EP1283956B1 - Kraftstoffeinspritzsystem für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP1283956B1
EP1283956B1 EP01943031A EP01943031A EP1283956B1 EP 1283956 B1 EP1283956 B1 EP 1283956B1 EP 01943031 A EP01943031 A EP 01943031A EP 01943031 A EP01943031 A EP 01943031A EP 1283956 B1 EP1283956 B1 EP 1283956B1
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fuel
valve
valve piston
pressure pump
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Rainer Haeberer
Helmut Clauss
Felix LANDHÄUSSER
Markus Rueckle
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/0012—Valves
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    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0017—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/34—Varying fuel delivery in quantity or timing by throttling of passages to pumping elements or of overflow passages, e.g. throttling by means of a pressure-controlled sliding valve having liquid stop or abutment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/004—Sliding valves, e.g. spool valves, i.e. whereby the closing member has a sliding movement along a seat for opening and closing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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.
  • Such a fuel injection system is known from JP 602 287 33.
  • This fuel injection system has a high-pressure pump driven by the engine speed and a fuel metering unit associated therewith, which is based on an electromagnetically actuated control valve and by means of which the fuel quantity delivered by the high-pressure pump is adjustable.
  • the high pressure pump may be adapted to generate a required fuel pressure and flow rate in a manifold.
  • the fuel metering unit is disposed in the high pressure pump.
  • the output of the control valve opens into the low-pressure region of the high-pressure pump and the input of the control valve is connected to the pressure side of a prefeed pump.
  • the control valve has a by a compression spring to a closed position acted upon valve piston which is actuated by an anchor bolt of the electromagnet to an open position against the spring force.
  • a plurality of radial control openings are arranged, which are in operative connection with the suction side of the high-pressure pump.
  • the fuel injection system according to the invention with the features according to claim 1 has the advantage that targeted by the at least one specially shaped control opening in cooperation with the annular channel a certain throughput characteristic can be realized.
  • 10 denotes an electromagnet with integrated control valve 11.
  • the solenoid 10 has a magnetic coil 12, an armature 13 with anchor bolt 14 and a magnet pot 15 on. The latter encloses - in part - the magnetic coil 12 and the armature 13th
  • a plug-shaped power terminal 101 is provided in a connector housing 100 integrally connected to the magnet pot 15, a plug-shaped power terminal 101 is provided.
  • the assembly of solenoid 10 with integrated control valve 11 is integrated in a high-pressure fuel pump (not shown).
  • An encapsulation 17 ensures optimum heat transfer from the coil 12 to the housing 15.
  • Two sealing points 18, 19, together with the magnet coil 12, ensure that the magnet coil winding and contact points of the coil 12 are optimally protected against attack by corrosive media.
  • the control valve 11 has a valve housing 20, which merges into a flange-like widening 21, which also forms the end-side termination of the Eleketromagnetgepuruses 15.
  • a valve housing 20 which merges into a flange-like widening 21, which also forms the end-side termination of the Eleketromagnetgepuruses 15.
  • an axial bore 22 is formed, which is arranged coaxially with the anchor bolt 14 of the electromagnet 10.
  • the axial bore 22 receives a displaceable sleeve-shaped valve piston 23, in whose interior 24 a compression spring 25 is arranged.
  • the compression spring 25 is supported on the inside of the valve piston 23 and with its other end on a located in the axial bore 22 of the valve housing 20 securing element 26 from.
  • 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 fuel supply channel having a material of the (not shown) high-pressure pump by two sealing rings 27, 28.
  • the 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) prefeed pump of the fuel injection system.
  • the inlet openings 32, 33 open into an annular channel 34 a.
  • radial control openings 35 are arranged, the channel 34 and the inlet openings 32, 33 cooperate with the ring by, depending on the position of the valve piston 23 (see., In each case in Fig. 1 and 2, respectively, two possible two piston positions indicated) - Release or close the inlet in the valve interior 22, 24.
  • the fuel which has reached the valve interior 22, 24 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 region of the high-pressure pump).
  • the bore 36 is incorporated in the already mentioned securing element 26, which forms the lower end of the valve housing 20.
  • Fig. 2 reveals the particular design of the control port 35, from which - in conjunction with the lifting movement of the valve piston 23 - the graph shown in FIG. 3 throughput characteristic results.
  • the control opening 35 preferably has an (upper) slot-shaped and a (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 means maximum fuel flow rate through the valve 11.
  • This state is indicated in FIGS. 2 and 3 by an arrow 37 in each case.
  • 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. For example, it is conceivable to make the control opening trapezoidal and thus allow others, e.g. to realize linear, throughput characteristics. The apparent from Fig. 3 throughput characteristic, however, is characterized by a stepped course.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Ein solches Kraftstoffeinspritzsystem ist durch die JP 602 287 33 bekannt. Dieses Kraftstoffeinspritzsystem weist eine motordrehzahlabhängig angetriebene Hochdruckpumpe und eine dieser zugeordnete Kraftstoffzumesseinheit auf, die auf einem elektromagnetisch betätigten Regelventil basiert und durch die die durch die Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge verstellbar ist. Die Hochdruckpumpe kann dazu vorgesehen sein, in einem Verteilerrohr einen benötigten Kraftstoffdruck und -durchsatz zu erzeugen. Die Kraftstoffzumesseinheit ist in der Hochdruckpumpe angeordnet. Der Ausgang des Regelventils mündet in den Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe und der Eingang des Regelventils ist mit der Druckseite einer Vorförderpumpe verbunden. Das Regelventil weist einen durch eine Druckfeder zu einer Schließstellung hin beaufschlagten Ventilkolben auf, der durch einen Ankerbolzen des Elektromagneten zu einer Öffnungsstellung hin entgegen der Federkraft betätigbar ist. Im Ventilkolben sind mehrere radiale Steueröffnungen angeordnet, die mit der Saugseite der Hochdruckpumpe in Wirkverbindung stehen. Durch das Regelventil kann die Verbindung des Niederdruckbereichs der Hochdruckpumpe mit der Vorförderpumpe geöffnet und geschlossen werden, wobei jedoch keine definierte Durchsatzcharakteristik eingestellt werden kann.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die wenigstens eine besonders geformte Steueröffnung in Zusammenwirkung mit dem Ringkanal gezielt eine bestimmte Durchsatzcharakteristik realisiert werden kann.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems angegeben.
    • 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 13.
  • 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 angedeuteten zwei möglichen Kolbenstellungen) - den Zulauf in den Ventilinnenraum 22, 24 freigeben oder verschliessen.
  • Der in den Ventilinnenraum 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 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 (3)

  1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Verteilerrohr 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 (10,11), die auf einem elektromagnetisch betätigten Regelventil (11) 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 druckfederbeaufschlagten (25) Ventilkolben (23) aufweist, der durch einen Ankerbolzen (14) eines Elektromagneten (10) entgegen einer Federkraft einer Druckfeder (25) betätigbar ist und wobei im Ventilkolben (23) wenigstens eine, vorzugsweise mehrere radiale Steueröffnungen (35) angeordnet sind, die mit dem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe kommunizieren, wobei das Regelventil (11) ein Ventilgehäuse (20) mit einem Ringkanal (34) und mehreren radial angeordneten, vorzugsweise gegenständig gepaarten Zulauföffnungen (32,33) aufweist, die einem Kraftstoffzulauf (29,30) in den Ventilkolben (23) dienen, derart, dass sie mit den Steueröffnungen (35) des Ventilkolbens (23) über den Ringkanal (34) kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (23) durch die Druckfeder (25) in Richtung zu seiner Öffnungsstellung beaufschlagt ist und durch den Elektromagneten (10) in Richtung zu seiner Schließstellung bewegbar ist, und dass die Steueröffnungen (35) entweder axial zum Elektromagneten (10) hin einen oberen schlitzförmigen und zur Druckfeder (25) hin einen unteren verbreiterten, etwa rechteckförmigen Bereich aufweisen oder eine Trapezform aufweisen.
  2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (24) des Ventilkolbens (23) zugleich zur axialen Ableitung des Kraftstoffs aus dem Regelventil (11) in Richtung (31) des Niederdruckbereichs der Hochdruckpumpe dient.
  3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueröffnungen (35) in gleichen Winkelabständen am Umfang des Ventilkolbens (23), vorzugsweise gegenständig gepaart, angeordnet sind.
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