ABSMEIER, Michael (Eichenweg 20, Roding, 93426, DE)
CONTINENTAL MECHANICAL COMPONENTS GERMANY GMBH (Johann-Vaillant-Strasse 10, Roding, 93426, DE)
KOCH, Hans-Jörg (Johann-Wolf-Str. 8, Brennberg, 93179, DE)
LYUBAR, Anatoliy (Andreasstr. 26, Regensburg, 93059, DE)
ABSMEIER, Michael (Eichenweg 20, Roding, 93426, DE)
Patentansprüche
1. Volumenstromregeleinheit für eine Hochdruckpumpe eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, mit einem Verschließelement zur Steuerung des in den Hochdruckspeicher zugeführten Kraftstoffvolumenstroms, wobei das Verschließelement bei einer ersten Stellung der Volumenstromregeleinheit mit einer Seite mit einem Hochdruckpumpengehäuse und bei einer zweiten Stellung mit der gegenüberliegenden Seite mit einer Lagereinheit in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheit (10) an ihrem einen Ende einen Hohlraum (5) aufweist, in dem das Verschließelement (4) derart angeordnet ist, dass sich für die zweite Stellung der Volumenstromregeleinheit ein minimaler Strömungsquerschnitt zwischen dem Verschließelement (4) und den Hohlraum (5) definierenden Wänden der Lagereinheit ausbildet.
2. Volumenstromregeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließelement (4) eine Kugel ist.
3. Volumenstromregeleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstromregeleinheit in der ersten Stellung geschlossen und in der zweiten Stellung geöffnet ist.
4. Volumenstromregeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Hohlraum (5) zugewandte Fläche des Verschließelements (4) in der zweiten Stellung der Volumenstromregeleinheit einer sich im Hohlraum befindlichen formschlüssigen Aufnahmefläche (20) zugewandt ist.
5. Volumenstromregeleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsfläche (20) kalottenförmig ist und mindestens eine, durch die Lagereinheit (10) durchgehende Aussparung, aufweist, über die Kraftstoff in den Hochdruckspeicher strömt.
6. Volumenstromregeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (5) zylinderförmig ausgebildet ist und als Führung der Bewegung des Verschließelements (4) zwischen der ersten und der zweiten Stellung der Volumenstromregeleinheit dient. |
Beschreibung
Volumenstromregeleinheit für eine Hochdruckpumpe eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Volumenstromregeleinheit für eine Hochdruckpumpe eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
In Kraftstoffeinspritzsystemen, wie z.B. dem Common Rail Einspritzsystem, werden zur Befüllung eines Hochdruckspeichers Hochdruckpumpen eingesetzt. Die Befüllung des Hochdruckspeichers wird durch eine in der Hochdruckpumpe befindliche VoIu- menstromregeleinheit geregelt. Dabei beeinflusst das Off- nungs- und Schließverhalten der Volumenstromregeleinheit den Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe. Während des Betriebs der Hochdruckpumpe können Verschleißerscheinungen der Volumenstromregeleinheit, infolge ungünstiger Strömungsbedingungen und infolge von hohen Materialbelastungen, das öffnungs- und Schließverhalten der Volumenstromregeleinheit, und somit den Wirkungsgrad der gesamten Hochdruckpumpe verschlechtern. Ferner führen die Strömungsbedingungen dazu, dass ein Verschließelement in der geöffneten Position der Volumenstromre- geleinheit sich ständig in einer oszillierenden Bewegung befindet und somit das öffnungs- und Schließverhalten der Volumenstromregeleinheit zusätzlich verschlechtert.
Durch die Verschleißerscheinungen der Volumenstromregelein- heit können Partikelemissionen in den Hochdruckspeicher gelangen und dadurch die Funktionsweise der dem Hochdruckspeicher nachgeschalteten Injektoren beeinträchtigen. Ferner kann unter bestimmten Betriebszuständen der Hochdruckpumpe bei einem Schließen der Volumenstromregeleinheit im übergangsbe- reich einer KraftstoffZuleitung und der Volumenstromregeleinheit Kavitation auftreten, welche ebenfalls einen Verschleiß der Volumenstromregeleinheit bewirkt.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, dass öffnungs- und Schließverhalten der Volumenstromregeleinheit zu verbessern, und ein Auftreten von Kavitation zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine in der Volumenstromregeleinheit befindliche Lagereinheit an einem Ende einen Hohlraum aufweist, in der das Verschließelement angeordnet ist. Durch die im Hohlraum angeordnete Verschließeinheit verschiebt sich bei der geöffneten Stellung der Volumenstromregeleinheit der engste Strömungsquerschnitt für eine aus dem übergangsbereich der KraftstoffZuleitung in die Volumenstromregeleinheit in den Bereich, der zwischen dem Hohlraum und dem Verschließelement definiert wird. Durch die Verschiebung des engsten Strömungs- querschnitts lässt sich das öffnungs- und Schließverhalten und damit der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe verbessern. Ferner wird durch die Verschiebung des engsten Strömungsquerschnitts in den Bereich des Hohlraums bei einem Schließen des Volumenstromregelventils Kavitation vermieden. Auch wird durch ein verbessertes Schließverhalten der Volumenstromregeleinheit die Gefahr eines Kraftstoffrückflusses vom Hochdruckspeicher in die Hochdruckpumpe verringert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die dem Hohlraum zugewandte Fläche des Verschließelements bei einer geöffneten Stellung der Volumenstromregeleinheit in eine der Form des Verschließelements entsprechend formschlüssig geformte Aufnahmefläche gedrückt wird. Bei z.B. einem kugelförmigen Verschließelement wird dieses bei einer geöffneten Stellung der Volumenstromregeleinheit in eine ka- lottenförmigen Aufnahmefläche gedrückt. Durch den sich in der Aufnahmefläche befindlichen Kraftstoff wird bei einem öffnen der Volumenstromregeleinheit die zur Aufnahmefläche gerichte-
te Bewegung des Verschließelements verlangsamt bzw. gedämpft. Ferner ist eine kalottenförmige Aufnahmefläche vorteilhaft, weil dadurch eine oszillierende Bewegung des Verschließelements, infolge z.B. der Anströmbedingungen, verhindert wird.
Ferner besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass infolge der vergrößerten, auf das Verschließelement in Richtung der Lagereinheit wirkenden Kraft eine chaotisch oszillierende Bewegung verhindert wird und das Ver- schließelement daher in der Aufnahmefläche der Lagereinheit fixiert wird. Dadurch wird der Verschleiß der Volumenstromregeleinheit verringert.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1: eine Schnittansicht der Volumenstromregeleinheit mit Hochdruckpumpengehäuse,
Figur 2: eine Lagereinheit der Volumenstromregeleinheit in einer perspektivischen Schnittdarstellung,
Figur 3: eine Prinzipskizze einer aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform der Lagereinheit,
Figur 4: eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Lagereinheit aus Figur 2.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht der Volumenstromregelein- heit mit Hochdruckpumpengehäuse in einer geschlossenen Stellung der Volumenstromregeleinheit. Dabei wird die Volumenstromregeleinheit durch das Hochdruckpumpengehäuse 1 umschlossen. Die Volumenstromregeleinheit weist ein Verschließelement 4, z.B. eine Kugel, zum Steuern des in den Hochdruck- Speicher strömenden Kraftstoffs und eine Lagereinheit 10 auf. Die Lagereinheit 10 ist beispielsweise zylinderförmig ausgebildet, wobei sie an dem Verschließelement 4 zuweisenden Ende einen Hohlraum 5 aufweist, der zur Führung des Verschließele-
ments 4 dient. Der Hohlraum 5 wird durch eine Aufnahmefläche 20 für das Verschließelement 4 und eine Innenwand 6 des Hohlraums 5 definiert. Die Innenwand 6 weist dabei einen größeren Durchmesser auf, als das Verschließelement 4. Ferner weist die Lagereinheit 10 mehrere, parallel zur Zylinderachse der Lagereinheit verlaufende Aussparungen 11, 11' auf, über die Kraftstoff in den nicht dargestellten Hochdruckspeicher strömt .
An dem der Lagereinheit 3 gegenüberliegenden Seite des Verschließelements 4 wird Kraftstoff über eine KraftstoffZuleitung 3 in die Volumenstromregeleinheit eingeleitet. Diese KraftstoffZuleitung 3 weist an dem der Lagereinheit 3 zugewandten Ende eine kegelförmige öffnung auf, die in der ge- schlossenen Stellung der Volumenstromregeleinheit mit einem
Bereich des Verschließelements 4 in Kontakt steht. Der Kraftstoffdruck innerhalb der KraftstoffZuleitung 3 wird durch eine nicht dargestellte KraftstoffVerdichtungseinheit bestimmt.
In der geschlossenen Stellung der Volumenstromregeleinheit entspricht der Druck im Hohlraum 5 dem Hochdruckspeicherdruck und ist größer als der Druck in der KraftstoffZuleitung 3. Das Verschließelement 4 erfährt daher eine zur Kraftstoffzu- leitung 3 gerichtete Kraft und bewegt sich dementsprechend in diese Richtung, bis das Verschließelement 4 in Kontakt mit dem Hochdruckpumpengehäuse 1 steht, und somit ein Einströmen von Kraftstoff in die Aussparungen 11, 11' der Lagereinheit verhindert wird.
Wenn der Kraftstoffdruck in der KraftstoffZuleitung 3 größer ist als der Druck im Hohlraum 5, so erfährt das Verschließelement 4 eine zur Lagereinheit 10 gerichtete Kraft und bewegt sich in diese Richtung, bis das Verschließelement 4 mit der Aufnahmefläche 20 der Lagereinheit 10 in Kontakt steht. In der geöffneten Stellung der Volumenstromregeleinheit kann daher Kraftstoff über den sich zwischen dem Verschließelement 4 und der Innenwand 6 des Hohlraums 5 bildenden Spalt abfließen .
Der Hohlraum 5 mit der Innenwand 6 dient ferner zur Führung der Bewegung des Verschließelements 4 von der offenen oder geschlossenen Stellung der Volumenstromregeleinheit in deren geschlossene oder offene Stellung.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht der Lagereinheit 10 der Volumenstromregeleinheit. Der Hohlraum 5 wird durch eine kalot- tenförmige Aufnahmefläche 20 und die Innenwand 6 der La- gereinheit 10 definiert. Die kalottenförmige Aufnahmefläche 20 dient zur Vermeidung von oszillatorischen Bewegungen des Verschließelements 4 in der geöffneten Stellung des Volumenstromregeleinheit, bei der das Verschließelement 4 in Kontakt mit der Aufnahmefläche 20 steht. Ferner weist die Lagerein- heit 10 mehrere über den Umfang verteilte, parallel zur Zylinderachse der Lagereinheit verlaufende Aussparungen 11, 11', H'' auf, über die der Kraftstoff bei einer geöffneten Stellung der Volumenstromregeleinheit aus dem Hohlraum 5 in den Hochdruckspeicher abfließen kann.
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze einer aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform der Lagereinheit. Die Prinzipskizze den übergangsbereich der KraftstoffZuleitung 3' in die Volumenstromregeleinheit, sowie die auf das Verschließ- element 4' einwirkenden Kräfte und stellt deren Richtung dar. Das Verschließelement 4' ist in Kontakt mit der in Figur 3 nicht dargestellten Aufnahmefläche der Lagereinheit, so dass die Volumenstromregeleinheit geöffnet ist, und Kraftstoff aus der KraftstoffZuleitung 3' über den Hohlraum 5 in den Hoch- druckspeicher strömen kann. Die auf das Verschließelement 4' einwirkende Kraft hängt von der Position des engsten Strömungsquerschnitts ab sowie von dem auf das Verschließelement 4' wirkenden Druck und von der mit dem Druck beaufschlagten Fläche des Verschließelements 4'.
Der engste Strömungsquerschnitt zwischen dem Verschließelement 4' und einer Strömungswand 30 im Hochdruckpumpengehäuse wird durch die Querschnittsfläche bestimmt, die zwischen der
umfangsseitig am Verschließelement 4' festgelegten Position des Punkts B' und der an der Strömungswand 30 der Position des Punkts B' gegenüberliegenden Position des Punkts E' verläuft. Auf das Verschließelement 4' wirken seitens der Kraft- stoffZuleitung 3' die Kräfte Fl' und F3, und seitens der Lagereinheit entgegengesetzt wirkende Kräfte F2' und F3' ein. Die Kraft Fl' wird durch den in der KraftstoffZuleitung 3' vorherrschenden Druck p und der dem Druck ausgesetzten Fläche des Verschließelements 4' zwischen dem der Kraftstoffleitung zugewandtem stirnseitigen Scheitelpunkt A' und dem Punkt B' bestimmt. Die Kraft F3 wird durch den nach dem engsten Strömungsquerschnitt herrschenden Druck und durch die Fläche der Verschließeinheit zwischen dem Punkt B' und dem quer zum stirnseitigen Scheitelpunkt A' liegenden seitlichen Scheitel- punkt D' bestimmt.
Die zur Kraft Fl' entgegen gerichtete Kraft F2' wird durch den Hochdruckspeicherdruck pRail im Hohlraum und die Verschließelementfläche zwischen den Punkten F' und C bestimmt. Der Punkt C befindet sich dabei in einer, bezogen auf den seitlichen Scheitelpunkt D' gespiegelten Position zum Punkt B'. Der Punkt F' befindet sich am Verschließelement 4' in einer dem stirnseitigen Scheitelpunkt A' gegenüberliegenden Position. Die zur Kraft F3 entgegengerichtet Kraft F3' wird durch die zwischen den Punkten C und D' eingenommene Fläche und den dort herrschenden Druck bestimmt. Die Kraft F3' entspricht dabei vom Betrag her der Kraft F3, so dass sich diese beiden Kräfte gegenseitig aufheben und somit keinen Beitrag zur Verschiebung des Verschließelements 4' leisten.
Damit eine Bewegung des Verschließelements 4' in Richtung der KraftstoffZuleitung 3' oder in Richtung Lagereinheit erfolgt, muss der Betrag der Kraft Fl' größer sein als der Betrag der Kraft F2', oder, im Falle einer Bewegung des Verschließele- ments 4' in Richtung Lagereinheit, der Betrag der Kraft Fl' kleiner sein als der Betrag der Kraft F2'.
Analog zu Figur 3 zeigt die Figur 4 eine Prinzipskizze der Lagereinheit, die einen gemäß Figur 2 ausgebildeten Hohlraum 5 aufweist. Aufgrund des Hohlraums wird der engste Strömungsquerschnitt aus dem Bereich der kegelförmigen öffnung der KraftstoffZuleitung 3 in den Bereich des Hohlraums verschoben. Durch diese Verschiebung des engsten Strömungsquerschnitts wirken nur noch die Kräfte Fl und F2 auf das Verschließelement 4 ein.
Im Vergleich zu der in Figur 3 vorgestellten Ausführungsform weist diese Ausführungsform eine größere effektiv nutzbare Fläche des Verschließelements 4 auf, womit sich auch der auf das Verschließelement 4 einwirkende Betrag der Kräfte Fl und F2 jeweils vergrößert. Die im Vergleich zur Figur 3 erzielba- re Vergrößerung der effektiv nutzbaren Fläche erfolgt aufgrund einer Verschiebung des engsten Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung. Der engste Strömungsquerschnitt wird durch die Querschnittsfläche bestimmt, die zwischen der umfangssei- tig am Verschließelement 4 festgelegten Position des Punkts B und der der Position des Punkts B gegenüberliegenden Position des der Strömungswand 30 zugeordneten Punkts E verläuft. Punkt B entspricht in diesem Ausführungsbeispiel dem aus Figur 3 bekannten Punkt D' .
Dabei entspricht die bei der Kraft Fl effektiv nutzbare Fläche des Verschließelements 4 der sich zwischen den beiden Punkten A und B einstellenden Fläche des Verschließelements 4. Punkt A entspricht analog zur Figur 3 dem der Kraftstoffleitung zugewandtem stirnseitigen Scheitelpunkt, und Punkt B dem quer zum Punkt A befindlichen seitlichen Scheitelpunkt. Die effektiv nutzbare Fläche für die Kraft F2 entspricht der sich zwischen den Punkten B und F einstellenden Fläche des Verschließelements 4. Der Punkt F befindet sich am Verschließelement 4 in einer dem stirnseitigen Scheitelpunkt A gegenüberliegenden Position.
Die Vergrößerung der für die Verschiebung des Verschließelements 4 effektiv nutzbaren Fläche entspricht bei der Kraft Fl
der aus der Figur 3 bekannten sich zwischen den Punkten B' und D' ausbildenden Fläche und bei der Kraft F2 der aus der Figur 3 bekannten Fläche zwischen den Punkten C und D' . Bei der Ausführungsform aus Figur 4 wirkt dadurch bei gleichen Druckverhältnissen eine im Vergleich zur Ausführungsform aus Figur 3 größere Kraft auf das Verschließelement 4 ein.
Next Patent: METHOD AND APPARATUS FOR RECOGNIZING TRAFFIC SIGNS