EP1045975A1 - Steuereinheit zur steuerung des druckaufbaus in einer pumpeneinheit - Google Patents

Steuereinheit zur steuerung des druckaufbaus in einer pumpeneinheit

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EP1045975A1
EP1045975A1 EP99952396A EP99952396A EP1045975A1 EP 1045975 A1 EP1045975 A1 EP 1045975A1 EP 99952396 A EP99952396 A EP 99952396A EP 99952396 A EP99952396 A EP 99952396A EP 1045975 A1 EP1045975 A1 EP 1045975A1
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EP
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valve
control valve
control
valve body
control unit
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
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Publication of EP1045975B1 publication Critical patent/EP1045975B1/de
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    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F04B49/225—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves with throttling valves or valves varying the pump inlet opening or the outlet opening
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    • F04B2205/17—Opening width of a throttling device
    • F04B2205/172—Opening width of a throttling device after the pump outlet

Definitions

  • Control unit for controlling the pressure build-up in a pump unit
  • the present invention relates to a control unit for controlling the pressure build-up by a pump unit in a system, the control unit having a control valve and a valve actuation unit connected to it, and the control valve being designed as an in-flow opening I-valve, which is one in one Has housing of the control unit axially displaceably mounted valve body which sits with a closed control valve from the inside on a valve seat of the control valve.
  • the present invention also relates to an injection system for supplying fuel to one
  • Combustion chamber of direct-injection internal combustion engines with a pump unit for building up an injection pressure and then for injecting the fuel into the combustion chamber via an injection nozzle.
  • the present invention also relates to a method for controlling the pressure build-up by means of a control unit with a control valve and a valve actuation unit connected thereto, the
  • Control valve is designed as an I valve opening inwards in the direction of flow, which is one in one Has housing of the control unit axially displaceably mounted valve body which sits with a closed control valve from the inside on a valve seat of the control valve.
  • Control units of this type are known from the prior art for controlling the pressure build-up of any pump units. They are used, for example, to control the fuel supply in a combustion chamber of direct-injection internal combustion engines.
  • the internal combustion engines have a pump unit for building up an injection pressure and then for injecting the fuel into the combustion chamber via an injection nozzle.
  • the internal combustion engine can be designed, for example, as a pump-nozzle unit (PDE) or as a pump-line-nozzle (PLD) system.
  • PDE pump-nozzle unit
  • PLD pump-line-nozzle
  • Valve actuation unit designed as an electromagnet that actuates the control valve.
  • the solenoid valve is open in the deenergized state. This provides a free flow from the pump unit to the low-pressure area of the injection system and thus allows the pump chamber to be filled with fuel during the suction stroke of the pump piston and backflow of the fuel during the delivery stroke. Activating the solenoid valve during the delivery stroke of the pump piston closes the latter
  • the control valve is downstream as a I-valve opening on the inside.
  • I-valves usually have a very steep flow curve for small strokes.
  • the course of the flow through a valve is plotted as a function of the stroke of the valve in a flow curve. Due to the steep course of the flow curve of I-valves with small valve strokes, even slight fluctuations in the valve stroke lead to relatively large fluctuations in the flow rate. In principle, a fluctuation in the flow rate with small strokes would have little effect on the total amount of the medium conveyed.
  • the flow rate through the valve should be as independent as possible of the valve stroke for small valve strokes and in which the flow curve should be as flat as possible for small strokes.
  • pre-injection is often carried out there, i.e. H. injected a small amount of fuel into the combustion chamber before the main injection.
  • the noise and exhaust gas behavior of the internal combustion engine can be influenced positively.
  • the amount of pre-injected fuel must be able to be accurately determined to determine the behavior of the
  • the invention proposes, starting from a control unit of the type mentioned at the outset, a control unit which is characterized by a throttle arrangement, by means of which the flow through the control valve is throttled when the control valve is open by a small stroke.
  • valve piston moves in the direction of the closed position of the control valve.
  • the control valve can be brought into a valve position opened by a small stroke.
  • the control valve is open by a small stroke, there is still a flow, but only a throttled flow, from the pump unit via the Valve seat of the control valve and given to the low pressure area of the system via the throttle arrangement.
  • Conditional filling of the pump chamber with the pumped medium during the suction stroke of the pump piston and backflow of the medium during the pumping stroke are thus possible.
  • a low pressure is built up in the high pressure area of the system.
  • the flow rate of the medium flowing through the control valve does not drop steeply during the closing process from a maximum value when the control valve is fully open to zero when the control valve is fully closed. Rather, when a small stroke is reached, an almost constant, small amount of the pumped medium flows through the control valve until the control valve is completely closed.
  • the course of the flow curve of the control valve for small strokes is advantageously very flat. This ensures that
  • the throttle arrangement is preferably integrated in the valve body. This has the advantage that it does not have to be controlled separately, but can be brought together with the valve body from an inactive position when the control valve is fully open to an active position when the control valve is open by a small stroke.
  • a further valve body is arranged on the outside of the valve body in the direction of flow, which is in a closed position for small strokes of the control valve and which has at least one throttle bore which is connected to an inlet and an outlet of the control valve when the control valve is open .
  • the further valve body is preferably axially displaceably mounted in the valve body.
  • valve body of the control valve With the control valve closed and with a small stroke of the control valve in the direction of flow, the valve body sits on another valve seat of the control valve from the inside. With the control valve fully open, i. H. with a large stroke, the valve body of the control valve is from the valve seat and the further valve body is
  • Throttle assembly lifted from the further valve seat.
  • the pumped medium can flow freely through the valve seat and the further valve seat from the pump unit to the low-pressure area of the system.
  • the valve body of the control valve With the control valve partially open, i.e. H. with a small stroke, the valve body of the control valve is still lifted from the valve seat, but the further valve body of the throttle arrangement is seated on the further valve seat.
  • the pumped medium can only flow throttled through the valve seat and the throttle bore of the other valve body. A small pressure is built up in the system.
  • the valve body of the control valve sits on the valve seat and the pumped medium is at the
  • Valve seat retained. Now a higher pressure is built up in the system.
  • the further valve body is formed by a spring element acting between the valve body and the further valve body when the control valve or is closed with a small stroke of the control valve pressed on the further valve seat.
  • the further valve body preferably has a stop which rests on the valve body when the control valve has a large stroke.
  • the distance between the stop and the valve body corresponds to the size of the small valve lift during which the throttle arrangement is active.
  • the invention proposes that the further valve body is formed on the outside of the valve body in the direction of flow and that the further valve body is sealed in a receiving bore with the control valve closed and with a small stroke of the control valve, from which the outlet leads out of the control valve.
  • the further valve body and the receiving bore form the further valve seat, which is closed during the small strokes of the control valve.
  • the pumped medium can only flow throttled through the valve seat and the throttle bore of the other valve body. This creates a low pressure in the system.
  • Valve body of the control valve on the valve seat and that conveyed medium is retained on the valve seat. A higher pressure is now built up in the system.
  • the present invention also relates to an injection system for supplying fuel to a combustion chamber of direct-injection internal combustion engines with a pump unit for building up an injection pressure and then for injecting the fuel into the combustion chamber via an injection nozzle, the injection system having means for introducing a small amount of fuel before the actual main injection pre-inject into the combustion chamber.
  • the invention proposes that the injection system have a control unit of the type mentioned above.
  • the present invention also relates to a method for controlling the pressure build-up by a pump unit in a system by means of a control unit, which has a control valve and a valve actuation unit connected to it, the control valve being designed as an I valve opening inwards in the flow direction, which has a valve body mounted axially displaceably in a housing of the control unit, which sits on a valve seat of the control valve from the inside when the control valve is closed, and wherein to build up a pressure in the system the valve body of the control valve from a position opened by a large stroke via one position by one small stroke open position is brought into a closed position.
  • the invention proposes that the flow through the control valve from the time at which the valve body is opened by a small stroke to the time at which the valve body is closed throttled by a throttle arrangement becomes.
  • the method for controlling the fuel supply into a combustion chamber of a direct-injection internal combustion engine with a pump unit is advantageously used to build up an injection pressure and then to inject the fuel into the combustion chamber via an injection nozzle.
  • the advantages of the invention are particularly evident when the method according to the invention is used in this way.
  • the method according to the invention makes it possible to control the fuel quantity of a pre-injection particularly precisely and reliably, since the flow rate through the control valve is almost independent of the valve lift of the control valve due to the flat course of the flow curve. With fluctuating small strokes, the flow rate is only subject to a slight fluctuation.
  • Fig. 1 shows a control valve of a control unit according to the invention in a first embodiment
  • Fig. 2 shows a control valve of an inventive
  • Control unit according to a second embodiment and Fig. 3 shows the course of the flow curve through a control valve of a control unit according to the invention.
  • the control unit is used to control the pressure build-up by a pump unit in any system. It has the control valve 1 and a valve actuation unit (not shown) connected to it.
  • the control valve 1 is designed as an I valve opening inwards in the direction of flow 14. It has a valve body 3 which is axially displaceably mounted in a housing 2 of the control unit and which, when the control valve 1 is closed, is seated on the inside on a valve seat 4 of the control valve 1.
  • the control valve 1 has a throttle arrangement 5, by means of which the flow through the control valve 1 is throttled when the control valve 1 is opened by a small stroke.
  • the throttle arrangement 5 is designed as a further valve body 6 integrated in the valve body 3.
  • the further valve body 6 is arranged on the outside of the valve body 3 in the direction of flow.
  • the further valve body 6 is at a small stroke of the control valve
  • the further valve body 6 is axially displaceably mounted in the valve body 3.
  • the further valve body 6 is seated with a closed control valve 1 and with a small stroke of the control valve 1 from the inside on a further valve seat 10 of the control valve 1.
  • both the valve seat 4 and the further valve seat 10 open. There is free flow from the pump unit to a low pressure area of the system, and thus it is possible to fill the pump chamber with the pumped medium during the suction stroke of the pump piston and backflow of the medium during the pumping stroke. No pressure is built up in the system.
  • valve seat 4 When the control valve 1 is opened by a small stroke, the valve seat 4 is still open, but the further valve seat 10 is closed, so that the pumped medium has to flow through the throttle bores 7 through the control valve 1. Due to this throttled flow through the control valve 1, a low pressure is built up in the high pressure area of the system.
  • the further valve body 10 is pressed onto the further valve seat 10 by a spring element 11 acting between the valve body 3 and the further valve body 6 when the control valve 1 is closed or with a small stroke of the control valve 1.
  • the further valve body 6 has a stop 12 which rests on the valve body 3 during a large stroke of the control valve 1.
  • the further valve seat 10 is particularly flat, so that the large flow rate Q (cf. FIG. 3) is reached as quickly as possible when the control valve 1 is opened after opening the further valve seat 10.
  • FIG 2 is a control valve 1 of an inventive Control unit shown according to a second embodiment.
  • the further valve body 6 is formed on the outside of the valve body 3 in the flow direction.
  • the further valve body 6 is received in a sealed manner in a receiving bore 13 when the control valve 1 is closed and with a small stroke of the control valve 1.
  • the drain 9 leads out of the control bore 1 out of the receiving bore 13.
  • the further valve body 6 forms the further valve seat 10 together with the edge of the receiving bore 13.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit zur Steuerung des Druckaufbaus durch eine Pumpeneinheit in einem System, wobei die Steuereinheit ein Steuerventil (1) und eine mit diesem verbundene Ventilbetätigungseinheit aufweist und das Steuerventil (1) als ein in Strömungsrichtung nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet ist, das eine in einem Gehäuse (2) der Steuereinheit axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper (3) aufweist, der bei geschlossenem Steuerventil (1) von innen auf einem Ventilsitz (4) des Steuerventils (1) sitzt. Um der Durchflusskurve des Steuerventils (1) bei kleinen Hüben (hklein) des Steuerventils (1) einen möglichst flachen Verlauf zu geben, wird eine Steuereinheit vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch eine Drosselanordnung (7), durch die der Durchfluss durch das Steuerventil (1) bei um einen kleinen Hub (hklein) geöffnetem Steuerventil (1) gedrosselt wird.

Description

Steuereinheit zur Steuerung des Druckaufbaus in einer Pumpeneinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit zur Steuerung des Druckaufbaus durch eine Pu peneinheit in einem System, wobei die Steuereinheit ein Steuerventil und eine mit diesem verbundene Ventilbetätigungseinheit aufweist und das Steuerventil als ein in Strömungsrichtung nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet ist, das einen in einem Gehäuse der Steuereinheit axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper aufweist, der bei geschlossenem Steuerventil von innen auf einem Ventilsitz des Steuerventils sitzt.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Einspritzsystem zur Kraftstoffzufuhr in einen
Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und dann zum Einspritzen des Kraftstoffs über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum .
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung des Druckaufbaus mittels einer Steuereinheit mit einem Steuerventil und einer mit diesem verbundenen Ventilbetätigungseinheit, wobei das
Steuerventil als ein in Strömungsrichtung nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet ist, das einen in einem Gehäuse der Steuereinheit axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper aufweist, der bei geschlossenem Steuerventil von innen auf einem Ventilsitz des Steuerventils sitzt.
Stand der Technik
Derartige Steuereinheiten sind zur Steuerung des Druckaufbaus beliebiger Pumpeneinheiten aus dem Stand der Technik bekannt . Sie werden beispielsweise zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Die Verbrennungskraftmaschinen weisen eine Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und dann zum Einspritzen des Kraftstoffs über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum auf. Das Einspritzsystem der
Verbrennungskraftmaschine kann bspw. als eine Pumpe-Düse- Einheit (PDE) oder als ein Pumpe-Leitung-Düse (PLD) -System ausgebildet sein.
Diese bekannten Steuereinheiten sind üblicherweise als Magnetventile ausgebildet. Dabei ist die
Ventilbetätigungseinheit als ein Elektromagnet ausgebildet, der das Steuerventil betätigt. Das Magnetventil ist im nicht erregten Zustand geöff et. Dadurch ist ein freier Durchfluß von der Pumpeneinheit zu dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems gegeben und somit ein Befüllen des Pumpenraumes mit Kraftstoff während des Saughubs des Pumpenkolbens und ein Rückströmen des Kraftstoffs während des Förderhubes möglich. Ein Ansteuern des Magnetventils während des Förderhubes des Pumpenkolbens schließt diesen
Bypass. Dies führt zu einem Druckaufbau in dem Hochdruckbereich des Systems. Somit kann mittels der Steuereinheit der Druckaufbau in der Pumpeneinheit gesteuert werden.
Das Steuerventil ist als ein in Strömungsrichtung nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet. I-Ventile haben bei kleinen Hüben üblicherweise eine sehr steile Durchflußkurve. In einer Durchflußkurve wird der Verlauf des Durchflusses durch ein Ventil in Abhängigkeit von dem Hub des Ventils aufgetragen. Aufgrund des steilen Verlaufs der Durchflußkurve von I-Ventilen bei kleinen Ventilhüben führen bereits geringe Schwankungen des Ventilhubs zu relativ großen Schwankungen der Durchflußmenge. Grundsätzlich hätte eine Schwankung der Durchflußmenge bei kleinen Hüben kaum Auswirkungen auf die Gesamtmenge des geförderten Mediums. Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen die Durchflußmenge durch das Ventil bei kleinen Ventilhüben möglichst unabhängig von dem Ventilhub sein sollte und bei denen es auf einen möglichst flachen Verlauf der Durchflußkurve bei kleinen Hüben ankommt.
Eine derartige Anwendung ist bspw. die Steuerung der Kraftstoffzufuhr bei direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen. Dort wird häufig eine sog. Voreinspritzung durchgeführt, d. h. vor der eigentlichen Haupteinspritzung eine geringe Menge Kraftstoff in den Verbrennungs aum gespritzt. Mit Hilfe der Voreinspritzung kann das Geräusch- und Abgasverhalten der Verbrennungskraftmaschine positiv beeinflußt werden. Die Menge des voreingespritzten Kraftstoffs muß genau bestimmt werden können, um das Verhalten der
Verbrennungskraftmaschine gezielt steuern zu können. Die Voreinspritzung findet bei kleinen Hüben des Steuerventils statt. Bereits geringe Schwankungen des Ventilhubs haben bei der Steuereinheit nach dem Stand der Technik große
Auswirkungen auf die Menge des voreingespritzten Kraftstoffs. Um die Voreinspritzmenge möglichst genau bestimmen zu können, wäre es deshalb vorteilhaft, wenn die Durchflußkurve bei kleinen Hüben einen flachen Verlauf aufwieist. Um den Verlauf der Durchflußkurve bei kleinen Hüben möglichst flach auszubilden, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Durchflußmenge elektronisch zu steuern. Eine elektronische Steuerung ist jedoch aufwendig und teuer .
Aus den vorgenannten Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinheit der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Durchflußkurve bei kleinen Hüben des Steuerventils einen möglichst flachen Verlauf aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer Steuereinheit der eingangs genannten Art eine Steuereinheit vor, die durch eine Drosselanordnung gekennzeichnet ist, durch die der Durchfluß durch das Steuerventil bei um einen kleinen Hub geöffnetem Steuerventil gedrosselt wird.
Bei um einen großen Hub geöffnetem Steuerventil der erfindungsgemäßen Steuereinheit ist ein freier Durchfluß von der Pumpeneinheit über den Ventilsitz des Steuerventils zu einem Niederdruckbereich eines Systems, in dem der Druckaufbau gesteuert werden soll, gegeben. Somit ist ein Befüllen des Pumpenraumes mit dem geförderten Medium während des Saughubs des Pumpenkolbens und ein Rückströmen des Mediums während des Förderhubes möglich. In dem System wird also kein Druck aufgebaut.
Durch Ansteuern der Ventilbetätigungseinheit bewegt sich der Ventilkolben in Richtung der Schließstellung des Steuerventils. Dadurch kann das Steuerventil in eine um einen kleinen Hub geöffnete Ventilstellung gebracht werden. Bei um einen kleinen Hub geöffnetem Steuerventil ist nach wie vor ein Durchfluß, allerdings lediglich ein gedrosselter Durchfluß, von der Pumpeneinheit über den Ventilsitz des Steuerventils und über die Drosselanordnung zu dem Niederdruckbereich des Systems gegeben. Somit ist ein bedingtes Befüllen des Pumpenraumes mit dem geförderten Medium während des Saughubs des Pumpenkolbens und ein Rückströmen des Mediums während des Förderhubes möglich. In dem Hochdruckbereich des Systems wird ein geringer Druck aufgebaut .
Ein weiteres Ansteuern der Ventilbetätigungseinheit während des Förderhubes des Pumpenkolbens schließt das Steuerventil vollständig, wodurch der Bypass von der Pumpeneinheit zu dem Niederdruckbereich des Systems unterbrochen wird. Dies führt zum Aufbau eines hohen Drucks in dem Hochdruckbereich des Systems .
Die Durchflußmenge des durch das Steuerventil fließenden Mediums fällt während des Schließvorgangs nicht steil von einem Maximalwert bei vollständig geöffnetem Steuerventil auf den Wert Null bei vollständig geschlossenem Steuerventil ab. Vielmehr fließt bei Erreichen eines kleinen Hubs so lange eine nahezu konstante geringe Menge des geförderten Mediums durch das Steuerventil, bis das Steuerventil vollständig geschlossen ist. Der Verlauf der Durchflußkurve des Steuerventils bei kleinen Hüben ist in vorteilhafter Weise sehr flach. Dadurch wird erreicht, dass
Schwankungen des Ventilhubs kaum Schwankungen der Durchflußmenge hervorrufen. Die Durchflußmenge ist bei kleinen Hüben nahezu unabhängig von dem Ventilhub.
Vorzugsweise ist die Drosselanordnung in den Ventilkörper integriert. Das hat den Vorteil, daß sie nicht gesondert angesteuert werden muß, sondern zusammen mit dem Ventilkörper aus einer inaktiven Stellung bei vollständig geöffnetem Steuerventil in eine aktive Stellung bei um einen kleinen Hub geöffnetem Steuerventil gebracht werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an dem Ventilkörper in Strömungsrichtung außenliegend ein weiterer Ventilkörper angeordnet, der bei kleinen Hüben des Steuerventils in einer Schließstellung ist und der mindestens eine Drosselbohrung aufweist, die bei geöffnetem Steuerventil mit einem Zulauf und einem Ablauf des Steuerventils in Verbindung steht.
Vorzugsweise ist der weitere Ventilkörper in dem Ventilkörper axial verschiebbar gelagert. Der weitere
Ventilkörper sitzt bei geschlossenem Steuerventil und bei einem kleinen Hub des Steuerventils in Strömungsrichtung von innen auf einem weiteren Ventilsitz des Steuerventils. Bei vollständig geöffnetem Steuerventil, d. h. bei einem großen Hub, ist der Ventilkörper des Steuerventils von dem Ventilsitz und der weitere Ventilkörper der
Drosselanordnung von dem weiteren Ventilsitz abgehoben. Das geförderte Medium kann durch den Ventilsitz und den weiteren Ventilsitz frei von der Pumpeneinheit zu dem Niederdruckbereich des Systems fließen. Bei teilweise geöffnetem Steuerventil, d. h. bei einem kleinen Hub, ist der Ventilkörper des Steuerventils nach wie vor von dem Ventilsitz abgehoben, der weitere Ventilkörper der Drosselanordnung sitzt allerdings auf dem weiteren Ventilsitz. Das geförderte Medium kann nur noch gedrosselt durch den Ventilsitz und die Drosselbohrung des weiteren Ventilkörpers fließen. Dabei wird in dem System ein geringer Druck aufgebaut. Bei vollständig geschlossenem Steuerventil sitzt der Ventilkörper des Steuerventils auf dem Ventilsitz und das geförderte Medium wird an dem
Ventilsitz zurückgehalten. Nun wird in dem System ein höherer Druck aufgebaut .
Vorteilhaf erweise wird der weitere Ventilkörper durch ein zwischen dem Ventilkörper und dem weiteren Ventilkörper wirkendes Federelement bei geschlossenem Steuerventil oder bei einem kleinen Hub des Steuerventils auf den weiteren Ventilsitz gedrückt.
Vorzugsweise weist der weitere Ventilkörper einen Anschlag auf, der bei einem großen Hub des Steuerventils auf dem Ventilkörper aufliegt. Bei geschlossenem Steuerventil entspricht der Abstand zwischen dem Anschlag und dem Ventilkörper der Größe des kleinen Ventilhubs, während dem die Drosselanordnung aktiv ist.
Alternativ schlägt die Erfindung vor, daß der weitere Ventilkörper in Strömungsrichtung außen an dem Ventilkörper ausgebildet ist und daß der weitere Ventilkörper bei geschlossenem Steuerventil und bei einem kleinen Hub des Steuerventils in einer Aufnahmebohrung abgedichtet aufgenommen ist, aus der der Ablauf aus dem Steuerventil herausführt. Der weitere Ventilkörper und die Aufnahmebohrung bilden den weiteren Ventilsitz, der während der kleinen Hübe des Steuerventils geschlossen ist. Bei vollständig geöffnetem Steuerventil, d. h. bei einem großen Hub, ist der Ventilkörper des Steuerventils von dem Ventilsitz abgehoben und der weitere Ventilkörper der Drosselanordnung befindet sich außerhalb der Aufnahmebohrung . Das geförderte Medium kann durch den Ventilsitz und den weiteren Ventilsitz frei von der
Pumpeneinheit zu dem Niederdruckbereich des Systems fließen. Bei teilweise geöffnetem Steuerventil, d. h. bei einem kleinen Hub, ist der Ventilkörper des Steuerventils nach wie vor von dem Ventilsitz abgehoben, der weitere Ventilkörper der Drosselanordnung ist allerdings von der
Aufnahmebohrung abgedichtet aufgenommen. Das geförderte Medium kann nur noch gedrosselt durch den Ventilsitz und die Drosselbohrung des weiteren Ventilkörpers fließen. Dadurch wird in dem System ein geringer Druck aufgebaut . Bei vollständig geschlossenem Steuerventil sitzt der
Ventilkörper des Steuerventils auf dem Ventilsitz und das geförderte Medium wird an dem Ventilsitz zurückgehalten. In dem System wird nun ein höherer Druck aufgebaut .
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Einspritzsystem zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und dann zum Einspritzen des Kraftstoffs über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum, wobei das Einspritzsystem Mittel aufweist, um vor der eigentlichen Haupteinspritzung eine geringe Menge Kraftstoff in den Verbrennungsraum voreinzuspritzen .
Um ein solches Einspritzsyste dahingehend weiterzubilden, daß die Kraftstoffmenge der Voreinspritzung besonders genau und zuverlässig gesteuert werden kann, schlägt die Erfindung vor, daß das Einspritzsystem eine Steuereinheit der oben genannten Art aufweist .
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung des Druckaufbaus durch eine Pumpeneinheit in einem System mittels einer Steuereinheit, die ein Steuerventil und eine mit diesem verbundene Ventilbetätigungseinheit aufweist, wobei das Steuerventil als ein in Strömungsrichtung nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet ist, das einen in einem Gehäuse der Steuereinheit axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper aufweist, der bei geschlossenem Steuerventil von innen auf einem Ventilsitz des Steuerventils sitzt, und wobei zum Aufbau eines Drucks in dem System der Ventilkörper des Steuerventils aus einer um einen großen Hub geöffneten Stellung über eine um einen kleinen Hub geöffnete Stellung in eine geschlossene Stellung gebracht wird.
Damit die Durchflußkurve bei kleinen Hüben des Steuerventils einen möglichst flachen Verlauf aufweist, schlägt die Erfindung vor, daß der Durchfluß durch das Steuerventil von dem Zeitpunkt an, zu dem der Ventilkörper um einen kleinen Hub geöffnet ist, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ventilkörper geschlossen ist, durch eine Drosselanordnung gedrosselt wird.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und danach zum Einspritzen des Kraftstoffs über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum eingesetzt. Insbesondere bei einem solchen Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen die Vorteile der Erfindung zum Tragen. So ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bspw. möglich, die Kraftstoffmenge einer Voreinspritzung besonders genau und zuverlässig zu steuern, da die Durchflußmenge durch das Steuerventil aufgrund des flachen Verlaufs der Durchflußkurve nahezu unabhängig ist von dem Ventilhub des Steuerventils. Bei schwankenden kleinen Hüben ist die Durchflußmenge somit nur einer geringen Schwankung unterworfen.
Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert . Es zeigen:
Fig. 1 ein Steuerventil einer erfindungsgemäßen Steuereinheit einer ersten Ausführungsform im
Schnitt;
Fig. 2 ein Steuerventil einer erfindungsgemäßen
Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführuncsform und Fig. 3 den Verlauf der Durchflusskurve durch ein Steuerventil einer erfindungsgemäßen Steuereinheit .
In Figur 1 ist ein Steuerventil 1 einer erfindungsgemäßen Steuereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Die Steuereinheit dient zur Steuerung des Druckaufbaus durch eine Pumpeneinheit in einem beliebigen System. Sie weist das Steuerventil 1 und eine mit diesem verbundene Ventilbetätigungseinheit (nicht dargestellt) auf. Das Steuerventil 1 ist als ein in Strömungsrichtung 14 nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet. Es weist einen in einem Gehäuse 2 der Steuereinheit axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper 3 auf, der bei geschlossenem Steuerventil 1 von innen auf einem Ventilsitz 4 des Steuerventils 1 sitzt. Das Steuerventil 1 weist eine Drosselanordnung 5 auf, durch die der Durchfluß durch das Steuerventil 1 bei um einen kleinen Hub geöffnetem Steuerventil 1 gedrosselt wird.
Dis Drosselanordnung 5 ist als ein in den Ventilkörper 3 integrierten weiterer Ventilkörper 6 ausgebildet. Der weitere Ventilkörper 6 ist in Strömungsrichtung außenliegend an dem Ventilkörper 3 angeordnet. Der weitere Ventilkörper 6 ist bei einem kleinen Hub des Steuerventils
1 in einer Schließstellung und weist zwei Drosselbohrungen 7 auf, die bei geöffnetem Steuerventil 1 mit einem Zulauf 8 und einem Ablauf 9 des Steuerventils 1 in Verbindung stehen. Der weitere Ventilkörper 6 ist in dem Ventilkörper 3 axial verschiebbar gelagert. Der weitere Ventilkörper 6 sitzt bei geschlossenem Steuerventil 1 und bei einem kleinen Hub des Steuerventils 1 von innen auf einem weiteren Ventilsitz 10 des Steuerventils 1.
Bei um einen großen Hub geöffnetem Steuerventil 1 ist sowohl der Ventilsitz 4 als auch der weitere Ventilsitz 10 geöffnet. Es ist ein freier Durchfluß von der Pumpeneinheit zu einem Niederdruckbereich des Systems gegeben, und somit ist ein Befüllen des Pumpenraums mit dem geförderten Medium während des Saughubs des Pumpenkolbens und ein Rückströmen des Mediums während des Förderhubs möglich. In dem System wird kein Druck aufgebaut.
Bei um einen kleinen Hub geöffnetem Steuerventil 1 ist der Ventilsitz 4 zwar nach wie vor geöffnet, der weitere Ventilsitz 10 ist jedoch geschlossen, so dass das geförderte Medium über die Drosselbohrungen 7 durch das Steuerventil 1 fließen muß. Aufgrund dieses gedrosselten Durchflusses durch das Steuerventil 1 wird in dem Hochdruckbereich des Systems ein niedriger Druck aufgebaut.
Bei vollständig geschlossenem Steuerventil 1 ist sowohl der Ventilsitz 4 als auch der weitere Ventilsitz 10 geschlossen, wodurch der Bypass unterbrochen wird. Dies führt zum Aufbau eines hohen Drucks von der Pumpeneinheit zu dem Niederdruckbereich des Systems in dem Hochdruckbereich des Systems.
Der weitere Ventilkörper 10 wird durch ein zwischen dem Ventilkörper 3 und dem weiteren Ventilkörper 6 wirkendes Federelement 11 bei geschlossenem Steuerventil 1 oder bei einem kleinen Hub des Steuerventils 1 auf den weiteren Ventilsitz 10 gedrückt. Der weitere Ventilkörper 6 weist einen Anschlag 12 auf, der bei einem großen Hub des Steuerventils 1 auf dem Ventilkörper 3 aufliegt. Der weitere Ventilsitz 10 ist besonders flach ausgebildet, damit bei großen Hüben des Steuerventils 1 nach dem Öffnen des weiteren Ventilsitzes 10 möglichst rasch der hohe Durchflußwert Q (vgl. Fig. 3) erreicht wird.
In Figur 2 ist ein Steuerventil 1 einer erfindungsgemäßen Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt . Bei dieser Ausführungsform ist der weitere Ventilkörper 6 in Strömungsrichtung außen an dem Ventilkörper 3 ausgebildet. Der weitere Ventilkörper 6 wird bei geschlossenem Steuerventil 1 und bei einem kleinen Hub des Steuerventils 1 in einer Aufnahmebohrung 13 abgedichtet aufgenommen. Aus der Aufnahmebohrung 13 führt der Ablauf 9 aus dem Steuerventil 1 heraus. Der weitere Ventilkörper 6 bildet zusammen mit dem Rand der Aufnahmebohrung 13 den weiteren Ventilsitz 10.
In den Figuren 1 und 2 sind die kleinen Hübe mit hklein bezeichnet. In Figur 3 ist der Verlauf der Durchflußkurve Q=f (h) in Abhängigkeit von dem Hub h des Steuerventils 1 aufgetragen. Die Durchflußkurve des Steuerventils 1 der erfindungsgemäßen Steuereinheit ist durchgezogen dargestellt, wohingegen der Verlauf der Durchflußkurve Q durch das Steuerventil einer Steuereinheit nach dem Stand der Technik gestrichelt dargestellt ist. In Figur 3 ist deutlich zu erkennen, dass die Durchflußmenge Q durch das Steuerventil 1 bei der erfindungsgemäßen Steuereinheit bei kleinen Hüben hklein einen sehr flachen, nahezu konstanten Verlauf hat. Das hat den Vorteil, dass bei der erfindungsgemäßen Steuereinheit die Durchflußmenge Q durch das Steuerventil 1 bei kleinen Hüben hklein nicht in dem Maße von dem Hub h des Steuerventils 1 abhängt, wie das bei der Steuereinheit aus dem Stand der Technik der Fall ist. Bei größeren Hüben zwischen hklein und hmax steigt die Durchlußmenge rasch auf einen Wert an, der auch von den aus dem Stand der Technik bekannten Steuereinheiten erreicht wird. Der sehr steile Anstieg zwischen hklein und hmax ergibt sich aufgrund des flachen Verlaufs des weiteren Ventilsitzes 10 (vgl. Fig. 1).

Claims

Patentansprüche
1. Steuereinheit zur Steuerung des Druckaufbaus durch eine Pumpeneinheit in einem System, wobei die Steuereinheit ein Steuerventil (1) und eine mit diesem verbundene Ventilbetätigungseinheit aufweist und das Steuerventil (1) als ein in Strömungsrichtung nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet ist, das einen in einem Gehäuse (2) der
Steuereinheit axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper (3) aufweist, der bei geschlossenem Steuerventil (1) von innen auf einem Ventilsitz (4) des Steuerventils (1) sitzt, gekennzeichnet durch eine Drosselanordnung (7) , durch die der Durchfluß durch das Steuerventil (1) bei um einen kleinen Hub (hkleιn) geöffnetem Steuerventil (1) gedrosselt wird.
2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselanordnung (5) in den Ventilkörper (3) integriert ist.
3. Steuereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilkörper (3) in Strömungsrichtung außenliegend ein weiterer Ventilkörper (6) angeordnet ist, der bei einem kleinen Hub (hklβιn) des Steuerventils (1) in einer Schließstellung ist und der mindestens eine Drosselbohrung (7) aufweist, die bei geöffnetem Steuerventil (1) mit einem Zulauf (8) und einem Ablauf (9) des Steuerventils (1) in Verbindung steht.
4. Steuereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ventilkörper (6) in dem Ventilkörper (3) axial verschiebbar gelagert ist und daß der weitere Ventilkörper (6) bei geschlossenem Steuerventil (1) und bei einem kleinen Hub (hkleιn) des Steuerventils (1) in
Strömungsrichtung von innen auf einem weiteren Ventilsitz (10) des Steuerventils (1) sitzt.
5. Steuereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ventilkörper (6) durch ein zwischen dem
Ventilkörper (3) und dem weiterem Ventilkörper (6) wirkendes Federelement (11) bei geschlossenem Steuerventil (1) oder bei einem kleinen Hub (hkleιn) des Steuerventils (1) auf den weiteren Ventilsitz (10) gedrückt wird.
6. Steuereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ventilkörper (6) einen Anschlag (12) aufweist, der bei einem großen Hub (h > hkleιn) des Steuerventils (1) auf dem Ventilkörper (3) aufliegt.
7. Steuereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ventilkörper (6) in Strömungsrichtung außen an dem Ventilkörper (3) ausgebildet ist und daß der weitere Ventilkörper (6) bei geschlossenem Steuerventil (1) und bei einem kleinen Hub (hkleιn) des Steuerventils (1) in einer
Aufnahmebohrung (13) abgedichtet aufgenommen ist, aus der der Ablauf (9) aus dem Steuerventil (1) herausführt.
8. Einspritzsystem zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden
Verbrennungskraftmaschinen mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und dann zum Einspritzen des Kraftstoffs über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum, wobei das Einspritzsystem Mittel aufweist, um vor der eigentlichen Haupteinspritzung eine geringe Menge Kraftstoff in den Verbrennungsraum voreinzuspritzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzsystem eine Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
9. Verfahren zur Steuerung des Druckaufbaus durch eine
Pumpeneinheit in einem System mittels einer Steuereinheit, die ein Steuerventil (1) und eine mit diesem verbundene Ventilbetätigungseinheit aufweist, wobei das Steuerventil (1) als ein in Strömungsrichtung nach innen öffnendes I- Ventil ausgebildet ist, das einen in einem Gehäuse (2) der Steuereinheit axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper (3) aufweist, der bei geschlossenem Steuerventil (1) von innen auf einem Ventilsitz (4) des Steuerventils (1) sitzt, und wobei zum Aufbau eines Drucks in dem System der Ventilkörper (3) des Steuerventils (1) aus einer um einen großen Hub -geöffneten Stellung über eine um einen kleinen Hub geöffnete Stellung in eine geschlossene Stellung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß durch das Steuerventil (1) von dem Zeitpunkt an, zu dem der Ventilkörper (3) um einen kleinen Hub geöffnet ist, bis zu dem Zeitpunkt an, zu dem der Ventilkörper (3) geschlossen ist, durch eine Drosselanordnung (7) gedrosselt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und dann zum Einspritzen des Kraftstoffs über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum eingesetzt wird.
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