DE102009028501A1

DE102009028501A1 - Kraftstoffzumesseinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE102009028501A1
Application number: DE200910028501
Authority: DE
Inventors: Tobias Landenberger; Tilman Miehle; Jochen Wessner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2011-02-17
Also published as: RU2561355C2; US20120152208A1; RU2012109100A; JP5474192B2; CN102725508B; JP2013501879A; WO2011018265A1; EP2464852A1; CN102725508A; IN2012DN00752A; ES2426477T3; EP2464852B1; US8925522B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffzumesseinrichtung (10) für eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (46), wobei die Kraftstoffzumesseinrichtung (10) ein von einer Betätigungseinrichtung (12) betätigtes Regelventil (14) mit einem Ventilkolben (42) aufweist. Das Gehäuse (46) besteht dabei aus Kunststoff.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzumesseinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Eine solche Kraftstoffzumesseinrichtung ist bspw. durch die DE 10 2005 025 872 A1 bekannt. Die Kraftstoffzumesseinrichtung dient zur saugseitigen Fördermengenregelung einer Kraftstoffpumpe, die Teil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine ist. Die bekannte Kraftstoffzumesseinrichtung weist ein von einem Elektromagneten betätigtes Regelventil mit einem Ventilkolben auf, durch das im Ansaugbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe unterschiedliche Durchflussquerschnitte eingestellt werden können. Dadurch wird die Fördermenge der Kraftstoffpumpe gesteuert. Der Elektromagnet weist einen Anker und einen beweglichen Ankerbolzen auf, der den Ventilkolben betätigt. Ankerbolzen und Regelventil sind koaxial hintereinander angeordnet; der Anker ist dabei an einem dem Regelventil entgegengesetzten Ende des Ankerbolzens angeordnet. Die Kraftstoffzumesseinrichtung umfasst üblicherweise einen mit Kunststoff umspritzten Magnetteil und einen vorzugsweise durch Stahlteile gebildeten hydraulischen Regelteil.
Offenbarung der Erfindung
Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesseinrichtung wird vorgeschlagen, das Gehäuse aus einer Umspritzung aus Kunststoff herzustellen. Damit wird das Gehäuse für den hydraulischen Regelkreis erweitert. Das Gehäuse kann damit eine Abdichtfunktion nach außen hinsichtlich des Kraftstoffs übernehmen. Die Kraftstoffzumesseinrichtung kann dadurch bei gleicher Funktionalität kompakter und kostengünstiger hergestellt werden. Dabei lassen sich die technischen Eigenschaften, wie Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperaturbeständigkeit sowie die Beständigkeit gegenüber Kraftstoff, durch die Auswahl von Ausgangsmaterialien, Herstellungsverfahren und Beimischungen von Additiven in weiten Grenzen einstellen. So ist nahezu jede mechanische und/oder thermische Anforderung zu erfüllen. Außerdem weist Kunststoff ein im Vergleich zu Metall geringes spezifisches Gewicht auf und ist vergleichsweise preisgünstig. Magnetische Flüsse werden durch Kunststoff nicht beeinflusst.
Die Ausführung aus Kunststoff ermöglicht sowohl die kostengünstige Herstellung von Standard-Zumesseinheiten in großen Stückzahlen als auch die Herstellung kleinere Sonder-Serien bei denen zum Beispiel die Buchse zur elektrischen Kontaktierung abweichend von der Groß-Serie gestaltet wird, da diese Buchsen nachträglich und mit vertretbarem Kostenaufwand durch Schweißen mit dem Kunststoff-Gehäuse verbunden werden können. Zudem kann durch eine werkstoffgerechte Konstruktion die Baulänge der Kraftstoffzumesseinrichtung reduziert werden.
Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Gehäuse mindestens eine Öffnung zum Einführen von Bauteilen der Kraftstoffzumesseinrichtung aufweist, wobei die Öffnungen jeweils durch einen Deckel verschließbar sind. Nach einer Montage der Kraftstoffzumesseinrichtung werden die Deckel, die ebenfalls bevorzugt aus Kunststoff hergestellt sind, mit dem Gehäuse dichtend verbunden, bevorzugt laserverschweißt. Somit stellt das Gehäuse mit den Deckeln eine komplett abgedichtete Einheit dar. Es wird dadurch verhindert, dass Kraftstoff, der in Form von Leckagen prinzipiell überall im Innenraum der Kraftstoffzumesseinrichtung auftreten kann, nach außen austritt. Außerdem bewirkt das Gehäuse eine vorteilhafte Dämpfung in Bezug auf Schwingungen.
Ferner ist vorteilhaft, dass ein Ankerbolzen der Betätigungseinrichtung durch mindestens ein Lager, bevorzugt mindestens eine Lagerbuchse, axial geführt ist. Die axiale Führung kann dadurch verbessert werden, indem zwei Lagerbuchsen in einem relativ weiten Abstand zueinander im Innern der Kraftstoffzumesseinrichtung angeordnet sind. Dadurch kann ein Verkanten des Ankers verhindert werden und es können insbesondere von der Betätigungseinrichtung (bspw. von einem Elektromagneten) auf den Anker ausgeübte radial wirkende Kraftkomponenten aufgefangen werden. Der Ankerbolzen sowie die Lagerbuchsen können aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein, wobei der Ankerbolzen und die Lagerbuchsen aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ventilkolben in einer separaten Metallhülse axial geführt ist. Die Metallhülse kann dabei eine hinreichend gute Beweglichkeit des Ventilkolbens mit geringen Reibungskräften gewährleisten. Alternativ hierzu kann der Ventilkolben auch in einer Führung des Gehäuses axial geführt sein. Da das Kunststoffmaterial des Gehäuses sehr glatt ausgeführt werden kann, ist auch hier eine gute Beweglichkeit des Ventilkolbens gewährleistet. Außerdem ist diese Ausführungsform besonders leicht.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass ein magnetischer Übergang zu einem Anker der Betätigungseinrichtung in einem inneren Bereich einer Magnetspule der Betätigungseinrichtung erfolgt. Damit muss nur die Ankerlagerung außerhalb der Magnetspule angebracht sein. Vorteilhafterweise kann daher die Bauhöhe der Kraftstoffzumesseinrichtung minimiert werden.
Außerdem ist möglich, dass an dem Gehäuse eine Steckeraufnahme zur elektrischen Kontaktierung vorgesehen ist, wobei die Steckeraufnahme als separates Bauteil, bevorzugt aus Kunststoff, ausgebildet ist, und dass die Steckeraufnahme mit dem Gehäuse dichtend verbunden, bevorzugt laserverschweißt, ist. Zur elektrischen Kontaktierung ist es also möglich, dass die Steckeraufnahme integraler Bestandteil des Kunststoffgehäuses ist, oder dass die Steckeraufnahme ein separates Bauteil darstellt. Damit können an einem Standard-Gehäuse unterschiedliche Steckeraufnahmen (nach unterschiedlichen Normen) für die Kraftstoffzumesseinrichtung eingesetzt werden.
Nachfolgend werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesseinrichtung im Vertikalschnitt;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesseinrichtung im Vertikalschnitt; und
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesseinrichtung im Vertikalschnitt.
Detaillierte Figurenbeschreibung
1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zumesseinrichtung 10 im Vertikalschnitt. Die Zumesseinrichtung 10 ist vorzugsweise in einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe zum Betreiben einer Brennkraftmaschine angeordnet (nicht dargestellt).
Die Zumesseinrichtung 10 umfasst auf einer Betätigungseinrichtung 12 und ein integriertes Regelventil 14. Im Einzelnen besteht die Betätigungseinrichtung 12 im Wesentlichen aus einer Magnetspule 16, einem Anker 18 mit Ankerbolzen 20 und einem Magnettopf 22, der die Magnetspule 16 und den Anker 18 teilweise umschließt. Der Ankerbolzen 20 kann aus Metall oder aus Kunststoff hergestellt sein. Der Magnettopf 22 dient als magnetischer Rückschluss.
In 1 ist unterhalb der Magnetspule 16 ein Magnetkonus 24 angeordnet. Der Ankerbolzen 20 wird von einer ersten Lagerbuchse 26 und einer zweiten Lagerbuchse 28 axial geführt, wobei die Lagerbuchsen 26 und 28 jeweils im Bereich der beiden Enden des Ankerbolzens 20 angeordnet sind. Die Lagerbuchsen 26 und 28 können aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein. Oberhalb der zweiten Lagerbuchse 28 ist in 1 eine Restluftspaltscheibe 30 angeordnet.
In 1 weist die Magnetspule 16 auf der rechten Seite im oberen Bereich eine elektrische Kontaktierungsstelle 32 auf, an der sich ein erster Kontaktstift 34 anschließt, die den elektrischen Kontakt über einen zweiten Kontaktstift 36 in eine Steckeraufnahme 38 führt. Die Durchbruchstelle des ersten Kontaktstifts 34 zum Innenraum der Zumesseinrichtung 10 ist durch einen O-Ring 40 abgedichtet, um den Kontaktstift 34 von einem Kurzschluss sowie die gesamte Steckeraufnahme 38 vor korrosivem Kraftstoff zu schützen.
Das Regelventil 14 weist einen verschiebbaren, hülsenförmigen Ventilkolben 42 auf, der an dem Ankerbolzen 20 anliegt und durch den Ankerbolzen 20 betätigt wird. Im Innenraum des hülsenförmigen Ventilkolbens 42 ist eine Druckfeder 44 angeordnet, die der Kraft der den Ankerbolzen 20 bewegenden Betätigungseinrichtung 12 entgegenwirkt.
Die gesamte Zumesseinrichtung 10 (Betätigungseinrichtung 12 und Regelventil 14) ist von einem Kunststoffgehäuse 46 umschlossen. Das Kunststoffgehäuse 46 fixiert dabei die Magnetspule 16, die erste und zweite Lagerbuchse 26 und 28, die elektrischen Kontaktstifte 34 und 36 mit der Steckeraufnahme 38 und stellt eine Führung für den beweglichen Ventilkolben 42 dar. Dabei kann das Kunststoffgehäuse 46 ein individuelles Gehäuse sein, das durch eine Umspritzung hergestellt werden kann; es kann auch ein Standardgehäuse (Universalgehäuse) sein. Zum Einführen der Bauteile im Innern der Zumesseinrichtung 10 weist das Kunststoffgehäuse 46 eine erste Montageöffnung 48 auf. Zum Einsetzen des elektrischen Kontaktstifts 34 und dessen Verbindung zum zweiten Kontaktstift 36 weist das Kunststoffgehäuse 46 eine zweite Montageöffnung 50 auf. Die Montageöffnungen 48 und 50 sind durch deckelartige Abdeckkappen 52 und 54 verschlossen und mit dem Kunststoffgehäuse 46 laserverschweißt (vgl. Bezugszeichen 56 und 58). Somit stellt das Kunststoffgehäuse 46 mit den Abdeckkappen 52 und 54 eine komplett abgedichtete Einheit dar.
Die Druckfeder 44 stützt sich vorderseitig an einem Boden 60 des Ventilkolbens 42 und rückseitig an einem Teil des Kunststoffgehäuses 46 ab, der als ein Federteller 62 ausgebildet ist. Der Federteller 62 weist mittig eine Einlassöffnung 64 auf, welche den Innenraum des Ventilkolbens 42 mit einer (nicht dargestellten) Vorförderpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine verbindet. Außerdem weist das Kunststoffgehäuse 46 in einem seitlichen Bereich am in 1 oberen Bereich des Ventilkolbens 42 eine radial gerichtete Auslassöffnung 66 zu der nicht gezeigten Kraftstoff-Hochdruckpumpe in einer hydraulischen Wirkverbindung auf.
Im Bereich der Auslassöffnung 66 sind in der Wandung des Ventilkolbens 42 radiale Durchlassöffnungen (nicht dargestellt) zum Austritt des durch die Einlassöffnung 64 einströmenden Kraftstoffs angeordnet. Die Durchlassöffnung kann ein lasergeschnittener Schlitz in nahezu beliebiger Form oder auch als Bohrung ausgebildet sein. In 1 ist oberhalb der Auslassöffnung 66 ein axialdichtender O-Ring 68 angeordnet, wobei im Bereich der Eintrittsöffnung 64 ein radial-dichtender O-Ring 70 angeordnet ist.
Das Durchströmprinzip in der Zumesseinrichtung 10 kann auch umgekehrt werden (nicht dargestellt). Hierbei wäre dann die Öffnung 64 mit der Kraftstoff-Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden, während die Öffnung 66 mit der Druckseite der Vorförderpumpe verbunden wäre und somit den Zulauf in die Zumesseinrichtung 10 bilden würde.
Die Zumesseinrichtung 10 funktioniert im Wesentlichen folgendermaßen:
Die Magnetkraft der bestromten Magnetspule 16 wirkt über den Ankerbolzen 20 auf den Ventilkolben 42 und bewegt diesen entgegen des Widerstandes der Druckfeder 44 kontinuierlich in eine Schließstellung des Regelventils 14. Umgekehrt vermag die Druckfeder 44 den Ventilkolben 42 in Öffnungsstellung kontinuierlich zu verschieben, wenn die Bestromung die Magnetspule 16 und damit dessen auf Anker 18 und Ankerbolzen 20 wirkende Magnetkraft entsprechend verringert wird. Dabei wird der Durchflussquerschnitt der nicht dargestellten Durchlassöffnung in der Wandung des Ventilkolbens 42 verändert und somit die Durchflussmenge an Kraftstoff variiert. Durch die Ausgestaltung der Durchlassöffnung sowie die lokale Position des Ventilkolbens 46 kann eine hydraulische Kennlinie der Zumesseinrichtung 10 beeinflusst werden.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Zumesseinrichtung 10 im Vertikalschnitt. Dabei und für die nachfolgende Figur gilt, dass solche Elemente und Bereiche, welche funktionsäquivalent sind zu Elementen und Bereichen der Zumesseinrichtung von 1, die gleichen Bezugszeichen tragen und nicht nochmals im Detail erläutert werden. In der zweiten Ausführungsform der Zumesseinrichtung 10 wird der Ventilkolben 42 in einer Metallhülse 72 geführt. Außerdem weist die Zumesseinrichtung 10 ein axial verschiebbares Einstellelement 74 auf, das einerseits als Federteller 62 wirkt und um andererseits die Druckfeder 44 nach einem Einbau entsprechend vorspannen zu können. Nach dem Einbau der Druckfeder 44 wird das Einstellelement 74 unlösbar fixiert.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Zumesseinrichtung 10 im Vertikalschnitt. Die Darstellung zeigt links einer Mittellinie 76 die Zumesseinrichtung 10 in geöffneter Stellung und rechts der Mittellinie 76 die Zumesseinrichtung 10 in geschlossener Stellung. Die Zumesseinrichtung 10 ist in dieser Ausführungsform in einem Universalgehäuse aus Kunststoff eingebaut. Das Universalgehäuse weist eine Distanzhülse 78 auf, um die Zumesseinrichtung 10 in der Kraftstoff-Hochdruckpumpe, bspw. mit einer Schraubverbindung, zu befestigen. Das Universalgehäuse umfasst zunächst keine Steckeraufnahme, sondern lediglich ein Profil 80 zum Einsetzen einer genormten Steckeraufnahme 38 als separates Bauelement, sowie eine Möglichkeit zum Einsetzen zumindest des ersten elektrischen Kontakts 34. So kann die Zumesseinrichtung 10 an verschiedene Stecksysteme angepasst werden. Die Steckeraufnahme 38 wird mit dem Kunststoffgehäuse 46 laserverschweißt, wobei das Profil 80 Teil des Kunststoffgehäuses 46 ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005025872 A1 [0002]

Claims

Kraftstoffzumesseinrichtung (10) für eine Einspritzanlage für Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse (46), wobei die Kraftstoffzumesseinrichtung (10) ein von einer Betätigungseinrichtung (12) betätigtes Regelventil (14) mit einem Ventilkolben (42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (46) aus einer Umspritzung aus Kunststoff besteht.
Kraftstoffzumesseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (46) eine Abdichtfunktion nach außen hinsichtlich des Kraftstoffs hat
Kraftstoffzumesseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (46) mindestens eine Öffnung (48, 50) zum Einführen von Bauteilen der Kraftstoffzumesseinrichtung (10) aufweist, wobei die mindestens eine Öffnung (48, 50) jeweils durch einen Deckel (52, 54) verschließbar ist.
Kraftstoffzumesseinrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Deckel (52, 54) mit dem Gehäuse (46) dichtend verbunden, bevorzugt laserverschweißt, ist.
Kraftstoffzumesseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ankerbolzen (20) der Betätigungseinrichtung (12) durch mindestens ein Lager, bevorzugt mindestens eine Lagerbuchse (26, 28), axial geführt ist.
Kraftstoffzumesseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (42) in einer separaten Metallhülse (72) axial geführt ist.
Kraftstoffzumesseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (42) in einer Führung des Gehäuses (46) axial geführt ist.
Kraftstoffzumesseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetischer Übergang zu einem Anker (18) der Betätigungseinrichtung (12) in einem inneren Bereich einer Magnetspule (16) der Betätigungseinrichtung (12) erfolgt.
Kraftstoffzumesseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (46) eine Steckeraufnahme (38) zur elektrischen Kontaktierung vorgesehen ist.
Kraftstoffzumesseinrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckeraufnahme (38) als separates Bauteil, bevorzugt aus Kunststoff, ausgebildet ist, und dass die Steckeraufnahme (38) mit dem Gehäuse (46) dichtend verbunden, bevorzugt laserverschweißt, ist.