(19) |
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(11) |
EP 1 631 741 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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04.07.2007 Patentblatt 2007/27 |
(22) |
Anmeldetag: 02.04.2004 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/DE2004/000685 |
(87) |
Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2004/111437 (23.12.2004 Gazette 2004/52) |
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(54) |
EINRICHTUNG ZUR EINSTELLUNG EINES VERÄNDERLICHEN DURCHFLUSSQ UERSCHNITTS
DEVICE FOR SETTING A VARIABLE FLOW CROSS-SECTION
DISPOSITIF POUR REGLER UNE SECTION D'ECOULEMENT VARIABLE
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE FR IT |
(30) |
Priorität: |
27.05.2003 DE 10324010
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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08.03.2006 Patentblatt 2006/10 |
(73) |
Patentinhaber: ROBERT BOSCH GMBH |
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70442 Stuttgart (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- AMBROCK, Sascha
70839 Gerlingen (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
US-A- 5 092 299 US-B1- 6 446 606
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US-A- 5 639 066
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- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2003, no. 08, 6. August 2003 (2003-08-06) & JP 2003
120468 A (BOSCH AUTOMOTIVE SYSTEMS CORP), 23. April 2003 (2003-04-23)
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Einstellung eines veränderlichen
Durchflussquerschnitts nach der Gattung des Anspruchs 1.
[0002] Eine solche Einrichtung ist durch die
JP-A-2003120468 bekannt. Diese Einrichtung dient zur Einstellung eines veränderlichen Durchflussquerschnitts
in einer Kraftstoffverbindung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine.
Die Einrichtung weist einen elektrischen Aktor und ein durch diesen betätigtes Regelventil
auf, wobei das Regelventil ein in einer Zylinderbohrung eines Ventilgehäuses geführtes
hohles Ventilglied aufweist, das durch den Aktor gegen eine Rückstellkraft verschiebbar
ist. Das Ventilglied steuert mit seinem Mantel in Zusammenwirkung mit wenigstens einer
am Mantel der Zylinderbohrung mündenden Öffnung einen Durchflussquerschnitt. Dem Regelventil
wird in die Zylinderbohrung und das Innere des Ventilglieds unter Druck stehender
Kraftstoff zugeführt und Kraftstoff fließt aus dem Regelventil durch die wenigstens
eine am Mantel der Zylinderbohrung mündende Öffnung ab. Das Ventilglied weist in seinem
Mantel eine sich zumindest über einen Teil seines Umfangs erstreckende Nut auf, die
mit dem Inneren des Ventilglieds verbunden ist. Durch die Überdeckung der Nut mit
der am Mantel der Zylinderbohrung mündenden Öffnung wird dabei der Durchflussquerschnitt
gesteuert über den Kraftstoff aus dem Regelventil abfließt.
[0003] Bei dieser bekannten Einrichtung besteht das Problem, dass zwischen dem Ventilglied
und der Zylinderbohrung eine relativ hohe Reibung auftritt, die zu einer starken Hysterese
in der Bewegung des Ventilglieds und entsprechender Hysterese bei der Einstellung
des Durchflussquerschnitts führt. Es kann hier somit nicht mehr durch eine vorgegebene
Ansteuerung des Aktors ein definierter Durchflussquerschnitt eingestellt werden, da
das Ventilglied infolge der starken Reibung nicht in die erforderliche Stellung bewegt
werden kann. Die starke Reibung führt außerdem zu erhöhtem Verschleiß des Ventilglieds
und des Ventilgehäuses.
Vorteile der Erfindung
[0004] Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass durch die wenigstens eine Nut am Ventilglied eine Schmierung zwischen
dem Ventilglied und der Zylinderbohrung ermöglicht ist, da der Nut unter Druck stehender
Kraftstoff aus dem Inneren des Ventilglieds zugeführt wird. Hierdurch wird die Reibung
zwischen dem Ventilglied und der Zylinderbohrung verringert und dadurch die Funktion
der Einrichtung verbessert sowie der Verschleiß verringert.
[0005] In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen Einrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht
eine weiter verbesserte Schmierung zwischen Ventilglied und Zylinderbohrung.
Zeichnung
[0006] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, Figur 2 in vergrößerter
Darstellung eine Einrichtung zur Einstellung eines veränderlichen Durchflussquerschnitts
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem Längsschnitt und Figur 3 die Einrichtung
in einem Querschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0007] In Figur 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise
eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende
Brennkraftmaschine und weist einen oder mehrere Zylinder auf. Das Kraftfahrzeug weist
einen Kraftstoffvorratsbehälter 10 auf, in dem Kraftstoff für den Betrieb der Brennkraftmaschine
bevorratet ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Förderpumpe 12 auf,
durch die Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 10 zu wenigstens einer Hochdruckpumpe
14 gefördert wird. Die Hochdruckpumpe 14 fördert Kraftstoff in einen Speicher 16,
der beispielsweise rohrförmig oder in beliebiger anderer Form ausgebildet sein kann.
Vom Speicher 16 führen Leitungen 18 zu an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordneten
Injektoren 20 ab. An den Injektoren 20 ist jeweils ein elektrisches Steuerventil 22
angeordnet, durch das eine Öffnung der Injektoren gesteuert wird, um so eine Kraftstoffeinspritzung
durch den jeweiligen Injektor 20 zu bewirken oder eine Kraftstoffeinspritzung zu verhindern.
Die Steuerventile 22 werden durch eine elektronische Steuereinrichtung 23 angesteuert,
durch die in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise
Drehzahl, Last, Temperatur und weiteren, der Zeitpunkt und die Dauer der Kraftstoffeinspritzung
durch die Injektoren 20 bestimmt wird.
[0008] Die Hochdruckpumpe 14 wird mechanisch durch die Brennkraftmaschine und damit proportional
zur Drehzahl der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Förderpumpe 12 kann ebenfalls
mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, wobei für die Hochdruckpumpe
14 und die Förderpumpe 12 eine gemeinsame Antriebswelle vorgesehen sein kann. Die
Förderpumpe 12 kann alternativ auch beispielsweise einen elektromotorischen Antrieb
aufweisen. Die Hochdruckpumpe 14 kann als Radialkolbenpumpe ausgebildet sein und weist
wenigstens ein oder mehrere Pumpenelemente auf.
[0009] Zwischen der Förderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 ist eine Einrichtung 44 angeordnet,
durch die ein veränderlicher Durchflussquerschnitt eingestellt werden kann und die
hier eine Kraftstoffzumesseinrichtung bildet. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 44 weist
ein durch einen elektrischen Aktor 45, beispielsweise einen Elektromagneten oder einen
Piezoaktor, betätigtes Regelventil 46 auf, durch das der Durchflussquerschnitt von
der Förderpumpe 12 zur Hochdruckpumpe 14 kontinuierlich verstellbar ist. Die Kraftstoffzumesseinrichtung
44 wird ebenfalls durch die Steuereinrichtung 23 angesteuert, in der Weise, dass durch
die Förderpumpe 12 eine Kraftstoffmenge der Hochdruckpumpe 14 zugeführt wird, die
dann wiederum durch die Hochdruckpumpe 14 unter Hochdruck in den Speicher 16 gefördert
wird, um im Speicher 16 einen vorgegebenen, von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine
abhängigen Druck aufrechtzuerhalten. Am Speicher 16 ist dabei ein Drucksensor 17 angeordnet,
der mit der Steuereinrichtung 23 verbunden ist und dieser ein Signal für den tatsächlichen
Druck im Speicher 16 zuführt.
[0010] In den Figuren 2 und 3 ist die Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 vergrößert gemäß einem
Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Kraftstoffzumeßeinrichtung 44 weist als Teil
des Regelventils 46 ein Ventilgehäuse 50 auf, in dem in einer Zylinderbohrung 52 ein
als hohler Kolben ausgebildetes Ventilglied 54 verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied
54 kann topfförmig ausgebildet sein und an einem Ende einen Boden mit wenigstens einer
Öffnung aufweisen. Das Ventilgehäuse 50 kann einen Magnetkern des als Elektromagnet
ausgeführten Aktors 45 bilden. Am Mantel der Zylinderbohrung 52 mündet wenigstens
eine Öffnung 56, die eine Verbindung zur Hochdruckpumpe 14 bildet. In der Zylinderbohrung
52 ist eine umlaufende Ringnut 58 ausgebildet, in die die wenigstens eine Öffnung
56 mündet. Die Zylinderbohrung 52 ist als Sackbohrung im Ventilgehäuse 50 ausgebildet
und an ihrem offenen Ende mit einer in diese eingesetzten, beispielsweise eingepressten
oder eingeschraubten Deckel 60 verschlossen. Der Deckel 60 weist eine Öffnung 62 auf,
die eine Verbindung zur Förderpumpe 12 bildet. In die Zylinderbohrung 52 und in das
Innere des hohlen Ventilglieds 54 fließt somit durch die Öffnung 62 im Deckel 60 der
durch die Förderpumpe 12 geförderte Kraftstoff zu. Das Ventilglied 54 weist in seinem
Mantel wenigstens eine, vorzugsweise mehrere über dessen Umfang verteilt angeordnete
Öffnungen 64 auf. Die Öffnungen 64 sind beispielsweise derart ausgebildet, dass diese
in axialer Richtung zu dem dem Deckel 60 abgewandten Endbereich des Ventilglieds 54
hin schmäler werden. Die Öffnungen 64 können auch eine beliebige andere Form aufweisen.
[0011] Zwischen dem Deckel 60 und dem Ventilglied 54 ist eine vorgespannte Feder 66 eingespannt,
durch die das Ventilglied 54 vom Deckel 60 weggedrückt wird. Am dem Deckel 60 abgewandten
Endbereich des Ventilglieds 54 greift an dessen Boden zumindest mittelbar, beispielsweise
über eine Stange 68, der Aktor 45 an. Wenn der Aktor 45 nicht angesteuert ist, also
stromlos ist, so wird das Ventilglied 54 durch die Feder 66 vom Deckel 60 weggedrückt,
wobei sich dann die Öffnungen 64 im Ventilglied 54 mit der Ringnut 58 der Zylinderbohrung
52 weitgehend überdecken, so dass ein grosser Durchflussquerschnitt für den Kraftstoff
von der Förderpumpe 12 zur Hochdruckpumpe 14 freigegeben ist. Wenn der Aktor 45 angesteuert,
also bestromt wird, so wird das Ventilglied 54 gegen die Kraft der Feder 66 zum Deckel
60 hin verschoben. Bei der Verschiebung des Ventilglieds 54 überdecken sich die Öffnungen
64 des Ventilglieds 54 zunehmend weniger mit der Ringnut 48 der Zylinderbohrung 52,
so dass ein zunehmend kleinerer Durchflussquerschnitt für den Kraftstoff von der Förderpumpe
12 zur Hochdruckpumpe 14 freigegeben wird. Der freigegebene Durchflussquerschnitt
ist dabei proportional zur Stellung des Ventilglieds 54, die wiederum proportional
zur Ansteuerung, insbesondere der Stromstärke, des Aktors 45 ist. Durch die Form der
Öffnungen 64 im Ventilglied 54 kann die Änderung der Größe des freigegebenen Durchflussquerschnitts
bei einer Verschiebung des Ventilglieds 54 beeinflusst werden und damit eine gewünschte
Kennlinie der Einrichtung erreicht werden. Bei den schmäler werdenden Öffnungen 64
wird eine nichtlineare Kennlinie der Einrichtung erreicht, wobei der Durchflussquerschnitt
mit zunehmendem Verschiebeweg des Ventilglieds 54 zum Deckel 60 hin überproportional
verringert wird. Bei Ansteuerung des Aktors 45 mit maximaler Stromstärke wird das
Ventilglied 54 so weit zum Deckel 60 hin verschoben, dass dessen Öffnungen 64 sich
nicht mehr mit der Ringnut 58 der Zylinderbohrung 52 überdecken und der Durchflussquerschnitt
zumindest annähernd vollständig verschlossen ist. Alternativ können die Öffnungen
64 im Ventilglied 54 auch entfallen, wobei dann durch das Ende des Mantels des Ventilglieds
54 durch dessen unterschiedliche Überdeckung mit der Ringnut 58 des Ventilgehäuses
50 die Größe des Durchflussquerschnitts gesteuert wird.
[0012] Das Ventilglied 54 weist in seinem Mantel wenigstens eine, sich zumindest über einen
Teil von dessen Umfang erstreckende Nut 70 auf. Vorzugsweise ist die Nut 70 als über
den gesamten Umfang des Ventilglieds 54 verlaufende Ringnut ausbildet. Vorzugsweise
sind wenigstens zwei Nuten 70 vorgesehen, die jeweils nahe einem axialen Endbereich
des Ventilglieds 54 angeordnet sind. Die nahe dem dem Deckel 60 zugewandten Endbereich
des Ventilglieds 54 angeordnete Nut 70 ist mit axialem Abstand zu den Öffnungen 64
angeordnet und überdeckt sich mit diesen nicht. Die Nuten 70 sind über jeweils wenigstens
eine Bohrung 72 mit dem Inneren des Ventilglieds 54 verbunden. Im Inneren des Ventilglieds
54 herrscht ständig der von der Förderpumpe 12 erzeugte Druck, so dass den Nuten 70
des Ventilglieds 54 ständig unter Druck stehender Kraftstoff aus dem Inneren des Ventilglieds
54 zugeführt wird. Hierdurch wird eine gute Schmierung zwischen dem Ventilglied 54
und der Zylinderbohrung 52 und damit eine geringe Reibung und ein geringer Verschleiß
sichergestellt.
1. Einrichtung zur Einstellung eines veränderlichen Durchflussquerschnitts in einer Kraftstoffverbindung
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem elektrischen
Aktor (45) und einem durch diesen betätigten Regelventil (46), wobei das Regelventil
(46) ein in einer Zylinderbohrung (52) eines Ventilgehäuses (50) geführtes hohles
Ventilglied (54) aufweist, das durch den Aktor (45) gegen eine Rückstellkraft (66)
verschiebbar ist, wobei das Ventilglied (54) mit seinem Mantel in Zusammenwirkung
mit wenigstens einer am Mantel der Zylinderbohrung (52) mündenden Öffnung (56) einen
Durchflussquerschnitt steuert, wobei dem Regelventil (46) in die Zylinderbohrung (52)
und das Innere des Ventilglieds (54) unter Druck stehender Kraftstoff zugeführt wird
und Kraftstoff aus dem Regelventil (46) durch die wenigstens eine am Mantel der Zylinderbohrung
(52) mündende Öffnung (56) abfließt, wobei das Ventilglied (54) in seinem Mantel wenigstens
eine sich zumindest über einen Teil seines Umfangs erstreckende Nut (70) aufweist,
die mit dem Inneren des Ventilglieds (54) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Nut (70) des Ventilglieds (54) nicht mit der wenigstens
einen Öffnung (56) am Mantel der Zylinderbohrung (52) überdeckt und dass der wenigstens
einen Nut (70) ständig unter Druck stehender Kraftstoff aus dem Inneren des Ventilglieds
(54) zugeführt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (54) nahe seinen beiden axialen Endbereichen jeweils wenigstens eine
Nut (70) aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Nut (70) über den gesamten Umfang des Ventilglieds (54)
erstreckt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nut (70) über wenigstens eine Bohrung (72) im Ventilglied (54)
mit dem Inneren des Ventilglieds (54) verbunden ist.
5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (45) ein Elektromagnet ist und dass das Ventilgehäuse (50) einen Magnetkern
des Aktors (45) bildet.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Förderpumpe (12)
und einer Hochdruckpumpe (14), wobei durch die Förderpumpe (12) Kraftstoff zur Hochdruckpumpe
(14) gefördert wird und durch die Hochdruckpumpe (14) Kraftstoff in einen Speicher
(16) gefördert wird, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine
entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Förderpumpe (12) und der Hochdruckpumpe (14) eine Einrichtung zur Einstellung
eines veränderlichen Durchflussquerschnitts nach einem der vorstehenden Ansprüche
angeordnet ist.
1. Device for setting a variable throughflow cross section in a fuel connection of a
fuel injection device for an internal combustion engine, with an electric actuator
(45) and with a regulating valve (46) actuated by the latter, the regulating valve
(46) having a hollow valve member (54) which is guided in a cylinder bore (52) of
a valve housing (50) and which is displaceable counter to a return force (66) by the
actuator (45), the valve member (54) controlling with its casing a throughflow cross
section in cooperation with at least one orifice (56) issuing on the casing of the
cylinder bore (52), fuel which is under pressure being supplied to the regulating
valve (46) into the cylinder bore (52) and the interior of the valve member (54),
and fuel flowing out of the regulating valve (46) through the at least one orifice
(56) issuing on the casing of the cylinder bore (52), the valve member (54) having
in its casing at least one groove (70) which extends at least over part of its circumference
and which is connected to the interior of the valve member (54), characterized in that the at least one groove (70) of the valve member (54) does not overlap with the at
least one orifice (56) on the casing of the cylinder bore (52), and in that the fuel which is constantly under pressure is supplied to the at least one groove
(70) from the interior of the valve member (54).
2. Device according to Claim 1, characterized in that the valve member (54) has near each of its two axial end regions at least one groove
(70).
3. Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the at least one groove (70) extends over the entire circumference of the valve member
(54).
4. Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the at least one groove (70) is connected to the interior of the valve member (54)
via at least one bore (72) in the valve member (54).
5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (45) is an electromagnet, and in that the valve housing (50) forms a magnetic core of the actuator (45).
6. Fuel injection device for an internal combustion engine, with a feed pump (12) and
with a high-pressure pump (14), fuel being conveyed to the high-pressure pump (14)
by the feed pump (12), and fuel being conveyed by the high-pressure pump (14) into
an accumulator (16), out of which fuel is extracted for injection to the internal
combustion engine, characterized in that a device for setting a variable throughflow cross section according to one of the
preceding claims is arranged between the feed pump (12) and the high-pressure pump
(14).
1. Dispositif pour régler une section d'écoulement variable dans une liaison de carburant
d'un dispositif d'injection de carburant de moteur à combustion interne, dans lequel
:
- un actionneur électrique (45) commande une soupape de régulation (46) qui présente
un organe de soupape (54) creux guidé dans un alésage cylindrique (52) d'un boîtier
de soupape et que l'actionneur (45) peut faire coulisser contre une force de rappel
(66),
- l'organe de soupape (54), qui coopère par son enveloppe avec au moins une ouverture
(56) débouchant dans l'enveloppe de l'alésage cylindrique (52), commande une section
d'écoulement, de sorte que la soupape de régulation (46) reçoit le carburant se trouvant
sous pression dans l'alésage cylindrique (52) et à l'intérieur de l'organe de soupape
(54), et le fait s'écouler en travers l'ouverture (56) débouchant au moins dans l'enveloppe
de l'alésage cylindrique (52), cet organe de soupape présentant dans son enveloppe
au moins une rainure (70) s'étendant sur au moins une partie de sa périphérie et reliée
à l'intérieur de l'organe de soupape (54),
caractérisé en ce que
cette rainure (70) au nombre d'une au moins ne se chevauche pas avec au moins l'ouverture
(56) dans l'enveloppe de l'alésage cylindrique (52), et la rainure (70) reçoit en
permanence du carburant sous pression provenant de l'intérieur de l'organe de soupape
(54).
2. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'organe de soupape (54) présente près de chacune de ses deux zones axiales d'extrémité
au moins une rainure (70)
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
la rainure (70) s'étend sur toute la périphérie de l'organe de soupape (54).
4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que
la rainure (70) est reliée à l'intérieur de l'organe de soupape (54) par au moins
un alésage (72) prévu dans l'organe (54).
5. Dispositif selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'actionneur (45) est un électroaimant dont le noyau magnétique est constitué par
le boîtier de soupape (50).
6. Dispositif d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne, comprenant
une pompe de refoulement (12) et une pompe à haute pression (14), la première envoyant
le carburant à la seconde qui le refoule dans un accumulateur (16) où est prélevé
le carburant à injecter dans le moteur,
caractérisé en ce qu'
entre la pompe de refoulement (12) et la pompe à haute pression (14) est monté un
dispositif pour régler une section variable d'écoulement selon une des revendications
précédentes.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
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