DE69624240T2

DE69624240T2 - Brennstoffpumpe

Info

Publication number: DE69624240T2
Application number: DE69624240T
Authority: DE
Inventors: Werner Faupel; D. Straub
Original assignee: Diesel Technology Co
Current assignee: Diesel Technology Co
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2016-05-21
Also published as: EP0834013A4; EP0834013A1; EP0834013B1; DE69624240D1; WO1997001031A1; JPH11508345A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung einer Kraftstoffpumpe und ein Verfahren zu deren Betrieb zum Dämpfen einer Steuerventilbewegung in einem Dieselkraftstoffeinspritzsysfiem eines Schwerlastwagens, das entweder eine Einheitspumpe oder Einheitseinspritzvorrichtungen beinhaltet.

Stand der Technik

Kraftstoffsteuerventilanordnungen bei Fahrzeug-Kraftstoffeinspritzsystemen beinhalten typischerweise ein Gehäuse mit einer Steuerventilkammer, ein Steuerventil mit Kolbenschieber und einen Ventilanschlag. Üblicherweise werden elektromagnetische Aktuatoren bei Steuerventilanordnungen verwendet, um den Antrieb des Steuerventils elektronisch zu steuern. Beispiele sind in US Patenten 4,618,095, welches vom Anmelder des vorliegenden Patentes angemeldet wurde, und 4,501,246 gezeigt.
Ein Hauptproblem bestehender Steuerventilanordnungen, inklusive solcher mit elektronisch angetriebenen Steuerventilanordnungen, besteht darin, dass das Steuerventil nach dem Kontakt des Steuerventils mit dem Ventilanschlag vom Ventilanschlag nach Art einer abklingenden Abfolge abprallen kann, bevor es endlich schließt, wie in Fig. 6a gezeigt. Dieses "Abprallen" des Steuerventils kann die Präzision des Kraftstoffiiussprozesses und dadurch die Verbrennungseffizienz signifikant verringern.
In US 4,619,239 wird eine Pumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben.
Aus den oben genannten Gründen besteht Bedarf für eine Steuerventilanordnung, die die Probleme und Beschränkungen des Standes der Technik überwindet.

Offenbarung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Steuerventilanordnung anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Steuerventilanordnung zum präziseren Steuern der Ventilverstellung über eine Zeiteinheit anzugeben, indem die Rate der Verstellung pro Zeiteinheit variiert wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, solch eine verbesserte Steuerventilanordnung zum Steuern des Kraftstoffes in Kraftstoffpumpen und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen für Verbrennungsmotoren anzugeben und in der Lage zu sein, das Steuerventil am Ende des Einspritzhubes abzubremsen und dabei zu dämpfen.
Die vorliegende Erfindung betrachtet außerdem solch eine Steuerventilanordnung, bei der das Dämpfen des Ventils an einem oder beiden Enden seines Hubweges elektronisch gesteuert werden kann, indem die Stromstärke der Steuerventilankerspule eingestellt wird und die eine dieser Steuerungstechniken insbesondere bei Kraftstoffeinspritzsystemen mit Voreinspritzung, wodurch eine präzise Steuerung des Beginns der Voreinspritzung durch die präzise Steuerung des Endes der vorhergehenden Haupteinspritzung, welches in Fig. 6b und 6c als t&sub2; dargestellt ist, erleichtert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Pumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem und eine Steuerventilanordnung wie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht angegeben.
Die Steuerventilanordnung umfasst ein Gehäuse mit einem Steuerventil, das in einer Steuerventilkammer angeordnet ist. Das Steuerventil beinhaltet einen Kolbenschieber, der innerhalb der Steuerventilkammer über eine Hubspanne axial zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist. Die Hubspanne ist definiert durch eine erste und eine zweite Hub-Unterspanne, die von der ersten bzw. zweiten Stellung begrenzt werden. Der Kolbenschieber umfasst einen Kolbenschiebersitz. Der Kolbenschiebersitz berührt eine Kolbenschiebersitzfläche, wenn der Kolbenschieber in der ersten Stellung ist.
Ein Ventilanschlag ist in dem Gehäuse an die Steuerventilkammer angrenzend angeordnet. Der Kolbenschiebersitz berührt den Ventilanschlag, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Stellung ist. Eine erste Steuerventilfeder spannt den Kolbenschieber federnd in Richtung auf die zweite Stellung vor, wenn der Kolbenschieber in der ersten Hub-Unterspanne ist. Eine zweite Steuerventilfeder spannt den Kolbenschieber federnd in einen gedämpften Eingriff mit (eine gedämpfte Anlage an) dem Ventilanschlag vor, immer, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Hub-Unterspanne ist.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet die Steuerventilanordnung Mittel zum Antreiben (Betätigen) des Steuerventils, wie z. B. einen elektromagnetischen Aktuator oder eine Spule. Der Kolbenschieber wird in Richtung auf eine Antriebsstellung (betätigte Stellung) gedrängt, wenn das Steuerventil in einem angetriebenen Zustand ist. Die Antriebsstellung kann entweder die erste oder die zweite Stellung sein und die Nichtantriebsstellung ist die jeweils andere Stellung (zweite oder erste Stellung). Die erste Steuerventilfeder spannt den Kolbenschieber federnd in Richtung auf die Nicht-Antriebsstellung vor, wenn sich der Kolbenschieber in der ersten Hub-Unterspanne befindet. Die zweite Steuerventilfeder spannt den Kolbenschieber federnd in einen gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag vor, wenn sich der Kolbenschieber in der zweiten Unterspanne befindet.
Nach Beendigung des Antriebs des Steuerventils wird der Kolbenschieber in Richtung auf die zweite Stellung und in einen gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag gedrängt.
Für die erste und zweite Steuerventilfeder sind in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung viele Konfigurationen möglich. Z. B. kann die erste Steuerventilfeder alternativ so ausgelegt sein, dass sie den Kolbenschieber in Richtung auf die zweite Stellung federnd vorspannt, wenn sich der Kolbenschieber in der zweiten Unterspanne befindet, zusätzlich zu dem Fall, wenn sich der Kolbenschieber in der ersten Unterspanne befindet. Die zweite Steuerventilfeder könnte so ausgelegt sein, dass sie den Kolbenschieber federnd in Richtung auf die erste Stellung vorspannt, wenn der Kolbenschieber sich in der zweiten Unterspanne befindet, oder alternativ könnte die zweite Steuerventilfeder so ausgelegt sein, dass sie den Kolbenschieber federnd in Richtung auf die zweite Stellung vorspannt, wenn sich der Kolbenschieber in der zweiten Unterspanne befindet. Die Richtung, in die die zweite Steuerventilfeder den Kolbenschieber vorspannt, wird bei einer speziellen Konfiguration derart bestimmt, dass sie den Kolbenschieber in gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag bringt.
In einer anderen Konfiguration spannt die Ventilfeder den Kolbenschieber federnd in einen gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag vor, wenn sich der Kolbenschieber in der ersten Unterspanne befindet, zusätzlich zum Fall, wenn sich der Kolbenschieber in der zweiten Unterspanne befindet.
Für die Steuerventilanordnung der vorliegenden Erfindung gibt es viele nützliche Anwendungen. Eine solche Anwendung besteht darin, die Steuerventilanordnung in einer Kraftstoffpumpe oder einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor zu verwenden.
Eine gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaute Pumpe umfasst einen Pumpenkörper mit einer Pumpenkammer, einen Kraftstoffeinlass zum Zuführen von Kraftstoff in die Pumpenkammer, eine Auslassöffnung und eine Steuerungskammer zwischen der Pumpenkammer und der Auslassöffnung. Ein sich hin und her bewegender Kolben ist in der Pumpenkammer angeordnet. Der Kolben ist über eine Hubspanne zwischen einer ausgefahrenen Stellung und einer zurückgezogenen Stellung hin und her bewegbar. Eine Kolbenfeder spannt den Kolben federnd in die zurückgezogene Stellung vor.
Die Pumpe umfasst ferner ein antreibbares Steuerventil zum Steuern von Kraftstoff. Das Steuerventil ist in der Steuerventilkammer angeordnet und das Steuerventil beinhaltet einen Kolbenschieber, der in der Steuerventilkammer axial über eine Hubspanne von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegbar ist. Die Hubspanne ist durch eine erste und eine zweite Unterspanne definiert, die von der ersten bzw. zweiten Stellung begrenzt werden. Der Kolbenschieber umfasst einen Kolbenschiebersitz. Der Kolbenschiebersitz berührt eine Pumpenkörpersitzfläche, wenn der Kolbenschieber sich in der ersten Stellung befindet.
Die Pumpe umfasst ferner eine Statoranordnung und Mittel zum Antreiben des Steuerventils, wie z. B. einen elektromagnetischen Aktuator oder eine Spule, die in der Statoranordnung angeordnet sind. Der Kolbenschieber wird in Richtung auf eine Antriebsstellung gedrängt, wenn sich das Steuerventil in einem Antriebszustand befindet.
An dem Steuerventil ist ein Anker befestigt und im Pumpenkörper ist an die Steuerventilkammer angrenzend ein Ventilanschlag angeordnet. Der Kolbenschiebersitz berührt den Ventilanschlag, wenn der Kolbenschieber sich in der zweiten Stellung befindet.
In Übereinstimmung mit der Steuerventilanordnung der vorliegenden Erfindung spannt weiterhin eine erste Steuerventilfeder den Kolbenschieber federnd in Richtung auf die Nicht-Antriebsstellung vor, wenn sich der Kolbenschieber in der ersten Unterspanne befindet. Eine zweite Steuerventilfeder spannt den Kolbenschieber federnd in einen gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag vor, wenn sich der Kolbenschieber in der zweiten Unterspanne befindet.
Der Ventilanschlag ist mit einer Anschlagsplatte im Pumpenkörper befestigt. Ein Statorbeabstandungselement ist zwischen dem Pumpenkörper und der Statoranordnung angeordnet und hat eine zentrale Öffnung, um den Anker darin aufzunehmen. Die Statoranordnung und das Statorbeabstandungselement werden durch eine Mehrzahl von Befestigungselementen am Pumpenkörper befestigt. Infolge des Antreibens des Steuerventils wird der Kolbenschieber gegen die Vorspannkraft der ersten Steuerventilfeder in die Antriebsstellung gedrängt.
In einer anderen Ausführungsform der Steuerventilanordnung ist ein Kolben im Kolbenschieber untergebracht. Der Kolben hat ein erstes und ein zweites Ende und eine Umfangsfläche. Das erste Ende grenzt am Ventilanschlag an, das zweite Ende grenzt an der zweiten Steuerventilfeder an. Die zweite Steuerventilfeder ist im Kolbenschieber aufgenommen. Der Kolben hat einen Durchfluss in Form eines Schlitzes oder einer Mehrzahl von radial und/oder axial in Folge angeordneten Ausgängen, um einen Fluidfluss aufzunehmen, der an der Umfangsfläche des Kolbens ausgebildet ist. Der Durchfluss erstreckt sich vom zweiten zum ersten Ende. Der Durchfluss erstreckt sich außerhalb des Kolbenschiebers, wenn der Kolbenschieber sich in der ersten Unterspanne befindet. Der Durchfluss ist vom Kolbenschieber eingeschlossen, wenn der Kolbenschieber sich in der zweiten Unterspanne befindet. Wenn der Durchfluss vom Kolbenschieber eingeschlossen ist, wird der Fluidfluss beschränkt und dadurch der Eingriff des Kolbenschiebers mit dem Ventilanschlag gedämpft.
Alternativ wird ein Verfahren zum Steuern der Rate der Verstellung des Steuerventils angegeben. In einer elektromagnetisch angetriebenen Steuerventilanordnung kann der elektrische Strom präzise gesteuert werden, so dass die Bewegung des Kolbenschiebers veranlasst wird, die Kolbenschieberbewegung der zuvor beschriebenen Steuerventilanordnungen zu modellieren.
Die vorliegende Erfindung hat eine Vielzahl von Vorteilen. Z. B. kann die Steuerventilanordnung oder das Verfahren der vorliegenden Erfindung in Pumpen oder Einspritzvorrichtungen verwendet werden, die entweder einen vertikal oder horizontal ausgerichteten Hubkolben haben.
Die oben beschriebenen Aufgaben und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von einem Durchschnittsfachmann ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Weise, die Erfindung auszuführen, erkannt werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer teilweise im Schnitt dargestellten Pumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, wobei die Pumpe eine erste Ausführungsform der Steuerventilanordnung hat, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Steuerventilanordnung von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Steuerventilanordnung der vorliegenden Erfindung, die das Ventil in einer offenen Stellung (untere Hälfte) und einer geschlossenen Stellung (untere Hälfte) zeigt;
Fig. 4a ist eine vergrößerte Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Steuerventilanordnung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4b ist eine vergrößerte Schnittansicht des in Fig. 4a gezeigten Kolbens entlang der Linie X-X von Fig. 4a;
Fig. 4c ist eine Seitenansicht eines alternativen Kolbens, der in der Ausführungsform von Fig. 4a verwendet werden kann;
Fig. 4d ist eine Schnittansicht des in Fig. 4c gezeigten Kolbens entlang der Linie Y-Y von Fig. 4c;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer vierten Ausführungsform einer Steuerventilanordnung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6a ist ein Graph, der die Verstellung des Kolbenschiebers über der Zeit während des Betriebs einer Steuerventilanordnung gemäß einem Verfahren des Standes der Technik zeigt; und
Fig. 6b und 6c sind die vorliegende Erfindung, wie sie sich in all ihren Ausführungsformen äußert, darunter die mechanischen Steuerungsanordnungen von Fig. 2 bis 5 und die hierin beschriebene elektronische Steuerungsanordnung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist eine Pumpe 10 gezeigt, die eine erste Ausführungsform einer Steuerventilanordnung beinhaltet, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Die Pumpe 10 hat einen Pumpenkörper 12 und eine Pumpenkammer 14 ist vom Pumpenkörper 12 eingeschlossen. Ein Kraftstoffeinlass 16 zum Zuführen von Kraftstoff zur Pumpe 10 ist in der Peripherie des Pumpenkörpers 12 angeordnet. Die Pumpe 12 hat ferner eine Auslassöffnung 18 und eine Steuerventilkammer 20 zwischen der Pumpenkammer 14 und der Auslassöffnung 18. Leitungen 22 und 24 verbinden die Pumpenkammer 14, die Steuerventilkammer 20 bzw. die Auslassöffnung 18.
In der Pumpenkammer 14 ist ein Hubkolben 26 angeordnet. Der Hubkolben 26 ist über eine Hubspanne zwischen einer mit A gekennzeichneten ausgefahrenen Stellung und einer mit B gekennzeichneten eingefahrenen Stellung hin und her bewegbar. Eine Hubkolbenfeder 28 spannt den Hubkolben 26 elastisch in die zurückgezogene Stellung B vor.
Eine Statoranordnung 30 beinhaltet einen elektromagnetischen Aktuator 32, wie z. B. eine Spule. Ein elektromagnetisch angetriebenes Steuerventil 34 ist in der Steuerventilkammer 20 angeordnet, um den Kraftstoff zu steuern. Das Steuerventil 34 beinhaltet einen Kolbenschieber 36. Der Kolbenschieber 36 ist zwischen einer Nicht-Antriebsstellung und einer Antriebsstellung in der Steuerventilkammer 20 bewegbar. Die Steuerventilkammer 20 beinhaltet Leitungen 38 für einen Kraftstofffluss. Ein Anker 40 ist mit einem Befestigungselement, wie z. B. einer Schraube 42 am Steuerventil 34 befestigt.
Ein Ventilanschlag 44 ist im Pumpenkörper 12 an die Steuerventilkammer 20 angrenzend angeordnet. Ein O-Ring 46 umgibt den Ventilanschlag 44, um ein Lecken von Kraftstoff zu verhindern. Der Ventilanschlag 44 ist mit einer Anschlagsplatte 48 im Pumpenkörper 12 befestigt.
Ein Statorbeabstandungselement 50 mit einer zentralen Öffnung 52 zum darin Aufnehmen des Ankers 40 ist zwischen dem Pumpenkörper 12 und der Statoranordnung 30 angeordnet. Das Statorbeabstandungselement 50 hat Kerben 54 zum Aufnehmen eines Befestigungselementes 56. O-Ringe 58 dichten das Statorbeabstandungselement 50 gegen die Statoranordnung 30 und den Pumpenkörper 12 ab. Befestigungselemente 60 befestigen die Statoranordnung 30 und das Statorbeabstandungselement 50 am Pumpenkörper 12.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 wird die Steuerventilanordnung weiter beschrieben. Der Steuerventilkörper 36 ist über eine Hubspanne zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung in der Steuerventilkammer 20 bewegbar. Die Antriebsstellung des Steuerventilkörpers 36 ist entweder die erste oder die zweite Stellung, und die Nicht-Antriebsstellung ist die jeweils andere (zweite oder erste) Stellung. Der Steuerventilkörper 36 wird in Richtung auf die Antriebsstellung gedrängt, wenn das Steuerventil 34 im Antriebszustand ist. Die Hubspanne des Steuerventilkörpers 36 wird durch erste und zweite Unterspannen definiert, die durch die erste bzw. zweite Stellung des Kolbenschiebers 36 begrenzt sind.
Eine erste Steuerventilfeder 70 spannt den Kolbenschieber 36 elastisch in Richtung auf die Nicht-Antriebsstellung vor, wenn sich der Kolbenschieber 36 in der ersten Unterspanne befindet. Ein Federsitz 72 und das Befestigungselement 56 grenzen an das erste und zweite Ende der ersten Steuerventilfeder 70 an. Eine zweite Steuerventilfeder 76 spannt den Kolbenschieber 36 elastisch in einen gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag 44 vor, wenn sich der Kolbenschieber 36 in der zweiten Unterspanne befindet. Der Ventilanschlag 44 beinhaltet eine Ventilanschlagbasis 78 und einen Ventilanschlagkopf 80. Der Ventilanschlagkopf 80 ist mit einem Stift 82 befestigt. Die zweite Steuerventilfeder 76 umgibt den Stift 82 und wird zwischen der Ventilanschlagbasis 78 und dem Ventilanschlagkopf 80 gehalten.
Wie weiterhin in Fig. 1 zu sehen, greift eine Angriffsfläche 86 an einem reziproken Antriebsglied, wie z. B. einem Nocken 88 an. Die reziproke Bewegung, die auf die Angriffsfläche 86 übertragen wird, wird auf übliche Weise auf den Hubkolben 26 übertragen.
Wie weiterhin in Fig. 1 und 2 zu sehen, ist der Kolbenschieber 36 axial über die Hubspanne zwischen der ersten und der zweiten Stellung bewegbar. Der Kolbenschieber 36 beinhaltet einen Kolbenschiebersitz 90. Der Sitz 90 berührt eine Pumpenkörpersitzfläche 91, wenn sich der Kolbenschieber 36 in der ersten Stellung befindet, und berührt den Ventilanschlagkopf 80, wenn sich der Kolbenschieber 36 in der zweiten Stellung befindet.
Die erste Steuerventilfeder 70 spannt den Kolbenschieber 36 elastisch in Richtung auf die Nicht-Antriebsstellung vor, wenn sich der Kolbenschieber 36 in der ersten Unterspanne der Hubspanne befindet. Die zweite Steuerventilfeder 76 spannt den Kolbenschieber 36 elastisch in Richtung auf entweder die erste Stellung oder die zweite Stellung vor, um den Kolbenschieber 36 elastisch in gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag 44 vorzuspannen, wenn sich der Kolbenschieber 36 in der zweiten Unterspanne der Hubspanne befindet.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die zweite Stellung des Kolbenschiebers 36 die Nicht- Antriebsstellung. Die erste Steuerventilfeder 70 spannt den Kolbenschieber 36 elastisch in Richtung auf die Nicht-Antriebsstellung vor, d. h. in Richtung auf den Ventilanschlagskopf 80. Die zweite Steuerventilfeder 76 spannt den Kolbenschieber 36 elastisch vor, um den Eingriff des Kolbenschiebers 36 mit dem Ventilanschlagkopf 80 abzubremsen und zu dämpfen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird eine zweite Ausführungsform der Steuerventilanordnung beschrieben. Ein Pumpenkörper 92 hat einen Kraftstoffeinlass 94, eine Steuerventilkammer 96 und Leitungen 98 und 100 für den Kraftstofffluss. Ein Steuerventil 102 mit einem Kolbenschieber 104 ist in der Steuerventilkammer 96 angeordnet. Leitungen 106 sind für den Kraftstofffluss vorgesehen.
Ein Anker 108 ist mit einem Befestigungselement, beispielsweise einer Schraube 110 am Steuerventil 102 befestigt. Ein Ventilanschlag 112 ist im Pumpenkörper 92, an die Steuerventilkammer 96 angrenzend angeordnet. Der Steuerventilkörper 104 berührt den Ventilanschlag 112, wenn sich der Steuerventilkörper 104 in der zweiten Stellung befindet, wie in der unteren Hälfte von Fig. 3 gezeigt. Ein O-Ring umgibt den Ventilanschlag 112. Der Ventilanschlag 112 ist mit einer Anschlagsplatte 116 im Pumpenkörper 92 befestigt.
Ein Statorbeabstandungselement 118 hat eine zentrale Öffnung 120, um den Anker 108 darin aufzunehmen. Das Statorbeabstandungselement 118 hat Kerben 122, um ein Befestigungselement 124 aufzunehmen. O-Ringe 126 dichten das Statorbeabstandungselement 118 gegen den Pumpenkörper 92 und die Statoranordnung 30 ab. Eine erste Steuerventilfeder 128 spannt den Kolbenschieber 104 elastisch in Richtung auf den Ventilanschlag 112 vor. Für die erste Steuerventilfeder 128 ist ein Sitz 130 vorgesehen. Die zweite Steuerventilfeder 132 ist mit der ersten Feder 128 konzentrisch angeordnet und spannt den Kolbenschieber 104 elastisch in Richtung auf den Ventilanschlag 112 vor. Die zweite Steuerventilfeder 132 ist mit einem Sitz 134 auf dem Steuerventil 102 versehen.
Die zweite Stellung für den Kolbenschieber 104 ist die Nicht-Antriebsstellung. Die erste Steuerventilfeder 128 spannt den Kolbenschieber 104 elastisch in Richtung auf die Nicht-Antriebsstellung vor, d. h. in Richtung auf den Ventilanschlag 112. Der Sitz 130 ist so geformt, dass die erste Steuerventilfeder 128 den Kolbenschieber 104 vorspannt, wenn sich der Kolbenschieber 104 in der ersten Unterspanne befindet. Die zweite Steuerventilfeder 132 spannt den Kolbenschieber 104 elastisch in Richtung auf den Ventilanschlag 112 vor, um den Eingriff des Steuerventilkörpers 104 mit dem Ventilanschlag 112 abzubremsen und zu dämpfen. Der Sitz 134 ist so geformt, dass die zweite Steuerventilfeder 132 den Kolbenschieber 104 immer in die erste und zweite Unterspanne vorspannt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4a und 4b wird eine dritte Ausführungsform einer Steuerventilanordnung beschrieben. Ein Pumpenkörper 140 hat eine Steuerventilkammer 142 und Leitungen 144 und 146. Ein Steuerventil 148 mit einem Kolbenschieber 150 ist in der Steuerventilkammer 142 angeordnet. Leitungen 152 sind für den Fluidfluss vorgesehen.
In dem Kolbenschieber 150 ist ein Kolben 154 angeordnet, der einen Durchfluss in Form eines Schlitzes oder einer Abflachung 155 an seinem Umfang hat. Ein Ventilanschlag 156 ist im Pumpenkörper 140 an die Ventilkammer 142 angrenzend angeordnet. Ein O-Ring 158 umgibt den Ventilanschlag 156. Eine Anschlagsplatte 160 befestigt den Ventilanschlag 156 im Inneren des Pumpenkörpers 140. Eine zweite Steuerventilfeder 162 ist im Kolbenschieber 150 angeordnet. Die zweite Steuerventilfeder 162 hat einen Sitz 164.
Wie in Fig. 4c und 4d gezeigt, kann der Durchfluss dadurch gebildet sein, dass der Kolben 154 nur von einem Ende angebohrt wird und dass radial ausgerichtete Flussleitungen 165 vorgesehen sind, die in Fluidkommunikation mit der Bohrung 163 stehen.
Wenn sich der Kolbenschieber 150 der zweiten Stellung nähert, wird der Durchfluss 155 verschlossen. Durch Verringerung des Fluidflusses wird ein Dämpfungseffekt erzeugt.
In Fig. 5 ist eine vierte Ausführungsform einer Steuerventilanordnung gezeigt. Ein Pumpenkörper 170 hat eine Steuerventilkammer 172 und Leitungen 174 und 176. Ein Steuerventil 178 mit einem Kolbenschieber 180 ist in der Steuerventilkammer 172 angeordnet. Leitungen 182 sind für den Fluidfluss vorgesehen. Ein zylindrischer Ventilanschlag 184 ist im Pumpenkörper 170 angeordnet. Ein O-Ring 186 umgibt den Ventilanschlag 184. Eine Anschlagsplatte 188 befestigt den Ventilanschlag 184 im Pumpenkörper 170. Im Ventilanschlag 184 ist eine Leitung 190 für den Fluidfluss vorgesehen. Eine zweite Steuerventilfeder 192 ist zum Dämpfen des Eingriffs des Kolbenschiebers 180 mit dem Ventilanschlag 184 vorgesehen. Ein Sitz 194 grenzt an einem Ende der zweiten Steuerventilfeder 192 an.
Der Betrieb der Pumpe 10 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Über einen Kraftstoffeinlass 16 wird Kraftstoff von einer Kraftstoffzuführung empfangen. Der Nocken 88 treibt die Angriffsfläche 86 an. Der Hubkolben 26 wird von der zurückgezogenen Stellung B zur ausgefahrenen Stellung A bewegt, und Kraftstoff wird in der Pumpenkammer 14 unter Druck gesetzt.
Das Steuerventil 34 wird vom elektromagnetischen Aktuator 32 gesteuert und es gestattet es unter Druck gesetztem Kraftstoff, über die Leitungen 22 und 24 durch die Auslassöffnung 18 geführt zu werden.
In Fig. 6a ist ein Graph der Kolbenschieberverstellung über der Zeit während der Betätigung der Steuerventilanordnung nach einem Verfahren aus dem Stand der Technik gezeigt. In der vollständig geschlossenen Stellung berührt der Kolbenschiebersitz die Sitzfläche des Pumpenkörpers. In der vollständig geöffneten Stellung berührt der Kolbenschiebersitz den Ventilanschlag. Zum Zeitpunkt t wird der Strom durch die Spule unterbrochen, und der Kolbenschieber wird von der vollständig geschlossenen Stellung in Richtung auf die vollständig geöffnete Stellung gedrängt, wobei er den Ventilanschlag zum ersten Mal zum Zeitpunkt t&sub2; berührt, und danach in zyklisch abklingender Weise von dem Ventilanschlag abprallt, wie gezeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kommt, wie in Fig. 6b und 6c gezeigt, zum Zeitpunkt t&sub2; die zweite Steuerventilfeder ins Spiel, entweder allein, wie in Fig. 6b gezeigt, oder zusammen mit der ersten Ventilfeder, wie in Fig. 6c gezeigt, wodurch der Kolbenschieber in einen verzögerten gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag gedrängt wird. Beim Stand der Technik wird ohne eine zweite Steuerventilfeder oder äquivalente Dämpfungsmittel, wie z. B. den oben beschriebenen Kolben mit der Durchflussanordnung, das Abprallen des Ventils beobachtet, während sich der Kolbenschieber in Eingriff mit dem Ventilanschlag begibt.
Alternativ kann die mechanische Steuerventilanordnung elektrisch moduliert werden, indem der Strom durch den elektromagnetischen Aktuator präzise überwacht wird. Weiterhin wird das Dämpfen des Steuerventils an einem oder beiden Enden seines Hubes elektronisch dadurch gesteuert, dass die Stromstärke des Stroms der Ventilankerspule eingestellt wird, und die eine dieser Steuerungstechniken, insbesondere bei Kraftstoffeinspritzsystemen mit Voreinspritzung, wodurch eine präzise Steuerung der Auslösung der Voreinspritzung über die präzise Steuerung des Endes der vorhergehenden Haupteinspritzung, welches in Fig. 6b und 6c als t&sub2; dargestellt ist, erleichtert wird.
Darüber hinaus kann man eine der in Fig. 2 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen oder ihre Äquivalente in Kombination mit der Technik des Anpassens der Stromstärke in der Antriebsspule des Steuerventils verwenden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 5 wird die Hubspanne und die Definition der Unterspannen für den Kolbenschieber im Folgenden weiter beschrieben. In der ersten Unterspanne wird der Kolbenschieber entweder durch die erste Steuerventilfeder oder durch die vom elektromagnetischen Aktuator induzierte Kraft in der ersten Stellung gehalten. Wenn der Kolbenschieber von der ersten Steuerungsfeder in der ersten Stellung gehalten wird, wird der Kolbenschieber durch Antreiben des elektromagnetischen Aktuators in Richtung auf die zweite Stellung gedrängt. Wenn der Kolbenschieber in der ersten Stellung durch die vom elektromagnetischen Aktuator induzierte Kraft gehalten wird, wird der Kolbenschieber nach Beendigung des Antriebs durch die erste Steuerventilfeder in Richtung auf die zweite Stellung gedrängt. Während der Kolbenschieber sich der zweiten Stellung in einer der zuvor beschriebenen Weisen nähert, bewegt sich der Kolbenschieber durch die erste Unterspanne.
Nach dem Eintritt in die zweite Unterspanne befindet sich der Kolbenschieber in der Nähe des Ventilanschlags. In der zweiten Unterspanne spannt die zweite Steuerventilfeder, die so ausgelegt ist, dass sie eine Kraft in eine geeignete Richtung ausübt, um den Kolbenschieber in einen verzögerten Eingriff mit dem Ventilanschlag zu bringen, den Kolbenschieber elastisch vor. Alternativ kann die Steuerventilanordnung, wie zuvor beschrieben, mit der kolbenunterstützten Kraftstoffflussanordnung versehen werden oder weiterhin elektrisch gesteuert werden.
Es wird betont, dass, obwohl die oben beschriebenen Formen der Erfindung die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung darstellen, die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, alle möglichen Formen aufzuzeigen. Z. B. wird man erkennen, dass viele Merkmale der obenstehenden Einheitspumpe ebenso für eine Einheitseinspritzvorrichtung verwendbar sind, wie sie z. B. im US Patent 4,618,095 gezeigt ist, das vom Anmelder der vorliegenden Erfindung angemeldet wurde, und durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird. Indem hier auf eine Pumpe Bezug genommen wird, schließt der Anmelder eine Einheitseinspritzvorrichtung mit ein. Ferner wird betont, dass die verwendeten Worte Worte der Beschreibung, nicht aber der Eingrenzung sind, und dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, der gemäß den folgenden Ansprüchen auszulegen ist.

Claims

1. Pumpe (10) für ein Kraftstoff-Einspritzsystem, umfassend:

einen Pumpenkörper (12) mit einer Pumpenkammer (14), einem Kraftstoffeinlaß (16) zum Zuführen von Kraftstoff in die Pumpenkammer (14), eine Auslaßöffnung (18), und eine Steuerventilkammer (20) zwischen der Pumpenkammer und der Auslaßöffnung (18);

einen in der Pumpenkammer (20) angeordneten Hubkolben (26), der über eine Hubspanne zwischen einer ausgefahrenen Stellung (A) und einer zurückgezogenen Stellung (B) hin- und herbewegbar ist;

eine Kolbenfeder (28) zum elastischen Vorspannen des Kolbens (26) in die zurückgezogene Stellung (B);

ein antreibbares Steuerventil (34) zum Steuern von Kraftstoff, wobei das Steuerventil (34) in der Steuerventilkammer (20) angeordnet ist, und das Steuerventil (34) einen Kolbenschieber (36) hat, der in der Steuerventilkammer (20) axial über eine Hubspanne von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegbar ist, wobei die Hubspanne definiert ist durch eine erste und eine zweite Hub-Unterspanne, die von der ersten, bzw. zweiten Stellung begrenzt wird;

eine Statoranordnung (30);

einen elektromagnetischen Antrieb (32) zum Antreiben des Steuerventils (34), wobei der elektromagnetische Antrieb (32) in der Statoranordnung (30) angeordnet ist, und wobei der Kolbenschieber (36) in einen Antriebszustand geführt wird, wenn das Steuerventil (34) in einem Antriebszustand ist, welcher der ersten oder der zweiten Stellung entspricht, wohingegen eine Nicht- Antriebsstellung der anderen der ersten oder zweiten Stellung entspricht;

einen Anker (108), der an dem Steuerventil (34) befestigt ist;

einem in dem Pumpenkörper (12) angrenzend an die Steuerventilkammer (20) angeordneten Ventilanschlag (44), wobei der Kolbenschieber (36) den Ventilanschlag (44) berührt, wenn der Kolbenschieber (36) in der zweiten Stellung ist;

eine erste Steuerventilfeder (70) zum elastischen Vorspannen des Kolbenschiebers (36) in die Nicht-Antriebsstellung, wenn der Kolbenschieber (36) in der ersten Hub-Unterspanne ist; und

eine Anschlagplatte, die den Ventilanschlag (44) in dem Pumpenkörper (12) befestigt; gekennzeichnet durch

eine zweite Steuerventilfeder (76) zum elastischen Vorspannen des Kolbenschiebers (36) in einen gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Hub-Unterspanne ist;

ein Stator-Beabstandungselement (50), das zwischen dem Pumpenkörper (12) und der Statoranordnung (30) angeordnet ist und eine zentrale Öffnung (52) hat zum Aufnehmen des Ankers (108); und

mehrere Verbindungselemente (60) zum Montieren der Statoranordnung (30) und des Stator-Beabstandungselements (50) an dem Pumpenkörper (12), wobei der Kolbenschieber (36) bei Antrieb des Steuerventils (34) entgegen der Vorspannung der ersten Steuerventilfeder (70) in die Antriebsstellung geführt wird.

2. Pumpe (10) nach Anspruch 1, wobei die Antriebsstellung die erste Stellung ist, und wobei der Kolbenschieber (36) bei Nicht-Antrieb des Steuerventils in die Nicht-Antriebsstellung und in gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag (44) geführt wird.

3. Pumpe (10) nach Anspruch 1, wobei die Antriebsstellung die zweite Stellung ist, und wobei der Kolbenschieber bei Antrieb des Steuerventils in die Antriebsstellung und in gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag (112) geführt wird.

4. Pumpe nach Anspruch 1, wobei die erste Steuerventilfeder (70) den Kolbenschieber (36) elastisch in die zweite Stellung vorspannt, wenn der Kolbenschieber (36) in der zweiten Hub-Unterspanne ist.

5. Pumpe nach Anspruch 1, wobei die zweite Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in die erste Position vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Hub-Unterspanne ist.

6. Pumpe nach Anspruch 1, wobei die zweite Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in die zweite Position vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Hub-Unterspanne ist.

7. Pumpe nach Anspruch 1, wobei die Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in einen gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der ersten Hub-Unterspanne ist.

8. Pumpe nach Anspruch 1, wobei die Steuerventilfeder von dem Ventilanschlag umgeben ist.

9. Pumpe (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend:

einen in dem Kolbenschieber (150) aufgenommenen Kolben (154) mit einem ersten und einem zweiten Ende sowie einer Umfangsfläche, wobei das erste Ende an den Ventilanschlag (156) angrenzt und das zweite Ende an ein Ende der zweiten Steuerventilfeder (162) angrenzt, und wobei die zweiten Steuerventilfeder (162) in dem Kolbenschieber (150) aufgenommen ist und der Kolben (154) einen Durchfluß (155) hat, der das Durchströmen von Kraftstoff ermöglicht und an der Umfangsfläche des Kolbens (154) ausgebildet ist, und wobei sich der Durchfluß (155) von dem zweiten Ende zum ersten Ende erstreckt und sich der Durchfluß (155) außerhalb des Kolbenschiebers (150) erstreckt, wenn der Kolbenschieber (150) in der Hub- Unterspanne ist und der Durchfluß (155) von dem Kolbenschieber (150) umgeben ist, wenn der Kolbenschieber (150) in der zweiten Hub-Unterspanne ist und wobei der Kraftstofffluß reduziert ist, wenn der Durchfluß (155) von dem Kolbenschieber (150) umgeben ist, wodurch der Eingriff des Kolbenschiebers (150) mit dem Ventilanschlag (156) gedämpft wird.

10. Steuerventilanordnung, umfassend:

ein Gehäuse mit einer Steuerventilkammer (142);

ein in der Steuerventilkammer (142) angeordnetes Steuerventil (148), das einen Kolbenschieber (150) umfaßt, der in der Steuerventilkammer (142) axial über eine Hubspanne von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegbar ist, wobei die Hubspanne definiert ist durch eine erste und eine zweite Hub-Unterspanne, die von der ersten, bzw. zweiten Stellung begrenzt wird;

einen Ventilanschlag (156), der in dem Gehäuse angrenzend an die Steuerventilkammer (142) angeordnet ist, wobei der Kolbenschieber (150) den Ventilanschlag (156) berührt, wenn der Kolbenschieber (150) in der zweiten Stellung ist;

eine erste Steuerventilfeder zum elastischen Vorspannen des Kolbenschiebers (150) in die zweite Stellung, wenn der Kolbenschieber (150) in der ersten Hub-Unterspanne ist;

eine zweite Steuerventilfeder (162) zum elastischen Vorspannen des Kolbenschiebers (150) in gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag (156), wenn der Kolbenschieber (150) in der zweiten Hub-Unterspanne ist; und gekennzeichnet durch

einen Kolben (154), der in dem Kolbenschieber (150) aufgenommen ist und ein erstes und ein zweites Ende sowie eine Umfangsfläche hat, wobei das erste Ende an den Ventilanschlag (156) angrenzt und das zweite Ende an ein Ende der zweiten Steuerventilfeder (162) angrenzt, und wobei die zweite Steuerventilfeder (162) in dem Kolbenschieber (150) aufgenommen ist und der Kolben (154) einen Durchfluß (155) hat, der das Durchströmen von Kraftstoff ermöglicht und an der Umfangsfläche des Kolbens (154) ausgebildet ist, und wobei sich der Durchfluß (155) von dem zweiten Ende zum ersten Ende erstreckt und sich der Durchfluß (155) außerhalb des Kolbenschiebers (150) erstreckt, wenn der Kolbenschieber (150) in der Hub- Unterspanne ist und der Durchfluß (155) von dem Kolbenschieber (150) umgeben ist, wenn der Kolbenschieber (150) in der zweiten Hub-Unterspanne ist und der Fluidfluß reduziert ist, wenn der Durchfluß (155) von dem Kolbenschieber (150) umgeben ist, wodurch der Eingriff des Kolbenschiebers (150) mit dem Ventilanschlag (156) gedämpft wird.

11. Steuerventilanordnung nach Anspruch 10, wobei die erste Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in die zweite Stellung vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Hub-Unterspanne ist.

12. Steuerventilanordnung nach Anspruch 10, wobei die zweite Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in die erste Position vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Hub-Unterspanne ist.

13. Steuerventilanordnung nach Anspruch 10, wobei die zweite Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in die zweite Position vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Hub-Unterspanne ist.

14. Steuerventilanordnung nach Anspruch 10, wobei die Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in einen gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der ersten Hub-Unterspanne ist.

15. Steuerventilanordnung nach Anspruch 10, ferner umfassend:

Mittel zum Antreiben des Steuerventils, wobei der Kolbenschieber (150) in eine Antriebsstellung geführt wird, wenn das Steuerventil (148) in einem Antriebszustand ist, welcher der ersten oder der zweiten Stellung entspricht, wohingegen eine Nicht-Antriebsstellung der anderen der ersten oder zweiten Stellung entspricht.

16. Steuerventilanordnung nach Anspruch 15, wobei die Antriebsstellung die erste Stellung ist, und wobei der Kolbenschieber (150) bei Nicht-Antrieb des Steuerventils in die Nicht-Antriebsstellung und in gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag (156) geführt wird.

17. Steuerventilanordnung nach Anspruch 15, wobei die Antriebsstellung die zweite Stellung ist, und wobei der Kolbenschieber (150) bei Antrieb des Steuerventils in die Antriebsstellung und in gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag (156) geführt wird.

18. Steuerventilanordnung nach Anspruch 15, wobei die erste Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in die zweite Stellung vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Hub-Unterspanne ist.

19. Steuerventilanordnung nach Anspruch 15, wobei die zweite Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in die erste Position vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Hub-Unterspanne ist.

20. Steuerventilanordnung nach Anspruch 15, wobei die zweite Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in die zweite Position vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der zweiten Hub-Unterspanne ist.

21. Pumpe nach Anspruch 15, wobei die zweite Steuerventilfeder den Kolbenschieber elastisch in einen gedämpften Eingriff mit dem Ventilanschlag vorspannt, wenn der Kolbenschieber in der ersten Hub-Unterspanne ist.