EP1799999B1 - Kraftstoffsystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1799999B1
EP1799999B1 EP05791897A EP05791897A EP1799999B1 EP 1799999 B1 EP1799999 B1 EP 1799999B1 EP 05791897 A EP05791897 A EP 05791897A EP 05791897 A EP05791897 A EP 05791897A EP 1799999 B1 EP1799999 B1 EP 1799999B1
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pressure
fuel system
limiting device
valve
fuel
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Richard Lorenz
Oliver Albrecht
Uwe Mueller
Tilman Miehle
Bernd Schroeder
Timm Hollmann
Christian Wiedmann
Stefan Smetana
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • 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 system for an internal combustion engine, with a fuel pump which promotes from a low pressure region in a high pressure region, with a metering device, with a reaching to the fuel pump volumetric flow can be changed with a pressure limiting device which limits a pressure in the high pressure region and on the one side by a spring and on the other side acted upon by the pressure prevailing in the high-pressure region valve element, and with a coupling device which mechanically at least temporarily and at least indirectly couples an actuator of the metering device at least temporarily.
  • the invention also provides a method for operating a fuel system, and a method for producing a fuel system.
  • a fuel system of the type mentioned is from the EP 0 974 008 B1 known.
  • the force acting in the closing direction of the pressure limiting device spring is supported in the known fuel system on a valve spool of the metering device.
  • the spring When the metering device is open, the spring is compressed, which leads to a correspondingly higher opening pressure of the pressure limiting device.
  • the spring When the metering device is closed, the spring is largely relaxed, so that the pressure limiting device is open.
  • This fuel system has the disadvantage that a large stroke of the valve spool of the metering device is required to cause a change in the opening pressure of the pressure limiting device.
  • the Pressure limiting function of Druckbegrerizungs adopted when the maximum holding pressure of the pressure limiting device in case of failure is less than the allowable pressure in the high pressure area, limited. If the maximum holding pressure of the pressure limiting device in the event of a fault is greater than the permissible pressure in the high pressure region, an additional pressure limiting device must be used.
  • the EP 0 809 016 A1 describes a fuel system with a piezoelectrically actuated metering device.
  • the piezoelectric actuator of the metering device can act simultaneously with the closed metering device as an actuator of a relief valve and open this forcibly.
  • Object of the present invention is to develop a fuel system of the type mentioned so that it can be produced inexpensively, compact builds, and the safety and reliability is guaranteed in all operating situations.
  • a single pressure limiting device which serves as a safety device for the protection of the high-pressure area, and which, secondly, for setting a desired pressure in the high pressure range can be used with closed or almost closed metering device.
  • no additional actuator for the operation of the pressure limiting device is required, since this is the actuator of the metering device is used.
  • the actuating device of the metering device does not have to carry out a particularly large additional stroke in order to influence the pressure in the high-pressure region, since this influencing is not or at least not substantially accomplished by a stroke but by a force acting in the opening direction of the valve element of the pressure-limiting device.
  • the normal opening pressure of the pressure limiting device can be set to a constant above a maximum occurring during normal operation of the fuel system fuel pressure, but below a critical pressure, for example, would lead to damage of the parts used in the high pressure area, or in which a function of injectors, which are connected to the high pressure area, is no longer guaranteed. This safety function is not affected by the coupling with the actuator.
  • the pressure limiting device can be used by the defined force that can exert the actuator of the metering device on the valve element of the pressure limiting device, also to an active pressure reduction or pressure control in certain operating situations of the fuel system.
  • active pressure reduction is, for example, desirable in a coasting operation or when the internal combustion engine is switched off, in order to have a lower pressure available when the internal combustion engine is put back into service.
  • a first advantageous embodiment of the fuel system according to the invention provides that the coupling device only at least indirectly acts on the valve element of the pressure limiting device with the force when the metering device is completely closed. This has the advantage that in normal operation, the pressure in the high-pressure region can be controlled or regulated exclusively by the volume flow control by means of the metering device. Such a fuel system works with very high efficiency.
  • the coupling device, the valve element of the pressure limiting device already then at least indirectly applied to the force when the metering device is not completely closed.
  • the coupling device, the valve element of the pressure limiting device already then at least indirectly applied to the force when the metering device is not completely closed.
  • the coupling device, the valve element of the pressure limiting device already then at least indirectly applied to the force when the metering device is not completely closed.
  • the coupling device, the valve element of the pressure limiting device already then at least indirectly applied to the force when the metering device is not completely closed.
  • the coupling device, the valve element of the pressure limiting device already then at least indirectly applied to the force when the metering device is not completely closed.
  • the fuel system according to the invention is particularly compact when the metering device and the pressure limiting device are integrated in a common housing, in particular in a housing of the fuel pump.
  • the metering device comprises a valve slide on which a driver is attached or formed, which can engage a corresponding driver, which is coupled to the valve element of the pressure limiting device.
  • valve spool is received in a cylinder element and at its end facing away from the actuator has a pressure piece which can be pressed into the cylinder element and preferably receives the sealing seat of the pressure limiting device, it is possible to adjust the opening pressure of the pressure limiting device by a defined pressing of the pressure element in the cylinder element.
  • the individual components may be subject to higher tolerances, which reduces the manufacturing costs. Nevertheless, the opening pressure of the pressure limiting device can be optimally adjusted.
  • valve spool is connected via a connecting element with the actuating device.
  • the fuel system can be mounted in a particularly flexible manner and at the same time a possibly existing axial offset between the actuator and the valve spool can be compensated.
  • connection between the connecting element and the actuating device and / or between the connecting element and the valve slide is formed as a latching connection, the assembly of the elements designed as particularly simple and fast.
  • the pressure-limiting device comprises a plunger, which is coaxial with the valve slide, or a coaxial coupling element which is at least temporarily coupled to the valve element and to which the driver is present. Consequently certain liberties remain in the design of the valve element.
  • the plunger or the coaxial coupling element are integral with the valve element and preferably the driver. This reduces the manufacturing and in particular the assembly costs.
  • the coupling element has at least one support structure for the driver, which is latchably inserted into the valve spool is particularly advantageous. This construction makes it possible that the coupling element can be inserted into the valve slide, without a driver would have to be mounted separately.
  • valve spool of the metering device comprises a cavity into which the plunger or the coupling element protrudes and which forms a flow path for the outflowing when the pressure relief valve fuel.
  • the cavity is connected via at least one opening in the valve slide with the inlet of the metering device.
  • the force acting in the opening direction of the valve element of the pressure-limiting device depends on a current pressure prevailing in the high-pressure region.
  • the pressure limiting device can thus be used in this case for a regulation of the pressure prevailing in the high pressure region.
  • the assembly of the fuel system designed as particularly simple and flexible.
  • a reference volume flow of the Metering unit and the opening pressure of the Druckbegenzungs might be easily adjusted and / or adapted.
  • a fuel system carries the overall reference numeral 100. It comprises a fuel tank 1, which is connected via a feed line 2 with a prefeed pump 3. This pumps the fuel via a delivery line 4 into a control unit 5, to which reference will be made in detail below.
  • a fuel flow is adjusted and passed via a line 6 to a high-pressure pump 7.
  • the lines 4 and 6 are part of a low pressure area. Downstream of the feed pump 3 is connected to the delivery line 4, not shown in the figure mechanical pressure control valve, which ensures a defined inlet pressure of the high-pressure pump 7. From the pressure control valve, a return line, also not shown, leads back to the fuel tank 1.
  • the fuel is compressed to a high pressure.
  • the fuel passes under high pressure via a delivery line 8 into a high-pressure accumulator 9 (common rail), which both form a high-pressure region.
  • This is connected to injection valves 10, which inject the fuel in only symbolically shown combustion chambers 11 of an internal combustion engine (without reference numeral).
  • control unit 5 is hydraulically connected to the high-pressure accumulator 9.
  • a pressure sensor 13 is further arranged, which is connected via a data line 14 with a control and regulating device 15. This is also connected via a data line 16 to the control unit 5.
  • the control and regulating device 15 also receives signals from various sensors of the internal combustion engine.
  • control unit 5 In FIG. 2 the control unit 5 is shown highlighted. It comprises a metering device 102 and a pressure limiting device 24.
  • the fuel passes from the fuel reservoir 1 via the line 4 into the control unit 5.
  • a throttle slide 20 of the metering device 102 measures the fuel, which then reaches the high pressure pump 7 via the line 6.
  • the throttle valve is positioned by an electromagnetic actuator 21 ("actuator") operating against a spring 22.
  • the pressure limiting device 24 In normal operation, the pressure limiting device 24 is closed; a spring 25, which in the Figures 1 and 2 invisible valve element of the pressure control device 24 is acted upon in the closing direction, is correspondingly strongly biased.
  • the metering device 102 and the pressure control device 24 can be coupled together by two drivers 23 and 26. These two drivers form a coupling device 106 so far.
  • the first driver 23 is fixedly connected to the throttle slide 20 of the metering device 102 and the second driver 26 with the valve element of the pressure limiting device 24.
  • the electromagnetic actuator 21 of the throttle slide 20 has the driver 23 so far in the Figures 1 and 2 move to the right that he hits the driver 26 of the pressure limiting device 24 and exerts on this a force acting against the force acting in the closing direction of the pressure limiting device 24 force of the spring 25. In total, this reduces the opening force or the opening pressure of the pressure limiting device 24. If the opening pressure of the pressure limiting device 24 drops to a value below the pressure of the high-pressure accumulator 9, fuel is diverted into the line 4 via the pressure regulating valve to the reservoir 1 until the pressure in the high-pressure accumulator 9 has dropped so far, that it corresponds to the reduced opening pressure, which leads to the closing of the pressure limiting device 24.
  • FIG. 3 shows a variant of the fuel system 100. It bear such elements and areas, which equivalent functions to elements and areas of Figures 1 and 2 have the same reference numerals. They are not explained again in detail.
  • the amount of fuel diverted by the pressure limiting device 24 is conducted via a separate line 19 to the fuel tank 1.
  • the pressure limiting device 24 and the metering device 102 are thus not directly connected to each other hydraulically.
  • An advantage of this embodiment may lie in a better fuel cooling.
  • FIG. 4 is the basic course of a flow rate Q through the throttle slide 20 of the metering device 102, the course of an opening pressure p of the pressure limiting device 24, and a control stroke s of the electromagnetic actuator 21 plotted on the force F.
  • the electromagnetic actuator 21 is formed by a proportional magnet.
  • a force F i after FIG. 4 thus corresponds to a current flow I i of an electromagnet 37.
  • I i of an electromagnet 37
  • Flow Q in which the flow cross-section of the throttle slide 20 is varied by a corresponding positioning of the electromagnetic actuator 21.
  • the stroke s of the throttle slide 20 is between s 1 and s 2 .
  • the force F 3 is larger than the force F 2, since in normal operation the control of the pressure prevailing in the high pressure accumulator 9 is realized exclusively by the flow variation means of the metering device 102nd
  • the throttle slide 20 in the closed state lets through a relevant amount of leakage to the high-pressure pump 7, if no fuel is injected from the injection valves 10, for example, in overrun mode of the internal combustion engine or when the internal combustion engine, the excess amount of fuel via the pressure relief device 24 dissipated.
  • the control can be done both controlled and regulated.
  • the pressure in the high-pressure accumulator 9 is reported by the pressure sensor 13 to the control and regulating device 15 and compared with a desired value.
  • the drive for the electromagnetic actuator 21 is recalculated and output.
  • the force F 3 in which the driver 23 of the metering device 102 starts to engage the driver 26 of the pressure limiting device 24, smaller than the force F 2 , in which the metering device 102 is fully closed.
  • the valve element of the pressure-limiting device 24 is thus opened by the stroke s 2 -s 3 .
  • a certain fuel volume flow continues to the high-pressure pump 7. This may be necessary for reasons of lubrication or cooling of the high-pressure pump 7. Again, the removal of excess fuel can be controlled or regulated.
  • the adjustment of the force exerted by the electromagnetic actuator 21 force can be carried out according to a computer program, which is stored in the control and regulating device 15 on a storage medium.
  • FIGS. 5 and 6 show a concrete embodiment of the control unit 5, wherein FIG. 5 shows an operating state in which the metering device 102 is decoupled from the pressure limiting device 24, whereas FIG. 6 shows an operating state in which the metering device 102 is coupled to the pressure limiting device 24.
  • the throttle or valve spool 20 includes a piston 30 having a control edge 27 which is slidably received in a cylinder 31 forming a housing.
  • the driver 23 is fixed in the form of a disc in a slot (without reference numeral) of the piston 30.
  • An inlet port 33 is hydraulically with in the FIGS. 5 and 6 not shown line 4 connected.
  • An outlet opening 32 is hydraulically with in the FIGS. 5 and 6 also not shown line 6, which leads to the high-pressure pump 7.
  • the spring 22 presses a magnet armature 34 together with the piston 30 on a spacer 35, which is supported on the cylinder 31.
  • the outlet opening 32 is open, so that the fuel can pass from the inflow bore 33 via the outlet opening 32 to the high-pressure pump 7.
  • the magnetic coil 37 and the armature 34 of the electromagnetic actuator 21 includes in a conventional manner a counter-pole 38 which is connected via a preferably non-magnetic sleeve 39 with a connecting piece 36, which in turn is fixedly connected to the cylinder 31.
  • a pot 40th for magnetic return and for fixing the solenoid coil 37 is a pot 40th
  • the pressure limiting device 24 comprises those already in connection with the FIGS. 1 and 3 said spring 25, which is supported on a disc-shaped spring holder 41. This is welded to a plunger 108, at one end of a spherical valve element 42 is attached. This works together with a stationary and rigidly connected to the cylinder 31 sealing seat 43. At the remote from the valve element 42 end of the plunger 108 is already out of the FIGS. 1 and 3 known driver 26 attached in the form of an end plate on the plunger 108. Their annular end face facing the valve element 42 forms a shoulder 51. The annular disk 23 and the end disk 26 thus form the coupling device 106.
  • the end plate 26 forming the driver of the pressure limiting device 24 has on its lateral surface two mutually opposite flattenings 52 (cf. FIG. 7 ).
  • the plunger 108 of the pressure limiting device 24 also has a flattening 53 between the valve element 42 and the spring holder 41.
  • the spring holder 41 shows several Through holes 54. Their function will be discussed below. Valve element 42, plunger 108, spring holder 41 and end plate 26 are made in one piece.
  • the piston 30 is in his in the FIGS. 5 and 6 left area with a coaxial with its longitudinal axis and stepped cavity 48. In this projecting the plunger 108 with the driver or the end plate 26 into it.
  • this has a slot 56.
  • the end plate 26 of the pressure limiting device 24 is located within the cavity 48 between the drive plate 23 and the piston 30th
  • a first axial position of the piston 30 In a first axial position of the piston 30 are a plurality of holes 48 leading outwardly from the cavity 48 (see. FIG. 6 ). Its axial position is selected so that the cavity 48 is always connected to the inlet openings 33 in the cylinder 31, regardless of the position of the piston 30.
  • Sealing elements 44 and 45 serve to seal between a low-pressure region of the metering device 102 and a high-pressure region of the pressure-limiting device 24.
  • a sealing element 46 serves to seal between the inlet openings 33 and the outlet openings 32.
  • a sealing element 47 serves to seal off the in the FIGS. 5 and 6 illustrated unit to the outside.
  • the control unit 5 shown in FIGS. 5 and 6 operates as follows:
  • the spring 22 acts on the armature 34 and connected to this piston 30 in the FIGS. 5 and 6 to the left.
  • the solenoid 37 In the de-energized state of the solenoid 37 is thereby the Magnetic armature 34 pressed against the spacer 35, through which the open end position of the metering device 102 is defined. In this state, fuel passes unthrottled from the conduit 4, the inlet openings 33, and the outlet openings 32 to the conduit 6 and on to the high-pressure pump 7.
  • the magnetic coil 37 is energized.
  • the armature 34 is against the force of the spring 22 in the FIGS. 5 and 6 moved to the right, which causes the piston 30 moves with the control edge 27 partially over the outlet openings 32, which leads to a throttling of reaching the high-pressure pump 7 fuel flow.
  • Another corresponding energization of the solenoid 37 such that the piston 30 a stroke s 3 accordingly FIG. 4 causes causes the drive plate 23 connected to the piston 30 of the metering device 102 just touches the shoulder 51 on the end plate 26 of the pressure limiting device 24 forming the driver (this state is shown in FIG FIG. 6 shown).
  • the fuel flows between the sealing seat 43 and the valve element 42, the flattening 53 on the plunger 108, the bores 54 in the spring holder 41, and the flats 52 on the end plate 26 in the Cavity 48 into it. From there, the fuel passes through the holes 49 and the inlet openings 33 in the line 4.
  • the line 4 is constantly connected via the holes 50 with the space (without reference numeral), in which the magnet armature 34 is arranged.
  • FIG. 6 it can be seen, in the state in which the two drivers 23 and 26 are coupled together, the control edge 27 is arranged on the piston 30 so that the outlet openings 32 are completely closed.
  • This allows a rapid pressure reduction in the high pressure accumulator 9 by opening the pressure relief device 24, without that of the High pressure pump 7 further fuel is pumped into the high-pressure accumulator 9.
  • the control edge 27 must be positioned relative to the drive plate 23 accordingly different.
  • the lowering of the opening pressure of the pressure limiting device 24 by a corresponding energization of the electromagnet 37 is especially in question when the engine is operating in overrun mode and the injectors 10 do not retrieve fuel from the high-pressure accumulator 9, and at switched off internal combustion engine.
  • the control of the electromagnet 37 can also take place in the context of a closed loop on the basis of the signals that are transmitted from the pressure sensor 13 via the data line 14 to the control and regulating device 15.
  • the cylinder 31 forms a common housing for the metering device 102 and the pressure limiting device 24.
  • FIG. 9 is a further embodiment of the metering device and the pressure limiting device shown in the arrangement in a pump housing, these are together part of a fuel system 100 '.
  • the fuel system 100 ' comprises a metering device, designated as a whole by 102', which can be actuated by an actuating device 21 'and can be coupled to a pressure-limiting device 24'.
  • the actuating device 21 ' has an electrical connection 201 in order to be able to energize a magnetic coil 202.
  • the magnet coil 202 is arranged on a winding support 203, which in turn is arranged in a magnet pot 40 '.
  • the actuating device 21 'further comprises a magnetic armature 34' which is connected to a magnetic needle 211.
  • the magnetic needle 211 is mounted in bushings 35 'and 35 ", and the bushing 35' is received in a connecting piece 36 'which has one end in the actuating device 21' and at its other end in its pump housing 110 is included.
  • the bush 35 " is received in a counter-pole element 38 ', which is connected to a closing element 205 of the actuating device 21'.
  • the connecting piece 36 ' is fastened via a weld 103 to the already mentioned pump housing 110.
  • the weld 103 seals the pump housing 110 to the outside.
  • the pump housing is shown only in sections and takes the metering unit 102 'and the pressure limiting device 24' on.
  • the pump housing 110 is supplied with fuel via the delivery line 4 and passes into a first annular space 60 via the metering device 102 'to a second annular space 62 and from there to an inlet valve 64.
  • the inlet valve 64 is followed by a working space 66 of a pump piston 68.
  • the pump piston 68 can be driven via a cam 70 so that high pressure can be applied to fuel present in the working space 68 and can be fed to the delivery line 8 via an outlet valve 72.
  • the pressure limiting device 24 ' has at its end remote from the actuating device 21' a pressure piece 260 which is pressed into a bore 58 which is provided in the pump housing 110. From the bore 58, a line 74 leads to the delivery line 8 in the high pressure region of the fuel system 100 '.
  • FIG. 10 the construction of the metering unit 102 'and the pressure-limiting device 24' will be explained in detail.
  • the connecting piece 36 ' is in FIG. 10 shown only in sections and has on the pressure limiting device 24 'side facing a cylindrical receptacle 218, in which a flange of a cylinder member 31' is pressed and secured there by means of a flanging 219.
  • the cylinder element 31 ' serves to receive a valve slide 30', which is acted upon by a spring 22 'with a compressive force.
  • the spring 22 ' relies on its in FIG. 10 right end to the valve spool 30 'and at its in FIG. 10 left end on the connecting piece 36 'from.
  • the cylinder element 31 ' has an inlet opening 33', which over the in FIG. 9 shown annular space 60 is connected to the line 4.
  • the cylinder element 31 'further has an outlet opening 32' which extends beyond the in FIG. 9 shown annular space 62 with a line (without reference numeral) is in communication, the Inlet valve 64 leads.
  • the valve spool 30 ' is connected via a connecting element 220 to the actuating device 21' or via a needle head 212 to the magnetic needle 211 of the actuating device 21 '.
  • the connecting element 220 also points in FIG. 11 shown holding elements 221, between which recesses 223 are provided, so that the holding elements 221 are yielding in the radial direction.
  • the needle head 212 of the magnetic needle 211 is latchingly inserted into the connecting element 220.
  • the connecting element 220 has on the side facing away from the needle head 212 a total of four holding elements 222, between which recesses 224 are also provided.
  • the holding elements 222 are elastically yielding, so that they can dodge radially inward and can be used in the valve slide 30 'to there a in FIG. 10 shown paragraph 231 with projections 225 engage behind latching.
  • valve slide 30 ' In the valve slide 30 'is an elongated, centrally arranged cavity 48' is provided. In this cavity emerges a generally designated 280 coupling element, which is a in FIG. 12 having 284 designated carrier structure 284 for driver 26 '.
  • the support structure 284 is elongated and elastic, so that the coupling element 280 can be inserted latching in the valve slide 30 '.
  • the coupling element 280 has on its side facing away from the drivers 26 'a spring holder 41' on which a spring 25 'is supported. This spring is supported at its other end on an annular shoulder 244 of the cylinder member 31 'from.
  • Adjacent to the spring plate 41 'and the support structure 284 facing away from the coupling element 280 has a cylindrical guide portion 283 which dips into the already mentioned pressure piece 260.
  • the pressure piece 260 is pressed in via a press-fit surface 261 in the cylinder element 31 '.
  • a ball cage 272 Adjacent to the guide section 283, a ball cage 272 is provided, in which a valve element 42 'formed as a ball is received.
  • the valve element 42 ' forms the sealing body for a sealing seat 43'.
  • the sealing seat 43 ' is pressed into the pressure piece 260 via a press-fit surface 264.
  • the pressure piece itself is about a press-in 263 in the in FIG. 9 shown bore 58 of the pump housing 110 is pressed.
  • the metering unit 102 'and the pressure limiting device 24' are shown in their unactuated state.
  • the metering unit 102 ' delivers in this unactuated state a maximum flow rate, since a control edge 27' (see. FIG. 10 ) of the valve spool 30 'produces an unthrottled connection between inlet port 33' and outlet port 32 '.
  • the valve spool 30 ' is held in this position by means of the spring 22'.
  • the magnet armature 34' is moved together with the magnetic needle 211 in the direction of the end element 205 of the actuating device 21 '.
  • the spring 22 ' is compressed.
  • the magnetic needle 211 can transmit the movement to the valve spool 30 'via the needle head 212 and the connecting element 220.
  • the control edge 27 ', the outlet port 32' gradually close, so that the volume flow supplied to the downstream pump is throttled.
  • valve element 42 On the valve element 42 'acts on the one hand an opening force due to the fuel which rests in the bore 58 in the high pressure region of the pump and on the other hand, a residual residual force of the spring 25', the guide portion 283 presses against the valve element 42 'via the spring holder 41'.
  • the actuator 21 By further energization of the actuator 21 'gradually higher forces are introduced into the spring 25' until the coupling element 280 is finally moved away from the sealing seat 43 ', so that the valve element 42' opens.
  • high pressure fuel may pass from the bore 58 via the valve element 42 'around the spring retainer 41' and past the support members 284 into the cavity 48 'of the valve spool 30'. From there, the fuel can then have an in FIG. 10 designated 243 via the inlet port 33 'in the low pressure region of the fuel system 100' are discharged.
  • the described Abugeung of fuel can be done, for example. In overrun mode or when switching off the engine.
  • the Abberichtung can also be done when the fuel demand of the internal combustion engine is smaller than the leakage amount between Valve spool 30 'and the cylinder member 31' is formed. However, it is preferred if the Abgresung takes place only in overrun mode or when switching off the internal combustion engine.
  • a total of 290 designated assembly unit are made, which is composed of a magnet assembly 291 and a hydraulic assembly 292.
  • the latter includes, inter alia, the connecting piece 36 ', the cylinder element 31', the pressure piece 260 and the sealing seat 43 '.
  • the magnet assembly comprises the magnet pot 40 'with the electrical connection 201 and also the termination element 205.
  • the assembly of the fuel system 100 ' will be described in detail below.
  • the armature 34 ' is pressed by a defined amount on the magnetic needle 211.
  • the bush 35 is press-fitted into the opposite pole 38 'and the bush 35' is pressed into the joint 36.
  • the magnetic needle 211 is inserted into the bushings 35 'and 35".
  • the opposite pole 38 'and the connecting piece 36' are pressed into a sleeve 215.
  • the connector 220 is inserted into the valve slide 30 'detent, wherein provided on the holding elements 222 projections 225 engage behind the valve slide 30' provided paragraph 231 latching.
  • the spring 22' in the connector 36 ' is inserted.
  • the connecting piece 220 which is already connected to the valve slide 30 ', is pressed onto the needle head 212 so that it is latched within the holding elements 221.
  • a radial clearance may be present in order to be able to compensate for a deagification between said components.
  • valve slide 30 ' is inserted into the space 243 formed in the cylinder element 31'.
  • the cylinder element 31 ' is pre-pressed into the receptacle 218 of the connecting piece 36'.
  • the hydraulic module produced up to this point in time can be inserted into a test device and be adjusted so that a predetermined or desired volume flow (reference volume flow) results.
  • the hydraulic assembly is flowed through with a test medium.
  • the spring 22 ' With the aid of a magnetic coil of the test device, the spring 22 'is acted upon by a defined force, wherein the control edge 27' of the valve spool 30 'occupies a defined position.
  • the adjustment to the reference volume flow takes place by the cylinder element 31 'is pressed further into the receptacle 218 of the connecting piece 36' until the reference volume flow is established.
  • the cylinder member 31 'by means of flanging 219 on the connecting piece 36' additionally be secured.
  • an adjustment of the control behavior can also be made by the positions of the components to be positioned to each other are detected by a laser. It is provided that the cylinder member 31 'within the receptacle 218 of the connecting piece 36' is displaced until a predetermined distance between the inlet port 33 'and / or outlet port 32' to the control edge 27 'is made. This distance corresponds to a predetermined volume flow.
  • the inlet opening 33 'and the outlet opening 32' can also be integrated in the valve slide 30 ', wherein the control edge is then formed by the cylinder element 31'. Also in this case, the setting of a desired control behavior as described above can be done with a test medium or by optical measurement.
  • the Druckbegenzungs Sharp 24 'is mounted.
  • the spring 25 'in the cylinder member 31' is inserted.
  • the coupling element 280 in the spring 25 'and the valve slide 30' is used until the driver 26 'engage in recesses 232 which are formed in the valve slide 30'.
  • the spring 25 ' comes with the spring plate 41' in Appendix.
  • the sealing seat 43 ' is pre-pressed into a bore 265 formed in the pressure piece 260.
  • the valve element 42 'and the ball cage 272 are inserted into the pressure piece 260.
  • the pressure piece 260 is pressed into the cylinder element 31 'via the press-fit surface 261.
  • This actual pressure value may vary from an in FIG. 1 pressure sensor 13 are detected, are transmitted to the control or regulating unit 15 to be compared there with a stored in the control and / or regulating device desired pressure value can. From the difference value between the detected actual pressure value and the stored desired pressure value, the energization of the actuating device 21 'can be adjusted.
  • the adaptation can be carried out once, for example during commissioning of the internal combustion engine, but can also be carried out continuously or at certain time intervals, for example in order to be able to compensate for changes in the components during a long service life.
  • the opening pressure of the pressure limiting device 24 ' can also take place if it is mechanically coupled to the metering unit 102'.
  • a desired opening pressure correlates with a certain magnetic force, which can be applied, for example, by a mounting coil.
  • an association between the actuation of the actuating device 21 'and thus the position of the magnet armature 34' and the valve slide 30 'with the opening pressure of the pressure limiting device 24' is determined in the event that the pressure limiting device 24 'is coupled to the metering unit 102' ,
  • the sealing element 46 ' is mounted on the cylinder element 31'.
  • the assembly of the magnet assembly 291 ( FIG. 13 ) is carried out by winding the coil 202 onto the winding support 203.
  • the coil 202 with the winding support 203 become relative positioned to the magnet pot 40 'and molded with a plastic material.
  • the electrical connection 201 is formed.
  • the assembly of the thus formed hydraulic assembly 292 and the magnet assembly 291 in the pump housing 110 is carried out as follows: First, the hydraulic assembly 292 is inserted into the pump housing 110. When mounting the hydraulic assembly 292, the pressure piece 260 is pressed into the bore 58 of the pump housing 110. On the one hand, a fuel-tight connection can be achieved by the pressure and, on the other hand, the pressure force acting on the pressure piece 260 can be introduced into the pump housing 110. The hydraulic assembly 292 can be pressed into the pump housing 110 until the connecting piece 36 'with a stop 266 formed in the pump housing 110 (FIG. FIG. 9 ) comes to the plant. The required press-in force can, for example, be introduced via the connecting piece 36 '. By the sealing element 46 ', the annular spaces 60 and 62 are sealed to each other.
  • the connector 36 ' is fixed to the pump housing 110 by means of the weld 103.
  • the weld 103 forms a fuel-tight connection.
  • the magnet assembly 291 is joined to the hydraulic assembly 292.
  • the pot 40 ' is pressed onto the connecting piece 36'.
  • the closing element 205 is pressed onto the opposite pole 38 '.

Landscapes

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffpumpe, die von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert, mit einer Zumesseinrichtung, mit der ein zur Kraftstoffpumpe gelangender Volumenstrom verändert werden kann, mit einer Druckbegrenzungseinrichtung, welche einen Druck im Hochdruckbereich begrenzt und ein auf der einen Seite durch eine Feder und auf der anderen Seite durch den im Hochdruckbereich herrschenden Druck beaufschlagtes Ventilelement aufweist, und mit einer Koppeleinrichtung, welche eine Betätigungseinrichtung der Zumesseinrichtung wenigstens zeitweise und wenigstens mittelbar mit der Druckbegrenzungseinrichtung mechanisch koppelt.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffsystems.
  • Ein Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 974 008 B1 bekannt. Die in Schließrichtung der Druckbegrenzungseinrichtung wirkende Feder stützt sich bei dem bekannten Kraftstoffsystem an einem Ventilschieber der Zumesseinrichtung ab. Bei geöffneter Zumesseinrichtung wird die Feder komprimiert, was zu einem entsprechend höheren Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung führt. Bei geschlossener Zumesseinrichtung ist die Feder weitgehend entspannt, so dass die Druckbegrenzungseinrichtung offen ist.
  • Dieses Kraftstoffsystem hat den Nachteil, dass ein großer Hub des Ventilschiebers der Zumesseinrichtung erforderlich ist, um eine Veränderung des Öffnungsdrucks der Druckbegrenzungseinrichtung zu bewirken. Darüber hinaus ist bei diesem Kraftstoffsystem die Druckbegrenzungsfunktion der Druckbegrerizungseinrichtung dann, wenn der maximale Haltedruck der Druckbegrenzungseinrichtung im Fehlerfall geringer ist als der zulässige Druck im Hochdruckbereich, eingeschränkt. Ist der maximale Haltedruck der Druckbegrenzungseinrichtung im Fehlerfall größer als der zulässige Druck im Hochdruckbereich, muss eine zusätzliche Druckbegrenzungseinrichtung zum Einsatz kommen.
  • Aus der DE 196 12 413 A1 ist ein Kraftstoffsystem bekannt, bei dem die Zumesseinrichtung unmittelbar auf ein Ventilelement einer Druckentlastungseinrichtung in dessen Öffriungsrichtung wirken kann. Hierdurch kann im Notfall der Hochdruckbereich drucklos gemacht werden. Bei diesem Kraftstoffsystem muss zusätzlich eine Druckbegrenzungseinrichtung zur Absicherung des Hochdruckbereichs vorgesehen werden.
  • Die EP 0 809 016 A1 beschreibt ein Kraftstoffsystem mit einer piezoelektrisch betätigten Zumesseinrichtung. Der piezoelektrische Aktor der Zumesseinrichtung kann, bei geschlossener Zumesseinrichtung, gleichzeitig als Aktor eines Entlastungsventils wirken und dieses zwangsweise öffnen.
  • Allgemein wird ferner noch auf die EP 0 299 337 A2 und die EP 0 837 986 B1 verwiesen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es preiswert hergestellt werden kann, kompakt baut, und die Sicherheit und Betriebszuverlässigkeit in allen Betriebssituationen gewährleistet wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bei einem Verfahren und einem Computerprogramm der eingangs genannten Art wird die gestellte Aufgabe entsprechend gelöst.
    • Vorteile der Erfindung
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffsystem ist nur eine einzige Druckbegrenzungseinrichtung erforderlich, welche zum einen als Sicherheitseinrichtung zum Schutz des Hochdruckbereichs dient, und welche zum anderen zum Einstellen eines gewünschten Drucks im Hochdruckbereich bei geschlossener oder fast geschlossener Zumesseinrichtung verwendet werden kann. Dabei ist kein zusätzlicher Aktor für die Betätigung der Druckbegrenzungseinrichtung erforderlich, da hierfür die Betätigungseinrichtung der Zumesseinrichtung verwendet wird.
  • Gleichzeitig muss die Betätigungseinrichtung der Zumesseinrichtung keinen besonders großen zusätzlichen Hub ausführen, um den Druck im Hochdruckbereich zu beeinflussen, da diese Beeinflussung nicht oder zumindest nicht wesentlich durch einen Hub, sondern durch eine in Öffnungsrichtung des Ventilelements der Druckbegrenzungseinrichtung wirkende Kraft bewerkstelligt wird. Der normale Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung kann dabei konstant auf einen oberhalb des maximal im Normalbetrieb des Kraftstoffsystems auftretenden Kraftstoffdruck eingestellt werden, jedoch unterhalb eines kritischen Drucks, der bspw. zu einem Schaden der im Hochdruckbereich verwendeten Teile führen würde, oder bei dem eine Funktion von Einspritzventilen, die an den Hochdruckbereich angeschlossen sind, nicht mehr gewährleistet ist. Diese Sicherheitsfunktion wird durch die Kopplung mit der Betätigungseinrichtung nicht beeinflusst.
  • Gleichzeitig kann die Druckbegrenzungseinrichtung durch die definierte Kraft, die die Betätigungseinrichtung der Zumesseinrichtung auf das Ventilelement der Druckbegrenzungseinrichtung ausüben kann, auch zu einem aktiven Druckabbau bzw. einer Druckregelung in bestimmten Betriebssituationen des Kraftstoffsystems verwendet werden. Ein solcher aktiver Druckabbau ist bspw. in einem Schubbetrieb oder bei abgestellter Brennkraftmaschine erwünscht, um beim Wiedereinsetzen der Brennkraftmaschine einen geringeren Druck zur Verfügung zu haben. Zudem ist ein Druckabbau nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine aus Sicherheitsgründen sowie im Fehler-, Service-, oder Crashfall von Vorteil.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
  • Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems sieht vor, dass die Koppeleinrichtung das Ventilelement der Druckbegrenzungseinrichtung erst dann wenigstens mittelbar mit der Kraft beaufschlagt, wenn die Zumesseinrichtung vollständig geschlossen ist. Dies hat den Vorteil, dass im Normalbetrieb der Druck im Hochdruckbereich ausschließlich durch die Volumenstromregelung mittels der Zumesseinrichtung gesteuert bzw. geregelt werden kann. Ein solches Kraftstoffsystem arbeitet mit besonders hohem Wirkungsgrad.
  • Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Koppeleinrichtung das Ventilelement der Druckbegrenzungseinrichtung bereits dann wenigstens mittelbar mit der Kraft beaufschlagt, wenn die Zumesseinrichtung noch nicht ganz geschlossen ist. In diesem Fall steht bspw. zur Schmierung oder Kühlung der Kraftstoffpumpe ein gewisser Mindest-Volumenstrom zur Verfügung.
  • Besonders kompakt baut das erfindungsgemäße Kraftstoffsystem, wenn die Zumesseinrichtung und die Druckbegrenzungseinrichtung in ein gemeinsames Gehäuse, insbesondere in ein Gehäuse der Kraftstoffpumpe, integriert sind.
  • Vorgeschlagen wird ferner, dass die Zumesseinrichtung einen Ventilschieber umfasst, an dem ein Mitnehmer befestigt oder ausgebildet ist, der an einem entsprechenden Mitnehmer angreifen kann, der mit dem Ventilelement der Druckbegrenzungseinrichtung gekoppelt ist. Eine solche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems ist einfach und preiswert zu realisieren.
  • Wenn der Ventilschieber in einem Zylinderelement aufgenommen ist und an seinem der Betätigungseinrichtung abgewandten Ende ein Druckstück aufweist, das in das Zylinderelement einpressbar ist und vorzugsweise den Dichtsitz der Druckbegrenzungseinrichtung aufnimmt, ist es möglich, den Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung durch definiertes Einpressen des Druckstücks im Zylinderelement einzustellen. Somit können die einzelnen Bauteile mit höheren Toleranzen behaftet sein, was die Fertigungskosten verringert. Trotzdem kann der Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung optimal eingestellt werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Ventilschieber über ein Verbindungselement mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist. Hierdurch kann das Kraftstoffsystem in besonders flexibler Weise montiert werden und gleichzeitig kann ein ggf. vorhandener axialer Versatz zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Ventilschieber ausgeglichen werden.
  • Es ist aber auch möglich, dass Teile der Betätigungseinrichtung und der Ventilschieber einstückig ausgebildet sind, wodurch die Anzahl der Bauteile verringert werden kann.
  • Wenn die Verbindung zwischen dem Verbindungselement und der Betätigungseinrichtung und/oder zwischen dem Verbindungselement und dem Ventilschieber als Rastverbindung ausgebildet ist, gestaltet sich die Montage der Elemente als besonders einfach und schnell.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Druckbegrenzungseinrichtung einen zum Ventilschieber koaxialen Stößel oder koaxiales Koppelelement umfasst, der mit dem Ventilelement wenigstens zeitweise gekoppelt ist und an dem der Mitnehmer vorhanden ist. Somit bleiben gewisse Freiheiten bei der Auslegung des Ventilelements erhalten.
  • In nochmaliger Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Stößel oder das koaxiale Koppelelement einstückig sind mit dem Ventilelement und vorzugsweise dem Mitnehmer. Dies verringert die Herstell- und insbesondere die Montagekosten.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Koppelelement mindestens eine Trägerstruktur für den Mitnehmer aufweist, die rastend in den Ventilschieber einsetzbar ist. Diese Konstruktion ermöglicht es, dass das Koppelelement in den Ventilschieber eingeschoben werden kann, ohne dass ein Mitnehmer separat montiert werden müsste.
  • Besonders vorteilhaft ist jene Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Kraflstoffsystems, bei welcher der Ventilschieber der Zumesseinrichtung einen Hohlraum umfasst, in den der Stößel oder das Koppelelement hineinragt und der einen Strömungsweg für den bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil abströmenden Kraftstoff bildet. Dies führt ebenfalls zu einer besonders kompakten Bauweise des erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems, und darüber hinaus werden die Herstellungskosten gesenkt, da zusätzliche externe Kanäle nicht erforderlich sind.
  • In nochmaliger Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Hohlraum über mindestens eine Öffnung im Ventilschieber mit dem Einlass der Zumesseinrichtung verbunden ist. Somit kann das bei geöffneter Druckbegrenzungseinrichtung abströmende Fluid direkt in die stromaufwärts vom Einlass der Zumesseinrichtung vorhandene Kraftstofneitung abströmen, eine separate Rückströmleitung ist also nicht erforderlich. Dies reduziert nochmals das Bauvolumen und die Herstellkosten.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist es besonders vorteilhaft, wenn die in Öffnungsrichtung des Ventilelements der Druckbegrenzungseinrichtung wirkende Kraft von einem im Hochdruckbereich herrschenden aktuellen Druck abhängt. Die Druckbegrenzungseinrichtung kann in diesem Fall also für eine Regelung des im Hochdruckbereich herrschenden Drucks verwendet werden.
  • Wenn das Kraftstoffverfahren nach einem der erfmdungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffsystems hergestellt wird, gestaltet sich die Montage des Kraftstoffsystems als besonders einfach und flexibel. Es können insbesondere ein Referenz-Volumenstrom der Zumesseinheit und der Öffnungsdruck der Druckbegenzungseinrichtung in einfacher Weise eingestellt und/oder angepasst werden.
    • Zeichnungen
  • Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoff-systems einer Brennkraftmaschine mit einer Zumesseinrichtung und einer mit dieser gekoppelten Druckbegrenzungseintichtung;
    Figur 2
    eine hervorgehobene Darstellung der Zumesseinrichtung und der Druckbegrenzungseinrichtung von Figur 1;
    Figur 3
    eine Darstellung ähnlich Figur 1 einer alternativen Ausführungsform eines Kraftstoffsystems;
    Figur 4
    ein Diagramm, in dem ein durch die Zumesseinrichtung strömender Volumenstrom, ein Öffnungsdruck der Druckbegenzungseinrichtung, und ein Stellhub einer Betätigungseinrichtung der Zumesseinrichtung über einer von der Betätigungseinrichtung ausgeübten Kraft aufgetragen sind;
    Figur 5
    einen teilweisen Schnitt durch eine konkrete Ausführungsform der Zumesseinrichtung und der Druckbegrenzungseinrichtung von Figur 1 in einem ersten Betriebszustand;
    Figur 6
    eine Darstellung ähnlich Figur 5, in einem zweiten Betriebszustand;
    Figur 7
    eine perspektivische Darstellung eines Elements der Druckbegrenzungseinrichtung der Figuren 5 und 6;
    Figur 8
    eine perspektivische Darstellung eines Mitnehmers der Zumesseinrichtung der Figuren 5 und 6;
    Figur 9
    einen teilweisen Schnitt durch eine weitere konkrete Ausführungsform der Zumesseinrichtung und der Druckbegrenzungseinrichtung bei Anordnung in einem Pumpengehäuse;
    Figur 10
    einen Ausschnitt aus Figur 9;
    Figur 11
    eine perspektivische Darstellung eines Elements der Druckbegrenzungseinrichtung gemäß Figuren 9 und 10;
    Figur 12
    eine perspektivische Darstellung eines Mitnehmers der Zumesseinrichtung gemäß Figuren 9 und 10; und
    Figur 13
    eine perspektivische Darstellung von Montagegruppen der Ausführungsform gemäß Figuren 9 bis 12.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Figur 1 trägt ein Kraftstoffsystem insgesamt das Bezugszeichen 100. Es umfasst einen Kraftstoffvorratsbehälter 1, welcher über eine Förderleitung 2 mit einer Vorförderpumpe 3 verbunden ist. Diese pumpt den Kraftstoff über eine Förderleitung 4 in eine Regeleinheit 5, auf die weiter unten im Detail Bezug genommen wird. In dieser wird ein Kraftstoffvolumenstrom eingestellt und über eine Leitung 6 zu einer Hochdruckpumpe 7 geleitet. Die Leitungen 4 und 6 sind Teil eines Niederdruckbereichs. Stromabwärts von der Vorförderpumpe 3 ist an die Förderleitung 4 ein in der Figur nicht gezeigtes mechanisches Druckregelventil angeschlossen, welches für einen definierten Zulaufdruck der Hochdruckpumpe 7 sorgt. Vom Druckregelventil führt eine ebenfalls nicht gezeigte Rücklaufleitung zum Kraftstoffvorratsbehälter 1 zurück.
  • In der Hochdruckpumpe 7 wird der Kraftstoff auf einen hohen Druck verdichtet. Von der Hochdruckpumpe 7 gelangt der Kraftstoff unter hohem Druck über eine Förderleitung 8 in einen Hochdruckspeicher 9 (Common-Rail), welche beide einen Hochdruckbereich bilden. Dieser ist mit Einspritzventilen 10 verbunden, die den Kraftstoff in nur symbolisch dargestellte Brennräume 11 einer Brennkraftmaschine (ohne Bezugszeichen) einspritzen.
  • Über eine Leitung 12 ist die Regeleinheit 5 mit dem Hochdruckspeicher 9 hydraulisch verbunden. Am Hochdruckspeicher 9 ist weiter ein Drucksensor 13 angeordnet, der über eine Datenleitung 14 mit einer Steuer- und Regeleinrichtung 15 verbunden ist. Diese ist ferner über eine Datenleitung 16 mit der Regeleinheit 5 verbunden. Über Datenleitungen 17 und 18 erhält die Steuer- und Regeleinrichtung 15 ferner Signale von verschiedenen Sensoren der Brennkraftmaschine.
  • In Figur 2 ist die Regeleinheit 5 hervorgehoben dargestellt. Sie umfasst eine Zumesseinrichtung 102 und eine Druckbegrenzungseinrichtung 24. Über die Leitung 4 gelangt der Kraftstoff vom Kraftstoffvorratsbehälter 1 kommend in die Regeleinheit 5. Ein Drosselschieber 20 der Zumesseinrichtung 102 misst den Kraftstoff zu, der dann über die Leitung 6 zur Hochdruckpumpe 7 gelangt. Der Drosselschieber wird durch einen elektromagnetischen Steller 21 ("Betätigungseinrichtung"), der gegen eine Feder 22 arbeitet, positioniert.
  • Im Normalbetrieb ist die Druckbegrenzungseinrichtung 24 geschlossen; eine Feder 25, welche ein in den Figuren 1 und 2 nicht sichtbares Ventilelement der Druckregeleinrichtung 24 in Schließrichtung beaufschlagt, ist entsprechend stark vorgespannt. Die Zumesseinrichtung 102 und die Druckregeleinrichtung 24 können durch zwei Mitnehmer 23 und 26 miteinander gekoppelt werden. Diese beiden Mitnehmer bilden insoweit eine Koppeleinrichtung 106.
  • Der erste Mitnehmer 23 ist mit dem Drosselschieber 20 der Zumesseinrichtung 102 und der zweite Mitnehmer 26 mit dem Ventilelement der Druckbegrenzungseinrichtung 24 fest verbunden.
  • Um den Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung 24 zu reduzieren, muss der elektromagnetische Steller 21 des Drosselschiebers 20 den Mitnehmer 23 soweit in den Figuren 1 und 2 nach rechts verschieben, dass er auf den Mitnehmer 26 der Druckbegrenzungseinrichtung 24 trifft und auf diesen eine Kraft ausübt, die entgegen der in Schließrichtung der Druckbegrenzungseinrichtung 24 wirkenden Kraft der Feder 25 wirkt. In Summe wird hierdurch die Öffnungskraft bzw. der Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung 24 verringert. Sinkt der Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung 24 auf einen Wert unterhalb des Drucks des Hochdruckspeichers 9, wird Kraftstoff in die Leitung 4 über das Druckregelventil zum Vorratsbehälter 1 hin abgesteuert, bis der Druck im Hochdruckspeicher 9 soweit abgesunken ist, dass er dem reduzierten Öffnungsdruck entspricht, was zum Schließen der Druckbegrenzungseinrichtung 24 führt.
  • Figur 3 zeigt eine Variante des Kraftstoffsystems 100. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen der Figuren 1 und 2 aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
  • Im Vergleich zum Kraftstoffsystem 100 nach Figur 1 wird hier die von der Druckbegrenzungseinrichtung 24 abgesteuerte Kraftstoffmenge über eine separate Leitung 19 zum Kraftstoffvorratsbehälter 1 geführt. Die Druckbegrenzungseinrichtung 24 und die Zumesseinrichtung 102 sind somit nicht direkt hydraulisch miteinander verbunden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann in einer besseren Kraftstoffkühlung liegen.
  • In Figur 4 ist der prinzipielle Verlauf eines Volumenstroms Q durch den Drosselschieber 20 der Zumesseinrichtung 102, der Verlauf eines Öffnungsdrucks p der Druckbegrenzungseinrichtung 24, und ein Stellhub s des elektromagnetischen Stellers 21 über dessen Kraft F aufgetragen. Der elektromagnetische Steller 21 wird durch einen Proportionalmagneten gebildet. Einer Kraft Fi nach Figur 4 entspricht somit eine Bestromung Ii eines Elektromagneten 37. Im Bereich zwischen den Kräften F1 und F2, die vom elektromagnetischen Steller 21 erzeugt werden, wird von der Zumesseinrichtung 102 der zur Hochdruckpumpe 7 gelangende Volumenstrom Q eingestellt, in dem der Durchflussquerschnitt des Drosselschiebers 20 durch eine entsprechende Positionierung des elektromagnetischen Stellers 21 variiert wird. Der Hub s des Drosselschiebers 20 liegt dabei zwischen s1 und s2.
  • Bei der Kraft F2 bzw. dem Hub s2 ist der Durchflussquerschnitt des Drosselschiebers 20 geschlossen. Wird die Kraft F weiter erhöht, verschiebt sich der Drosselschieber 20 um einen Neutralhub vom Hub s2 zum Hub s3. Bei der entsprechenden Kraft F3 bzw. dem Hub s3 berührt der Mitnehmer 23 der Zumesseinrichtung 102 den Mitnehmer 26 der Druckbegrenzungseinrichtung 24. Wird die Kraft F nun weiter erhöht, wirkt diese entgegen der in Schließrichtung der Druckbegrenzungseinrichtung 24 wirkenden Kraft der Feder 25, wodurch der Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung 24 abgesenkt wird. Wenn der elektromagnetische Steller 21 eine Kraft F4 erzeugt, herrsche, immer noch bei einem Stellhub s3, Gleichgewicht zwischen der in Schließrichtung wirkenden Feder 25 der Druckbegrenzungseinrichtung 24 und der vom Mitnehmer 23 bzw. 26 in Öffnungsrichtung ausgeübten Kraft, der Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung 24 ist in diesem Fall also Null.
  • Öffnet die Druckbegrenzungseinrichtung 24, wenn der Druck im Hochdruckspeicher 9 oberhalb des Öffnungsdrucks der Druckbegrenzungseinrichtung 24 liegt, ergibt sich ein zusätzlicher Stellhub, welcher jedoch sehr gering ist. Nur bei sehr großen Mengen, welche von der Druckbegrenzungseinrichtung 24 abgesteuert werden, ergibt sich ein relevanter zusätzlicher Hub, welcher jedoch insgesamt gegenüber dem Stellhub s2 bzw. s3 klein ist.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kraft F3 größer als die Kraft F2, da im Normalbetrieb die Regelung des im Hochdruckspeicher 9 herrschenden Drucks ausschließlich durch die Volumenstromvariation mittels der Zumesseinrichtung 102 realisiert wird. In jenem Fall, dass der Drosselschieber 20 im geschlossenen Zustand eine relevante Leckagemenge zur Hochdruckpumpe 7 durchlässt, wird, wenn von den Einspritzventilen 10 kein Kraftstoff eingespritzt wird bspw. im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine oder bei abgestellter Brennkraftmaschine, die überschüssige Kraftstoffmenge über die Druckbegrenzungseinrichtung 24 abgeführt. Die Absteuerung kann sowohl gesteuert als auch geregelt erfolgen. Bei einer Druckregelung wird der Druck im Hochdruckspeicher 9 vom Drucksensor 13 an die Steuer- und Regeleinrichtung 15 gemeldet und mit einem Sollwert verglichen. Bei einer Abweichung wird die Ansteuerung für den elektromagnetischen Steller 21 neu berechnet und ausgegeben.
  • Bei einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist die Kraft F3, bei der der Mitnehmer 23 der Zumesseinrichtung 102 am Mitnehmer 26 der Druckbegrenzungseinrichtung 24 anzugreifen beginnt, kleiner als die Kraft F2, bei der die Zumesseinrichtung 102 vollständig geschlossen ist. Beim Erreichen der Kraft F2 ist das Ventilelement der Druckbegrenzungseinrichtung 24 also um den Hub s2- s3 geöffnet. Somit gelangt bei geöffneter Druckbegrenzungseinrichtung 24 weiterhin ein gewisser Kraftstoff-Volumenstrom zur Hochdruckpumpe 7. Dies kann aus Gründen der Schmierung oder Kühlung der Hochdruckpumpe 7 erforderlich sein. Auch hier kann das Abführen der überschüssigen Kraftstoffmenge gesteuert oder geregelt erfolgen.
  • Die Einstellung der vom elektromagnetischen Steller 21 ausgeübten Kraft kann entsprechend einem Computerprogramm erfolgen, welches in der Steuer- und Regeleinrichtung 15 auf einem Speichermedium gespeichert ist.
  • Die Figuren 5 und 6 zeigen eine konkrete Ausführungsform der Regeleinheit 5, wobei Figur 5 einen Betriebszustand zeigt, in dem die Zumesseinrichtung 102 von der Druckbegrenzungseinrichtung 24 entkoppelt ist, wohingegen Figur 6 einen Betriebszustand zeigt, in dem die Zumesseinrichtung 102 mit der Druckbegrenzungseinrichtung 24 gekoppelt ist.
  • Der Drossel- oder Ventilschieber 20 umfasst einen Kolben 30 mit einer Steuerkante 27, der in einem ein Gehäuse bildenden Zylinder 31 verschieblich aufgenommen ist. Der Mitnehmer 23 ist in Form einer Scheibe in einem Schlitz (ohne Bezugszeichen) des Kolbens 30 befestigt. Eine Einlassöffnung 33 ist hydraulisch mit der in den Figuren 5 und 6 nicht dargestellten Leitung 4 verbunden. Eine Auslassöffnung 32 ist hydraulisch mit der in den Figuren 5 und 6 ebenfalls nicht dargestellten Leitung 6 verbunden, die zur Hochdruckpumpe 7 führt.
  • Im unbestromten Zustand der Magnetspule 37 drückt die Feder 22 einen Magnetanker 34 mitsamt Kolben 30 auf eine Distanzscheibe 35, die sich auf den Zylinder 31 abstützt. In diesem Zustand ist die Auslassöffnung 32 offen, so dass der Kraftstoff von der Zuflussbohrung 33 über die Auslassöffnung 32 zur Hochdruckpumpe 7 gelangen kann. Neben der Magnetspule 37 und dem Magnetanker 34 umfasst der elektromagnetische Steller 21 in üblicher Weise einen Gegenpol 38, der über eine vorzugsweise nicht-magnetische Hülse 39 mit einem Verbindungsstück 36 verbunden ist, welches wiederum mit dem Zylinder 31 fest verbunden ist. Zum magnetischen Rückschluss und zur Befestigung der Magnetspule 37 dient ein Topf 40.
  • Die Druckbegrenzungseinrichtung 24 umfasst die bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 3 genannte Feder 25, die sich an einem scheibenringförmigen Federhalter 41 abstützt. Dieser ist mit einem Stößel 108 verschweißt, an dessen einem Ende ein kugelförmiges Ventilelement 42 befestigt ist. Dieses arbeitet mit einem stationären und mit dem Zylinder 31 starr verbundenen Dichtsitz 43 zusammen. An dem vom Ventilelement 42 abgelegenen Ende des Stößels 108 ist der bereits aus den Figuren 1 und 3 bekannte Mitnehmer 26 in Form einer Endscheibe am Stößel 108 befestigt. Deren zum Ventilelement 42 zeigende ringförmige Stirnfläche bildet einen Absatz 51. Die Ringscheibe 23 und die Endscheibe 26 bilden also die Koppeleinrichtung 106.
  • Die den Mitnehmer der Druckbegrenzungseinrichtung 24 bildende Endscheibe 26 weist auf ihrer Mantelfläche zwei einander gegenüberliegende Abflachungen 52 auf (vgl. Figur 7). Der Stößel 108 der Druckbegrenzungseinrichtung 24 weist zwischen dem Ventilelement 42 und dem Federhalter 41 ebenfalls eine Abflachung 53 auf. Der Federhalter 41 zeigt mehrere Durchgangsbohrungen 54. Auf deren Funktion wird weiter unten eingegangen. Ventilelement 42, Stößel 108, Federhalter 41 und Endscheibe 26 sind einstückig hergestellt.
  • Wie aus den Figuren 5 und 6 hervorgeht, ist der Kolben 30 in seinem in den Figuren 5 und 6 linken Bereich mit einem zu seiner Längsachse koaxialen und gestuften Hohlraum 48 versehen. In diesen ragt der Stößel 108 mit dem Mitnehmer bzw. der Endscheibe 26 hinein. Die Mitnehmerscheibe 23, welche im Detail in Figur 8 dargestellt ist, ist an dem in den Figuren 5 und 6 linken Ende des Kolbens 30 in einen Schlitz (ohne Bezugszeichen) der Wand des Kolbens 30 eingesteckt, wobei eine Bohrung 55 in der Mitnehmerscheibe 23 in Einbaulage als Führung für den Stößel 108 der Druckbegrenzungseinrichtung 24 dient. Zur Montage der Mitnehmerscheibe 23 verfügt diese über einen Schlitz 56. In Einbaulage befindet sich die Endscheibe 26 der Druckbegrenzungseinrichtung 24 innerhalb des Hohlraums 48 zwischen der Mitnehmerscheibe 23 und dem Kolben 30.
  • In einer ersten axialen Position des Kolbens 30 befinden sich mehrere vom Hohlraum 48 nach außen führende Bohrungen 49 (vgl. Figur 6). Deren axiale Lage ist so gewählt, dass der Hohlraum 48 unabhängig von der Position des Kolbens 30 immer mit den Einlassöffnungen 33 im Zylinder 31 verbunden ist. Zum elektromagnetischen Steller 21 hin sind im Kolben 30 an einer anderen axialen Position des Kolbens 30 nochmals mehrere vom Hohlraum 48 nach radial außen führende Bohrungen 50 vorhanden. Diese sind axial so positioniert, dass sie über den Hohlraum 48 und die Bohrungen 49 einen Raum (ohne Bezugszeichen), in dem der Magnetanker 34 angeordnet ist, mit den Einlassöffnungen 33 fluidisch verbinden.
  • Zur Abdichtung der einzelnen Elemente und Bereiche gegeneinander sind verschiedene Dichtelemente vorgesehen. Dichtelemente 44 und 45 dienen zur Abdichtung zwischen einem Niederdruckbereich der Zumesseinrichtung 102 und einem Hochdruckbereich der Druckbegrenzungseinrichtung 24. Ein Dichtelement 46 dient zur Abdichtung zwischen den Einlassöffnungen 33 und den Auslassöffnungen 32. Ein Dichtelement 47 dient zur Abdichtung der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Baueinheit nach außen.
    • Die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Regeleinheit 5 arbeitet folgendermaßen:
  • Die Feder 22 beaufschlagt den Magnetanker 34 und den mit diesem verbundenen Kolben 30 in den Figuren 5 und 6 nach links. Im unbestromten Zustand der Magnetspule 37 wird hierdurch der Magnetanker 34 gegen die Distanzscheibe 35 gedrückt, durch die die geöffnete Endstellung der Zumesseinrichtung 102 definiert wird. In diesem Zustand gelangt Kraftstoff ungedrosselt von der Leitung 4, die Einlassöfinungen 33, und die Auslassöffnungen 32 zur Leitung 6 und weiter zur Hochdruckpumpe 7.
  • Soll von der Hochdruckpumpe 7 eine geringere als die maximal mögliche Menge an Kraftstoff gefördert werden, wird die Magnetspule 37 bestromt. Hierdurch wird der Magnetanker 34 gegen die Kraft der Feder 22 in den Figuren 5 und 6 nach rechts bewegt, was dazu führt, dass sich der Kolben 30 mit der Steuerkante 27 zum Teil über die Auslassöffnungen 32 bewegt, was zu einer Drosselung des zur Hochdruckpumpe 7 gelangenden Kraftstoffstroms führt. Eine weitere entsprechende Bestromung der Magnetspule 37 derart, dass der Kolben 30 einen Hub s3 entsprechend Figur 4 ausführt, bewirkt, dass die mit dem Kolben 30 der Zumesseinrichtung 102 verbundene Mitnehmerscheibe 23 den Absatz 51 an der den Mitnehmer bildenden Endscheibe 26 der Druckbegrenzungseinrichtung 24 gerade berührt (dieser Zustand ist in Figur 6 dargestellt).
  • Wird der Strom nun nochmals erhöht, wird die überschüssige Magnetkraft über den Kolben 30, die Mitnehmerscheibe 23, die Endscheibe 26 und den Stößel 108 auf das Ventilelement 42 übertragen und wirkt, zusammen mit dem in der Leitung 12 anliegenden Hochdruck, entgegen der Kraft der Feder 25. Insgesamt wird somit auf diese Weise die Haltekraft des Ventilelements 42 auf dem Dichtsitz 43 reduziert, was zu einer entsprechenden Reduktion des Öffnungsdrucks der Druckbegrenzungseinrichtung 24 führt.
  • Übersteigt der Druck in der Leitung 12 den Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung 24, strömt der Kraftstoff zwischen dem Dichtsitz 43 und dem Ventilelement 42, die Abflachung 53 am Stößel 108, die Bohrungen 54 im Federhalter 41, und die Abflachungen 52 an der Endscheibe 26 hindurch in den Hohlraum 48 hinein. Von dort gelangt der Kraftstoff durch die Bohrungen 49 und die Einlassöffnungen 33 in die Leitung 4. Dabei ist die Leitung 4 ständig über die Bohrungen 50 auch mit dem Raum (ohne Bezugszeichen) verbunden, in dem der Magnetanker 34 angeordnet ist.
  • Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, ist in jenem Zustand, in dem die beiden Mitnehmer 23 und 26 miteinander gekoppelt sind, die Steuerkante 27 am Kolben 30 so angeordnet, dass die Auslassöffnungen 32 vollständig verschlossen sind. Dies gestattet einen raschen Druckabbau im Hochdruckspeicher 9 durch ein Öffnen der Druckbegrenzungseinrichtung 24, ohne dass von der Hochdruckpumpe 7 weiterer Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 9 gepumpt wird. Soll jedoch, bspw. zur Kühlung oder Schmierung der Hochdruckpumpe 7, auch bei geöffneter Druckbegrenzungseinrichtung 24 noch ein gewisser Kraflstoffstrom von der Auslassöffnung 32 zur Hochdruckpumpe 7 gelangen, muss die Steuerkante 27 relativ zur Mitnehmerscheibe 23 entsprechend anders positioniert werden.
  • Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Absenkung des Öffnungsdrucks der Druckbegrenzungseinrichtung 24 durch eine entsprechende Bestromung des Elektromagneten 37 vor allem dann in Frage kommt, wenn die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb arbeitet und die Einspritzventile 10 keinen Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 9 abrufen, sowie bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Ansteuerung des Elektromagneten 37 auch im Rahmen eines geschlossenen Regelkreises auf der Basis der Signale erfolgen kann, die vom Drucksensor 13 über die Datenleitung 14 an die Steuer- und Regeleinrichtung 15 übermittelt werden. Außerdem ist zu beachten, dass der Zylinder 31 ein gemeinsames Gehäuse für die Zumesseinrichtung 102 und die Druckbegrenzungseinrichtung 24 bildet.
  • In Figur 9 ist eine weitere Ausführungsform der Zumesseinrichtung und der Druckbegrenzungseinrichtung bei Anordnung in einem Pumpengehäuse dargestellt, diese sind zusammen Teil eines Kraftstoffsystems 100'.
  • Das Kraftstoffsystem 100' umfasst eine insgesamt mit 102' bezeichnete Zumesseinrichtung, die von einer Betätigungseinrichtung 21' betätigbar und mit einer Druckbegrenzungseinrichtung 24' koppelbar ist.
  • Die Betätigungseinrichtung 21' weist einen elektrischen Anschluss 201 auf, um eine Magnetspule 202 bestromen zu können. Die Magnetspule 202 ist auf einem Wicklungsträger 203 angeordnet, die wiederum in einem Magnettopf 40' angeordnet ist.
  • Die Betätigungseinrichtung 21' weist ferner einen Magnetanker 34' auf, der mit einer Magnetnadel 211 verbunden ist. Die Magnetnadel 211 ist in Buchsen 35' und 35" gelagert. Die Buchse 35' ist in einem Verbindungsstück 36' aufgenommen, das mit einem Ende in der Betätigungseinrichtung 21' und mit seinem anderen Ende in seinem Pumpengehäuse 110 aufgenommen ist. Die Buchse 35" ist einem Gegenpolelement 38' aufgenommen, das mit einem Abschlusselement 205 der Betätigungseinrichtung 21' verbunden ist.
  • Das Verbindungsstück 36' ist über eine Schweißnaht 103 an dem schon genannten Pumpengehäuse 110 befestigt. Die Schweißnaht 103 dichtet das Pumpengehäuse 110 nach außen ab. Das Pumpengehäuse ist nur abschnittsweise dargestellt und nimmt die Zumesseinheit 102' und die Druckbegrenzungseinrichtung 24' auf.
  • Dem Pumpengehäuse 110 wird über die Förderleitung 4 Kraftstoff zugeführt und gelangt in einen ersten Ringraum 60 über die Zumesseinrichtung 102' zu einem zweiten Ringraum 62 und von dort zu einem Einlassventil 64. Dem Einlassventil 64 ist ein Arbeitsraum 66 eines Pumpenkolbens 68 nachgeschaltet. Der Pumpenkolben 68 kann über einen Nocken 70 angetrieben werden, so dass im Arbeitsraum 68 vorhandener Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt werden kann und über ein Auslassventil 72 der Förderleitung 8 zuführbar ist.
  • Die Druckbegrenzungseinrichtung 24' weist an ihrem der Betätigungseinrichtung 21' abgewandten Ende ein Druckstück 260 auf, das in eine Bohrung 58 eingepresst ist, die im Pumpengehäuse 110 vorgesehen ist. Von der Bohrung 58 führt eine Leitung 74 zur Förderleitung 8 im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems 100'.
  • Mit Bezug auf Figur 10 wird der Aufbau der Zumesseinheit 102' und der Druckbegrenzungseinrichtung 24' im Detail erläutert. Das Verbindungsstück 36' ist in Figur 10 nur abschnittsweise dargestellt und weist auf der der Druckbegrenzungseinrichtung 24' zugewandten Seite eine zylindrische Aufnahme 218 auf, in die ein Flansch eines Zylinderelements 31' eingepresst ist und dort mit Hilfe einer Verbördelung 219 gesichert ist. Das Zylinderelement 31' dient der Aufnahme eines Ventilschiebers 30', der von einer Feder 22' mit einer Druckkraft beaufschlagt wird. Die Feder 22' stützt sich an seinem in Figur 10 rechten Ende an dem Ventilschieber 30' und an seinem in Figur 10 linken Ende an dem Verbindungsstück 36' ab.
  • Das Zylinderelement 31' weist eine Einlassöffnung 33' auf, die über den in Figur 9 dargestellten Ringraum 60 mit der Leitung 4 verbunden ist.
  • Das Zylinderelement 31' weist ferner eine Auslassöffnung 32' auf, die über den in Figur 9 dargestellten Ringraum 62 mit einer Leitung (ohne Bezugszeichen) in Verbindung steht, die zum Einlassventil 64 führt. Die Abdichtung zwischen den Ringräumen 60 und 62 erfolgt über eine Dichtung 46', die an der Außenseite des Zylinderelements 31' vorgesehen ist.
  • Der Ventilschieber 30' ist über ein Verbindungselement 220 mit der Betätigungseinrichtung 21' bzw. über einen Nadelkopf 212 mit der Magnetnadel 211 der Betätigungseinrichtung 21' verbunden. Das Verbindungselements 220 weist auch in Figur 11 dargestellte Halteelemente 221 auf, zwischen denen Aussparungen 223 vorgesehen sind, so dass die Halteelemente 221 in radialer Richtung nachgiebig sind. Somit ist der Nadelkopf 212 der Magnetnadel 211 rastend in das Verbindungselement 220 einsetzbar.
  • Das Verbindungselement 220 weist auf der dem Nadelkopf 212 abgewandten Seite insgesamt vier Halteelemente 222 auf, zwischen denen ebenfalls Aussparungen 224 vorgesehen sind. Auch die Halteelemente 222 sind elastisch nachgiebig, so dass sie nach radial innen ausweichen können und in den Ventilschieber 30' eingesetzt werden können, um dort einen in Figur 10 dargestellten Absatz 231 mit Vorsprüngen 225 rastend zu hintergreifen.
  • Im Ventilschieber 30' ist ein länglicher, zentrisch angeordneter Hohlraum 48' vorgesehen. In diesen Hohlraum taucht ein insgesamt mit 280 bezeichnetes Koppelelement ein, das eine in Figur 12 mit 284 bezeichnete Trägerstruktur 284 für Mitnehmer 26' aufweist. Die Trägerstruktur 284 ist länglich und elastisch, so dass das Koppelelement 280 rastend in den Ventilschieber 30' einsetzbar ist. Das Koppelelement 280 weist auf seiner den Mitnehmern 26' abgewandten Seite einen Federhalter 41' auf, an dem sich eine Feder 25' abstützt. Diese Feder stützt sich an ihrem anderen Ende an einer Ringschulter 244 des Zylinderelements 31' ab.
  • Benachbart zum Federteller 41' und der Trägerstruktur 284 abgewandt weist das Koppelelement 280 einen zylindrischen Führungsabschnitt 283 auf, der in das schon genannte Druckstück 260 eintaucht. Das Druckstück 260 ist über eine Einpressfläche 261 im Zylinderelement 31' eingepresst.
  • Benachbart zum Führungsabschnitt 283 ist ein Kugelkäfig 272 vorgesehen, in dem ein als Kugel ausgebildetes Ventilelement 42' aufgenommen ist. Das Ventilelement 42' bildet den Dichtkörper für einen Dichtsitz 43'. Der Dichtsitz 43' ist über eine Einpressfläche 264 in das Druckstück 260 eingepresst. Das Druckstück selbst ist über eine Einpressfläche 263 in der in Figur 9 dargestellten Bohrung 58 des Pumpengehäuses 110 eingepresst.
  • In den Figuren 9 und 10 sind die Zumesseinheit 102' und die Druckbegrenzungseinrichtung 24' in ihrem unbetätigten Zustand dargestellt. Die Zumesseinheit 102' liefert in diesem unbetätigten Zustand einen maximalen Volumenstrom, da eine Steuerkante 27' (vgl. Figur 10) des Ventilschiebers 30' eine ungedrosselte Verbindung zwischen Einlassöffnung 33' und Auslassöffnung 32' herstellt. Der Ventilschieber 30' ist in dieser Stellung mit Hilfe der Feder 22' gehalten. Wird die Betätigungseinrichtung 21' bestromt, wird der Magnetanker 34' zusammen mit der Magnetnadel 211 in Richtung Abschlusselement 205 der Betätigungseinrichtung 21' bewegt. Dabei wird die Feder 22' zusammengedrückt. Die Magnetnadel 211 kann über den Nadelkopf 212 und das Verbindungselement 220 die Bewegung auf den Ventilschieber 30' übertragen. Somit kann die Steuerkante 27' die Auslassöffnung 32' nach und nach verschließen, so dass der der nachgeschalteten Pumpe zugeförderte Volumenstrom gedrosselt wird.
  • Nachdem die Auslassöffnung 32' vollständig von der Steuerkante 27' des Ventilschiebers 30' abgedeckt ist, gelangt ein im Ventilschieber 30' ausgebildeter Mitnehmer 23' in Eingriff mit den Mitnehmern 26' des Koppelelements 280. Wird die Betätigungseinrichtung 21' nun noch höher bestromt, kann über die Mitnehmer 23' des Ventilschiebers 30', die Mitnehmer 26' des Koppelelements 280 und schließlich über den Federhalter 41' eine Druckkraft in die Feder 25' eingeleitet werden. In diesem Zustand ist die Druckbegrenzungseinrichtung 24' noch geschlossen. Auf das Ventilelement 42' wirkt einerseits eine Öffnungskraft aufgrund des Kraftstoffs, der in der Bohrung 58 im Hochdruckbereich der Pumpe anliegt und andererseits eine verbleibende Restkraft der Feder 25', die über den Federhalter 41' den Führungsabschnitt 283 gegen das Ventilelement 42' drückt. Durch weitere Bestromung der Betätigungseinrichtung 21' werden nach und nach höhere Kräfte in die Feder 25' eingeleitet, bis das Koppelelement 280 schließlich vom Dichtsitz 43' wegbewegt wird, so dass das Ventilelement 42' öffnet. In diesem Zustand kann unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus der Bohrung 58 über das Ventilelement 42' um den Federhalter 41' herum und vorbei an den Trägerelementen 284 in den Hohlraum 48' des Ventilschiebers 30' gelangen. Von dort kann der Kraftstoff dann über einen in Figur 10 mit 243 bezeichneten Raum über die Einlassöffnung 33' in den Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems 100' abgeführt werden.
  • Die beschriebene Absteuerung von Kraftstoff kann bspw. im Schubbetrieb oder beim Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgen. Die Absteuerung kann auch erfolgen, wenn der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine kleiner ist als die Leckagemenge, die zwischen Ventilschieber 30' und dem Zylinderelement 31' entsteht. Bevorzugt ist jedoch, wenn die Absteuerung nur im Schubbetrieb bzw. beim Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgt.
  • Bei der Montage des Kraftstoffsystems 100' kann eine in Figur 13 insgesamt mit 290 bezeichnete Montageeinheit hergestellt werden, die sich aus einer Magnetbaugruppe 291 und einer Hydraulikbaugruppe 292 zusammensetzt. Letztere umfasst u. a. das Verbindungsstück 36', das Zylinderelement 31', das Druckstück 260 sowie den Dichtsitz 43'. Die Magnetbaugruppe umfasst den Magnettopf 40' mit dem elektrischen Anschluss 201 und auch das Abschlusselement 205.
  • Die Montage des Kraftstoffsystems 100' wird im Folgenden detailliert beschrieben. Zunächst wird der Magnetanker 34' um ein definiertes Maß auf die Magnetnadel 211 aufgepresst. Dann wird die Buchse 35" in den Gegenpol 38' und die Buchse 35' in das Verbindungsstück 36' eingepresst. Danach wird die Magnetnadel 211 in die Lagerbuchsen 35' und 35" eingesetzt. Anschließend werden der Gegenpol 38' und das Verbindungsstück 36' in eine Hülse 215 eingepresst. Die Einstellung des Hubes des Magnetankers 34' erfolgt, indem der Gegenpol 38' und/oder das Verbindungsstück 36' um ein definiertes Maß auf die Hülse 215 gepresst werden.
  • In einem folgenden Montageschritt wird das Verbindungsstück 220 in den Ventilschieber 30' rastend eingesetzt, wobei die an den Halteelementen 222 vorgesehenen Vorsprünge 225 den im Ventilschieber 30' vorgesehenen Absatz 231 rastend hintergreifen. Bevor der Ventilschieber 30' mit der Magnetnadel 211 beziehungsweise dessen Nadelkopf 212 verbunden wird, wird die Feder 22' in das Verbindungsstück 36' eingelegt. Anschließend wird das Verbindungsstück 220, das bereits mit dem Ventilschieber 30' verbunden ist, auf den Nadelkopf 212 gedrückt, so dass dieser rastend innerhalb der Halteelemente 221 aufgenommen ist. Zwischen dem Verbindungsstück 220 und dem Nadelkopf 212 bzw. zwischen dem Verbindungsstück 220 und dem Ventilschieber 30' kann ein radiales Spiel vorhanden sein, um eine Deaxierung zwischen den genannten Bauteilen ausgleichen zu können.
  • In einem folgenden Montageschritt wird der Ventilschieber 30' in den im Zylinderelement 31' ausgebildeten Raum 243 eingesetzt. Dabei wird das Zylinderelement 31' in die Aufnahme 218 des Verbindungsstücks 36' voreingepresst.
  • Um ein bestimmtes Steuerverhalten der Zumesseinheit 102 einstellen zu können, kann die bis zu diesem Zeitpunkt hergestellte Hydraulikbaugruppe in eine Prüfeinrichtung eingesetzt werden und so justiert werden, dass sich ein vorbestimmter bzw. gewünschter Volumenstrom (Referenz-Volumenstrom) ergibt. Dabei wird die Hydraulikbaugruppe mit einem Prüfmedium durchströmt. Mit Hilfe einer Magnetspule der Prüfvorrichtung wird die Feder 22' mit einer definierten Kraft beaufschlagt, wobei die Steuerkante 27' des Ventilschiebers 30' eine definierte Position einnimmt. Die Einstellung auf den Referenz-Volumenstrom erfolgt, indem das Zylinderelement 31' weiter in die Aufnahme 218 des Verbindungsstücks 36' eingepresst wird, bis sich der Referenz-Volumenstrom einstellt. Nach Abschluss dieses Vorgangs kann das Zylinderelement 31' mit Hilfe der Verbördelung 219 am Verbindungsstück 36' zusätzlich gesichert werden.
  • Alternativ kann eine Einstellung des Steuerverhaltens auch vorgenommen werden, indem die Positionen der zueinander zu positionierenden Bauteile durch einen Laser erfasst werden. Hierbei ist vorgesehen, dass das Zylinderelement 31' innerhalb der Aufnahme 218 des Verbindungsstücks 36' verschoben wird, bis ein vorbestimmter Abstand zwischen Einlassöffnung 33' und/oder Auslaßöffnung 32' zur Steuerkante 27' hergestellt ist. Dieser Abstand entspricht einem vorbestimmten Volumenstrom.
  • Die Einlaßöffnung 33' und die Auslassöffnung 32' können auch im Ventilschieber 30' integriert sein, wobei die Steuerkante dann von dem Zylinderelement 31' gebildet wird. Auch für diesen Fall kann die Einstellung eines gewünschten Steuerverhaltens wie oben beschrieben mit einem Prüfmedium oder durch optisches Vermessen erfolgen.
  • In einem folgenden Schritt wird die Druckbegenzungseinrichtung 24' montiert. Zunächst wird die Feder 25' in das Zylinderelement 31' eingelegt. Anschließend wird das Koppelelement 280 in die Feder 25' bzw. den Ventilschieber 30' eingesetzt, bis die Mitnehmer 26' in Aussparungen 232 eingreifen, die im Ventilschieber 30' ausgebildet sind. Dabei kommt die Feder 25' mit dem Federteller 41' in Anlage.
  • Schließlich wird der Dichtsitz 43' in eine im Druckstück 260 ausgebildete Bohrung 265 voreingepresst. Das Ventilelement 42' und der Kugelkäfig 272 werden in das Druckstück 260 eingesetzt. Schließlich wird das Druckstück 260 über die Einpressfläche 261 in das Zylinderelement 31' eingepresst.
  • Die Einstellung des Öffnungsdrucks der Druckbegenzungseinrichtung 24' kann erfolgen, ohne dass die Druckbegrenzungseinrichtung 24' mit der Zumesseinheit 102' gekoppelt ist. Für diesen Fall kann der maximale Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung 24' präzise eingestellt werden. Um für diesen Fall eine Zuordnung zwischen Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung 24' und der Position des Ventilschiebers 30' und der entsprechenden Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 21' bilden zu können, wird vorgeschlagen, die Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 21' mit Hilfe einer in Figur 1 dargestellten Steuer- oder Regeleinrichtung anzupassen und abzuspeichern. Hierfür kann die Betätigungseinrichtung 21' mit einem Referenzstrom bestromt werden und in diesem Zustand der Betätigungseinrichtung 21' ein Ist-Druckwert im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems 100' erfasst werden. Dieser Ist-Druckwert kann von einem in Figur 1 dargestellten Drucksensor 13 erfasst werden, an die Steuer-oder Regeleinheit 15 übermittelt werden, um dort mit einem in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung gespeicherten Soll-Druckwert verglichen werden zu können. Aus dem Differenzwert zwischen dem erfassten Ist-Druckwert und dem gespeicherten Soll-Druckwert kann die Bestromung der Betätigungseinrichtung 21' angepasst werden. Die Anpassung kann einmalig, bspw. bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine, durchgeführt werden, aber auch laufend oder in bestimmten Zeitintervallen durchgerührt werden, bspw. um Veränderungen der Bauteile während langer Betriebsdauer ausgleichen zu können.
  • Der Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung 24' kann auch erfolgen, wenn diese mit der Zumesseinheit 102' mechanisch gekoppelt ist. In diesem Fall korreliert ein gewünschter Öffnungsdruck mit einer bestimmten Magnetkraft, die bspw. durch eine Montagespule aufgebracht werden kann. In diesem Fall ist eine Zuordnung zwischen der Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 21' und damit der Position des Magnetankers 34' und des Ventilschiebers 30' mit dem Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung 24' für den Fall bestimmt, dass die Druckbegrenzungseinrichtung 24' mit der Zumesseinheit 102' gekoppelt ist.
  • Für beide dargestellte Möglichkeiten zur Einstellung des Öffnungsdrucks der Druckbegrenzungseinrichtung 24' erfolgt die Einstellung des Öffnungsdrucks durch definiertes Einpressen des Dichtsitzes 43' in das Druckstück 260.
  • In einem folgenden Montageschritt wird das Dichtelement 46' auf dem Zylinderelement 31' montiert.
  • Die Montage der Magnetbaugruppe 291 (Figur 13) erfolgt, indem die Spule 202 auf den Wicklungsträger 203 gewickelt wird. Die Spule 202 mit dem Wicklungsträger 203 werden relativ zum Magnettopf 40' positioniert und mit einem Kunststoffmaterial umspritzt. Hierbei wird gleichzeitig der elektrische Anschluss 201 ausgebildet.
  • Die Montage der solchermaßen gebildeten Hydraulikbaugruppe 292 und der Magnetbaugruppe 291 im Pumpengehäuse 110 erfolgt folgendermaßen: Zunächst wird die Hydraulikbaugruppe 292 in das Pumpengehäuse 110 eingesetzt. Bei der Montage der Hydraulikbaugruppe 292 wird das Druckstück 260 in die Bohrung 58 des Pumpengehäuses 110 eingepresst. Durch die Pressung kann einerseits eine kraftstoffdichte Verbindung erzielt werden und andererseits die auf das Druckstück 260 wirkende Druckkraft in das Pumpengehäuse 110 eingeleitet werden. Die Hydraulikbaugruppe 292 kann in das Pumpengehäuse 110 eingepresst werden, bis das Verbindungsstück 36' mit einem im Pumpengehäuse 110 ausgebildeten Anschlag 266 (Figur 9) zur Anlage kommt. Die benötigte Einpresskraft kann bspw. über das Verbindungsstück 36' eingeleitet werden. Durch das Dichtelement 46' können die Ringräume 60 und 62 zueinander abgedichtet werden.
  • Nachdem die Hydraulikbaugruppe 292 in das Pumpengehäuse 110 eingesetzt wurde, wird das Verbindungsstück 36' mit Hilfe der Schweißnaht 103 am Pumpengehäuse 110 befestigt. Die Schweißnaht 103 bildet eine kraftstoffdichte Verbindung.
  • Anschließend wird die Magnetbaugruppe 291 mit der Hydraulikbaugruppe 292 gefügt. Hierzu wird der Topf 40' auf das Verbindungsstück 36' gepresst. In einem abschließenden Montageschritt wird das Abschlusselement 205 auf den Gegenpol 38' gepresst.

Claims (22)

  1. Kraftstoffsystem (100) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffpumpe (7), die von einem Niederdruckbereich (4, 6) in einen Hochdruckbereich (8, 9) fördert, mit einer Zumesseinrichtung (102), mit der ein zur Kraftstoffpumpe (7) gelangender Volumenstrom verändert werden kann, mit einer Druckbegrenzungseinrichtung (24), welche einen Druck im Hochdruckbereich (8, 9) begrenzt und ein auf der einen Seite durch eine Feder (25) und auf der anderen Seite durch den im Hochdruckbereich (8, 9) herrschenden Druck beaufschlagtes Ventilelement (42) aufweist, und mit einer Koppeleinrichtung (106), welche eine Betätigungseinrichtung (21) der Zumesseinrichtung (102) wenigstens zeitweise und wenigstens mittelbar mit der Druckbegrenzungseinrichtung (24) mechanisch koppelt, wobei die Zumesseinrichtung (102) einen Ventilschieber (29) umfasst, der durch einen elektromagnetischen Steller (21) positioniert wird und mit dem der zur Kraftstoffpumpe (7) gelangende Volumenstrom verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (106) bei geschlossener oder fast geschlossener Zumesseinrichtung (102) das Ventilelement (42) der Druckbegrenzungseinrichtung (24) wenigstens mittelbar mit einer in Öffnungsrichtung der Druckbegrenzungseinrichtung (24) wirkenden Kraft derart beaufschlagt, dass die Haltekraft des Ventilelements (42) auf einem Dichtsitz (43) reduziert und so eine Reduktion des Öffnungsdrucks der Druckbegrenzungseinrichtung (24), jedoch keine Zwangsöffnung, herbeigeführt wird.
  2. Kraftstoffsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (106) das Ventilelement (42) der Druckbegrenzungseinrichtung (24) erst dann wenigstens mittelbar mit der Kraft beaufschlagt, wenn die Zumesseinrichtung (102) vollständig geschlossen ist.
  3. Kraftstoffsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (106) das Ventilelement (42) der Druckbegrenzungseinrichtung (24) bereits dann wenigstens mittelbar mit der Kraft beaufschlagt, wenn die Zumesseinrichtung (102) noch nicht ganz geschlossen ist.
  4. Kraftstoffsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinrichtung (102) und die Druckbegrenzungseinrichtung (24) in ein gemeinsames Gehäuse (31), insbesondere in ein Gehäuse (110) der Kraftstoffpumpe (7, 66 - 70), integriert sind.
  5. Kraftstoffsystem (100, 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinrichtung (100) einen Ventilschieber (30, 30') umfasst, an dem ein Mitnehmer (23, 23') befestigt oder ausgebildet ist, der an einem entsprechenden Mitnehmer (26, 26') angreifen kann, der mit dem Ventilelement (42,42') der Druckbegrenzungseinrichtung (24, 24') gekoppelt ist.
  6. Kraftstoffsystem (100, 100') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (30') in einem Zylinderelement (31') aufgenommen ist und an seinem der Betätigungseinrichtung (21') abgewandten Ende ein Druckstück (260) aufweist, das in das Zylinderelement (31') eingepresst ist und vorzugsweise den Dichtsitz (43') der Druckbegrenzungseinrichtung (24') aufnimmt.
  7. Kraftstoffsystem (100, 100') nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (30') über ein Verbindungselement (220) mit der Betätigungseinrichtung (21') verbunden ist.
  8. Kraftstoffsystem (100, 100') nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Verbindungselement (220) und der Betätigungseinrichtung (21') und/oder zwischen dem Verbindungselement (220) und dem Ventilschieber (30') als Rastverbindung ausgebildet ist.
  9. Kraftstoffsystem (100,100') nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungseinrichtung (24, 24') einen zum Ventilschieber (30, 30') koaxialen Stößel (108) oder koaxiales Koppelelement (280) umfasst, der mit dem Ventilelement (42, 42') wenigstens zeitweise gekoppelt ist und an dem der Mitnehmer (26, 26') vorhanden ist.
  10. Kraftstoffsystem (100, 100') nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (108) oder das koaxiale Koppelelement (280) einstückig sind mit dem Ventilelement (42,42') und vorzugsweise dem Mitnehmer (26, 26')..
  11. Kraftstoffsystem (100,100') nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (280) mindestens eine Trägerstruktur (284) für den Mitnehmer (26') aufweist, die rastend in den Ventilschieber (30') einsetzbar ist.
  12. Kraftstoffsystem (100, 100') nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (30, 30') der Zumesseinrichtung (102, 102') einen Hohlraum (48, 48') umfasst, in den der Stößel (108) oder das Koppelelement (280) hineinragt und der einen Strömungsweg für den bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil (24, 24') abströmenden Kraftstoff bildet.
  13. Kraftstoffsystem (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (48) über mindestens eine Öffnung (49) im Ventilschieber (30) mit dem Einlass (33) der Zumesseinrichtung (102) verbunden ist.
  14. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (21) so angesteuert wird, dass sie bei geschlossener oder fast geschlossener Zumesseinrichtung (102) eine definierte Kraft in Öffnungsrichtung des Ventilelements (42) der Druckbegrenzungseinrichtung (24) ausübt, ohne diese zwangsweise zu öffnen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (21) in einem Schubbetrieb und/oder bei abgeschalteter Brennkraftmaschine die in Öffnungsrichtung des Ventilelements (42) der Druckbegrenzungseinrichtung (24) wirkende Kraft ausübt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft von einem im Hochdruckbereich (8, 9) herrschenden aktuellen Druck abhängt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (21) durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (15) für eine Brennkraftmaschine angesteuert wird..
  18. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffsystems (100') nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung eines gewünschten Steuerverhaltens der Zumesseinheit (102') erfolgt, indem ein den Ventilschieber (30') umgebendes Zylinderelement (31') so in eine Aufnahme (218) der Betätigungseinrichtung (21') eingepresst wird, dass ein Referenz-Volumenstrom oder ein vorgegebenes Maß erreicht wird.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffsystems (100') nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Öffnungsdrucks der Druckbegrenzungseinrichtung (24') erfolgt, indem der Dichtsitz (43') der Druckbegrenzungseinrichtung (24') um ein variables Maß in das Druckstück (26') eingepresst wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Öffnungsdrucks erfolgt, wenn die Druckbegrenzungseinrichtung (24') mit der Zumesseinheit (102') gekoppelt ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Öffnungsdrucks erfolgt, wenn die Druckbegrenzungseinrichtung (24') von der Zumesseinheit (102') entkoppelt ist.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Öffnungsdrucks erfolgt, indem, bei einer Bestromung der Betätigungseinrichtung (21') mit einem Referenzstrom, ein Ist-Druckwert im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems (100') erfasst wird, mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (15) der Differenzwert aus dem erfassten Ist-Druckwert und einem in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung gespeicherten Soll-Druckwert gebildet wird und auf der Grundlage des Differenzwerts die Bestromung der Betätigungseinrichtung (21') angepasst wird.
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