EP1283956A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzsystem für brennkraftmaschinen

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EP1283956A1
EP1283956A1 EP01943031A EP01943031A EP1283956A1 EP 1283956 A1 EP1283956 A1 EP 1283956A1 EP 01943031 A EP01943031 A EP 01943031A EP 01943031 A EP01943031 A EP 01943031A EP 1283956 A1 EP1283956 A1 EP 1283956A1
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fuel
pressure pump
injection system
valve
pressure
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Rainer Haeberer
Helmut Clauss
Felix LANDHÄUSSER
Markus Rueckle
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection system for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • the subject matter of the main patent is characterized by a fuel metering unit that is able to precisely meter the amount of fuel desired in the respective operating state of the internal combustion engine to the high-pressure pump of the CR system.
  • a fuel metering unit that is able to precisely meter the amount of fuel desired in the respective operating state of the internal combustion engine to the high-pressure pump of the CR system.
  • the main design elements of the main patent are radial control openings in the valve housing and an axial opening that leads to the interior of the sleeve-shaped valve piston.
  • the axial opening connects the Interior of the valve piston with a prefeed pump of the Kraftstoffeinspitzsystems, and the 'radially directed control openings of the valve housing of the high-pressure pump communicating with the low pressure region in hydraulic operative connection.
  • This flow principle is reversed in the other alternative, in that the axial opening is now hydraulically connected to the low-pressure region of the high-pressure pump, while the control openings are connected to the pressure side of the pre-feed pump and thus form the feed into the metering unit.
  • the object of the present invention is to further optimize the latter “reverse” flow principle.
  • valve piston is hydraulically centered in the valve housing over 360 °, in particular if a corresponding annular channel is formed in the valve housing (cf. claim 2). In this way, low-hysteresis and thus optimal sliding of the valve piston in the valve housing is made possible.
  • the invention also proves to be advantageous in terms of production engineering, since it is namely easier and less complex to incorporate the control openings in the valve piston (for example by laser cutting and subsequent deburring) than would be the case in the already expensive valve housing.
  • the application variance of the control openings therefore takes place in the valve piston and not in the cost-intensive valve housing.
  • Fig. 2 shows the ' detail "A" of Fig. 1 in an enlarged view compared to Fig. 1, and
  • Fig. 3 is a diagram in which the fuel flow (Q) is plotted against the magnetic stroke (I).
  • 10 denotes an electromagnet with an integrated control valve 11.
  • the electromagnet 10 has a magnet coil 12, an armature 13 with armature bolts 14 and a magnet pot 15. The latter encloses - partially - the magnet coil 12 and the armature
  • a plug-shaped power connection 101 is provided in a plug housing 100 which is connected in one piece to the magnet pot 15.
  • the electromagnet assembly 10 with integrated control valve 11 is integrated in a high-pressure fuel pump (not shown).
  • An encapsulation 17 ensures optimal heat transfer from the coil 12 to the housing 15.
  • Two sealing points 18, 19 together with the magnetic coil 12 ensure that the magnetic coil winding and contact points of the coil 12 are optimally protected against attacks by corrosive media.
  • the control valve 11 has a valve housing 20 which merges into a flange-like widening 21, which at the same time forms the end of the electromagnet housing 15 at the end.
  • An axial bore 22 is formed in the valve housing 20 and is arranged coaxially with the armature bolt 14 of the electromagnet 10.
  • the axial bore 22 receives a displaceable sleeve-shaped valve piston 23, in the interior 24 of which a compression spring 25 is arranged.
  • the compression spring 25 is supported on the inside on the valve piston 23 and with its other end on a securing element 26 located in the axial bore 22 of the valve housing 20.
  • the valve piston 23 On the outside, the valve piston 23 is in contact with the front end of the anchor bolt 14.
  • the control valve 11 is sealed off from the material of the high-pressure pump (not shown) that has a fuel inlet channel by two sealing rings 27, 28.
  • valve housing 20 has a plurality of radially arranged, preferably oppositely paired inlet openings 32, 33, which are in hydraulic operative connection with a (not shown) feed pump of the fuel injection system.
  • the inlet openings 32, 33 open into an annular channel 34.
  • Radial control openings 35 are arranged in the valve piston 23, which cooperate with the ring channel 34 and the inlet openings 32, 33 by - depending on the position of the valve piston 23 (see here the two possible halves indicated in FIGS Piston positions) - open or close the inlet into the valve interior 22, 24.
  • the fuel that has entered the interior 22, 24 of the valve is discharged in the axial direction (arrow 31) through a stepped bore 36, which is hydraulically connected to the high-pressure pump inlet (low-pressure area of the high-pressure pump).
  • the bore 36 is incorporated in the securing element 26 already mentioned, which forms the lower end of the valve housing 20.
  • Fig. 2 shows the special design of the control opening 35, from which - in cooperation with the lifting movement of the valve piston 23 - the throughput characteristic shown graphically in Fig. 3 results.
  • the control opening 35 preferably has an (upper) slit-shaped and an (lower) approximately rectangular area.
  • the upper end position (open position) of the valve piston 23 - see the right half of the figure in FIG. 2 (or in FIG. 1) - the widened rectangular area of the control opening 35 comes into play.
  • This state is indicated in FIGS. 2 and 3 by an arrow 37.
  • the throughput decreases continuously during the downward movement of the valve piston 23 (cf. the linear curve section 38 in FIG. 3).
  • the throughput has been reduced to zero (see arrows 39 in FIGS. 2 and 3).
  • control opening 35 As an alternative to the geometry of the control opening 35 shown in FIG. 2 and described above, however, different designs of the control opening 35 are still possible. It is conceivable, for example, to design the control opening to be trapezoidal or to follow the characteristic of an e-function and thus others, e.g. to realize linear, throughput characteristics.
  • the throughput characteristic shown in FIG. 3, on the other hand, is characterized by a stepped course.

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Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen besitzt ein Verteilerrohr und eine motordrehzahlabhängig angetriebene Hochdruckpumpe, die zur Erzeugung des beim jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Verteilerrohr benötigten Kraftstoffdrucks und -durchsatzes dient, sowie ferner eine der Hochdruckpumpe zugeordnete Kraftstoffzumesseinheit, die auf einem elektromagnetisch betätigten Regelventil (11) basiert. Die Kraftstoffzumesseinheit (10, 11) ist in der Hochdruckpumpe angeordnet, und der Ausgang (36) des Regelventils (11) mündet in den Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe. Der Eingang (32, 34) des Regelventils (11) ist mit der Druckseite einer Vorförderpumpe verbunden. Das Regelventil (11) weist einen - in Öffnungsstellung - druckfederbeaufschlagten (25) Ventilkolben (23) auf, der durch einen Ankerbolzen (14) des Elektromagneten (10) entgegen der Federkraft - in Schließstellung - betätigbar ist. Die Besonderheit besteht darin, dass im Ventilkolben (23) mindestens eine, vorzugsweise mehrere radiale Steueröffnungen (35) angeordnet sind, die mit der Saugseite der Hochdruckpumpe in Wirkverbindung stehen.

Description

Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Der Gegenstand des Hauptpatents zeichnet sich durch eine Kraftstoffzumesseinheit aus, die in der Lage ist, der Hochdruckpumpe des CR-Systems die im jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine gewünschte Kraftstoffmenge exakt zuzumessen. Durch eine derartige niederdruckseitige exakte Zumessung der benötigten Kraftstoffmenge zur Hochdruckpumpe werden komprimierte Überströmmengen von vornherein vermieden, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad und somit zu Kraftstoffeinsparungen führt.
Wesentliche Konstruktionselemente sind beim Gegenstand des Hauptpatents radiale Steueröffnungen im Ventilgehäuse sowie eine Axialöffnung, die zum Innen-raum des hülsenförmigen - Ventilkolbens führt . Unter diesen konstruktiven Voraussetzungen lassen sich die oben angegebenen Vorzüge durch zwei alternative Durchströmprinzipien realisieren: So verbindet bei der einen Alternative die Axialöffnung den Innenraum des Ventilkolbens mit einer Vorförderpumpe des Kraftstoffeinspitzsystems, und die 'radial gerichteten Steueröffnungen des Ventilgehäuses stehen mit dem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe in hydraulischer Wirkverbindung. Dieses Durchströmprinzip wird bei der anderen Alternative umgekehrt, indem nun die Axialöffnung mit dem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden ist, während die Steueröffnungen mit der Druckseite der Vorförderpumpe verbunden sind und somit den Zulauf in die Zumesseinheit bilden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das letztere "umgekehrte" Durchströmprinzip weiter zu optimieren.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem
Kraftstoffeinpritzsystem der eingangs bezeichneten Gattung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Patentansprüchen 2 - 7 zu entnehmen.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Ventilkolben in dem Ventilgehäuse über 360° hydraulisch zentriert wird, insbesondere dann, wenn im Ventilgehäuse ein entsprechender Ringkanal ausgebildet ist (vgl. Patentanspruch 2) . Es wird auf diese Weise ein hysteresearmes und damit optimales Gleiten des Ventilkolbens im Ventilgehäuse ermöglicht.
Durch eine Anordnung der Steueröffnungen in gleichen Winkelabständen am Umfang des Ventilkolbens, vorzugsweise gegenständig gepaart, (vgl. Patentanspruch 4) wird ein optimaler hydraulischer Strömungskraft-Ausgleich erzielt.
Auch in fertigungstechnischer Hinsicht erweist sich die Erfindung als vorteilhaft, da es nämlich einfacher und weniger aufwendig ist, die Steueröffnungen im Ventilkolben einzuarbeiten (etwa durch Laserschneiden und anschliessendes Entgraten) als dies im ohnehin kostenintensiven Ventilgehäuse der Fall wäre. Die Applikationsvarianz der Steueröffnungen findet also im Ventilkolben statt und nicht im kostenintensiven Ventilgehäuse .
Zeichnungen
Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient ein Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung dargestellt und nachstehend detailliert beschrieben ist. Es zeigt:
Fig. leine Ausführungsform einer Kraftstoffzumesseinheit , im vertikalen Längsschnitt,
Fig. 2 die 'Einzelheit "A" aus Fig. 1 in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung, und
Fig. 3 ein Diagramm, worin der Kraftstoffdurchsatz (Q) über dem Magnethub (I) aufgetragen ist.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 und - teilweise - auch in Fig. 2 bezeichnet 10 einen Elektromagneten mit integriertem Regelventil 11. Der Elektromagnet 10 weist eine Magnetspule 12, einen Anker 13 mit Ankerbolzen 14 und einen Magnettopf 15 auf. Letzerer umschliesst - teilweise - die Magnetspule 12 und den Anker In einem einstückig mit dem Magnettopf 15 verbundenen Steckergehäuse 100 ist ein steckerförmiger Stromanschluss 101 vorgesehen. Die Baueinheit Elektromagnet 10 mit integriertem Regelventil 11 ist in einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe (nicht gezeigt) integriert. Durch eine Umspritzung 17 ist ein optimaler Wärmeübergang von der Spule 12 an das Gehäuse 15 gewährleistet. Zwei Abdichtstellen 18, 19 gewährleisten zusammen mit der Magnetspule 12, dass Magnetspulenwicklung und Kontaktstellen der Spule 12 vor Angriffen korrosiver Medien optimal geschützt sind.
Das Regelventil 11 besitzt ein Ventilgehäuse 20 , welches in eine flanschartige Verbreiterung 21 übergeht, die zugleich den stirnseitigen Abschluss des Eleketromagnetgehäuses 15 bildet. In dem Ventilgehäuse 20 ist eine Axialbohrung 22 ausgebildet, die koaxial zu dem Ankerbolzen 14 des Elektromagneten 10 angeordnet ist. Die Axialbohrung 22 nimmt einen verschieblichen hülsenförmigen Ventilkolben 23 auf, in dessen Innenraum 24 eine Druckfeder 25 angeordnet ist. Die Druckfeder 25 stützt sich innenseitig an dem Ventilkolben 23 und mit ihrem anderen Ende an einem in der Axialbohrung 22 des Ventilgehäuses 20 befindlichen Sicherungselement 26 ab. Aussenseitig steht der Ventilkolben 23 mit dem vorderen Ende des Ankerbolzens 14 in Anlage.
Das Regelventil 11 ist gegenüber dem einen Kraftstoff- Zulaufkanal aufweisenden Material der (nicht dargestellten) Hochdruckpumpe durch zwei Dichtringe 27, 28 abgedichtet.
Zwei Pfeile 29, 30 kennzeichnen den Kraftstoffzulauf zu dem Regelventil 11, und ein Pfeil 31 markiert den Kraftstoffablauf aus dem Regelventil 11. Die Pfeile 29, 30, 31 markieren somit zugleich das bei der dargestellten Kraftstoff-Zumesseinrichtung gewählte sogenannte "umgekehrte" Durchströmprinzip. Hierfür weist das Ventilgehäuse 20 mehrere radial angeordnete, vorzugsweise gegenständig gepaarte ZulaufÖffnungen 32, 33 auf, die mit einer (nicht dargestellten) Vorförderpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems in hydraulischer Wirkverbindung stehen. Die Zulauf Öffnungen 32, 33 münden in einen Ringkanal 34 ein. Im Ventilkolben 23 sind radiale Steueröffnungen 35 angeordnet, die mit dem Ring kanal 34 und den ZulaufÖffnungen 32, 33 zusammenwirken, indem sie - je nach Stellung des Ventilkolbens 23 (vgl. hierzu die in Fig. 1 und 2 jeweils hälftig ange-deuteten zwei möglichen Kolbenstellungen) - den Zulauf in den Ventilinnenraum 22, 24 freigeben oder verschliessen.
Der in den Venti1innenraum 22, 24 gelangte Kraftstoff wird in Axialrichtung (Pfeil 31) durch eine abgesetzte Bohrung 36 abgeleitet, die mit dem Hochdruckpumpen-Zulauf (Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe) hydraulisch verbunden ist. Die Bohrung 36 ist in dem bereits erwähnten Sicherungselement 26 eingearbeitet, das den unteren Abschluss des Ventilgehäuses 20 bildet.
Fig. 2 läßt die besondere Gestaltung der Steueröffnung 35 erkennen, aus der sich - im Zusammenwirken mit der Hubbewegung des Ventilkolbens 23 - die in Fig. 3 graphisch dargestellte Durchsatzcharakteristik ergibt. So weist die Steueröffnung 35 vorzugsweise einen (oberen) schlitzförmigen und einen (unteren) etwa rechteckförmigen Bereich auf. In der oberen Endstellung (Öffnungsstellung) desVentilkolbens 23 - siehe die rechte Bildhälfte in Figur 2 (bzw. in Fig. 1) - kommt der verbreiterte rechteckförmige Bereich der Steueröffnung 35 zum Tragen. Dies bedeutet maximaler Kraftstoffdurchsatz durch das Ventil 11. Dieser Zustand wird in Fig.2 und 3 jeweils durch einen Pfeil 37 kenntlich gemacht . Während der Abwärtsbewegung des Ventilkolbens 23 verringert sich der Durchsatz stetig (vgl. den linearen Kurvenabschnitt 38 in Fig. 3) . In der unteren Endstellung (Schließstellung) des Ventilkolbens 23 schließlich (siehe linke Bildhälfte in Fig. 2 und 1) hat sich der Durchsatz auf Null reduziert (siehe Pfeile 39 in Fig. 2 und 3) .
Alternativ zu der in Fig. 2 dargestellten und oben beschriebenen Geometrie der Steueröffnung 35 sind jedoch durchaus noch andersartige Gestaltungen der Steueröffnung 35 möglich. So ist es etwa denkbar, die Steueröffnung trapezförmig oder der Charakteristik einer e-Funktion folgend zu gestalten und damit andere, z.B. lineare, Durchsatzcharakteristika zu realisieren. Die aus Fig. 3 ersichtliche Durchsatzcharakteristik dagegen zeichnet sich durch einen gestuften Verlauf aus .

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Verteilerroh und einer motordrehzahlabhängig angetriebenen Hochdruckpumpe, die zur Erzeugung des beim jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Verteilerrohr benötigten Kraftstoffdrucks und -durchsatzes dient, sowie ferner mit einer der Hochdruckpumpe zugeordneten Kraftstoffzumesseinheit, die auf einem elektromagnetisch betätigten Regelventil basiert, wobei die Kraftstoffzumesseinheit (10, 11) in der Hochdruckpumpe angeordnet ist, der Ausgang (36) des Regelventils (11) in den Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe mündet und der Eingang (32, 34) des Regelventils (11) mit der Druckseite einer Vorförderpumpe verbunden ist, und wobei das Regelventil (11) einen - in Öffnungsstellung - druckfederbeaufschlagten (25) Ventilkolben (23) aufweist, der durch einen Ankerbolzen (14) des Elektromagneten (10) entgegen der Federkraft - in Schließstellung - betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilkolben (23) mindestens eine, vorzugsweise mehrere radiale Steueröffnungen (35) angeordnet sind, die mit der Saugseite der Hochdruckpumpe in Wirkverbindung stehen.
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (20) einen Ringkanal (34) und mehrere radial angeordnete, vorzugsweise gegenständig gepaarte, ZulaufÖffnungen (32, 33) aufweist, die dem KraftstoffZulauf (Pfeile 29, 30) in den Ventilkolben
(23) dienen, derart, dass sie mit den Steueröffnungen (35) des Ventilkolbens (23) über den Ringkanal (34) in Wirkverbindung stehen.
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (24) des hülsenförmigen Ventilkolbens (23) zugleich zur axialen Ableitung des Kraftstoffs aus-_dem.-Regelventil (11) in Richtung (Pfeil 31) des Hochdruckpumpenzulaufs dient .
4. Kraf stoffeinspritzsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueröffnungen (35) in gleichen Winkelabständen am Umfang des Ventilkolbens (23) , vorzugsweise gegenständig gepaart, angeordnet sind.
5. Kraf stoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueröffnungen (35) einen (oberen) schlitzförmigen und einen (unteren) verbreiterten, etwa rechteckförmigen Bereich aufweisen (Fig. 2) .
6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet dass die Steueröffnungen Trapezform aufweisen.
7. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet dass die Steueröffnungen der Charakteristik einer e-Funktion folgend ausgebildet sind.
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