Elektromagnetisch betätigbares IVlengenproportionalventil sowie Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigbaren Mengenproportionalventils

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares IVlengenproportionalventil zur Mengenregelung in einem Kraftstoffe inspritzsystem, insbesondere in einem Common- Rail- Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein solches Mengenproportionalventil ist insbesondere als Zumesseinheit einsetzbar, welche niederdruckseitig eine Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems betriebspunktabhängig mit der erforderlichen Menge Kraftstoff versorgt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigbaren Mengenproportionalventils zur Mengenregelung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common- Rail- Einspritzsystem.

Stand der Technik

Mengeproportionalventile der vorstehend genannten Art sind sehr schmutzempfindlich und werden daher oftmals mit einem Filterelement oder Sieb ausgestattet, um zu verhindern, dass im Kraftstoff enthaltene Schmutzpartikel in das Ventil gelangen.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 062 455 AI ist beispielsweise ein Mengenproportionalventil als Zumesseinheit für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems bekannt, welche ein Magnetventil mit einem Magnetkern umfasst, der zugleich ein Ventilgehäuse ausbildet und mit zumindest einer radial verlaufenden Zu- laufbohrung versehen ist. Im Bereich der Zulaufbohrung ist der Magnetkern außenum- fangseitig von einem Filterelement umgeben, so dass im Kraftstoff enthaltene

Schmutzpartikel abgeschieden werden. Um einen effektiven Schutz der Zumesseinheit zu erzielen, ist die Maschenweite eines solchen Filterelements in der Regel möglichst klein ausgelegt. Dies kann jedoch bei kalten Temperaturen und/oder beim Kaltstart zu Problemen führen, da sich im Kraftstoff, insbesondere im Dieselkraftstoff, Paraffinkristalle ausbilden, die das Filterelement zusetzen können. Die Folge ist eine Unterversorgung der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff.

Aus dem Stand der Technik sind ferner als Einsteller und als Zweisteller bekannte Applikationen einer Zumesseinheit bekannt, wobei Letztere zusätzlich ein Druckregelventil umfassen, über welches eine bereits erwärmte Absteuermenge wieder dem Zulaufbereich der Hochdruckpumpe zuführbar ist. Die Absteuermenge kann dann zur Erwärmung des Kraftstoffs im Zulaufbereich genutzt werden. Oftmals reicht dies alleine jedoch nicht aus, um ein Zusetzen des Filterelements der Zumesseinheit sicher zu verhindern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit einem Filterelement oder Sieb ausgestattetes, elektromagnetisch betätigbares Mengenproportionalventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, das auch bei kalten Temperaturen und/oder beim Kaltstart eine zuverlässige Mengenregelung ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe werden ein elektromagnetisch betätigbares Mengenproportionalventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigbaren Mengenproportionalventils mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweili- gen Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Das zur Mengenregelung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare Mengenproportionalventil umfasst ein Ventilgehäuse mit mindestens einer Zulaufbohrung, vor welcher ein Filterelement oder Sieb angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist eine elektrische Heizvorrichtung zur Beheizung des Filterelements oder Siebs vorgesehen. Über die elektrische Heizvorrichtung kann der Kraftstoff im Zulaufbereich des Mengenpro- portionalventils auf eine Temperatur erwärmt werden, so dass keine Paraffinkristalle im Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, ausgebildet werden. Damit sinkt die Gefahr eines Zusetzens des vorgeschalteten Filterelements bzw. Siebs deutlich, so dass ferner eine zuverlässige Mengenreglung bei kalten Temperaturen und/oder beim Kaltstart sichergestellt ist.

Bevorzugt ist die elektrische Heizvorrichtung zur Beheizung des Filterelements oder Siebs als Widerstandsheizung ausgelegt und umfasst mindestens einen Heizdraht. Eine solche Heizvorrichtung ist einfach umsetzbar und benötigt einen geringen Bauraum. Vorzugsweise ist der mindestens eine Heizdraht in das Filterelement oder Sieb integriert. Dadurch kann der Bauraumbedarf weiter gesenkt werden. Beispielsweise kann der mindestens eine Heizdraht Bestandteil des Filter- oder Siebgewebes sein.

Weiterhin bevorzugt ist die elektrische Heizvorrichtung über eine elektrische Leitung an mindestens eine elektrische Leitung zur Stromversorgung und/oder Ansteuerung eines im Ventilgehäuse aufgenommenen Elektromagneten angeschlossen. Die elektrische Heizvorrichtung kann auf diese Weise über den Elektromagneten mit Strom versorgt bzw. angesteuert werden. Das heißt, dass kein separater Anschluss der elektrischen Heizvorrichtung an eine externe Stromversorgung erforderlich ist. Die Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung erfolgt dabei vorzugsweise parallel zur Ansteuerung des Elektromagneten. Handelt es sich um ein Mengenproportionalventil, das bei stromlos geschaltetem Elektromagneten geschlossen ist, kann auf diese Weise eine durchflussabhängige Leistungssteuerung der elektrischen Heizvorrichtung realisiert werden.

Um die elektrische Heizvorrichtung unabhängig vom Elektromagneten anzusteuern, wird alternativ oder ergänzend vorgeschlagen, dass die elektrische Heizvorrichtung über eine elektrische Leitung an eine externe Stromversorgung anschließbar ist. Die externe Stromversorgung kann beispielsweise über ein Steuergerät erfolgen, an welches vorzugsweise auch der Elektromagnet des Mengenproportionalventils angeschlossen ist. Auf diese Weise können bereits vorhandene Anschlusskomponenten genutzt werden, die ggf. nur mit einer weiteren elektrischen Leitung bzw. Ader zur Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung auszurüsten sind. Im Steuergerät ist vorzugsweise eine Software hinterlegt, welche eine Integration der elektrischen Heizvorrichtung in ein übergeordnetes elektrisches Energiemanagement ermöglicht. ln Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Temperaturschalter vorgesehen ist, über den die elektrische Heizvorrichtung zu- und abschaltbar ist. Ein Temperaturschalter erweist sich insbesondere als sinnvoll, wenn die Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung parallel zum Elektromagneten des Mengenproportionalventils erfolgt. Er stellt sicher, dass die elektrische Beheizung des Filterelements oder Siebs nur dann erfolgt, wenn die Temperatur des Kraftstoffs einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Der Grenzwert kann beispielsweise bei -5°C liegen. Ein oberer Grenzwert zum Abschalten der Heizvorrichtung kann beispielsweise bei 5°C liegen (Schalthysterese). Als Temperaturschalter eignet sich insbesondere ein Bimetall-Schalter, der einfach zu integrieren ist. Vorzugsweise ist der Temperaturschalter im Ventilgehäuse des Mengenproportionalventils aufgenommen.

Vorteilhafterweise besitzt das Ventilgehäuse einen Steckeranschluss zur Verbindung wenigstens einer elektrischen Leitung mit einer externen Stromversorgung. Der Steckeranschluss muss ggf. mit einem weiteren Kontakt für eine weitere elektrische Leitung bzw. Ader ausgestattet werden, wenn die Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung nicht parallel zum Elektromagneten des Mengenproportionalventils erfolgt. Der Steckeranschluss ermöglicht eine Bündelung der elektrischen Leitungen, so dass im Wesentlichen bereits vorhandene Anschlusskomponenten genutzt werden können.

Das ferner zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigbaren Mengenproportionalventils zur Mengenregelung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common- Rail- Einspritzsystem, setzt voraus, dass das Ventil ein Ventilgehäuse mit mindestens einer Zulaufbohrung umfasst, vor welcher ein Filterelement oder Sieb angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren das Filterelement oder Sieb zumindest zeitweise mittels einer als Widerstandsheizung ausgelegten und mindestens einen Heizdraht umfassenden elektrischen Heizvorrichtung beheizt. Die elektrische Beheizung des Filterelements oder des Siebs erfolgt insbesondere bei kalten Temperaturen und/oder beim Kaltstart, um den Kraftstoff, insbesondere den Dieselkraftstoff, zu erwärmen und die Ausbildung von Paraffinkristallen zu verhindern, die das Filterelement oder Sieb zusetzen könnten. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Mengenregelung durch das Mengenproportionalventil selbst bei kalten Temperaturen und/oder beim Kaltstart gewährleistet.

Die Ausbildung der elektrischen Heizvorrichtung als Widerstandsheizung mit wenigstens einem Heizdraht ist einfach zu realisieren. Der wenigstens eine Heizdraht kann insbesondere in das Filter- bzw. Siebgewebe integriert werden.

Bevorzugt wird die elektrische Heizvorrichtung über eine elektrische Leitung, die an mindestens eine elektrische Leitung zur Stromversorgung und/oder Ansteuerung eines im Ventilgehäuse aufgenommenen Elektromagneten angeschlossen ist, mit Strom versorgt. Die Ansteuerung erfolgt in diesem Fall bevorzugt parallel zur Ansteuerung des Elektromagneten. Auf diese Weise ist eine durchflussabhängige Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung möglich ist, wenn es sich beispielsweise um ein Mengenproportionalventil handelt, dass stromlos geschlossen ist.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die elektrische Heizvorrichtung über eine elektrische Leitung, die an eine externe Stromversorgung anschließbar ist, mit Strom versorgt wird. Die Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung kann in diesem Fall unabhängig von der Ansteuerung des Elektromagneten erfolgen.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die elektrische Heizvorrichtung über einen Temperaturschalter bei Bedarf zu- und abgeschaltet wird. Das Zuschalten der elektrischen Heizvorrichtung sollte insbesondere dann erfolgen, wenn die Temperatur des Kraftstoffs unter einen bestimmten Grenzwert fällt. Der Grenzwert kann beispielsweise bei -5°C liegen. Wird eine Temperatur von -5°C unterschritten, wird die elektrische Heizvorrichtung zugeschaltet. Ein oberer Grenzwert zum Abschalten der Heizvorrichtung kann beispielsweise bei 5°C liegen (Schalthysterese). Als Temperaturschalter kann beispielsweise ein Bimetall-Schalter eingesetzt werden.

Erfolgt die Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung über eine separate elektrische Leitung, kann auf einen Temperaturschalter verzichtet werden. Denn dann kann eine bedarfsgerechte Ansteuerung über ein externes Steuergerät, in dem eine entsprechende Software hinterlegt ist, realisiert werden. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes elektromagnetisch betätigbares Mengenproportionalventil mit Schaltschema,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes elektromagnetisch betätigbares Mengenproportionalventil mit modifiziertem Schaltschema und

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Mengenproportionalventils der Fig. 1. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in der Fig. 1 dargestellte Mengenproportionalventil umfasst ein Ventilgehäuse 1, in dem wenigstens eine Zulaufbohrung 2 ausgebildet ist. Die Zulaufbohrung 2 ist vorliegend als Radialbohrung ausgeführt und außenumfangseitig von einem Filterelement oder Sieb 3 umgeben. In das Filter- bzw. Siebgewebe des Filterelements oder Siebs 3 ist wenigstens ein Heizdraht 4 integriert, der Teil einer elektrischen Heizvorrichtung zur Beheizung des Filterelements oder Siebs 3 ist. Der Heizdraht 4 ist jeweils über eine elektrische Leitung 5 an elektrische Leitungen 6 und 7 angeschlossen, über welche ein Elektromagnet 8 des Ventils ansteuerbar ist. Die Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung des Filterelements oder Siebs 3 erfolgt demnach parallel zur Ansteuerung des Elektromagneten 8. Um eine bedarfsgerechte Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung zu ermöglichen, ist in der elektrischen Leitung 5 ein Temperaturschalter 9 angeordnet. Dieser stellt einen Kontakt nur dann her, wenn die Temperatur des Kraftstoffs unter einen bestimmten Grenzwert fällt.

Die Ausführungsform gemäß der Fig. 1 besitzt den Vorteil, dass die Stromversorgung der elektrischen Heizvorrichtung über bereits vorhandene Anschlusskomponenten erfolgen kann. Diese umfassen vorliegend einen Steckeranschluss 10 (siehe Fig. 3), der außen am Ventilgehäuse 1 ausgebildet ist und dem Anschluss des Ventils an eine externe Stromversorgung bzw. an ein Steuergerät (nicht dargestellt) dient. Änderungen am Steckeranschluss 10 sind bei einer Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung parallel zur Ansteuerung des Elektromagneten 8 nicht erforderlich. Ebenfalls müssen keine Änderungen an externen Komponenten, beispielsweise an einem Kabelbaum, in dem sämtliche elektrische Leitungen zur Stromversorgung des Kraftstoffeinspritzsystems gebündelt werden, vorgenommen werden. Unter Umständen muss lediglich im Steuergerät die Endstufe einer erhöhten Leistung angepasst werden.

Eine alternative Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung eines erfindungsgemäßen Mengenproportionalventils ist in der Fig. 2 dargestellt. Hier erfolgt die Ansteuerung über eine separate elektrische Leitung 5', die separat in den Steckeranschluss 10 ge- führt ist und somit eine vom Elektromagneten 8 unabhängige Ansteuerung der elektrischen Heizvorrichtung ermöglicht. Ein Temperaturschalter 9 kann somit entfallen. Im Steckeranschluss 10 ist lediglich ein weiterer Kontaktpin 11 für den Anschluss der elektrischen Leitung 5' vorzusehen. Im Übrigen unterscheidet sich das Ventil der Fig. 2 nicht von dem der Fig. 1.