DE19725474B4

DE19725474B4 - Mengenregelventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE19725474B4
Application number: DE19725474A
Authority: DE
Inventors: Horst Klinger; Uwe Kuhn; Bernd Rosenau; Peter Dr. Traub; Thomas Goettel; Gerd Loesch; Sandro Soccol; Régis BLANC; Andre Fromentoux; Francois Rossignol; Mathias Schumacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2017-06-18
Also published as: GB2326442A; FR2764650A1; GB9811434D0; FR2764650B1; JPH1193790A; GB2326442B; US6170466B1; DE19725474A1

Abstract

Mengenregelventil, durch das bei der Zufuhr von Kraftstoff von einer Niederdruckquelle zu einer Hochdruckpumpe unterschiedliche Verbindungsquerschnitte einstellbar sind, wobei die Hochdruckpumpe der Versorgung eines Kraftstoffhochdruckraumes eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen dient, wobei das Mengenregelventil ein Ventilglied (50) aufweist, das in Abhängigkeit von Betriebsparametern zur Einstellung der unterschiedlichen Verbindungsquerschnitte verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied als Steuerschieber (50) ausgebildet ist, der in einer Schieberbohrung (22) verschiebbar angeordnet ist, dass der Steuerschieber (50) eine von zwei Kolbenbereichen (53, 54) begrenzte Ringnut (60) aufweist, wobei die beiden Kolbenbereiche (53, 54) in der Schieberbohrung (22) geführt sind, dass in die Schieberbohrung (22) im Bereich der Ringnut (60) eine Zulaufbohrung (31) zur Niederdruckquelle und eine Ablaufbohrung (33) zur Hochdruckpumpe mündet, dass durch einen (53) der Kolbenbereiche die Ablaufbohrung (33) in Schließstellung des Mengenregelventils versperrt wird, und dass an diesem Kolbenbereich (53) zur Ringnut (60) hin eine Steuerkontur (61, 62, 63) gebildet ist, die bei Bewegung...

Description

Der Erfindung betrifft ein Mengenregelventil nach der Gattung des Anspruchs 1.
Ein solches Mengenregelventil ist durch die CH 674 243 A5 bekannt. Durch dieses Mengenregelventil sind bei der Zufuhr von Kraftstoff von einer Niederdruckquelle zu einer Hochdruckpumpe unterschiedliche Verbindungsquerschnitte einstellbar, wobei die Hochdruckpumpe der Versorgung eines Kraftstoffhochdruckraumes eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen dient. Das Mengenregelventil weist ein Ventilglied auf, das in Abhängigkeit von Betriebsparametern zur Einstellung der unterschiedlichen Verbindungsquerschnitte verstellbar ist. Das Ventilglied ist dabei als Drehschieber ausgebildet, durch den sich der erforderliche Verbindungsquerschnitt nur ungenau steuern lässt.
Durch die DE 862 973 C ist ein Mengenregelventil bekannt, durch das unterschiedliche Verbindungsquerschnitte zwischen einer Einspritzpumpe und einer Einspritzdüse einstellbar sind. Das Mengenregelventil weist als Ventilglied einen Steuerschieber auf, der in einer Schieberbohrung verschiebbar angeordnet ist, wobei der Steuerschieber eine von zwei Kolbenbereichen begrenzte Ringnut aufweist. Einer der Kolbenbereiche ist. in der Schieberbohrung geführt und der andere Kolbenbereich ist in einer im Durchmesser vergrößerten Ringnut der Schieberbohrung angeordnet. In die Schieberbohrung mündet in deren Ringnut eine Zulaufbohrung von der Einspritzpumpe und in die Schieberbohrung mündet in deren Bereich, in dem der Kolbenbereich geführt ist, eine Ablaufbohrung zur Einspritzdüse. An dem in der Ringnut der Schieberbohrung angeordneten Kolbenbereich des Steuerschiebers ist eine Steuerkontur gebildet, die mit einem am Übergang von der Ringnut der Schieberbohrung zu dem Bereich der Schieberbohrung, in dem der Kolbenbereich geführt ist, ausgebildeten Sitz zur Einstellung des Verbindungsquerschnitts zusammenwirkt. Die Fertigung dieses Mengenregelventils ist wegen des Sitzes aufwendig, da dieser mit großer Genauigkeit hergestellt werden muss.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Mengenregelventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass dieses einen einfachen Aufbau aufweist und der Verbindungsquerschnitt mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Mengenregelventils angegeben.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist neben zwei Hydraulikschaltbildern in den Figuren schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigen
1: einen Hydraulikschaltplan für ein mit einer Rückstellfeder belastetes Mengenregelventil und dessen Beschaltung;
2: wie 1, jedoch mit einem beidseitig hydraulisch belasteten Schieber;
3: die in einem Ventilgehäuse untergebrachten Ventile.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Gemäß der 1 und 2 befindet sich zwischen einer Niederdruckpumpe (1) und einer Hochdruckpumpe (2) ein 2/2-Stetigwegeventil (20), das die von der Niederdruckpumpe (1) gelieferte Kraftstoffördermenge entsprechend seiner Schieberlage dosiert. Aus einer Zulaufleitung (11) zweigt nach der Niederdruckpumpe (1) eine Rückströmleitung (12) ab, die zu einem Druckbegrenzungsventil (5) führt. Letzteres begrenzt den Förderdruck der Niederdruckpumpe (1) auf ein vorgegebenes Niveau.
Das 2/2-Stetigwegeventil (20) verfügt über zwei Endstellungen, einer Sperr- und einer Durchflußstellung, zwischen denen der ventileigene Schieber zur Drosselung des Kraftstoffstroms beliebige Zwischenlagen einnehmen kann. Dazu wirkt auf den Schieber auf der einen Seite eine ihn in Schließstellung belastende Rückstellfeder (65), während auf seiner anderen Seite über eine Steuerleitung (13) ein Steuerdruck anliegt, der mit Hilfe eines in dieser Steuerleitung (13) angeordneten Drosselventils (66) gedrosselt wird. Aus der Steuerleitung (13) zweigt zwischen dem Drosselventil (66) und dem 2/2-Stetigwegeventil (20) eine Entlastungsleitung (14) ab, die über ein elektromagnetisch betätigtes 2/2-Wegeventil (70) in den Rücklauf mündet. Das 2/2-Wegeventil (70) verfügt beispielsweise über eine Sperr- und eine Durchflußstellung, wobei es im unbestromten Zustand über eine Rückstellfeder in der Sperrstellung gehalten wird. Ggf. kann der Ventildurchfluß auch proportional zum Ventilhub gesteuert werden.
Mit steigendem Förderdruck der Niederdruckpumpe (1) steuert das 2/2-Stetigwegeventil (20) zunehmend auf, sofern der Steuerdruck in der Steuerleitung (13) nach dem Drosselventil (66) nicht über das 2/2-Wegeventil (70) entlastet wird.
Im Schaltplan nach 2 ist die Rückstellfeder (65) des 2/2-Stetigwegeventil (20) durch eine Steuerleitung (16) mit integriertem Drosselventil (17) ersetzt. Gleichzeitig ist die vor der Steuerleitung (16) gelegene wirksame Stirnfläche (51') des Steuerschiebers (50') gegenüber der Stirnfläche (52') vor der Steuerleitung (13) verkleinert, so daß nun das 2/2-Stetigwegeventil (20) zumindest bei geschlossenem 2/2-Wegeventil (70) differenzdruckbetätigt ist.
Bei dieser Variante ist der Ventilaufbau einfacher gestaltet, da die Rückstellfeder (65) und ihre Einstell- und Befestigungsmittel entfallen. Auch werden die Anforderungen an die elektromagnetische Betätigung des 2/2-Wegeventils (70) geringer.
3 zeigt ein Ventilgehäuse (21) mit einer einen Längsschieber (50) aufnehmenden Zentralbohrung (22) in die u.a. eine Zulaufbohrung (31), eine Ablaufbohrung (33) und eine Steuerbohrung (32) münden. Vor der Zulauf- (31) und der Steuerbohrung (32) sind nebeneinander ein Zulaufanschluß (41) und ein Rückströmanschluß (42) angeordnet. Beide Anschlüsse (41) und (42) sind innerhalb des Ventilgehäuses (21) über einen Kanal (37) miteinander verbunden. Am Zulaufanschluß (41) ist die Zulaufleitung (11) aus 1 angeschlossen. Am Rückströmanschluß (42) liegt die Rückströmleitung (12).
In der Steuerbohrung (32), die in 1 der Steuerleitung (13) entspricht, sitzt das Drosselventil (66). Es ist beispielsweise als Schraube mit zentraler Drosselbohrung ausgeführt. Die Steuerbohrung (32) mündet in einen Steuerraum (23), in den auch eine Sitzbohrung (28) hineinragt, in der ein Magnetventil (70) eingeschraubt ist.
Das Magnetventil (70) ist das 2/2-Wegeventil aus 1. Der Grund der Sitzbohrung (28) ist über eine Verbindungsbohrung (36) mit dem anderen Steuerraum (24) verbunden. Aus. dem Steuerraum (24) zweigt eine Rücklaufbohrung (34) ab, die im Ventilgehäuse (21) in einem Rücklaufanschluß (43) endet. Von diesem Anschluß aus setzt sich die Entlastungsleitung (14) aus 1 in den Tank fort.
Im Steuerraum (24) ist die Rückstellfeder (65) angeordnet, die dem Längsschieber (50) über einen eingeschraubten Gehäusedeckel (46) am Ventilgehäuse (21) abstützt.
Der Längsschieber (50) hat im Ausführungsbeispiel einen im wesentlichen zylindrischen Schaft, der im Steuerraum (24) in einem bezüglich des Durchmessers erweiterten Kopf (59) endet, auf dem die Rückstellfeder (65) aufliegt. Der Schaft hat zwei zylindrische Führungsbereiche (53) und (54), die dicht gleitend in der Zentralbohrung anliegen. In Sperrstellung des Ventils (20) liegen die Führungsbereiche (53, 54) beidseits der Zulaufbohrung (31), wobei der Führungsbereich (53) die Ablaufbohrung (33) versperrt. Zwischen den beiden Führungsbereichen (53, 54) ist der Längsschieber (50) ringnutförmig ausgebildet. Die Ringnut (60) ist über einen an den Führungsbereich (54) anschließenden Teilbereich zylindrisch ausgebildet. Dort hat der Längsschieber (50) seinen minimalen Durchmesser. An diesen zylindrischen Bereich schließen sich beispielsweise drei nebeneinander liegende kegelstumpfförmige Ab schnitte (61-63) an, wobei jeder Kegelstumpfabschnitt einen anderen Kegelwinkel hat. Der erste Abschnitt (61) hat hierbei den kleinsten Kegelwinkel, während der dritte Abschnitt (63) den größten hat. Dieser Abschnitt (63) ist fast zylindrisch. Aufgrund der Kontur der Ringnut (60) wird die hydraulische Verbindung zwischen der Zulaufbohrung (31) und der Ablaufbohrung (33) erheblich gedrosselt geöffnet. Selbstverständlich können auch andere Konturen gewählt werden, so daß die Drosselung ggf. linear oder progressiv zum Hub ausfallen kann. Hierbei ist es möglich, zur besseren Strömungsführung den Konturenverlauf zwischen dem Führungsabschnitt (53) und der Stelle des kleinsten Längsschieberquerschnitts geglättet und mit stetigen Übergängen auszuführen. Auch kann die Drosselwirkung durch eine Manipulation der Einmündung der Ablaufbohrung (33) in die Zentralbohrung (22), beispielsweise durch eine entsprechende Kerbe, beeinflußt werden.
Bei der Darstellung in 3 befindet sich der Längsschieber (50) in der Sperrstellung. Es wird kein Kraftstoff zur Hochdruckpumpe gefördert. Wird der Längsschieber (50) gegen die Wirkung der Rückstellfeder (65) vollständig geöffnet, durchströmt der maximale Volumenstrom die Zulauf- (31) und die Ablaufbohrung (32). Dieser Volumenstrom ist eine Funktion des Zulaufdrucks des von der Niederdruckpumpe (1) geförderten Kraftstoffs, von den Bohrungsquerschnitten der Bohrungen (31, 32) sowie vom Durchflußquerschnitt in der Ringnut (60) des Längsschiebers (50).
Das Mengenregelventil öffnet bei geschlossenem Magnetventil (70) sobald sich durch den über das Drosselventil (66) strömenden Kraftstoff im Steuerraum (23) ein Druck aufgebaut hat, der multipliziert mit der wirksamen Stirnfläche (51) eine Kraft ergibt, die größer ist als die Federkraft der Rückstellfeder (65). Die Federrate kann hierbei eine lineare, progressive oder degressive Kennlinie haben. Der Kraftstoffdruck im Steuerraum (23) wird durch das Magnetventil (70) reguliert.
Das Drosselventil (66) kann auch in Form einer Kerbe, Abflachung oder dergleichen im Führungsbereich (54) des Längsschiebers (50) ausgebildet werden.

Claims

Mengenregelventil, durch das bei der Zufuhr von Kraftstoff von einer Niederdruckquelle zu einer Hochdruckpumpe unterschiedliche Verbindungsquerschnitte einstellbar sind, wobei die Hochdruckpumpe der Versorgung eines Kraftstoffhochdruckraumes eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen dient, wobei das Mengenregelventil ein Ventilglied (50) aufweist, das in Abhängigkeit von Betriebsparametern zur Einstellung der unterschiedlichen Verbindungsquerschnitte verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied als Steuerschieber (50) ausgebildet ist, der in einer Schieberbohrung (22) verschiebbar angeordnet ist, dass der Steuerschieber (50) eine von zwei Kolbenbereichen (53, 54) begrenzte Ringnut (60) aufweist, wobei die beiden Kolbenbereiche (53, 54) in der Schieberbohrung (22) geführt sind, dass in die Schieberbohrung (22) im Bereich der Ringnut (60) eine Zulaufbohrung (31) zur Niederdruckquelle und eine Ablaufbohrung (33) zur Hochdruckpumpe mündet, dass durch einen (53) der Kolbenbereiche die Ablaufbohrung (33) in Schließstellung des Mengenregelventils versperrt wird, und dass an diesem Kolbenbereich (53) zur Ringnut (60) hin eine Steuerkontur (61, 62, 63) gebildet ist, die bei Bewegung des Steuerschiebers (50) in Öffnungsrichtung in Überdeckung mit der Mündung der Ablaufbohrung (33) in der Schieberbohrung (22) gelangt und einen zunehmend größeren Verbindungsquerschnitt zwischen der Zulaufbohrung (31) und der Ablaufbohrung (33) freigibt.
Mengenregelventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkontur durch eine oder mehrere sich von dem einen (53) der Kolbenbereiche zur Seite der Ringnut (60) hin anschließende kegelförmige Fläche/n (61, 62, 63) gebildet wird/bzw. werden.
Mengenregelventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkontur aus mehreren ineinander übergehenden Kegeln mit unterschiedlichen Kegelwinkeln und/oder Zylinderteilen besteht.
Mengenregelventil gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ablaufbohrung (33) einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist.
Mengenventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (50) durch einen elektrisch angetriebenen Stellmotor gegen die Kraft einer Feder (65) verschiebbar ist.
Mengenventil gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor als Stellmagnet ausgebildet ist.
Mengenregelventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (50) durch einen Schrittmotor verstellbar ist.
Mengenregelventil nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (50) in der Schieberbohrung (22) mit seiner einen Stirnseite (51) einen Steuerraum (23) begrenzt, in dem ein in Abhängigkeit von Betriebsparametern änderbarer Steuerdruck herrscht, der gegen eine Rückstellkraft wirkt.
Mengenregelventil gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Steuerdrucks der Steuerraum (23) über eine Drossel (66) ständig mit einem ersten Druckbereich verbunden ist und über eine durch ein elektrisch gesteuertes Ventil (70) in Abhängigkeit von Betriebsparametern gesteuerte Austrittsöffnung (36) mit einem zweiten Druckbereich mit vom Druckniveau des ersten Druckbereichs abweichenden Druckniveau verbindbar ist.
Mengenregelventil nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückstellkraft eine Feder (65) vorgesehen ist, die auf der dem Steuerraum (23) entgegen gesetzten Seite des Steuerschiebers (50) angreift.
Mengenregelventil gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückstellkraft eine Kraft wirkt, die aus der Beaufschlagung der anderen Stirnseite (51') des Steuerschiebers (50, 50') mit einem Referenzdruck resultiert.
Mengenregelventil gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Steuerraum (24) abgewandte, andere Stirnseite (51') eine kleinere Fläche aufweist, als die den Steuerraum (24) begrenzende Stirnseite (52') des Steuerschiebers (50') und als Referenzdruck der Druckbereich von den genannten Druckbereichen mit höherem Druckniveau dient.
Mengenregelventil nach einem der Ansprüche 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (50) durch die Feder (65) bis zu einem Anschlag verschiebbar ist und in dieser Stellung die Verbindung zwischen der Ringnut (60) und der Ablaufbohrung (33) unterbrochen ist.
Mengenregelventil gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufbohrung (31) ständig mit der Ringnut (60) verbunden ist.
Mengenregelventil nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckbereich, mit dem der Steuerdruckraum (23) verbunden ist, die Niederdruckquelle ist und der zweite Druckbereich ein Entlastungsraum ist.