DE19837333A1 - Steuereinheit zur Steuerung des Druckaufbaus in einer Pumpeneinheit - Google Patents
Steuereinheit zur Steuerung des Druckaufbaus in einer PumpeneinheitInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit (4) zur Steuerung des Druckaufbaus in einer Pumpeneinheit (2) mit einem Steuerventil (5) und einer mit diesem verbundenen Ventilbetätigungseinheit (6), wobei das Steuerventil (5) als ein in Strömungsrichtung nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet ist, das einen in einem Gehäuse (12) der Steuereinheit (4) axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper (11) aufweist, der bei geschlossenem Steuerventil (5) von innen auf einem Ventilsitz (13) des Steuerventils (5) sitzt. Um eine Steuereinheit (4) zu schaffen, deren Steuerventil (5) geringer Ventilbetätigungskräfte bedarf und kurze Umschaltzeiten aufweist, schlägt die Erfindung eine Steuereinheit (4) vor, die gekennzeichnet ist durch eine derart ausgebildete axial wirksame Oberfläche des Ventilkörpers (11), dass die Kräfte, die bei geschlossenem Steuerventil (5) durch den anliegenden Druck der Pumpeneinheit (2) auf den Ventilkörper (11) wirken, sich gegenseitig ausgleichen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit zur
Steuerung des Druckaufbaus in einer Pumpeneinheit mit einem
Steuerventil und einer mit diesem verbundenen
Ventilbetätigungseinheit, wobei das Steuerventil als ein in
Strömungsrichtung nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet
ist, das einen in einem Gehäuse der Steuereinheit axial
verschiebbar gelagerten Ventilkörper aufweist, der bei
geschlossenem Steuerventil von innen auf einem Ventilsitz
des Steuerventils sitzt.
Mit derartigen Steuereinheiten kann der Druckaufbau
beliebiger Pumpeneinheiten gesteuert werden. Aus dem Stand
der Technik sind bspw. Steuereinheiten bekannt, die den
Druckaufbau von Pumpeneinheiten zum Aufbau eines
Einspritzdrucks eines Einspritzsystems zur Kraftstoffzufuhr
in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden
Verbrennungskraftmaschinen steuern. Derartige
Steuereinheiten sind üblicherweise als Magnetventile
ausgebildet. Dabei ist die Ventilbetätigungseinheit als ein
Elektromagnet ausgebildet, der das Steuerventil betätigt.
Das Magnetventil ist im nicht erregten Zustand geöffnet.
Dadurch ist ein freier Durchfluß von der Pumpeneinheit zu
dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems gegeben und
somit ein Befüllen des Pumpenraumes mit Kraftstoff während
des Saughubs des Pumpenkolbens und ein Rückströmen des
Kraftstoffs während des Förderhubes möglich. Ein Ansteuern
des Magnetventils während des Förderhubes des Pumpenkolbens
schließt diesen Bypass. Dies führt zu einem Druckaufbau in
dem Hochdruckbereich des Systems.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Steuereinheiten
ist das Steuerventil üblicherweise als ein in
Strömungsrichtung nach innen öffnendes sog. I-Ventil
ausgebildet. I-Ventile haben gegenüber in Strömungsrichtung
nach außen öffnenden sog. A-Ventilen den Vorteil, daß sie
wesentlich einfacher und kostengünstiger zu fertigen sind.
Die bekannten Steuereinheiten haben jedoch den Nachteil,
daß es zur Betätigung des Steuerventils durch die
Ventilbetätigungseinheit eines beträchtlichen Kraftaufwands
bedarf. Das hat seine Ursache darin, daß durch das bei
geschlossenem Steuerventil mit hohem Druck anstehende
Medium Druckkräfte auf den Ventilkörper wirken und die
daraus resultierende Kraft in axialer Richtung bei der
Betätigung des Steuerventils zu überwinden ist. Um die
Ventilbetätigungskräfte zu reduzieren, werden nach dem
Stand der Technik zwar häufig Federelemente verwendet, die
der auf den Ventilkörper wirkenden resultierenden Kraft
entgegenwirken. Diese Federelemente üben jedoch eine von
dem Druck des in dem Steuerventil anstehenden Mediums
unabhängige konstante Federkraft auf den Ventilkörper aus.
Bei niedrigen Drücken kann diese Federkraft zu groß sein,
bei höheren Drücken kann sie zu gering sein, so daß es in
beiden Fällen eines beträchtlichen Kraftaufwands bedarf, um
die Federkraft bzw. um die auf den Ventilkörper wirkende
resultierende Kraft zu überwinden.
Aus diesem Grund müssen die Ventilbetätigungseinheiten nach
dem Stand der Technik so gewählt werden, daß sie stets eine
ausreichend große Kraft zur Betätigung der Steuerventile
aufbringen können. Dazu bedarf es in der Regel besonders
großbauender Ventilbetätigungseinheiten. Der Einsatz von
piezoelektrischen Aktoren als Ventilbetätigungseinheiten
ist bei den Steuerventilen der Steuereinheiten nach dem
Stand der Technik ausgeschlossen, da die von diesen
aufgebrachten Ventilbetätigungskräfte bzw.
Ventilbetätigungshübe in der Regel nicht ausreichend groß
sind, um die bekannten Steuerventile zu betätigen.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Steuereinheiten besteht
darin, daß aufgrund der hohen Ventilbetätigungskräfte die
Umschaltzeiten recht lang sind.
Aus den vorgenannten Nachteilen des Standes der Technik
ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Steuereinheit zu schaffen, deren Steuerventil mit geringen
Ventilbetätigungskräften betätigt werden kann und das kurze
Umschaltzeiten aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine
Steuereinheit der eingangs genannten Art vor, die
gekennzeichnet ist durch eine derart ausgebildete axial
wirksame Oberfläche des Ventilkörpers, daß die Kräfte, die
bei geschlossenem Steuerventil durch den anliegenden Druck
der Pumpeneinheit auf den Ventilkörper wirken, sich
gegenseitig ausgleichen.
Bei der erfindungsgemäßen Steuereinheit werden in
vorteilhafter Weise die Druckkräfte des in dem Steuerventil
anstehenden Mediums dazu verwendet, die
Ventilbetätigungskräfte auf ein Minimum zu reduzieren, und
zwar abhängig von dem Druck des anstehenden Mediums. Die
auf den Ventilkörper wirkenden Druckkräfte kompensieren
sich gegenseitig, so dass die resultierende Kraft gleich
Null ist. Dazu weisen die in Strömungsrichtung nach innen
gerichtete axial wirksame Oberfläche und die in
Strömungsrichtung nach außen gerichtete axial wirksame
Oberfläche des Ventilkörpers die gleiche Fläche auf. Durch
das an dem Ventilkörper anstehende Medium wirken auf den
Ventilkörper an den beiden axial wirksamen Oberflächen
gleich große, aber entgegengerichtete Druckkräfte, die sich
gegenseitig ausgleichen. Bei der Betätigung des
Steuerventils sind somit nur andere Kräfte als die aus den
Druckkräften resultierende Kraft zu überwinden, bspw.
Reibungs- oder Federkräfte. Die axial wirksame Oberfläche
des Ventilkörpers kann auch derart ausgebildet sein, dass
die resultierende Kraft den anderen Kräften entgegenwirkt,
so dass sich in der Summe aller auf den Ventilkörper
wirkenden Kräfte minimale Ventilbetätigungskräfte ergeben.
Aufgrund der geringen Ventilbetätigungskräfte weist die
erfindungsgemäße Steuereinheit in vorteilhafter Weise sehr
kurze Umschaltzeiten auf. Die Umschaltzeiten betragen etwa
100.10-6 s.
Der Querschnitt durch den Ventilkörper und der Verlauf des
Ventilsitzes können eine beliebige Kontur aufweisen. In der
Praxis überwiegen u. a. aus herstellungstechnischen Gründen
runde Formen, bspw. Kreise oder Ellipsen. Es sind aber auch
Konturen denkbar, die keinen runden Verlauf aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
vorgeschlagen, daß der Ventilkörper einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist und mittels eines in Strömungsrichtung
innen liegenden ersten Führungselements in dem Gehäuse
axial verschiebbar gelagert ist, und dass der Ventilsitz
einen kreisringförmigen Verlauf aufweist, und daß der
Außendurchmesser des ersten Führungselements gleich dem
Außendurchmesser des Ventilsitzes ist. Bei dieser
Weiterbildung ist in Strömungsrichtung innen liegend und
nach innen gerichtet um das erste Führungselement herum
eine erste kreisringförmige axial wirksame Fläche
ausgebildet. Um den Ventilsitz herum ebenfalls in
Strömungsrichtung innen liegend ist eine nach außen
gerichtete gleich große zweite kreisringförmige axial
wirksame Fläche ausgebildet. Der Druck des bei
geschlossenem Steuerventil an dem Ventilkörper anstehenden
Mediums erzeugt an den beiden gleich großen
kreisringförmigen Flächen gleich große Druckkräfte. Die
Druckkräfte sind einander entgegengerichtet und gleichen
sich aus. Die Ventilbetätigungskräfte sind somit bei
beliebigem, an dem Ventilkörper auftretendem Druck minimal.
Um eine sichere Führung des Ventilkörpers in dem Gehäuse
der Steuereinheit sicherstellen zu können, ist der
Ventilkörper gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
mittels eines in Strömungsrichtung außen liegenden zweiten
Führungselements in dem Gehäuse axial verschiebbar
gelagert. Damit ist der Ventilkörper zu beiden Seiten des
Ventilsitzes durch ein Führungselement in dem Gehäuse axial
bewegbar gelagert. Dadurch kann eine vollflächige Auflage
des Ventilkörpers auf dem Ventilsitz und eine zuverlässige
Dichtungsfunktion des Ventilsitzes sichergestellt werden.
Um ein zu abruptes Zurückfahren des Ventilkörpers beim
Öffnen des Steuerventils zu verhindern, wird gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen,
daß das zweite Führungselement eine derart ausgebildete
axial wirksame Oberfläche aufweist, daß die Kräfte, die bei
geöffnetem Steuerventil durch den anliegenden Druck auf den
Ventilkörper wirken, sich gegenseitig nahezu ausgleichen.
Bei geöffnetem Steuerventil wird die in Strömungsrichtung
nach außen gerichtete axial wirksame Oberfläche des
Ventilkörpers um einen Bereich vergrößert, der bei
geschlossenem Steuerventil durch den Ventilsitz von dem an
dem Ventilkörper anliegenden Druck abgeschirmt ist. Bei
geöffnetem Steuerventil führt der anliegende Druck zu einer
in Strömungsrichtung nach innen gerichteten, auf den
Ventilkörper wirkenden Kraft. Das zweite Führungselement
weist eine um den Ventilkörper herum verlaufende, in
Strömungsrichtung nach innen gerichtete axial wirksame
Oberfläche auf, auf die bei geöffnetem Steuerventil der
anliegende Druck wirkt und zu einer nach außen gerichteten,
auf den Ventilkörper wirkenden Kraft führt. Unabhängig von
der Größe des anliegenden Drucks gleichen sich die beiden
Kräfte nahezu aus. Dadurch kann bei beliebig hohem Druck
stets ein kontrolliertes Zurückfahren des Ventilkörpers
sichergestellt werden.
Vorzugsweise ist zwischen dem Ventilkörper und dem Gehäuse
ein Federelement angeordnet, das den Ventilkörper in einem
nicht aktivierten Zustand der Ventilbetätigungseinheit in
einer Durchlaßstellung von dem Ventilsitz wegdrückt. Bei
einer nicht aktivierten Ventilbetätigungseinheit ist das
Steuerventil somit geöffnet, d. h. das von der
Pumpeneinheit zu pumpende Medium kann frei von der
Pumpeneinheit zu dem Niederdruckbereich des Systems und
wieder zurück fließen. In der Durchlaßstellung des
Steuerventils ist somit ein Befüllen des Pumpenraumes mit
dem zu pumpenden Medium während des Saughubes des
Pumpenkolbens und ein Rückströmen des Mediums während des
Förderhubes möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
die Ventilbetätigungseinheit als ein piezoelektrischer
Aktor ausgebildet. Die Vorteile der erfindungsgemäßen
Steuereinheit kommen insbesondere zum Tragen, wenn das
Steuerventil von einem piezoelektrischen Aktor angesteuert
wird. Da bei der erfindungsgemäßen Steuereinheit zur
Betätigung des Steuerventils keine bzw. äußerst geringen
Ventilbetätigungskräfte aufgebracht werden müssen, kann der
maximale Hub eines piezoelektrischen Aktors genutzt werden.
Und das insbesondere deshalb, da bei geschlossenem
Steuerventil nur kleinste Kraftreserven der
Ventilbetätigungseinheit notwendig sind, um das
Steuerventil in der geschlossenen Stellung zu halten.
Um die Montage der Steuereinheit zu erleichtern, wird
vorgeschlagen, daß das Gehäuse zweiteilig aufgebaut ist,
daß das erste Gehäuseteil eine erste axiale Bohrung zur
Aufnahme des ersten Führungselements und eine koaxiale
zweite Bohrung mit einem größeren Durchmesser aufweist, in
die der Zulauf von der Pumpeneinheit mündet, und daß an der
in Strömungsrichtung innen liegenden Stirnseite des zweiten
Gehäuseteils der Ventilsitz ausgebildet ist und das zweite
Gehäuseteil in einem Abstand von dem Boden der zweiten
Bohrung in dieser angeordnet ist.
Durch den mindestens zweiteiligen Aufbau kann der
Ventilkörper bequem und ohne großen Aufwand zwischen den
einzelnen Gehäuseteilen angeordnet und relativ zu diesen
positioniert werden. Durch Zusammenfügen der einzelnen
Gehäuseteile zu dem fertigen Gehäuse kann der Ventilkörper
auf einfache Weise in einer definierten Position innerhalb
des Gehäuses angeordnet werden.
Durch das Einbringen zweier koaxialer Bohrungen in das
erste Gehäuseteil der Steuereinheit kann der Versatz des
Ventilkörpers relativ zu dem Gehäuse vermindert werden. Die
erste und die zweite Bohrung können in einem Arbeitsgang,
d. h. ohne den Bohrer nach der ersten Bohrung absetzen und
vor der zweiten Bohrung neu ansetzen zu müssen, in das
erste Gehäuseteil eingebracht werden. Somit ist der
Achsversatz zwischen der ersten und der zweiten Bohrung auf
ein Minimum reduziert. Das zweite Gehäuseteil ist
vorteilhafterweise in die zweite Bohrung eingepresst oder
geschrumpft.
Vorteilhafterweise ist das zweite Gehäuseteil als eine
Buchse ausgebildet, die eine dritte Bohrung zur Aufnahme
des zweiten Führungselements aufweist.
Um den Achsversatz zwischen der dritten Bohrung und der
ersten bzw. zweiten Bohrung zu minimieren, wird gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung vorgeschlagen, daß
zwischen dem ersten Führungselement und der ersten Bohrung
ein kleines Spiel und zwischen dem zweiten Führungselement
und der dritten Bohrung ein größeres Spiel ausgebildet ist.
Das ist ohne weiteres möglich, da zwischen dem zweiten
Führungselement und der dritten Bohrung lediglich ein
niedriger Ablaufdruck anliegt. Im Hochdruckbereich der
Steuereinheit sorgt das geringe Spiel zwischen dem ersten
Führungselement und der ersten Bohrung für eine
ausreichende Abdichtung.
Das Spiel zwischen dem ersten Führungselement und der
ersten Bohrung beträgt vorzugsweise etwa 2 bis 4.10-6 m und
das Spiel zwischen dem zweiten Führungselement und der
dritten Bohrung beträgt etwa 8 bis 10.10-6 m.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Einspritzsystem
zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von
direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen mit einer
Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und dann zum
Einspritzen des Kraftstoffs über eine Einspritzdüse in den
Verbrennungsraum.
Um ein solches Einspritzsystem dahingehend weiterzubilden,
daß es besonders kurze Ansprechzeiten aufweist, damit eine
besonders genaue Steuerung der Kraftstoffeinspritzung
möglich ist, schlägt die Erfindung ausgehend von einem
Einspritzsystem der oben genannten Art vor, daß das
Einspritzsystem eine Steuereinheit der oben genannten Art
aufweist. Ein derartiges Einspritzsystem kann bspw. als
eine Pumpe-Düse-Einheit (PDE) oder als ein Pumpe-Leitung-
Düse-System (PLD) ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren
zur Herstellung einer Steuereinheit der oben genannten Art.
Um bei der Herstellung der Steuereinheiten den Achsversatz
zu minimieren, schlägt die Erfindung vor, daß
- - ein Ventilkörper mit dem in Strömungsrichtung innen liegenden ersten Führungselement und dem außen liegenden zweiten Führungselement ausgebildet wird,
- - in ein erstes Gehäuseteil eine erste Bohrung zur Aufnahme des ersten Führungselements und eine koaxiale zweite Bohrung mit einem größeren Durchmesser eingebracht werden,
- - in ein zweites Gehäuseteil eine dritte Bohrung zur Aufnahme des zweiten Führungselements eingebracht wird,
- - an einer in Strömungsrichtung nach innen gerichteten Stirnseite des zweiten Gehäuseteils ein Ventilsitz ausgebildet wird,
- - der Ventilkörper mit dem ersten Führungselement in die erste Bohrung eingepasst wird und
- - das zweite Gehäuseteil derart in die zweite Bohrung eingepasst und darin befestigt wird, dass das zweite Führungselement in die dritte Bohrung eingepasst wird.
Die erste und die zweite Bohrung werden in einem
Arbeitsgang in das Gehäuse eingebracht, d. h. ohne den
Bohrer nach der ersten Bohrung abzusetzen und ohne ihn vor
der zweiten Bohrung neu anzusetzen. Somit ist der
Achsversatz zwischen der ersten und der zweiten Bohrung auf
ein Minimum reduziert. Lediglich das zweite Gehäuseteil mit
der dritten Bohrung muß relativ zu den ersten zwei Bohrung
derart positioniert werden, daß der Achsversatz möglichst
gering ist.
Dazu wird vorteilhafterweise zwischen dem ersten
Führungselement und der ersten Bohrung ein Spiel von etwa 2
bis 4.10-6 m und zwischen dem zweiten Führungselement und
der dritten Bohrung ein Spiel von etwa 8 bis 10.10-6 m
vorgesehen.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem; und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Steuereinheit im
Ausschnitt.
In Fig. 1 ist ein Einspritzsystem in seiner Gesamtheit mit
dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Das Einspritzsystem 1
dient zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von
direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen. Es weist
eine Pumpeneinheit 2 zum Aufbau eines Einspritzdrucks und
zum Einspritzen des Kraftstoffs über eine Einspritzdüse 3
in den Verbrennungsraum auf. Desweiteren weist das
Einspritzsystem 1 eine Steuereinheit 4 auf, mit einem
schematisch dargestellten Steuerventil 5 und einer
Ventilbetätigungseinheit 6 zur Steuerung des Druckaufbaus
in der Pumpeneinheit 2.
Das Einspritzsystem 1 ist als eine Pumpe-Düse-Einheit (PDE)
ausgebildet. Bei der PDE bilden die Pumpeneinheit 2 und die
Einspritzdüse 3 eine Einheit. Pro Motorzylinder wird eine
PDE 1 in den Zylinderkopf 7 der Verbrennungskraftmaschine
eingebaut und entweder direkt über einen Stössel oder
indirekt über Kipphebel von einer Motor-Nockenwelle (nicht
dargestellt) über eine Betätigung 8 angetrieben.
Ein Pumpenraum 9 der Pumpeneinheit 2 ist über Bypass-
Bohrungen 26 mit dem Steuerventil 5 der Steuereinheit 4
verbunden. Das Steuerventil 5 ist im nicht erregten Zustand
der elektrischen Steuereinheit 4 geöffnet. Dadurch ist ein
freier Durchfluss von der Pumpeneinheit 2 zu dem
Niederdruckbereich des Systems gegeben und somit ein
Befüllen des Pumpenraumes 9 während des Saughubes eines in
dem Pumpenraum 9 axial bewegbaren Pumpenkolbens 10 und ein
Rückströmen des Kraftstoffes während des Förderhubes
möglich (vgl. Pfeile in den Bypass-Bohrungen 26 (Zulauf)
und 26b (Ablauf)).
Ein Ansteuern der Steuereinheit 4 während des Förderhubes
des Pumpenkolbens 10 schließt diesen Bypass. Dies führt zu
einem Druckaufbau in dem Hochdruckbereich und nach
Überschreiten des Öffnungsdrucks der Einspritzdüse 3 zum
Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum der
Verbrennungskraftmaschine. Der Schließzeitpunkt der
Steuereinheit 4 bestimmt somit den Einspritzbeginn und die
Schließdauer der Steuereinheit 4 die Einspritzmenge.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Einspritzsystem 1 ist die
Ventilbetätigungseinheit 6 der Steuereinheit 4 als ein
piezoelektrischer Aktor ausgebildet. Das Steuerventil 5 ist
als ein nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet, das
einen Ventilkörper 11 aufweist, der in der
Strömungsrichtung auf einen Ventilsitz 13 wirkt und das
Steuerventil 5 schließt.
Das Steuerventil 5 wird in Fig. 2 anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Für die gleichen
Bauteile werden in Fig. 2 übereinstimmende Bezugszeichen
verwendet.
Das Steuerventil 5 ist in der Zeichnung von oben, d. h. in
Strömungsrichtung nach innen, mit der
Ventilbetätigungseinheit 6 verbunden. Das Steuerventil 5
weist einen in einem Gehäuse 12 der Steuereinheit 4 axial
verschiebbar gelagerten Ventilkörper 11 auf. Der
Ventilkörper 11 sitzt bei geschlossenem Steuerventil 5 in
Strömungsrichtung von innen auf dem Ventilsitz 13. Der
Ventilkörper 11 weist ein in Strömungsrichtung innen
liegendes und in dem Gehäuse 12 axial verschiebbar
gelagertes erstes Führungselement 14 auf und hat einen
kreisförmigen Querschnitt. Der Ventilsitz 13 hat einen
kreisbogenförmigen Verlauf. Der Durchmesser d1 des ersten
Führungselements 14 ist gleich dem Durchmesser d3 des
Ventilsitzes 13. Dadurch ergeben sich zwei gleich große, in
entgegengesetzter Richtung axial wirksame Flächen 11a und
11b des Ventilkörpers (11). Bei geschlossenem Steuerventil
5 liegt über die Bypass-Bohrung 26a ein Druck der
Pumpeneinheit 2 an dem Ventilkörper an. Der Druck wirkt in
axialer Richtung auf die beiden kreisringförmigen axial
wirksamen Flächen 11a und 11b und führt zu zwei gleich
großen, auf den Ventilkörper in axialer Richtung wirkenden
entgegengesetzt gerichteten Kräfte, die sich ausgleichen.
Die Ventilbetätigungskräfte sind somit minimal.
Der Ventilkörper 11 weist außerdem ein in Strömungsrichtung
außen liegendes und in dem Gehäuse 12 axial verschiebbar
gelagertes zweites Führungselement 15 auf mit einer nach
innen gerichteten axial wirksamen Fläche 15a. Durch die
Fläche 15a wird ein abruptes Zurückfahren des Ventilkörpers
11 beim Öffnen des Steuerventils 5 verhindert.
Bei geöffnetem Steuerventil 5 wird die in Strömungsrichtung
nach außen gerichtete axial wirksame Oberfläche des
Ventilkörpers 11 um einen Bereich vergrößert, der bei
geschlossenem Steuerventil 5 durch den Ventilsitz 13 von
dem an dem Ventilkörper 11 anliegenden Druck abgeschirmt
ist. Bei geöffnetem Steuerventil 5 führt der anliegende
Druck zu einer in Strömungsrichtung nach innen gerichteten,
auf den Ventilkörper 11 wirkenden Kraft. Das zweite
Führungselement 15 weist eine um den Ventilkörper 11 herum
verlaufende, in Strömungsrichtung nach innen gerichtete
axial wirksame Fläche 15a auf, auf die bei geöffnetem
Steuerventil 5 der anliegende Druck wirkt und zu einer nach
außen gerichteten, auf den Ventilkörper 11 wirkenden Kraft
führt. Unabhängig von der Größe des anliegenden Drucks
gleichen sich die beiden Kräfte nahezu aus.
Um die Herstellung der erfindungsgemäßen Steuereinheit 4 zu
vereinfachen, ist das Gehäuse 12 zweiteilig aufgebaut. Das
erste Gehäuseteil 12a weist eine erste axiale Bohrung 12c
zur Aufnahme des ersten Führungselements 14 und eine
koaxiale zweite Bohrung 12d mit einem größeren Durchmesser
auf, in die der Zulauf (Bypass-Bohrung 26a) von der
Pumpeneinheit mündet. Das zweite Gehäuseteil 12b ist als
eine Buchse ausgebildet, in die eine dritte Bohrung 12e zur
Aufnahme des zweiten Führungselements 15 eingebracht ist. An
der in Strömungsrichtung innen liegenden Stirnseite des
zweiten Gehäuseteils 12b ist der Ventilsitz 13 ausgebildet.
Das zweite Gehäuseteil 12b ist in einem Abstand zum Boden
der zweiten Bohrung 12d in dieser angeordnet. Das zweite
Gehäuseteil 12b ist in die zweite Bohrung 12d eingepresst
oder geschrumpft.
Zwischen dem ersten Führungselement 14 und der ersten
Bohrung 12c ist ein Spiel von etwa 2 bis 4.10-6 m
ausgebildet, und zwischen dem zweiten Führungselement 15
und der dritten Bohrung 12e ist ein Spiel von etwa 8 bis
10.10-6 m ausgebildet. Durch das geringe Spiel zwischen
dem ersten Führungselement 14 und der ersten Bohrung 12c
und dem größeren Spiel zwischen dem zweiten Führungselement
15 und der dritten Bohrung 12e kann ein Versatz des
Ventilkörpers 11 in dem Gehäuse 12 möglichst gering
gehalten werden.
Der Ventilkörper 11 wird durch ein als Druckfeder
ausgebildetes Federelement 16, das zwischen Gehäuse 12 und
Ventilkörper 11 angeordnet ist bei inaktivem
Ventilbetätigungselement 6 in einer Durchlassstellung von
dem Ventilsitz 13 in Strömungsrichtung nach innen
weggedrückt. Durch Aktivieren des Ventilbetätigungselements
6 wird der Ventilkörper 11 in einer Schließstellung gegen
den Ventilsitz 13 gedrückt.
Claims (13)
1. Steuereinheit (4) zur Steuerung des Druckaufbaus in
einer Pumpeneinheit (2) mit einem Steuerventil (5) und
einer mit diesem verbundenen Ventilbetätigungseinheit (6),
wobei das Steuerventil (5) als ein in Strömungsrichtung
nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet ist, das einen in
einem Gehäuse (12) der Steuereinheit (4) axial verschiebbar
gelagerten Ventilkörper (11) aufweist, der bei
geschlossenem Steuerventil (5) von innen auf einem
Ventilsitz (13) des Steuerventils (5) sitzt, gekennzeichnet
durch eine derart ausgebildete axial wirksame Oberfläche
des Ventilkörpers (11), daß die Kräfte, die bei
geschlossenem Steuerventil (5) durch den anliegenden Druck
der Pumpeneinheit (2) auf den Ventilkörper (11) wirken,
sich gegenseitig ausgleichen.
2. Steuereinheit (4) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (11) einen
kreisförmigen Querschnitt aufweist und mittels eines in
Strömungsrichtung innen liegenden ersten Führungselements
(14) in dem Gehäuse (12) axial verschiebbar gelagert ist,
daß der Ventilsitz (13) einen kreisringförmigen Verlauf
aufweist und daß der Außendurchmesser des ersten
Führungselements (14) gleich dem Außendurchmesser des
Ventilsitzes (13) ist.
3. Steuereinheit (4) nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (11) mittels eines in
Strömungsrichtung außen liegenden zweiten Führungselements
(15) in dem Gehäuse (12) axial verschiebbar gelagert ist.
4. Steuereinheit (4) nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Führungselement (15) eine
derart ausgebildete axial wirksame Oberfläche aufweist, daß
die Kräfte, die bei geöffnetem Steuerventil (5) durch den
anliegenden Druck auf den Ventilkörper (11) wirken, sich
gegenseitig nahezu ausgleichen.
5. Steuereinheit (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnete daß die Ventilbetätigungseinheit
(6) als ein piezoelektrischer Aktor ausgebildet ist.
6. Steuereinheit (4) nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) zweiteilig
aufgebaut ist, daß das erste Gehäuseteil (12a) eine erste
axiale Bohrung (12c) zur Aufnahme des ersten
Führungselements (14) und eine koaxiale zweite Bohrung
(12d) mit einem größeren Durchmesser aufweist, in die der
Zulauf von der Pumpeneinheit (2) mündet, und daß an der in
Strömungsrichtung innen liegenden Stirnseite des zweiten
Gehäuseteils (12b) der Ventilsitz (13) ausgebildet ist und
das zweite Gehäuseteil (12b) in einem Abstand von dem Boden
der zweiten Bohrung (12d) in dieser angeordnet ist.
7. Steuereinheit (4) nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Gehäuseteil (12b) in die
zweite Bohrung (12d) eingepresst oder geschrumpft ist.
8. Steuereinheit (4) nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gehäuseteil (12b)
als eine Buchse ausgebildet ist, die eine dritte Bohrung
(12e) zur Aufnahme des zweiten Führungselements (15)
aufweist.
9. Steuereinheit (4) nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Führungselement
(14) und der ersten Bohrung (12c) ein kleines Spiel und
zwischen dem zweiten Führungselement (15) und der dritten
Bohrung (12e) ein größeres Spiel ausgebildet ist.
10. Steuereinheit (4) nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Führungselement
(14) und der ersten Bohrung (12c) ein Spiel von etwa 2 bis
4.10-6 m ausgebildet ist und/oder zwischen dem zweiten
Führungselement (15) und der dritten Bohrung (12e) ein
Spiel von etwa 8 bis 10.10-6 m ausgebildet ist.
11. Einspritzsystem (1) zur Kraftstoffzufuhr in einen
Verbrennungsraum von direkteinspritzenden
Verbrennungskraftmaschinen mit einer Pumpeneinheit (2) zum
Aufbau eines Einspritzdrucks und dann zum Einspritzen des
Kraftstoffs über eine Einspritzdüse (3) in den
Verbrennungsraum, dadurch gekennzeichnet, daß das
Einspritzsystem (1) eine Steuereinheit (4) nach einem der
Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
12. Verfahren zur Herstellung einer Steuereinheit (4) nach
einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
- - ein Ventilkörper (11) mit einem in Strömungsrichtung innen liegenden ersten Führungselement (14) und einem außen liegenden zweiten Führungselement (15) ausgebildet wird,
- - in ein erstes Gehäuseteil (12a) eine erste Bohrung (12c) zur Aufnahme des ersten Führungselements (14) und eine koaxiale zweite Bohrung (12d) mit einem größeren Durchmesser eingebracht werden,
- - in ein zweites Gehäuseteil (12b) eine dritte Bohrung (12e) zur Aufnahme des zweiten Führungselements (15) eingebracht wird,
- - an einer in Strömungsrichtung nach innen gerichteten Stirnseite des zweiten Gehäuseteils (12b) ein Ventilsitz (13) ausgebildet wird,
- - der Ventilkörper (11) mit dem ersten Führungselement (14) in die erste Bohrung (12c) eingepasst wird und
- - das zweite Gehäuseteil (12b) derart in die zweite Bohrung (12d) eingepasst und darin befestigt wird, dass das zweite Führungselement (15) in die dritte Bohrung (12e) eingepasst wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem eisten Führungselement (14) und der
ersten Bohrung (12c) ein Spiel von etwa 2 bis 4.10-6 m
vorgesehen wird und/oder zwischen dem zweiten
Führungselement (15) und der dritten Bohrung (12e) ein
Spiel von etwa 8 bis 10.10-6 m vorgesehen wird.
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