DE102005033636A1

DE102005033636A1 - Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005033636A1
Application number: DE102005033636A
Authority: DE
Inventors: Helmut Rembold; Richard Lorenz; Oliver Albrecht; Uwe Mueller; Tilman Miehle; Bernd Schroeder; Timm Hollmann; Christian Wiedmann; Stefan Smetana
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2006-04-20
Also published as: EP1799999A1; WO2006037693A1; EP1799999B1; DE502005008841D1

Abstract

Bei einem Kraftstoffsystem (100) für eine Brennkraftmaschine ist eine Kraftstoffpumpe (7) vorhanden, die von einem Niederdruckbereich (4, 6) in einen Hochdruckbereich (8, 9) fördert. Eine Zumesseinrichtung (102) verändert einen zur Kraftstoffpumpe (7) gelangenden Volumenstrom. Durch eine Druckbegrenzungseinrichtung (24) wird ein Druck im Hochdruckbereich (8, 9) begrenzt. Sie weist ein Ventilelement (42) auf, welches auf der einen Seite durch eine Feder und auf der anderen Seite durch den im Hochdruckbereich (8, 9) herrschenden Druck beaufschlagt wird. Ferner ist eine Koppeleinrichtung (106) vorhanden, welche eine Betätigungseinrichtung (21) der Zumesseinrichtung (102) wenigstens zeitweise und wenigstens mittelbar mit der Druckbegrenzungseinrichtung (24) mechanisch koppelt. Es wird vorgeschlagen, 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 beaufschlagt.

Description

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 entsprechendes Computerprogramm, 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 Druckbegrenzungseinrichtung 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 Öffnungsrichtung wirken kann. Hierdurch kann im Notfall der Hochdruckbereich drucklos gemacht werden. Bei diesem Kraftstoffsystem muss zusätzlich eine Druckbegrenzungseinrichtung zur Absicherung des Hochdruckbereichs vorgesehen werden.

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 bei einem Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Koppeleinrichtung bei geschlossener oder fast geschlossener Zumesseinrichtung das Ventilelement der Druckbegrenzungseinrichtung wenigstens mittelbar mit einer in Öffnungsrichtung der Druckbegrenzungseinrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt.

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 erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems, 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 Kraftstoffleitung 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 erfindungsgemäßen 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 Druckbegrenzungseinrichtung 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:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine mit einer Zumesseinrichtung und einer mit dieser gekoppelten Druckbegrenzungseinrichtung;
2 eine hervorgehobene Darstellung der Zumesseinrichtung und der Druckbegrenzungseinrichtung von 1;
3 eine Darstellung ähnlich 1 einer alternativen Ausführungsform eines Kraftstoffsystems;
4 ein Diagramm, in dem ein durch die Zumesseinrichtung strömender Volumenstrom, ein Öffnungsdruck der Druckbegrenzungseinrichtung, und ein Stellhub einer Betätigungseinrichtung der Zumesseinrichtung über einer von der Betätigungseinrichtung ausgeübten Kraft aufgetragen sind;
5 einen teilweisen Schnitt durch eine konkrete Ausführungsform der Zumesseinrichtung und der Druckbegrenzungseinrichtung von 1 in einem ersten Betriebszustand;
6 eine Darstellung ähnlich 5, in einem zweiten Betriebszustand;
7 eine perspektivische Darstellung eines Elements der Druckbegrenzungseinrichtung der 5 und 6;
8 eine perspektivische Darstellung eines Mitnehmers der Zumesseinrichtung der 5 und 6;
9 einen teilweisen Schnitt durch eine weitere konkrete Ausführungsform der Zumesseinrichtung und der Druckbegrenzungseinrichtung bei Anordnung in einem Pumpengehäuse;
10 einen Ausschnitt aus 9;
11 eine perspektivische Darstellung eines Elements der Druckbegrenzungseinrichtung gemäß 9 und 10;
12 eine perspektivische Darstellung eines Mitnehmers der Zumesseinrichtung gemäß 9 und 10; und
13 eine perspektivische Darstellung von Montagegruppen der Ausführungsform gemäß 9 bis 12.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 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 2 ist die Regeleinheit 5 hervorgehoben dargestellt. Sie umfasst eine Zumesseinrichtung 102 und eine Druckbegrenzungseinrichtung 24. Über die Leitung 4 gelangt der Kraftstoff vom Kraftstoffvonatsbehälter 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 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 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.
3 zeigt eine Variante des Kraftstoffsystems 100. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen der 1 und 2 aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
Im Vergleich zum Kraftstoffsystem 100 nach 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 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 F_i nach 4 entspricht somit eine Bestromung I_i 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, herrscht, 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 2l ausgeübten Kraft kann entsprechend einem Computerprogramm erfolgen, welches in der Steuer- und Regeleinrichtung 15 auf einem Speichermedium gespeichert ist.
Die 5 und 6 zeigen eine konkrete Ausführungsform der Regeleinheit 5, wobei 5 einen Betriebszustand zeigt, in dem die Zumesseinrichtung 102 von der Druckbegrenzungseinrichtung 24 entkoppelt ist, wohingegen 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 5 und 6 nicht dargestellten Leitung 4 verbunden. Eine Auslassöffnung 32 ist hydraulisch mit der in den 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 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 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. 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 5 und 6 hervorgeht, ist der Kolben 30 in seinem in den 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 Mifnehmerscheibe 23, welche im Detail in 8 dargestellt ist, ist an dem in den 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. 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 5 und 6 dargestellten Baueinheit nach außen.
Die in den 5 und 6 gezeigte Regeleinheit 5 arbeitet folgendermaßen:
Die Feder 22 beaufschlagt den Magnetanker 34 und den mit diesem verbundenen Kolben 30 in den 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 Einlassöffnungen 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 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 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 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 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 Kraftstoffstrom 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 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 10 wird der Aufbau der Zumesseinheit 102' und der Druckbegrenzungseinrichtung 24' im Detail erläutert. Das Verbindungsstück 36' ist in 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 10 rechten Ende an dem Ventilschieber 30' und an seinem in 10 linken Ende an dem Verbindungsstück 36' ab.
Das Zylinderelement 31' weist eine Einlassöffnung 33' auf, die über den in 9 dargestellten Ringraum 60 mit der Leitung 4 verbunden ist.
Das Zylinderelement 31' weist ferner eine Auslassöffnung 32' auf, die über den in 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 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 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 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 9 dargestellten Bohrung 58 des Pumpengehäuses 110 eingepresst.
In den 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. 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 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 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 ie 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 Druckbegrenzungseinrichtung 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 Druckbegrenzungseinrichtung 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 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 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 durchgeführt 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 (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 (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

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, 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 beaufschlagt.
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.
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.
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.
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.
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.
Kraftstoffsystem (100, 100') nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (30') über ein Verbindungselement (220) mit der Betätigungseinrichtung (21') verbunden ist.
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.
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.
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').
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.
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.
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.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (21) so angesteuert wird, dass sie bei geschlossener oder fast geschlossener Zumesseinrichtung (102) wenigstens zeitweise eine definierte Kraft in Öffnungsrichtung des Ventilelements (42) der Druckbegrenzungseinrichtung (24) ausübt.
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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft von einem im Hochdruckbereich (8, 9) herrschenden aktuellen Druck abhängt.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16 programmiert ist.
Elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (15) einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16 abgespeichert ist.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (15) für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16 programmiert ist.
Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (15), welche zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16 programmiert ist.
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.
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.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Öffnungsdrucks erfolgt, wenn die Druckbegrenzungseinrichtung (24') mit der Zumesseinheit (102') gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Öffnungsdrucks erfolgt, wenn die Druckbegrenzungseinrichtung (24') von der Zumesseinheit (102') entkoppelt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, 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.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffsystems (100') nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Montageschritt eine Hydraulikbaugruppe (292) in ein Gehäuse, insbesondere ein Pumpengehäuse (110), eingesetzt wird, und in einem zweiten Montageschritt die Hydraulikbaugruppe (292) mit einer Magnetbaugruppe (291) komplettiert wird.