DE102011081858A1

DE102011081858A1 - Anordnung zur Steuerung der Fördermenge einer hydraulischen Pumpe sowie Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102011081858A1
Application number: DE102011081858A
Authority: DE
Inventors: Achim Koehler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Fördermenge einer hydraulischen Pumpe, insbesondere einer Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, umfassend ein als Rückschlagventil ausgebildetes Saugventil (1) mit einem axial beweglichen Ventilglied (2), das in Richtung eines in einer Ventilplatte (3) ausgebildeten Ventilsitzes (4) über die Federkraft einer Ventilfeder (5) axial vorgespannt ist. Erfindungsgemäß ist die Ventilfeder (5) einerseits an dem Ventilglied (2) und andererseits an einem hubbeweglichen Stellelement (6) eines Stellers (7) abgestützt, so dass über eine Hubbewegung des Stellelementes (6) der Federweg der Ventilfeder (5) vergrößer- oder verkleinerbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einer solchen Anordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Fördermenge einer hydraulischen Pumpe, insbesondere einer Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, wie beispielsweise einer Common-Rail-Pumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einer solchen Anordnung.
Stand der Technik
In heutigen Kraftstoffeinspritzsystemen bzw. in den hierin eingesetzten Hochdruckpumpen werden Zumesseinheiten zur Steuerung der Fördermenge verwendet. Zumesseinheiten sind elektromagnetisch gesteuerte Drosselventile, die zur Fördermengenbegrenzung im Zulaufbereich einer Hochdruckpumpe stromauf eines Saugventils angeordnet werden. Das Saugventil ist regelmäßig als Rückschlagventil ausgebildet, welches im Förderbetrieb geschlossen ist, um aus der Hubbewegung eines Pumpenkolbens einen Fördereffekt zu erzielen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fördermengensteuerung einer hydraulischen Pumpe einfacher und damit kostengünstiger zu gestalten.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anordnung zur Fördermengensteuerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus wird eine Hochdruckpumpe mit einer solchen Anordnung vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Anordnung zur Steuerung der Fördermenge einer hydraulischen Pumpe, insbesondere einer Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, umfasst ein als Rückschlagventil ausgebildetes Saugventil mit einem axial beweglichen Ventilglied, das in Richtung eines in einer Ventilplatte ausgebildeten Ventilsitzes über die Federkraft einer Ventilfeder axial vorgespannt ist. Erfindungsgemäß ist die Ventilfeder einerseits an dem Ventilglied und andererseits an einem hubbeweglichen Stellelement eines Stellers abgestützt, so dass über eine Hubbewegung des Stellelementes der Federweg der Ventilfeder vergrößer- oder verkleinerbar ist. Eine Veränderung des Federweges bewirkt eine Veränderung der Kraft, mittels welcher das Ventilglied gegenüber dem Ventilsitz axial vorgespannt ist. Die Vorspannkraft wiederum bestimmt den Öffnungsdruck des Saugventils, das heißt den zum Öffnen des Ventils erforderlichen hydraulischen Druck. Über den Öffnungsdruck werden wiederum das Drosselverhalten des Saugventils und damit die Fördermenge gesteuert. Eine dem Saugventil vorgeschaltete Zumesseinheit kann somit entfallen. Anstelle der Zumesseinheit wird ein Steller mit einem hubbeweglichen Stellelement in den Zulaufbereich der Pumpe integriert, welcher – wie die nachfolgenden Ausführungsbeispiele zeigen – einfach aufgebaut und damit kostengünstig herstellbar sein kann.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst somit ein als Rückschlagventil ausgebildetes Saugventil und einen ein hubbewegliches Stellelement aufweisenden Steller, wobei über die Hubbewegung des Stellelementes der Öffnungsdruck des Saugventils variabel einstellbar ist. Gegenüber einem direkt gesteuerten Saugventil, das oftmals aufgrund sehr viel größerer Massen das Problem besitzt, bei hohen Drehzahlen nicht ausreichend schnell schalten zu können, weist die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil auf, dass das eigentliche Saugventil relativ klein ausgeführt werden kann. Dies hat geringere Massen zur Folge, so dass bei hohen Drehzahlen eine ausreichend hohe Schaltfrequenz sicherstellt ist. Die eigentliche Vorrichtung schwingt zudem nicht mit.
Die Einstellbarkeit des Öffnungsdrucks ermöglicht beispielsweise eine Anhebung des Öffnungsdrucks, um die Sensitivität des Saugventils zu reduzieren, so dass sich auch Kleinstmengen von etwa weniger als 2 l/h problemfrei darstellen lassen. Dies trägt zu einer verlustarmen Leerlaufregelung bei Verzicht auf ein Druckregelventil am Rail bei.
Im Unterschied zu einer Anordnung, welche zur Steuerung der Fördermenge eine Maximalhubbegrenzung des Ventilgliedes des Saugventils, beispielsweise über einen variablen Anschlag, einsetzt, erfordert die vorliegende Anordnung keine Hubbegrenzung und demzufolge kein Anschlagen des Ventilgliedes, so dass die üblicherweise mit dem Anschlagen einhergehenden Festigkeits- und/oder Geräuschprobleme vermieden werden.
Ferner besitzt die vorgeschlagene Anordnung eine Nullförderfähigkeit, d.h., dass im Unterschied zu einer meist als Kolben-Schieber-Ventil ausgebildeten und damit leckagebehafteten Zumesseinheit die Fördermenge tatsächlich auf null eingestellt werden kann. Es bedarf demnach keiner zusätzlichen Maßnahmen, um eine Leckagemenge abzuführen, wie beispielsweise durch die Anordnung einer Nullförderdrossel. Dadurch kann das System weiter vereinfacht werden.
Vorzugsweise ist der Steller elektromotorisch, elektromagnetisch, elektromechanisch und/oder hydraulisch betätigbar. Da, beispielsweise im Vergleich mit einem elektromagnetisch gesteuerten Saugventil, vorliegend die hydraulischen Kräfte gering sind, kann ein sehr einfacher und zudem kostengünstiger Steller zum Einsatz gelangen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Steller einen Stellmotor und/oder ein Schneckengetriebe. Die Kombination Stellmotor mit Schneckengetriebe ermöglicht die Realisierung eines sehr einfachen und kostengünstigen Stellers. Das Schneckengetriebe ist vorzugsweise selbsthemmend ausgeführt. Das heißt, dass die Gewindesteigung des Schneckengetriebes vorzugsweise derart gewählt ist, dass neben den Stellkräften keine Haltekräfte benötigt werden. Energie wird demnach lediglich zur Verstellung des Stellelementes, d.h. in der aktiven Stellphase, benötigt, so dass der Energieaufwand auf ein Minimum reduziert werden kann.
Die zur Lösung der Aufgabe ferner vorgeschlagene Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine erfindungsgemäße Anordnung zur Steuerung der Fördermenge umfasst. Eine dem Saugventil vorgeschaltete separate Zumesseinheit ist somit entbehrlich. Eine solche Hochdruckpumpe ist einfach und kostengünstig herstellbar.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung,
2 eine schematische Ansicht eines Stellers einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung und
3 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Öffnungsdrucks des Saugventils vom Hub des Stellelementes.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in der 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Steuerung der Fördermenge einer hydraulischen Pumpe umfasst ein Saugventil 1 und einen elektromotorischen Steller 7. Das Saugventil 1 weist ein bolzenförmiges hubbewegliches Ventilglied 2 mit einer sich konisch erweiternden Dichtfläche 11 auf, welche mit einem ebenfalls konisch ausgebildeten Ventilsitz 4 in einer Ventilplatte 3 zusammenwirkt. Das bolzenförmige Ventilglied 2, das eine Bohrung 12 der Ventilplatte 3 durchsetzt, ist zudem mittels einer Ventilfeder 5 in Richtung des Ventilsitzes 4 axial vorgespannt. Die Ventilfeder 5 ist hierzu mit einem ersten Ende am Ventilglied 2 abgestützt. Das weitere Ende der Ventilfeder 5 liegt an einem hubbeweglichen Stellelement 6 an, so dass der Federweg der Ventilfeder 5 und damit die Vorspannkraft, mittels welcher das Ventilglied 2 in Richtung des Ventilsitzes 4 axial vorgespannt ist, veränderbar ist.
Über eine Hubbewegung des Stellelementes 6 ist der Abstand a zwischen den beiden Stützflächen der Ventilfeder 5 veränderbar. Der zur Verfügung stehende Federweg kann demnach durch die Hubbewegung des Stellelementes 6 vergrößert oder verkleinert werden. Der Federweg hängt zudem von der Blocklänge der Ventilfeder 5 ab, welche vorliegend als Schraubendruckfeder ausgebildet ist.
Die Hubbewegung des Stellelementes 6 wird vorzugsweise durch einen Stellmotor 8 bewirkt, der Bestandteil des Stellers 7 ist. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Stellers 7 ist in der 2 dargestellt.
Der schematisch in der 2 dargestellte Steller 7 umfasst einen Stellmotor 8 und ein Schneckengetriebe 9. Ein solcher Steller 7 ist einfach aufgebaut und damit kostengünstig. Vorteilhafterweise ist die Gewindesteigung des Schneckengetriebes 9 derart gewählt, dass es selbsthemmend ist. Das heißt, dass keine Haltekräfte benötigt werden und der Stellmotor 8 nur zur Verstellung des Stellelementes 6 zum Einsatz gelangt. Das heißt, dass dem Stellmotor 8 nur während der Stellphase Energie zugeführt werden muss.
Die Abhängigkeit des Öffnungsdrucks des Saugventils 1 vom Hub des Stellelementes 6 geht aus dem Diagramm der 3 hervor. Mit zunehmendem Hub h des Stellelementes 6 steigt auch der Öffnungsdruck p_ö des Saugventils 1 an. Der Arbeitsbereich 10 der erfindungsgemäßen Anordnung zeichnet sich durch einen konstanten Anstieg der Kurve aus.

Claims

Anordnung zur Steuerung der Fördermenge einer hydraulischen Pumpe, insbesondere einer Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, umfassend ein als Rückschlagventil ausgebildetes Saugventil (1) mit einem axial beweglichen Ventilglied (2), das in Richtung eines in einer Ventilplatte (3) ausgebildeten Ventilsitzes (4) über die Federkraft einer Ventilfeder (5) axial vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (5) einerseits an dem Ventilglied (2) und andererseits an einem hubbeweglichen Stellelement (6) eines Stellers (7) abgestützt ist, so dass über eine Hubbewegung des Stellelementes (6) der Federweg der Ventilfeder (5) vergrößer- oder verkleinerbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steller (7) elektromotorisch, elektromagnetisch, elektromechanisch und/oder hydraulisch betätigbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steller (7) einen Stellmotor (8) und/oder ein Schneckengetriebe (9) umfasst, wobei das Schneckengetriebe (9) vorzugsweise eine Selbsthemmung bewirkende Gewindesteigung aufweist.
Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff, insbesondere Common-Rail-Hochdruckpumpe, mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.