DE102011003172A1

DE102011003172A1 - Kraftstoffzumesseinheit für eine Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE102011003172A1
Application number: DE201110003172
Authority: DE
Inventors: Sascha Ambrock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2012-07-26

Abstract

Kraftstoffzumesseinheit für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe, deren Hochdruckpumpenarbeitsraum über die Kraftstoffzumesseinheit mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung verschaltet ist, wobei die Zumesseinheit ein von einem Elektromagneten 10 betätigtes Regelventil 11 aufweist und das Regelventil 11 einen gegen die Kraft einer Druckfeder 27 von einem Ankerbolzen 14 des Elektromagneten 10 verstellbaren 32 aufweist. Erfindungsgemäß wird eine Zumesseinheit bereitgestellt, die eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Medienbeständigkeit aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Ventilkolben 25 aus einem Nichtstahlwerkstoff gefertigt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzumesseinheit für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe, deren Hochdruckpumpenarbeitsraum über die Kraftstoffzumesseinheit mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung verschaltet ist, wobei die Zumesseinheit ein von einem Elektromagneten betätigtes Regelventil aufweist und das Regelventil einen gegen die Kraft einer Druckfeder von einem Ankerbolzen des Elektromagneten verstellbaren Ventilkolben zur Steuerung einer Steueröffnung aufweist.
Eine derartige Kraftstoffzumesseinheit ist aus der DE 10 242 219 A1 bekannt. Bei dieser Kraftstoffzumesseinheit ist das Regelverhalten im Leerlauf und unteren Teillastbetrieb soweit verbessert, dass auf ein gesondertes Druckregelventil im Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage verzichtet werden kann. Ansonsten ist diese Kraftstoffzumesseinheit konventionell aufgebaut und weist ein Regelventil auf, das einen aus Stahl gefertigten Ventilkolben aufweist, der gegen die Kraft einer Druckfeder von einem Ankerbolzen eines Elektromagneten verstellbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zumesseinheit bereitzustellen, die eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Medienbeständigkeit aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Ventilkolben aus einem Nichtstahlwerkstoff gefertigt ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Kolben aus einem speziellen medienbeständigen Material gefertigt werden kann. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass entsprechende Kraftstoffeinspritzanlagen einer Brennkraftmaschine zunehmend in Gebieten eingesetzt werden, in denen kein den üblichen Normen und Qualitätsansprüchen genügender Kraftstoff zur Verfügung steht. Solche Schlechtkraftstoffe weisen beispielsweise einen hohen Wasseranteil auf, der Korrosionserscheinungen an herkömmlich aus Stahl gefertigten Ventilkolben bewirkt. Entsprechend den jeweiligen Einsatzbedingungen kann der Ventilkolben beispielsweise aus Aluminiumwerkstoff, Kupferwerkstoff oder anderen metallischen Werkstoffen oder Legierungen oder Kombinationen von metallischen Werkstoffen gefertigt sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Ventilkolben aus Kunststoff gefertigt. Dies stellt die bevorzugte Ausführungsform dar, da Kunststoffwerkstoffe allgemein eine gute Beständigkeit gegen verschiedene gegenüber stahlaggressive Medien, wie Säuren, Laugen oder Wasser haben. Ein geeigneter Kunststoffwerkstoff ist beispielsweise ein Duroplast.
Im Rahmen der Erfindung ist auch vorgesehen, den Kolben aus einem keramischen Werkstoff herzustellen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in die Zylinderfläche des Ventilkolbens zumindest ein Verschleißring eingelassen. Dabei kann der Verschleißring nach Art eines Kolbenrings in eine in den dann vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Ventilkolben eingesetzt werden oder aber der Verschleißring wird bei dem Herstellungsvorgang des Ventilkolbens in diesen eingegossen. Bevorzugt sind in beiden axialen Endbereichen des Ventilkolbens entsprechende Verschleißringe angeordnet. Ein solcher Verschleißring kann aus einem hochwertigen und insbesondere medienbeständigen Material gefertigt sein, wobei aufgrund der geringen Abmessungen und der einfachen geometrischen Form ein solcher Verschleißring preiswert herstellbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventilkolbens wird insgesamt auch eine deutliche Gewichtsreduzierung erreicht, so dass die bewegten Massen reduziert werden können. Dadurch kann auch die Druckfeder und entsprechende Anschläge oder Halteteile für den Ventilkolben und die Druckfeder aufwandsreduziert und kostengünstiger hergestellt werden. Auch bei Einsatz von einem oder mehreren Verschleißringen kann das entsprechende Regelventil kostengünstiger als beim Stand der Technik hergestellt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Ausführungsform einer Kraftstoffzumesseinheit im vertikalen Längsschnitt und
2 eine Seitenansicht eines Ventilkolbens und eines Verschleißrings.
Ausführungsform der Erfindung
Die Kraftstoffzumesseinheit gemäß 1 basiert auf einem Elektromagneten 10 mit integriertem Regelventil 11. Im Einzelnen besteht der Elektromagnet 10 im Wesentlichen aus einer Magnetspule 12, einem Anker 13 mit Ankerbolzen 14 und einem Magnettopf 15, der die Magnetspule 12 und den Anker 13 teilweise umschließt.
Die gesamte Baueinheit Elektromagnet 10 mit integriertem Regelventil 11 ist in einer (nicht dargestellten) Kraftstoff-Hochdruckpumpe angeordnet. Diese Kraftstoff-Hochdruckpumpe fördert von einer Kraftstoffzuführeinrichtung zugeführten Kraftstoff unter einem Druck von bis zu 3000 bar in einen Hochdruckspeicher, dem der Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in entsprechende Brennräume der Brennkraftmaschine entnommen wird. Der Magnettopf 15 dient hierbei gleichzeitig als Abdichtelement, als magnetischer Rückschluss und als Befestigungselement 16 des Elektromagneten 10 in der Hochdruckpumpe.
Die Magnetspule 12 wird, nachdem sie in den Magnettopf 15 eingesetzt ist, vollständig umspritzt. Durch die mit 17 bezeichnete Umspritzung ist ein optimaler Wärmeübergang von der Spule 12 an den Magnettopf 15 gewährleistet. Einer Überhitzung in kritischen Betriebszuständen kann hierdurch entgegengewirkt werden. Weiterhin führt die Umspritzung 17 zu einer guten Schwing- und Schüttelfestigkeit, wodurch eine Befestigung der Kraftstoffzumesseinheit an hochbelasteten Stellen, zum Beispiel der Kraftstoff-Hochdruckpumpe, in Bezug auf Schwingungen, Temperatur- und Umweltbelastungen ermöglicht wird.
Des Weiteren wird durch die Umspritzung 17 der Magnetspule 12 im Zusammenwirken mit zwei Abdichtstellen 18, 19 gewährleistet, dass die Kontaktstellen der Spule 12 zu den Steckerfahnen „trocken” sind. Magnetspulenwicklung und Kontaktstellen sind somit vor Angriffen korrosiver Medien optimal geschützt.
Zur Kontrolle, dass die Umspritzung 17 die Magnetspule 12 vollständig umschließt, sind am Umfang des Magnettopfes 15 Überlaufbohrungen 20, 21 vorgesehen.
Das Regelventil 11 besitzt ein Ventilgehäuse 22, welches in eine flanschartige Verbreiterung 23 übergeht, die zugleich den stirnseitigen Abschluss des Magnettopfes 15 bildet. In dem Ventilgehäuse 22 ist eine Axialbohrung 24 ausgebildet, die koaxial zu einem Ankerbolzen 14 des Elektromagneten 10 angeordnet ist. Die Axialbohrung 24 nimmt einen verschiebbaren linsenförmigen Ventilkolben 25 auf, in dessen Innenraum 26 eine Druckfeder 27 angeordnet ist. Der Ventilkolben 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel vollständig aus einem Kunststoffwerkstoff hergestellt. Die Druckfeder 27 stützt sich vorderseitig an einem Boden 28 des Ventilkolbens 25 und rückseitig an einem in der Axialbohrung 24 des Ventilgehäuses 22 befindlichen Federteller 29 ab. Ein Absatz 30 an der Innenwandung des Ventilkolbens 25 sorgt dafür, dass die Druckfeder 27 weitgehend berührungsfrei von der Innenwandung in dem Ventilkolben 25 liegt. Außen steht der Ventilkolbenboden 28 und damit der Ventilkolben 25 mit dem vorderen Ende des Ankerbolzens 14 in Anlage.
Eine Öffnung 31 verbindet den Innenraum 26 des Ventilkolbens 25 mit einer nicht dargestellten Kraftstoffzuführeinrichtung des Kraftstoffeinspritzsystems. In dem Ventilgehäuse 22 sind des Weiteren mehrere radial gerichtete Steueröffnungen 32 angeordnet, von denen eine in 1 ersichtlich ist. Die Steueröffnungen 32 stehen mit dem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe in hydraulischer Wirkverbindung.
Das Durchströmprinzip kann auch umgekehrt werden. Hierbei wäre dann die Öffnung 31 mit dem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden, während die Steueröffnung 32 mit der Druckseite der Kraftstoffzuführeinrichtung verbunden wäre und somit den Zulauf in die Zumesseinheit bilden würde.
Die obere Hälfte der 1 zeigt oberhalb der gemeinsamen Mittelachse 33 von Ventilbohrung 24, Ventilkolben 25 und Ankerbolzen 14 das Regelventil 11 in Öffnungsstellung, in der die Steueröffnung 32 durch den Ventilkolben 25 vollständig freigegeben ist.
In der unteren Hälfte der 1 ist dagegen das Regelventil 11 in vollständiger Schließstellung dargestellt. Hierbei wirkt die Magnetkraft des bestromten Elektromagneten 10 über den Ankerbolzen 14 auf den Ventilkolben 25 und bewegt diesen entgegen dem Widerstand der Druckfeder 27 in die besagte Schließstellung des Regelventils 11. Umgekehrt vermag die Druckfeder 27 den Ventilkolben 25 in Öffnungsstellung zu verschieben, wenn die Bestromung des Elektromagneten 10 und damit dessen auf den Anker 13 und den Ankerbolzen 14 wirkende Magnetkraft entsprechend verringert wird. In Öffnungsstellung des Regelventils 10 strömt der dem Regelventil 11 bei 31 zugeführte Kraftstoff durch die Steueröffnung 32 in Richtung der Elemente der Hochdruckpumpe.
2 zeigt eine Seitenansicht eines derartigen Ventilkolbens 25 mit einem in Dreiecksform ausgebildeten Steuerschlitz 35. Im Unterschied zu der Ausführung gemäß 1 wirkt hier der Steuerschlitz 35 mit der Steueröffnung zusammen und durch das Zusammenwirken von dem Steuerschlitz 35 mit der Steueröffnung 32 wird das Steuerverhalten bestimmt. Es können auch mehrere Steuerschlitze 35 mit einer entsprechenden Anzahl von Steueröffnungen 32 zusammenwirken. Die Dreiecksform des Steuerschlitzes 35 ermöglicht die Realisierung eines speziell vorgegebenen Steuerverhaltens.
Der Ventilkolben 25 weist weiterhin zwei endseitig angeordnete Ringnuten 33 auf. In diese Ringnuten 33 des beispielsweise aus einem Kunststoffwerkstoff hergestellten Ventilkolbens 25 werden jeweils ein Verschleißring 34 eingesetzt. Ein solcher Verschleißring 34 ist neben dem Ventilkolben 25 in einer Draufsicht und in einer Schnittdarstellung dargestellt. Wird der Verschleißring 34 beim Herstellungsvorgang des Ventilkolbens 25 in diesen eingespritzt, ist der Verschleißring als geschlossener Ring ausgeführt, während er bei einem nachträglichen Einsetzen in die Ringnut 33 einen durchgehenden Trennschlitz aufweist, um eine für den berstreifvorgang notwendige Aufweitung des Verschleißrings zu ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10242219 A1 [0002]

Claims

Kraftstoffzumesseinheit für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe, deren Hochdruckpumpenarbeitsraum über die Kraftstoffzumesseinheit mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung verschaltet ist, wobei die Zumesseinheit ein von einem Elektromagneten (10) betätigtes Regelventil (11) aufweist und das Regelventil (11) einen gegen die Kraft einer Druckfeder (27) von einem Ankerbolzen (14) des Elektromagneten (10) verstellbaren Ventilkolben (25) zur Steuerung einer Steueröffnung (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (25) aus einem Nichtstahlwerkstoff gefertigt ist.
Kraftstoffzumesseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (25) aus Kunststoff gefertigt ist.
Kraftstoffzumesseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (25) aus Keramik gefertigt ist.
Kraftstoffzumesseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zylinderfläche des Ventilkolbens (25) zumindest ein Verschleißring (34) eingelassen ist.