriebenen Regelvorrichtung können natürlich Änderungen durchgeführt werden, ohne jedoch vom Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Zum Beispiel kann der Anker 51 des Elektromagneten 46 zylindrisch anstatt scheibenförmig sein; das Volumen der Sperrkammer 64 kann auch durch Änderung der Höhe und/oder des Durchmessers des Hohlraums 63 vergrößert werden; und das Magnetventil 32 kann anstatt an der Pumpe an der Common Rail 27 angeordnet werden.

Claims

Vorrichtung zur Regelung des Abgabedrucks einer Pumpe, zum Beispiel zum Fördern von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor, und mit einem Magnetventil (32), das wiederum eine mit dem Förderstrom der Pumpe (16) in Verbindung stehende Versorgungsleitung (34), eine Abführleitung (36), einen Verschluss (44) zwischen der Versorgungsleitung (34) und der Abführleitung (36) und einen zur Steuerung eines den Verschluss (44) steuernden Ankers (51) variabel erregbaren Elektromagneten (46) umfasst; wobei die Vorrichtung Reduziermittel (64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103) zur Reduzierung von Störungen im Abgabedruck der Pumpe (16) umfasst, die wiederum eine Sperrkammer (64) zum Sperren des Hydraulikdrucks zwischen der Versorgungsleitung (34) und der Abführleitung (36) umfasst; wobei die Kammer (64) ein solches Volumen aufweist, dass die Wirkung der Änderung des Hydraulikdrucks auf den Anker (51) reduziert wird, der einen zylindrischen Schaft (52) mit einem in der Kammer (64) untergebrachten Teil (87) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass der Teil (87) durch eine Schulter (88) mit dem Schaft (52) verbunden ist, so dass sein Durchmesser kleiner ist als der des Schafts (52), das Volumen der Kammer (64) vergrößert wird und die Wirkung des Hydraulikdrucks in der Kammer (64) auf den Schaft (52) reduziert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Teils (87) zwischen 1/3 und 2/3 des des Schafts (52) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduziermittel (64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103) des Weiteren eine festgelegte Abschirmung (91a, 91b, 91c) umfassen, die die Kammer (64) definiert und eine Öffnung (92) aufweist, in der der Teil (87) gleitet, um die Kolbenwirkung des Hydraulikdrucks in der Kammer (64) auf den Schaft (52) zu beseitigen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Elektromagnet (46) einen Kern (47) mit einer ringförmigen Magnetspule (49) umfasst; wobei der Schaft (2) in einem axialen Loch (53) im Kern (47) gleitet und die Kammer (64) in einem Ventilkörper (38) ausgebildet ist, der zur Verbindung mit der Förderleitung (26) ausgeführt ist; dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abschirmung (91a, 91b, 91c) zwischen dem Ventilkörper (38) und dem Kern (47) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Einstellelement (67, 96, 91c) zwischen dem Ventilkörper (38) und einer Schulter (57) des Kerns (47) befindet und aus einer Reihe von Einstellelementen (67, 96, 91c) mit modularer Dicke ausgewählt werden kann, um eine modulare Einstellung der Anhalteposition des Ankers (51), wenn der Elektromagnet (46) erregt ist, zu gestatten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung in Form eines Bechers (91a) vorliegt, der in einem Sitz am Ventilkörper (38) eingesetzt ist, wobei das Einstellelement durch eine getrennte Scheibe (67) mit modularer Dicke definiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung in Form eines Bechers (91b) vorliegt, der in einen Sitz am Ventilkörper (38) eingesetzt ist und einen Abstandsflansch (96) aufweist, der sich zwischen dem Ventilkörper (38) und einer Schulter (95) des Kerns (47) befindet, wobei der Becher (91b) von einer Reihe von Bechern (91b) mit Flanschen (96) modularer Dicke auswählbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung in Form einer flachen Scheibe (91c) vorliegt, die sich zwischen dem Ventilkörper (38) und einer Schulter (95) des Kerns (47) befindet, wobei die flache Scheibe (91c) aus einer Reihe von flachen Scheiben (91c) modularer Dicke auswählbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Versorgungsleitung (34) einen Teil (35) mit einem vorbestimmten kalibrierten Durchmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduziermittel (64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103) ein Abdrosselelement (98) umfassen, das sich entfernbar innerhalb der Versorgungsleitung (34) befindet, wobei das Abdrosselelement (98) ein kalibriertes Loch (99) mit einem kleineren Durchmesser als der des Teils (35) der Versorgungsleitung (34) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Lochs (99) des Abdrosselelements (98) in einem Bereich zwischen 6/10 und 10/10 des des Teils (35) der Versorgungsleitung (34) liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (46) durch eine elektronische Einheit (31) gesteuert wird, die einen Generator (84) zur Erzeugung von Impulsen mit einer vorbestimmten Frequenz und einen Modulator (86) zum Modulieren der Pulsbreite der Impulse umfasst, und wobei es sich bei der Pumpe um eine Hochdruckpumpe (16) eines Kraftstoffzufuhrsystems (10) mit einer mit einem gemeinsamen Verteiler (27) für die Motorzylinder verbundenen Förderleitung (26) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Versorgungsleitung (34) mit der Förderleitung (26) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduziermittel (64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103) ein sich innerhalb der Förderleitung (26) befindendes Abdrosselglied (100) umfassen, das ein kalibriertes Loch (101) mit einem Durchmesser von weniger als 0,7 mm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das kalibrierte Loch (101) des Abdrosselglieds (100) einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 0,5 und 0,7 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduziermittel (64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103) den Generator (84) dahingehend konditionieren, eine solche Pulsfrequenz zu erzeugen, dass die Resonanzfrequenz des Magnetventils (32) vermieden wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (84) so konditioniert ist, dass er Impulse mit einer Frequenz von mindestens 1500 Hz erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (84) durch die elektronische Einheit (31) mittels einer Frequenzwahlschaltung (103) zum Wählen der Frequenz des Generators (84) auf Basis einer Schätzung von hydraulischen Störungen in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Betriebsparameter angesteuert wird: dem Hydraulikdruck im Verteiler (27), der Drehzahl der Pumpe (16) und des Motors und der durch den Motor zugeführten und/oder davon angeforderten Leistung.