DE102004057011A1

DE102004057011A1 - Kraftfahrzeug-Kraftstoffeinspritzsystem mit Steuerventil für hohen Durchsatz

Info

Publication number: DE102004057011A1
Application number: DE102004057011A
Authority: DE
Inventors: Curtis L. van Sussex Weelden; Michael Waterford Layne; Kathryn I. Waukesha Bacon
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco Automotive Holdings LLC
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: US6807943B2; JP2005155630A; DE102004057011B4; US20040103885A1

Abstract

Ein Bezindirekteinspritzsystem für einen Motor weist eine Hochdruckpumpe mit einem Auslass auf, der mit einer Kraftstoffschiene verbunden ist, die mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen versorgt. Ein Steuerventil ist parallel zu der Pumpe in Verbindung gebracht, um den Kraftstoffschienendruck auf einem konsistenten Pegel zu halten, wenn die Kraftstoffeinspritzdüsen öffnen und schließen. Ein Ventilelement gelangt mit einem Sitz in und außer Eingriff, um den Durchsatz von Kraftstoff durch das Steuerventil zu steuern. Der hohe Druck von der Kraftstoffversorgungsschiene wirkt auf Flächen des Ventilelements, die so ausgelegt sind, dass sie ein Kraftungleichgewicht erzeugen, das dazu dient, das Steuerventil rasch zu öffnen. Ein elektromagnetisches Stellorgan, das das Steuerventil schließt, weist eine Wicklung niedriger Impedanz und Polstücke auf, die aus weichmagnetischem Verbundstoffmaterial hergestellt sind, um Wirbelströme zu minimieren, die das Ventilleistungsvermögen beeinträchtigen würden.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftstoffeinspritzsysteme für Verbrennungsmotoren, und insbesondere betrifft sie Ventile zum Steuern des Drucks von Kraftstoff, der zu Einspritzventilen in dem Motor gefördert wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Für einige Jahrzehnte ist für Benzinverbrennungsmotoren ein Vergaser zum Mischen von Kraftstoff mit zuströmender Luft eingesetzt worden. Das resultierende Luft/Kraftstoffgemisch wurde durch einen Ansaugkrümmer und mechanische Ansaugventile zu jedem der Motorzylinder verteilt. Mehrfachansaugschlitz-Kraftstoffeinspritzsysteme haben die Vergasungssysteme für die meisten Motoren ersetzt. Ein Mehrfachansaugschlitz-Kraftstoffeinspritzsystem weist ein getrenntes Kraftstoffeinspritzventil auf, das Benzin unter Druck in den Ansaugschlitz in jedem Zylinder einspritzt, in dem sich das Benzin mit Luft mischt, die in den Zylinder strömt. Selbst die Mehrfachansaugschlitz-Kraftstoffeinspritzung weist in Bezug auf die Kraftstoffversorgungsreaktion und die Verbrennungssteuerung, die erzielbar sind, Grenzen auf.

In jüngster Zeit ist ein dritter Ansatz zum Zuführen von Kraftstoff in die Motorzylinder vorgeschlagen worden. Als "Benzindirekteinspritzung" oder "GDI" bekannt, spritzt diese Technik den Kraftstoff direkt in den Verbrennungszylinder durch einen Schlitz ein, der von dem Lufteinlassdurchlass getrennt ist. Dieser Kraftstoff erfährt keine Vormischung mit der zuströmenden Luft, wodurch die Kraftstoffmenge, die dem Zylinder zugeführt wird, und der Punkt während des Kolbenhubs, zu welchem der Kraftstoff eingespritzt wird, präziser steuerbar sind. Wenn der Motor mit höheren Drehzahlen oder unter höheren Lasten arbeitet, findet Kraftstoffeinspritzung während des Ansaughubs statt, wodurch die Verbrennung unter diesen Bedingungen optimiert wird. Während normaler Fahrbedingungen tritt die Kraftstoffeinspritzung in einer späteren Stufe des Kraftstoffhubs auf und stellt ein ultramageres Luft/Kraftstoffgemisch zu Gunsten eines relativ niedrigen Kraftstoffverbrauchs bereit. Da der Kraftstoff eingespritzt werden kann, während in dem Zylinder ein hoher Kompressionsdruck herrscht, erfordert die Kraftstoffdirekteinspritzung, dass der Kraftstoff dem Einspritzventil mit relativ hohem Druck zugeführt wird, der beispielsweise 100 Mal so hoch ist wie derjenige, der in Mehrfachansaugschlitz-Einspritzsystemen verwendet wird.

Es existieren Zeiträume, in denen sämtliche Einspritzventile geschlossen sind, so dass das Benzin in der Leitung, die als Kraftstoffversorgungsschiene bezeichnet wird, zwischen dem Auslassdurchlass der Kraftstoffpumpe und den Zylindern keinen Raum hat, hindurch zu treten. Dies hat bei bisherigen Kraftstoffsystemen kein signifikantes Problem dargestellt, die bei niedrigerem Druck arbeiten. Bei dem signifikant höherem Druck des Benzindirekteinspritzsystems müssen hingegen Kraftstoffsystemkomponenten stromabwärts von der Kraftstoffpumpe diesem Druck widerstehen können. Außerdem tritt eine sehr hohe Gegendrucklast in der Pumpe zu diesen Zeitpunkten auf.

Es besteht deshalb ein Bedarf an einem Mechanismus zum Aufrechterhalten eines konsistenten Druckpegels in demjenigen Abschnitt des Kraftstoffsystems, der stromabwärts von dem Kraftstoffpumpenauslassdurchlass vorliegt, und zwar selbst dann, wenn die Einspritzventile öffnen und schließen.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Direkteinspritzkraftstofffördersystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Pumpe mit einem Einlass, der mit einer Kraftstoffversorgung verbunden ist, und einem Auslass, der den flüssigen Kraftstoff unter hohem Druck zuführt. Eine gemeinsame Kraftstoffschiene ist mit dem Auslass der Pumpe verbunden und zumindest eine Kraftstoffeinspritzdüse ist mit der gemeinsamen Kraftstoffschiene verbunden. Ein Durchsatzsteuerventil ist zwischen dem Einlass und dem Auslass der Pumpe mit diesen in Verbindung angeordnet, um selektiv einen Fluidpfad zwischen ihnen bereitzustellen.

Das Durchsatzsteuerventil umfasst einen Ventilstößel, ein Ventilelement und ein Solenoidstellorgan. Der Ventilstößel weist eine Bohrung mit einem Ventilsitz an einem Ende auf und eine Einlassöffnung, die in die Bohrung mündet. Der Einlass der Pumpe steht mit dem einen Ende der Bohrung in Verbindung und der Auslass der Pumpe steht mit der Einlassöffnung in Verbindung. Das Ventilelement ist in der Bohrung aufgenommen und gelangt mit dem Ventilsitz selektiv in Eingriff, um den Fluiddurchsatz zwischen dem Einlass und dem Auslass der Pumpe zu steuern. Das Ventilelement weist eine äußere Nut in Verbindung mit der Einlassöffnung auf. Die äußere Nut weist eine erste Oberfläche neben dem Ventilsitz und eine zweite Oberfläche fern von dem Ventilsitz auf. Die erste Oberfläche ist größer als die zweite Oberfläche, so dass der Druck in der äußeren Nut dazu neigt, das Ventilelement weg von dem Ventilsitz zu bewegen. Das Solenoidstellorgan ist mit dem Ventilelement betriebsmäßig derart verbunden, dass eine Aktivierung des Solenoidstellorgans das Ventilelement in Richtung auf den Ventilsitz bewegt.

Um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Durchsatzsteuerventils zu gewährleisten, sind Bestandteile des Solenoidstellorgans bevorzugt aus einem weichmagnetischen Verbundstoffmaterial hergestellt. Dieses Material stellt einen nicht elektrisch leitfähigen Pfad für den Magnetfluss bereit, wodurch die Wirbelströme verringert werden, die den Aufbau des Magnetflusses und damit die Geschwindigkeit des Stellorgans verzögern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Direktbenzineinspritzkraftstoffsystems für ein Kraftfahrzeug;
2 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Solenoidventils in dem Kraftstoffsystem;
3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 in 2;
4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 in 2;
5 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Ventilbereichs in 3;
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines Solenoidventils für das Kraftstoffsystem.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wie 1 gezeigt, weist ein Direktbenzineinspritz(GDI)kraftstoffsystem 100 für einen Motor eines Kraftfahrzeugs eine elektrische Förderpumpe 112 auf, die in dem oder benachbart zu dem Kraftstofftank 114 angeordnet ist. Die Förderpumpe 112 leitet Benzin zwangsweise durch eine Kraftstoffleitung 116 unter relativ niedrigem Druck (z. B. 2–5 Bar) zu einem herkömmlichen Kraftstofffilter 118 und daraufhin durch eine Einlassleitung 119 zu einer Versorgungspumpe 120, die in der Nähe des Motors angeordnet ist. Diese zuletzt genannte Versorgungspumpe 120 fördert das Benzin unter relativ hohem Druck (z. B. 200–250 Bar) durch eine Pumpenauslassleitung 125 und ein Rückschlagventil 126 zu der gemeinsamen Kraftstoffschiene 128, die mehrere einzelne Kraftstoffeinspritzdüsen 131, 132, 133 und 134 für die Motorzylinder versorgt. Ein übliches mechanisches Druckentlastungsventil 126 ist parallel zu der Versorgungspumpe 120 vorgesehen, um zu verhindern, dass sich ein gefährlich hoher Druck in der Pumpenauslassleitung 125 aufbaut.
Ein Steuerventil 130 steuert den momentanen Auslassdruck der Versorgungspumpe 120 durch Unterteilen und Modulieren des Drucks des ausgetragenen Benzinstroms in der Pumpenauslassleitung 125. Insbesondere entlastet das Steuerventil 130 den hohen Druck am Pumpenauslass durch Rückführen des Benzins zu der Niederdruck-Einlassleitung 119 für die Pumpe. Das Steuerventil 130 öffnet und schließt in normaler Weise, wenn ein Solenoidstellorgan erregt wird. Der zeitliche Verlauf und die Dauer der Solenoidaktivierung wird vom Motorsteuersystem gesteuert, das eine elektronische Steuereinheit (ECU) 138 umfasst, die den Benzindurchsatz durch das Steuerventil 130 steuert. Die elektronische Steuereinheit 138 betätigt außerdem elektrisch die Kraftstoffeinspritzdüsen 131–134.
Während des vorstehend angesprochenen stationären Betriebs stellen die Leerlaufdrehzahl des Motors und die Kraftstoffeinspritzvorgänge in die Zylinder diskrete Ereignisse dar, beginnend mit regulären Zeitintervallen und mit identischer Dauer. Während des Einspritzereignisses wird das Steuerventil 130 geschlossen, so dass der Druck in der Pumpenauslassleitung 125 auf den gewünschten hohen Versorgungspegel (z. B. 200 Bar) ansteigt. Zwischen den Kraftstoffeinspritzereignissen wird das Steuerventil 130 derart geöffnet, dass der durch die Hochdruckversorgungspumpe 120 verdrängte Kraftstoff zu der Einlassleitung 119 recycelt bzw. zurück geleitet wird. Ohne diese Kraftstoffverdrängung würde der Druck in der gemeinsamen Kraftstoffschiene 128 über 200 Bar ansteigen. Ein Öffnen des Steuerventils 130 hält den Druck in der gemeinsamen Kraftstoffschiene 128 ungefähr auf einem Pegel von 200 Bar aufrecht, wenn sämtliche Kraftstoffeinspritzdüsen ge schlossen sind. Jede Aktivierung des Steuerventils 130 und dadurch jedes Auftreten von hohem Druck in der Pumpenauslassleitung 125 weist eine längere Dauer auf als das zugeordnete Einspritzereignis. Das Einspritzereignis, die Steuerventilaktivierung und der hohe Pumpenauslassleitungsdruck enden sämtliche im Wesentlichen gleichzeitig. Der Betrieb dieser Art eines Benzindirekteinspritzsystems ist im Einzelnen im US-Patent Nr. 6494182 erläutert.
Unter Bezug auf 2 und 3 ist ein elektrohydraulisches Durchsatzsteuerventil 10 in einem Durchbruch 11 im Körper 12 der Versorgungspumpe 120 angebracht. Die Pumpenauslassleitung 125 mündet in den Durchbruch 11 durch eine Seitenwand und der Boden bzw. die Unterseite des Durchbruchs 11 steht mit der Einlassleitung 119 in Verbindung. Das Durchsatzsteuerventil 10 weist einen rohrförmigen Stößel 18 auf, der sich in den Kraftstoffpumpendurchlass 11 erstreckt und sowohl mit der Einlassleitung 119 wie der Auslassleitung 125 eine Grenzfläche bildet, um den Fluiddurchsatz dazwischen zu steuern. Der Ventilsstößel 18 weist insbesondere eine Längsbohrung 15 auf, die sich durch den Stößel hindurch erstreckt, wobei eine quer verlaufende Einlassöffnung 19 die Auslassleitung 125 mit dem Durchbruch verbindet. Ein Ventilsitz 20 ist an einer Endöffnung der Bohrung 15 gebildet, die mit der Einlassleitung 119 in Verbindung steht. Ein Ventilelement 22 ist in der Bohrung 15 des Ventilstößels 18 gleitbeweglich aufgenommen und weist ein inneres Ende mit verjüngtem Querschnitt auf, das am Ventilsitz 20 in geschlossenem Zustand des Durchsatzsteuerventils anliegt.
Das andere Ende des Ventilelements 22 ist mechanisch, etwa durch Löten oder Schweißen beispielsweise, in einen zentralen Durchbruch in einer Ankerplatte bzw. -scheibe 24 in Verbin dung gebracht. Auf der gegenüberliegenden Seite der Ankerscheibe bzw. -platte 24 befindet sich ein Solenoidstellorgan 28, das ein Kunststoffaußengehäuse 29 aufweist, das ein magnetisch leitfähiges Polstück 30 mit einer zentralen Öffnung 32 und einer Ringnut 34 einschließt, die sich um den zentralen Durchbruch erstreckt (siehe 4). Eine elektromagnetische Wicklung bzw. Spule 36 ist in die Ringnut 34 gewickelt und weist Leitungen auf, die sich zu einem Verbindungselement 38 zur Verbindung mit der Steuereinheit erstrecken, die den Motorbetrieb steuert. Die elektromagnetische Wicklung 36 weist eine Induktanz kleiner als 3,0 mH auf und einen Widerstand kleiner als 1,0 Ohm. Bevorzugt beträgt die Induktanz der elektromagnetischen Wicklung 36 2,5 mH und der Widerstand beträgt 0,2 Ohm. Eine Feder 40 in dem zentralen Durchbruch 32 des Polstücks spannt die Ankerplatte 24 derart vor, dass das Ventilelement 22 von dem Ventilsitz 20 weg geschoben wird, um das Ventil zu öffnen.
Eine Erregung der elektromagnetischen Wicklung 36 erzeugt ein Magnetfeld, das durch Flusslinien 42 dargestellt ist, die die Ankerplatte 24 in Richtung auf das Polstück 30 anziehen, um das Ventilelement 22 gegen den Ventilsitz 20 unter Schließen des Ventils zu ziehen, wie in 3 gezeigt. Der Magnetfluss fließt durch die Ankerplatte 24 und das Polstück 30. Die Größe der elektromagnetischen Wicklung, die erforderlich ist, um die erforderliche Kraft zu erzeugen, ist reduziert durch Vorsehen großer Querschnittsbereiche und sehr kleiner Luftspalte, durch die der Fluss 42 fließt.
Das Polstück 30 ist aus "weichmagnetischem Verbundstoffmaterial" hergestellt, bei dem es sich um ein Pulver handelt, das mehrere ferromagnetische Partikel mit elektrisch isolierender Beschichtung umfasst. Die Beschichtung sorgt für eine elekt rische Isolierung benachbart zu den ferromagnetischen Partikeln von zumindest einem Milliohm-Zentimeter. Die Ventilkomponente 30 wird durch Verdichten des ferromagnetischen Pulvers hergestellt. Weichmagnetische Verbundstoffmaterialien und Verfahren zur Herstellung elektromagnetsicher Kerne aus ihnen sind im US-Patent Nr. 6251514 erläutert. Da die einzelnen ferromagnetischen Pulverpartikel elektrisch voneinander isoliert sind, stellt das Polstück 30 einen elektrisch nicht leitenden Pfad für den Magnetfluss bereit, wodurch die Wirbelströme reduziert werden, die anderweitig die Umkehr des Flusses verzögern würden. Die Reduzierung der Wirbelströme erlaubt es, dass das elektromagnetische Stellorgan des Ventils eine schnelle Reaktionszeit im Vergleich zu Stellorganen mit herkömmlichen elektromagnetischen Polstücken aufweist.
Ein entscheidender Faktor beim Ventilbetrieb ist, dass die Ankerplatte 24 nicht in Kontakt mit dem flüssigen Kraftstoff gelangt, der durch das Durchsatzsteuerventil 10 strömt. Eine Dichtung 44 verhindert, dass sich der Kraftstoff zwischen dem Ventilelement 22 und dem Außenabschnitt 46 des Ventilstößels 18 bewegt bzw. ausbreitet und dadurch die Ankerplatte 24 erreicht. Die Isolierung der Ankerplatte 24 von dem Fluid, das gesteuert wird, stellt ein wesentliches Merkmal dieses Durchsatzsteuerventils 10 dar.
Unter Bezug auf 3 bis 5 sind die Kräfte auf Grund der Fluiddrücke, die auf das Ventilelement 22 einwirken, im Wesentlichen unausgeglichen, um eine schnelle Öffnungszeit zu gewährleisten. Insbesondere weist das Ventilelement eine Außenumfangsnut 50 mit einer ersten Stirn- bzw. Endfläche 52 neben dem Ventilsitz 20 und einer zweiten Stirn- bzw. Endfläche 54 entfernt von dem Ventilsitz auf, wobei beide Endflächen dem Hochdruckfluid in der Auslassleitung 125 von der Kraftstoffversorgungsschiene ausgesetzt sind. Der Durchmesser der Ventilstößelbohrung 15 im Bereich der Umfangsnut 50 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Bohrung, die näher am Anker 24 zu liegen kommt, wodurch eine Lippe 55 benachbart zu der zweiten Endfläche 54 erzeugt ist (5). Die Oberfläche der zweiten Endfläche 54 ist deshalb deutlich kleiner als die Oberfläche der ersten Endfläche 52, die dem Hochdruckfluid ausgesetzt ist, wenn das Ventil geschlossen ist.
Auf Grund dieser Oberflächendifferenz ist die durch das Hochdruckfluid erzeugte Kraft, das auf diese Endflächen 52 und 54 einwirkt, größer in einer Richtung, die dazu neigt, das Ventilelement 22 von dem Ventilsitz 20 weg zu bewegen, d. h., das Ventil zu öffnen. Hierdurch ist eine relativ kleine von der Feder 40 bereit gestellte Kraft geeignet, die Kraft zu überwinden, die auf die Nase 56 des Ventilelements 22 ausgeübt wird durch den relativ niedrigen Druck in der Einlassleitung 119 und dadurch das Durchsatzsteuerventil 10 öffnet. Die Magnetkraft von der elektromagnetischen Wicklung 36, die erforderlich ist, das Durchsatzsteuerventil 10 zu schließen, muss jedoch ausreichend groß sein, damit der Einlassdurchlassdruck und die Federkraft überwunden werden.
Dieses Ventil 10 dient insbesondere zum Regulieren des Drucks in der Kraftstoffschiene 120 des Kraftstoffeinspritzsystems 100 für einen Verbrennungsmotor. In dieser Anwendung wird das Ventil während jedes Zyklus des Motors sehr rasch mehrmals geöffnet und geschlossen, um den Druck am Kraftstoffpumpenauslass zu entspannen bzw. herabzusetzen. Das Durchsatzsteuerventil 10 weist mehrere Merkmale auf, die zu der Fähigkeit beitragen, dass es mit derart hohen Geschwindigkeiten arbeiten kann. Die Größendifferenz an den Endflächen der Nut 50 in dem Ventilelement und die relativ niedrige Induktanz und der niedrige Widerstandswert des Solenoidstellorgans bilden zwei dieser Merkmale. Weitere Merkmale umfassen die Verwendung von weichmagnetischem Verbundstoffmaterial für das Polstück des Solenoids, wodurch Wirbelströme reduziert werden. Ein weiterer Faktor zum Verbessern der Leistungsfähigkeit des Durchsatzsteuerventils 10 besteht darin, dass der Anker 24 des Solenoidstellorgans 28 nicht in Kontakt mit dem Kraftstoff gelangt, der durch das Ventil fließt, wodurch die Ankerbewegung auf einen geringen Luftfluidwiderstand im Vergleich zum flüssigen Kraftstoff stößt.
Es ist jedoch absolut wichtig, dass Kraftstoff daran gehindert wird, mit dem Anker 24 in Kontakt zu gelangen. Diesbezüglich zeigt 6 eine zweite Ausführungsform eines Steuerventils 60, die dasselbe äußere Aussehen hat wie die Ausführungsform in 2. Dieselben Bestandteile wie im ersten Steuerventil 10 in 3 sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Der Anker 24 weist einen zentralen Durchbruch mit einem rohrförmigen Verbinderstift 66 auf, der darin angeschweißt ist. Der Verbinderstift 66 ist außerdem in das Ventilelement 22 presseingepasst und erstreckt sich vollständig durch das Ventilelement 70, das mit Ausnahme der Durchgangsbohrung denselben Aufbau aufweist wie das Ventilelement 22 im ersten Ventil 10. Kraftstoff in der Pumpeneinlassleitung 119 vermag dadurch durch das Ventilelement 22 und den Verbinderstift 66 in den zentralen Durchbruch 64 und die Nut 34 für die elektromagnetische Wicklung 36 in dem Solenoidstellorgan 28 zu fließen bzw. zu strömen.
Um zu verhindern, dass dieser Kraftstoff aus dem Steuerventil 60 ausleckt, erstreckt sich eine Metallkappe 68 über dem Solenoidstellorgan 28. Eine kreisförmige Lippe 72 der Metallkappe 68 ist an die Grundplatte 74 des Steuerventils ge schweißt, wodurch eine Fluidabdichtung bereitgestellt wird, die in der Lage ist, dem hohen Druck in der Pumpenauslassleitung 125 zu widerstehen. Die Metallkappe 68 und die Grundplatte 74 schließen dadurch das Solenoidstellorgan 28 ein. Ein Kunststoffaußengehäuse 76 ist über die Metallkappe 68 geformt.
Das zweite Steuerventil unterscheidet sich von dem ersten Steuerventil dadurch, dass das Innere des Solenoidstellorgans 28 nicht abgedichtet ist gegenüber den Fluidleitungen 119 und 125, wodurch Kraftstoff in Kontakt mit den inneren Bestandteilen gelangt, wie etwa dem Anker 24 und der elektromagnetischen Wicklung 36.
Die vorstehende Beschreibung ist primär auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gerichtet. Obwohl verschiedene Alternativen im Umfang der Erfindung berücksichtigt sind, erschließen sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik weitere Alternativen, die sich aus der Offenbarung der Ausführungsform der Erfindung ergeben. Der Umfang der Erfindung ist durch die vorstehend angeführte Offenbarung nicht, sondern ausschließlich durch die nachfolgenden Ansprüche festgelegt.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung folgendes:
Ein Benzindirekteinspritzsystem für einen Motor weist eine Hochdruckpumpe mit einem Auslass auf, der mit einer Kraftstoffschiene verbunden ist, die mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen versorgt. Ein Steuerventil ist parallel zu der Pumpe in Verbindung gebracht, um den Kraftstoffschienendruck auf einem konsistenten Pegen zu halten, wenn die Kraftstoffeinspritzdüsen öffnen und schließen. Ein Ventilelement gelangt mit einem Sitz in und außer Eingriff, um den Durchsatz von Kraftstoff durch das Steuerventil zu steuern. Der hohe Druck von der Kraftstoffversorgungsschiene wirkt auf Flächen des Ventilelements, die so ausgelegt sind, dass sie ein Kraftungleichgewicht erzeugen, das dazu dient, das Steuerventil rasch zu öffnen. Ein elektromagnetisches Stellorgan, das das Steuerventil schließt, weist eine Wicklung niedriger Impedanz und Polstücke auf, die aus weichmagnetischem Verbundstoffmaterial hergestellt sind, um Wirbelströme zu minimieren, die das Ventilleistungsvermögen beeinträchtigen würden.

Claims

Direkteinspritzkraftstofffördersystem für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: Eine Pumpe mit einem Einlass, der mit einer Kraftstoffversorgung verbunden ist, und einem Auslass, an dem der flüssige Kraftstoff unter einem Druck von zumindest 50 Bar zugeführt wird; eine gemeinsame Kraftstoffschiene, die mit dem Auslass der Pumpe verbunden ist; zumindest eine Kraftstoffeinspritzdüse, die mit der gemeinsamen Kraftstoffschiene verbunden ist; und ein Durchsatzsteuerventil, das zwischen dem Einlass und dem Auslass der Pumpe in Verbindung gebracht ist, um selektiv einen Fluidpfad dazwischen bereitzustellen, wobei das Durchsatzsteuerventil aufweist: (a) Einen Ventilstößel, der eine Bohrung mit einem Ventilsitz an einem Ende und eine Einlassöffnung aufweist, die in die Bohrung mündet, wobei der Einlass der Pumpe mit dem einen Ende der Bohrung in Verbindung steht, während der Auslass der Pumpe mit der Einlassöffnung in Verbindung steht, (b) ein Ventilelement innerhalb der Bohrung, das selektiv mit dem Ventilsitz in Eingriff bringbar ist, um den Fluiddurchsatz zwischen dem Einlass und dem Auslass der Pumpe zu steuern, wobei das Ventilelement eine Außennut in Verbindung mit der Einlassöffnung aufweist, wobei die Außennut eine erste Fläche neben dem Ventilsitz und eine zweite Fläche entfernt von dem Ventilsitz aufweist, wobei die erste Fläche größer als die zweite Fläche ist, so dass der Druck in den Nuten dazu neigt, das Ventilelement weg von dem Ventilsitz zu bewegen, und (c) ein Solenoidstellorgan, das mit dem Ventilelement betriebsmäßig derart verbunden ist, dass eine Aktivierung des Solenoidstellorgans das Ventilelement in Richtung auf den Ventilsitz bewegt.
Steuerventil nach Anspruch 1, wobei das Solenoidstellorgan eine elektrische Wicklung und einen Anker umfasst, die betriebsmäßig verbunden sind, um das Ventilelement in Richtung auf den Ventilsitz in Reaktion auf ein elektromagnetisches Feld zu bewegen, das durch die elektromagnetische Wicklung erzeugt wird.
Steuerventil nach Anspruch 2, wobei die elektrische Wicklung eine Induktanz von weniger als 3,0 mH und einen Widerstand von weniger als 1,0 Ohm aufweist.
Steuerventil nach Anspruch 2, wobei das Solenoidstellorgan ein Polstück aufweist, das aus einem weichmagnetischen Verbundstoffmaterial hergestellt ist, und um das die elektromagnetische Wicklung gewickelt ist.
Steuerventil nach Anspruch 4, wobei das Solenoidstellorgan einen magnetisch leitenden, plattenförmigen Anker benachbart zu dem Polstück aufweist.
Steuerventil nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Dichtung zwischen dem Ventilstößel und dem Ventilelement, um zu verhindern, dass Kraftstoff in der Bohrung aus dem Solenoidstellorgan austritt bzw. herausfließt.
Steuerventil nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Feder, die das Ventilelement weg von dem Ventilsitz vorspannt.
Steuerventil nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Hülle mit einer Basis mit einem Durchbruch, durch den sich der Ventilstößel erstreckt, und einer Kappe, die sich um das Solenoidstellorgan erstreckt und gegenüber der Basis abgedichtet ist.
Direkteinspritzkraftstofffördersystem für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: Eine flüssigen Kraftstoff führende Versorgungsleitung; eine Pumpe, die einen Einlass, der mit der Versorgungsleitung verbunden ist, und einen Auslass aufweist; eine gemeinsame Kraftstoffschiene, die mit dem Auslass der Pumpe verbunden ist; mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen, die mit der gemeinsamen Kraftstoffschiene verbunden sind; und ein Durchsatzsteuerventil, das zwischen dem Einlass und dem Auslass der Pumpe in Verbindung gebracht ist, um selektiv einen Fluidpfad dazwischen bereitzustellen, wobei das Durchsatzsteuerventil aufweist: (a) einen Ventilstößel, der eine Bohrung aufweist mit einem Ventilsitz an einem Ende, und der eine Einlassöffnung aufweist, die in die Bohrung mündet, wobei der Einlass der Pumpe mit dem einen Ende der Bohrung in Verbindung steht, während der Auslass der Pumpe mit der Einlassöffnung in Verbindung steht, (b) ein Ventilelement in der Bohrung, das mit dem Ventilsitz selektiv in Eingriff bringbar ist, um den Fluiddurchsatz zwischen dem Einlass und dem Auslass der Pumpe zu steuern, wobei ein größerer Druck in der Bohrung als am Einlass der Pumpe dazu neigt, das Ventilelement von dem Ventilsitz weg zu bewegen, und (c) ein Solenoidstellorgan, das eine elektrische Wicklung und einen Anker in Plattenform aufweist, wobei der Anker betriebsmäßig angeschlossen ist, um das Ventilelement in Richtung auf den Ventilsitz in Reaktion auf ein elektromagnetisches Feld zu bewegen, das durch die elektromagnetische Wicklung erzeugt wird, wobei ein Solenoidstellorgan eine Feder enthält, die mit dem Anker im Eingriff steht, um das Ventilelement weg von dem Ventilsitz vorzuspannen.
Steuerventil nach Anspruch 9, wobei die elektrische Wicklung eine Induktanz kleiner als 3,0 mH und einen Widerstand kleiner als 1,0 Ohm aufweist.
Steuerventil nach Anspruch 9, wobei das Solenoidstellorgan ein Polstück umfasst, das aus einem weichmagnetischen Verbundstoffmaterial hergestellt ist und eine Ringnut aufweist, in die die elektromagnetische Wicklung gewickelt ist.
Steuerventil nach Anspruch 11, wobei das Solenoidstellorgan einen magnetisch leitenden, plattenförmigen Anker benachbart zu dem Polstück aufweist.
Steuerventil nach Anspruch 9, außerdem aufweisend eine Dichtung zwischen dem Ventilstößel und dem Ventilelement, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit in der Bohrung zu dem Solenoidstellorgan strömt.
Steuerventil nach Anspruch 9, außerdem aufweisend eine Hülle mit einer Basis mit einem Durchbruch, durch den sich der Ventilstößel erstreckt, und einer Kappe, die sich um das Solenoidstellorgan erstreckt und gegenüber der Basis abgedichtet ist.