DE102014223240A1

DE102014223240A1 - Niederdruckregelsystem einer Kraftstofffördereinrichtung eines Kraftstoffeinspritzsystems sowie ein Absteuerventil dazu

Info

Publication number: DE102014223240A1
Application number: DE102014223240.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Langenbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-05-19
Also published as: CN107002603B; WO2016075041A2; WO2016075041A3; CN107002603A

Abstract

Es wird ein Niederdruckregelsystem für eine Kraftstofffördereinrichtung eines Kraftstoffeinspritzsystems vorgeschlagen. Das Niederdruckregelsystem ist ausgeführt mit einer Förderleitung (12), die einen Zulauf von einer Förderpumpe (13) zu einer Hochdruckpumpe (18) ausbildet, mit mindestens einem in der Förderleitung (12) angeordneten Kraftstofffilter (14) und mit einem in der Förderleitung (12) weiterhin angeordneten steuerbaren Stellelement (15), welches einen vorwählbaren Förderstrom zur Hochdruckpumpe (18) weiterleitet, wobei eine von der Förderpumpe (13) geförderte überschüssige Fördermenge mittels eines Überströmventils (20) in eine Rücklaufleitung (22) abgeleitet wird. Zusätzlich zum steuerbaren Stellelement (15) ist ein hydraulisch ansteuerbares Absteuerventil (30) vorgesehen, das zumindest eine Teilmenge der überschüssigen Fördermenge in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter (14) aus der Förderleitung (12) ableitet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Niederdruckregelsystem einer Kraftstofffördereinrichtung eines Kraftstoffeinspritzsystems sowie ein Absteuerventil dazu nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannte Kraftstofffördereinrichtungen weisen einen Niederdruckkreis mit einer Förderpumpe auf, die Kraftstoff aus einem Tank ansaugt und über eine Förderleitung einer Hochdruckpumpe an einer Zulaufseite zuführt. Mindestens ein hochdruckseitiger Ausgang der Hochdruckpumpe führt in einen Hochdruckkreis und über eine Hochdruckleitung in einen Hochdruckspeicher, auch Common Rail genannt. Der Hochdruckspeicher ist mit mindestens einem Kraftstoffinjektor verbunden, über den Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Im Niederdruckkreis ist zwischen Förderpumpe und Hochdruckpumpe mindestens ein Kraftstofffilter zum Herausfiltern von Feststoffpartikeln aus dem Kraftstoff angeordnet. Der Zulaufseite der Hochdruckpumpe ist ein Regelelement vorgeschaltet, über welches die von der Förderpumpe zur Hochdruckpumpe gelieferte Kraftstoffmenge bedarfsgerecht und variabel eingestellt wird. Diesem auch Zumesseinheit genannten Regelelement ist in Strömungsrichtung des Kraftstoffs hinter dem Kraftstofffilter ein Überströmventil zugeordnet, das die überschüssige Kraftstoffmenge über eine Rücklaufleitung in den Tank zurückleitet. Dadurch wird der Druck in der Förderleitung hinter dem Kraftstofffilter auf einen im Wesentlichen konstanten Wert geregelt, wobei die gesamte überschüssige Fördermenge stromab hinter dem Kraftstofffilter abgeleitet wird. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass aufgrund des hohen Filterdurchflusses schnell ein gutes Sauberkeitsniveau des Kraftstoffs erreicht wird. Andererseits bedeutet dies jedoch, dass eine gewisse Filterbaugröße erforderlich ist, die einen entsprechend großen Bauraum erfordert und dadurch entsprechend höhere Kosten verursacht werden. Das Durchleiten der gesamten Absteuermenge durch den Kraftstofffilter bedeutet außerdem, dass eine schnelle Beladung des Kraftstofffilters mit Schmutzpartikeln eintritt, wodurch ein häufiger Wechsel des Kraftstofffilters notwendig wird.
Aus EP 2159406 A1 ist ein Niederdruckregelsystem bekannt, bei dem der Förderpumpe ein hydraulisch ansteuerbares Absteuerventil zugeordnet ist, das die gesamte überschüssige Fördermenge in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter ableitet. Die Steuerleitung zur Ansteuerung zweigt dabei von der Förderleitung in Strömungsrichtung des Kraftstoffs zwischen Kraftstofffilter und Hochdruckpumpe ab. Durch diese Vorgehensweise wird der Filterdurchfluss auf die tatsächlich benötigte Fördermenge reduziert.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Niederdruckregelsystem hat den Vorteil, dass sowohl der Filterdurchfluss reduziert wird als auch die erforderliche Kühl- und Schmiermenge für die Hochdruckpumpe auf ein erforderliches Maß einstellbar ist. Außerdem kann auf eine Drossel in der Saugleitung verzichtet werden, wodurch eine Reduzierung der Variantenvielfalt der einzusetzenden Förderpumpen möglich ist. Darüber hinaus wird das Kavitationsrisiko reduziert. Mit dem erfindungsgemäßen Absteuerventil lässt sich das erfindungsgemäße Niederdruckregelsystem auf einfache Weise realisieren und in die an sich bekannten Niederdruckregelsysteme mit Zumesseinheit und Überströmventil einsetzen.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
Zur Ableitung zumindest einer als Absteuermenge bezeichneten Teilmenge der überschüssigen Fördermenge bereits in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter ist es besonders vorteilhaft, den Steuerdruck für den Steuerraum des Absteuerventils von der Rücklaufleitung stromab des Überströmventils abzugreifen. Dazu ist eine hydraulische Steuerleitung vorgesehen, die stromab des Überströmventils hydraulisch mit der Rücklaufleitung verbunden ist. Zur Erzeugung eines ausreichenden Steuerdrucks ist es vorteilhaft, wenn in Strömungsrichtung hinter einer Abzweigung der Steuerleitung von der Rücklaufleitung eine hydraulische Drossel in der Rücklaufleitung angeordnet ist, die in der Steuerleitung einen entsprechenden Staudruck erzeugt.
Durch die Anordnung einer weiteren hydraulischen Drossel in der Steuerleitung kann ein stabiles hydraulisches Verhalten des Absteuerventils realisiert werden, indem die Ventilbewegung gedämpft wird. Die weitere hydraulische Drossel kann aber auch durch einen entsprechend kleinen Durchmesser der Steuerleitung selbst ausgeführt werden.
Zur Ableitung der Absteuermenge ist ein Einlass des Absteuerventils über eine Absteuerleitung in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter mit der Förderleitung und ein Auslass des Absteuerventils über eine Rückströmleitung mit einer in einen Tank führenden Saugleitung hydraulisch verbunden.
Zur Integration der Funktionalitäten eines Überdruckventils und/oder eines Bypassventils kann das Absteuerventil mit einer zweiten Steuerleitung und/oder einer dritten Steuerleitung versehen sein.
Eine erste vorteilhafte Ausführungsform des Absteuerventils lässt sich dadurch realisieren, wenn der Ventilkolben einen federraumseitigen Kolbenabschnitt und einen steuerraumseitigen Kolbenabschnitt mit jeweils gleichen Durchmessern aufweist, mit welchen der Ventilkolben in der Führungsbohrung geführt ist, wenn sich zwischen den beiden Kolbenabschnitten ein weiterer Kolbenabschnitt mit kleinerem Durchmesser befindet und wenn der Durchmessersprung mit der Schieberkante an einer Ringfläche zwischen dem federraumseitigen Kolbenabschnitt und dem weiteren Kolbenabschnitt mit kleinerem Durchmesser ausgebildet ist. Dabei sind weiterhin ein mit einer Absteuerleitung verbundener Einlassanschluss und ein mit einer Rückströmleitung verbundener Auslassanschluss vorgesehen, wobei der Auslassanschluss permanent in den Ventilraum mündet und der Einlassanschluss mit der Ventilöffnung versehen ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Absteuerventils, die sich besonders dafür eignet, die zusätzliche Funktionalität eines Überdruckventils in das Absteuerventil zu integrieren, lässt sich dadurch realisieren, wenn die Führungsbohrung als Stufenbohren ausgeführt ist, wenn der Ventilkolben mit einem federraumseitigen Kolbenabschnitt und einem daran angrenzenden steuerraumseitigen Kolbenabschnitt mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet ist, wenn der federraumseitige Kolbenabschnitt und der angrenzende steuerraumseitige Kolbenabschnitt mit dem kleineren Durchmesser jeweils in der Führungsbohrung geführt sind, so dass sich dazwischen der Ventilraum in der gestuften Führungsbohrung ausbildet, und wenn der mit einer Absteuerleitung verbundene Einlassanschluss permanent in den Ventilraum mündet und der mit einer Rückströmleitung verbundene Auslassanschluss mit der Ventilöffnung versehen ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Absteuerventils, die sich dafür eignet, die zusätzlichen Funktionalitäten eines Überdruckventils und eines Bypassventils in das Absteuerventil zu integrieren, lässt sich realisieren, wenn eine erste Bypassleitung und eine zweite Bypassleitung vorgesehen sind, wenn die erste Bypassleitung vom Einlassanschluss abzweigt und mit einer ersten Bypassöffnung in die Führungsbohrung mündet, und wenn die zweite Bypassleitung vom Auslassanschluss abzweigt und mit einer zweiten Bypassöffnung in einen Federraum mündet. Dazu ist es notwendig, den Ventilkolben im drucklosen Zustand des Steuerraums in einer Mittelposition zu halten. Realisieren lässt sich dies dadurch, indem zusätzlich zur Druckfeder eine weitere Druckfeder im Steuerraum angeordnet ist, die gegen die Druckfeder wirkt und den Ventilkolben in der Mittelposition hält, in der die Einlassöffnung und die erste Bypassöffnung vom federraumseitigen Kolbenabschnitt verschlossen ist.
Um zu verhindern, dass Leckage in rückwärtiger Strömungsrichtung durch die Steuerleitung in die Rücklaufleitung hineinströmt und dadurch ungefilterter Kraftstoff zur Hochdruckpumpe gelangen kann, ist es zweckmäßig, die Leckage aus dem Ventilraum und dem Steuerraum abzuleiten. Dazu ist vorgesehen, an der Umfangsfläche des Ventilkolbens zwischen dem Ventilraum und dem Steuerraum eine umlaufende Nut anzuordnen, die über Bohrungen mit dem Federraum hydraulisch verbunden ist.
Ausführungsbeispiel
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Kraftstofffördereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Niederdruckregelsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Kennlinie eines Absteuerventils des erfindungsgemäßen Niederdruckregelsystems,
3 das erfindungsgemäße Niederdruckregelsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 das erfindungsgemäße Niederdruckregelsystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
5 das erfindungsgemäße Niederdruckregelsystem gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Absteuerventils gemäß einer ersten Ausführungsform,
7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Absteuerventils gemäß einer zweiten Ausführungsform,
8 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Absteuerventils gemäß einer dritten Ausführungsform und
9 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Absteuerventils gemäß einer vierten Ausführungsform.
Die in 1 dargestellte Kraftstofffördereinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine zeigt einen Niederdruckkreis 10 mit einem Niederdruckregelsystem. Der Niederdruckkreis 10 umfasst eine Saugleitung 11, eine Förderleitung 12, eine Förderpumpe 13 und mindestens einen Kraftstofffilter 14. Dem Niederdruckregelkreis sind ein beispielsweise als Zumesseinheit ausgebildetes steuerbares Stellelement 15, ein Überströmventil 20 und ein hydraulisch ansteuerbares Absteuerventil 30 zugeordnet, wobei das Absteuerventil 30 über eine hydraulische Steuerleitung 33 angesteuert wird. Der Kraftstofffilter 14 ist dabei zwischen der Förderpumpe 13 und dem steuerbaren Stellelement 15 in der Förderleitung 12 angeordnet.
Die Förderpumpe 13 arbeitet als Vorförderpumpe und saugt Kraftstoff aus einem Tank 17 an und fördert den Kraftstoff über die Förderleitung 12 durch den Kraftstofffilter 14 zu einer Zulaufseite einer Hochdruckpumpe 18. Von der Hochdruckpumpe 18 führt eine Hochdruckleitung 19 zu einem nicht dargestellten Kraftstoffspeicher, auch Rail genannt, wobei die Hochdruckpumpe 18 den von der Förderpumpe 13 geförderten Kraftstoff auf Hochdruck von beispielsweise über 1600 bar verdichtet und über die Hochdruckleitung 19 in den Hochdruckspeicher pumpt. An den Kraftstoffspeicher sind ebenfalls nicht dargestellte Kraftstoffinjektoren angeschlossen. Mittels der Kraftstoffinjektoren wird Kraftstoff unter Hochdruck in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
Das steuerbare Stellelement 15 ist in der Förderleitung 12 an der Zulaufseite der Hochdruckpumpe 18 vorgeschaltet. Durch das steuerbare Stellelement 15 wird ein variabler Durchflussquerschnitt in der Förderleitung 12 stromauf vor der Zulaufseite der Hochdruckpumpe 18 eingestellt, um dadurch den Zufluss von Kraftstoff von der Förderpumpe 13 zur Hochdruckpumpe 18 variabel zu gestalten und so eine Anpassung der durch die Hochdruckpumpe 18 geförderten Kraftstoffmenge an den Bedarf der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
Dem steuerbaren Stellelement 15 ist das Überströmventil 20 zugeordnet. Dazu zweigt stromauf des steuerbaren Stellelements 15 von der Förderleitung 12 eine Rücklaufleitung 22 ab, in welcher das Überströmventil 20 angeordnet ist. Das Überströmventil 20 dient dazu, um die von der Hochdruckpumpe 18 aufgrund der Einstellung des Stellelements 15 nicht benötigte Kraftstoffmenge abzuleiten und als überschüssige Fördermenge über die Rücklaufleitung 22 beispielsweise in den Tank 17 zurückzuführen. In der Rücklaufleitung 22 ist weiterhin eine hydraulische Drossel 23 angeordnet, auf deren Funktion später noch eingegangen wird.
Das Absteuerventil 30 weist einen Einlass 34 auf, der über eine Absteuerleitung 31 mit der Förderleitung 12 in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter 14 hydraulisch verbunden ist. Eine Rückströmleitung 32 führt von einem Auslass 35 des Absteuerventils 30 zurück in die Saugleitung 11 oder direkt zurück in den Tank 17. Das Absteuerventil 30 ist ein hydraulisch angesteuertes Ventil, dessen Ausführungsformen später in den 6, 7, 8 und 9 näher beschrieben werden.
Zur hydraulischen Ansteuerung des Absteuerventils 30 dient die hydraulische Steuerleitung 33. Die hydraulische Steuerleitung 33 verbindet einen Steuerdruckeingang 39 des Absteuerventils 30 mit der vom Überströmventil 20 wegführenden Rücklaufleitung 22. Die Anbindung der hydraulischen Steuerleitung 33 an die Rücklaufleitung 22 liegt dabei stromab des Überströmventils 20 und stromauf der hydraulischen Drossel 23 zwischen Überströmventil 20 und Drossel 23. Vor der Drossel 23 staut sich der vom regelbaren Stellelement 15 über das Überströmventil 20 abgeleitete Kraftstoff, wodurch sich der Druck in der Steuerleitung 33 erhöht. Infolgedessen wird das Absteuerventil 20 betätigt und in eine zweite, geöffnete Schaltstellung gebracht. Dadurch wird eine Teilmenge der überschüssigen Fördermenge als Absteuermenge bereits in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter 14 über die Absteuerleitung 31 und die Rückströmleitung 32 zurück in die Saugleitung 11 oder in den Tank 17 abgeleitet. Die Ableitung der Absteuermenge kann dabei auch förderpumpenintern erfolgen. Die vor dem Kraftstofffilter abgeleitete Fördermenge ist dabei abhängig von der vom Überstromventil 20 zurückgeführten überschüssigen Fördermenge und dem dadurch von der Drossel 23 aufgebauten Staudruck in der Steuerleitung 33. Denn mit Zunahme der überschüssigen Fördermenge, beispielsweise mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine oder mit zunehmendem Zulaufdruck, staut sich der Kraftstoff an der Drossel 23 in der Rücklaufleitung 22. Dies führt zu einem erhöhten Druck in der Steuerleitung 33, der das Absteuerventil 30 betätigt, wie später erläutert wird.
Um den Steuerdruck in der Steuerleitung aufzubauen ist es jedoch notwendig, dass eine andere Teilmenge der überschüssigen Fördermenge vom Überströmventil 20 in die Rücklaufleitung 22 abgeleitet wird. Insofern vereint das vorliegende Niederdruckregelsystem eine Absteuerung einer als Absteuermenge bezeichneten ersten Teilmenge der überschüssigen Fördermenge aus der Förderleitung 12 mittels des Absteuerventils 30 in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter und eine Ableitung einer zweiten Teilmenge der überschüssigen Fördermenge aus der Förderleitung 12 über das Überströmventil 20 in Strömungsrichtung des Kraftstoffs hinter dem Kraftstofffilter 14.
Das Absteuerventil 30 weist dafür eine Charakteristik gemäß den in 2 dargestellten Kennlinien A und B auf, wobei die vom Absteuerventil 30 abgeleitete Absteuermenge Q über dem Druck p in der Steuerleitung 33 dargestellt ist. Ein explizierter Öffnungsdruck ist dabei nicht erforderlich. Damit mit zunehmendem Druck p in der Steuerleitung 33 das Absteuerventil 30 nur langsam öffnet, sollte die Kennlinie zweckmäßigerweise flach verlaufen. Die Kennlinie kann dabei linear gemäß Kennlinie A oder nichtlinear gemäß Kennlinie B verlaufen. Eine nichtlineare Kennlinie B ist besonders geeignet, den Filterdurchfluss zu limitieren.
Für ein stabiles hydraulisches Verhalten des Absteuerventils 30 kann es sinnvoll sein, das Absteuerventil 30 gedämpft zu betätigen. Dazu ist gemäß 3 in der Steuerleitung 33 eine weitere hydraulische Drossel 36 angeordnet. Es ist aber auch möglich, die weitere Drossel 36 durch einen entsprechend kleinen Durchmesser der Steuerleitung 33 auszuführen. Dadurch wirken nur sehr geringe Pulsationen vom Überströmventil 20 auf das Absteuerventil 30. Umgekehrt wird so auch die Bewegung eines Ventilkolbens des Absteuerventils 30 gehemmt, was zu einer weiteren Vermeidung von Schwingungen im Niederdruckkreis 10 führt.
Ein drittes Ausführungsbeispiel des Niederdruckregelsystems geht aus 4 hervor, bei dem zusätzlich zur Steuerleitung 33 das Absteuerventil 30 mit einer zweiten Steuerleitung 37 versehen ist. Mit dieser Ausführungsform kann die Funktion eines nicht dargestellten Überdruckventils, das beispielsweise bei Verstopfung des Kraftstofffilters 14 öffnet, in das Absteuerventil 30 integriert werden. Eine konkrete Ausführung dazu wird im Zusammenhang mit den in 7, 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen des Absteuerventils 30 beschrieben.
Ein viertes Ausführungsbeispiel des Niederdruckregelsystems zeigt 5, bei dem neben der zweiten Steuerleitung 37 eine dritte Steuerleitung 38 vorgesehen ist. Mit dieser dritten Steuerleitung 38 kann zusätzlich zu der im Ausführungsbeispiel gemäß 4 beschriebenen Funktionalität eines Überdruckventils die Funktion eines nicht dargestellten Bypassventils, das beispielsweise bei Systembefüllung nach Filterwechsel oder Tankleerfahrt öffnen soll, in das Absteuerventil 30 integriert werden, wie später im Zusammenhang mit 9 noch näher erläutert wird.
Detaillierte Ausführungsformen von Absteuerventilen 30, die in den in 1 bis 5 beschriebenen Niederdruckregelsystemen zum Einsatz kommen, gehen aus den nachfolgend beschriebenen 6, 7, 8 und 9 hervor. Die Absteuerventile 30 weisen dazu ein Gehäuse 41 auf, in dem eine Führungsbohrung 42 aufgenommen ist, in welcher ein Ventilkolben 43 gegen die Federkraft einer Druckfeder 54 hubbeweglich geführt ist. In der Führungsbohrung 42 ist weiterhin ein Ventilraum 40 angeordnet. Der Ventilkolben 43 ist mit einer Steuerfläche 57 einem hydraulischen Steuerraum 50 ausgesetzt, wobei der Ventilkolben 43 bei Druckbeaufschlagung des Steuerraums 50 gegen die Federkraft der Druckfeder 54 eine Hubbewegung ausführt und dabei eine Ventilöffnung 60 druckabhängig zum Ventilraum 40 hin freigibt. Dazu ist am Ventilkolben 43 eine Schieberkante 59 ausgebildet, die die Ventilöffnung 60 öffnet und verschließt. Der Ventilkolben 43 ist dabei mit einer ersten Endfläche 51 einem Federraum 53 und mit einer an der Gegenseite ausgebildeten zweiten Endfläche 52 dem Steuerraum 50 ausgesetzt. Die Druckfeder 54 ist im Federraum 53 angeordnet und wirkt mit einer Federkraft auf den Ventilkolben 43 in Richtung des Steuerraums 50 ein. Der Steuerraum 50 ist mit einem Steuerleitungsanschluss 55 versehen, der den Steuerdruckeingang 39 bildet und an den die Steuerleitungen 33 angeschlossen ist. Die dem Steuerraum 50 ausgesetzte zweite Endfläche 52 bildet die den Ventilkolben 43 ansteuernde Steuerfläche 57. In die Führungsbohrung 42 mündet zur Ausbildung des Einlasses 34 ein Einlassanschluss 45 und zur Ausbildung des Auslasses 35 ein Auslassanschluss 46. Der Einlassanschluss 45 ist mit der Absteuerleitung 31 und der Auslassanschluss 46 mit der Rückströmleitung 32 hydraulisch verbunden. Je nach Ausführungsform dient der Einlassanschluss 45 oder der Auslassanschluss 46 als druckabhängig betätigbare Ventilöffnung 60. Dementsprechend sind die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Absteuerventile 30 als Schieberventile realisiert.
Zur Druckentlastung des Federraums 53, der durch Leckage mit Kraftstoff gefüllt ist, ist der Federraum 53 mit einer Ableitung 56 versehen, die zweckmäßigerweise mittels einer nicht dargestellten hydraulischen Verbindung stromab der Drossel 23 in die Rücklaufleitung 22 oder alternativ in die Rückströmleitung 32 geführt wird.
Bei der Ausführungsform in 6, das sich auf die Ausführungsbeispiele des Niederdruckregelsystems gemäß 1 und 3 bezieht, weist der Ventilkolben 43 einen federraumseitigen Kolbenabschnitt 48 und davon beabstandet einen steuerraumseitigen Kolbenabschnitt 49 auf. Dazwischen befindet sich ein weiterer Kolbenabschnitt 47 mit einem kleineren Durchmesser. Der weitere Kolbenabschnitt 47 mit dem kleineren Durchmesser ist beispielsweise in Form eines Einstichs realisiert. Mit den beiden Kolbenabschnitten 48, 49, die vorzugsweise jeweils den gleichen Durchmesser aufweisen, ist der Ventilkolben 43 in der Führungsbohrung 42 geführt. Der Ventilraum 40 wird in der Führungsbohrung 42 zwischen den beiden beabstandeten Kolbenabschnitten 48, 49 ausgebildet. Zwischen dem federraumseitigen Kolbenabschnitt 48 und dem weiteren Kolbenabschnitt 47 mit kleinerem Durchmesser entsteht somit ein Durchmessersprung 44 mit einer in den Ventilraum 40 weisenden Ringfläche 58. Der Durchmessersprung 44 bildet an der Ringfläche 58 die Schieberkante 59 aus.
Bei dieser Ausführungsform des Absteuerventils 30 mündet der mit der Rückströmleitung 32 verbundene Auslassanschluss 46 permanent in den Ventilraum 40. An dem mit der Absteuerleitung 31 verbundenen Einlassanschluss 45 ist die Ventilöffnung 60 ausgebildet, die in der dargestellten, gesperrten Schaltstellung von der am Durchmessersprung 44 ausgebildeten Schieberkante 59 verschlossen ist. In der gesperrten Schaltstellung wird somit keine Absteuermenge in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter 14 aus der Förderleitung 12 abgeleitet. Mit zunehmendem Steuerdruck im Steuerraum 50 wird der Ventilkolben 43 gegen die Druckfeder 54 verschoben und die Schieberkante 59 gibt die Ventilöffnung 60 am Einlassanschluss 45 frei. Somit entsteht über den Ventilraum 40 eine hydraulische Verbindung zwischen Einlassanschluss 45 und Auslassanschluss 46, wodurch eine Absteuermenge aus der Förderleitung 12 in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter 14 über die Absteuerleitung 21 und die Rückströmleitung 22 zurück in die Saugleitung 11 abgeleitet wird. Die Strömungsrichtung der Absteuermenge ist durch Pfeile dargestellt. Die Charakteristik des Absteuerventils 30 kann dabei beeinflusst werden durch den Durchmesser bzw. die Formgebung der in die Führungsbohrung 42 mündenden Ventilöffnung 60, durch den Durchmesser des Ventilkolbens 43 und/oder durch die Kennlinie der Druckfeder 54.
Für die Ausführung der Absteuerventile 30 ist es von Vorteil, eine Leckage in rückwärtiger Strömungsrichtung durch die Steuerleitung 33 in die Rücklaufleitung 22 hinein zu verhindern, da ansonsten ungefilterter Kraftstoff zur Hochdruckpumpe 18 gelangen kann. Die beschriebene Ausführungsform in 6 erfüllt diese Anforderung, da am Ventilkolben 43 ein Druckgefälle von der Steuerleitung 33 in Richtung des Auslassanschlusses 46 bzw. in Richtung der Saugleitung 11 vorliegt. Sollte im Einzelfall ungefilterter Kraftstoff durch die Steuerleitung 33 gelangen, wird dieser durch die vorherrschende Durchflussrichtung über die Rücklaufleitung 22 und die Drossel 23 aus der Hochdruckpumpe 18 geleitet und der verschmutzte Kraftstoff wird dadurch das Stellelement 15 und die Hochdruckpumpe 18 nicht erreichen.
Eine Ausführungsform zur Realisierung des Absteuerventils 30 für das in 4 dargestellte Niederdruckregelsystem wird in 7 gezeigt. Hierbei ist die Führungsbohrung 42 als Stufenbohrung mit einer Durchmesserstufe 65 ausgeführt und der Ventilkolben 43 weist dazu eine entsprechende gestufte Bauform mit einem federraumseitigen Kolbenabschnitt 61 und einem daran angrenzenden steuerraumseitigen Kolbenabschnitt 62 mit einem kleineren Durchmesser auf. Der Ventilkolben 43 ist dabei jeweils mit dem federraumseitigen Kolbenabschnitt 61 und mit dem angrenzenden federraumseitigen Kolbenabschnitt 62 in der gestuften Führungsbohrung 42 geführt. Zwischen dem federraumseitigen Kolbenabschnitt 61 und dem steuerraumseitigen Kolbenabschnitt 62 mit dem kleineren Durchmesser entsteht somit eine Ringfläche 63, die den Durchmessersprung 44 mit der Schieberkante 59 ausbildet. Der Ventilraum 40 ist zwischen der Durchmesserstufe 65 und dem Durchmessersprung 44 in der Führungsbohrung 42 ausgebildet. Die Ringfläche 63 mit dem Durchmessersprung 44 ist somit dem Ventilraum 40 ausgesetzt. Weiterhin liegt am steuerraumseitigen Kolbenabschnitt 62 mit dem kleineren Durchmesser eine dem Steuerraum 50 ausgesetzte Kreisfläche 64 vor, die die Steuerfläche 57 bildet. Bei dieser Ausführungsform des Absteuerventils 30 führt, anders als bei der Ausführungsform in 6, der mit der Absteuerleitung 31 verbundene Einlassanschluss 45 permanent in den Ventilraum 40. Der Einlassanschluss 45 bildet dadurch gleichzeitig die in 4 beschriebene zusätzliche zweite Steuerleitung 37. Der mit der Rückströmleitung 32 verbundene Auslassanschluss 46 weist die Ventilöffnung 60 auf, die in der dargestellten gesperrten Schaltstellung von der am Durchmessersprung 44 ausgebildeten Schieberkante 59 verschlossen ist. Damit das Absteuerventil 30 die Funktionalität eines Überdruckventils erfüllen kann, sollte die Ringfläche 63 im Vergleich zur Kreisfläche 64 bzw. Steuerfläche 57 kleiner ausgeführt sein.
Bei Druckbeaufschlagung des Steuerraums 50 über die Steuerleitung 33 und den Steuerleitungsanschluss 55 wird der Ventilkolben 43 gegen die Druckfeder 54 bewegt und die Schieberkante 59 gibt die Ventilöffnung 60 am Auslassanschluss 46 frei, so dass eine Absteuermenge in Strömungsrichtung vor den Kraftstofffilter 14 aus der Förderleitung 12 zurück in die Saugleitung 11 abgeleitet wird. Die Strömungsrichtung der Absteuermenge ist dabei ebenfalls mit Pfeilen dargestellt. Durch die gezeigte Verschaltung, bei der die Absteuerleitung 31 über den Einlassanschluss 45 permanent mit dem Ventilraum 40 verbunden ist, wird gleichzeitig ein übermäßiger Druckanstieg am Kraftstofffilter 14 verhindert, wie bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 beschrieben wurde. Tritt aufgrund starker Filterbeladung oder anderer Fehler ein unzulässiger Druckanstieg im Bereich zwischen Förderpumpe 13 und Kraftstofffilter 14 auf, kommt es zu einer entsprechenden Druckbeaufschlagung der Ringfläche 63, wodurch der Ventilkloben 43 ebenfalls eine Hubbewegung gegen die Druckfeder 54 ausführt und die Schieberkante 59 die Ventilöffnung 60 am Auslassanschluss 46 freigibt und dadurch eine hydraulische Verbindung zwischen dem Einlassanschluss 45 und dem Auslassanschluss 46 hergestellt wird, so dass der in der Förderleitung 12 in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter 14 gestaute Kraftstoff in die Saugleitung 11 zurückfließen kann. Dadurch wird mittels des beschriebenen Absteuerventils 30 die Funktion eines Überdruckventils für den Bereich der Förderleitung 12 in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter 14 auf einfache Weise realisiert.
Eine weitere Ausführungsform des Absteuerventils 30 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 4 wird in 8 gezeigt. Das Absteuerventil 30 weist dazu, wie bei der Ausführungsform in 7, einen gestuften Ventilkolben 43 auf, wobei der steuerraumseitige Kolbenabschnitt 62 mit dem kleineren Durchmesser an der Umfangsfläche eine umlaufende Nut 66 besitzt, die über eine Querbohrung 67 und eine Längsbohrung 68 mit dem Federraum 53 verbunden ist. Die Nut 66 verläuft somit an der Umfangsfläche des Ventilkolbens 42 zwischen dem Ventilraum 40 und dem Steuerraum 50. Der Vorteil dieser Nut 66 besteht darin, dass Leckage von beiden Seiten in der Nut 66 gesammelt und in den Federraum 53 gelangt, von wo aus die Leckage über die Ableitung 56 und die nichtdargestellte hydraulische Verbindung in die Rücklaufleitung 22 oder alternativ in die Rückströmleitung 32 auf der Saugseite der Förderpumpe 13 geleitet wird. Dadurch wird verhindert, dass der Kraftstoff von der „verschmutzten“ Seite in Strömungsrichtung vor dem Kraftstofffilter 14 auf die „saubere“ Seite in Strömungsrichtung hinter dem Kraftstofffilter 14 in die Förderleitung 12 gelangt.
Eine Ausführungsform zur Realisierung des Absteuerventils 30 für das in 5 dargestellte Niederdruckregelsystem wird in 9 gezeigt. Diese Ausführungsform weist bezüglich des Ventilkolbens 43 die gleiche Bauform mit dem federraumseitigen Kolbenabschnitt 61 und dem steuerraumseitigen Kolbenabschnitt 62 mit kleinerem Durchmesser wie in 7 auf. Weiterhin sind die in den Ventilraum 40 weisende Ringfläche 63, die auch hier den Durchmessersprung 44 mit der Schieberkante 59 ausbildet, und die dem Steuerraum 50 ausgesetzte Kreisfläche 64, die die Steuerfläche 57 bildet, vorhanden. Im Unterschied zur Ausführungsform in 7 ist zur Positionierung des Ventilkolbens 43 in einer Mittelposition zusätzlich zu der im Federraum 53 angeordneten Druckfeder 54 eine weitere Druckfeder 71 im Steuerraum 50 angeordnet, die an der Kreisfläche 64 angreift und gegen die Steuerfläche 57 wirkt. Die über den Einlassanschluss 45 permanent mit dem Ventilraum 40 verbundene Absteuerleitung 31 bildet, wie bei den Ausführungsformen in 7 und 8, gleichzeitig die in 4 beschriebene zusätzliche zweite Steuerleitung 37. Zur Ausbildung der dritten Steuerleitung 38 sind eine erste Bypassleitung 73 und eine zweite Bypassleitung 74 ausgebildet. Die Bypassleitungen 73, 74 können dabei zweckmäßigerweise, wie dargestellt, in das Gehäuse 41 integriert sein. Die erste Bypassleitung 73 zweigt vom Einlassanschluss 45 ab und mündet mit einer ersten Bypassöffnung 75 in die Führungsbohrung 42, wobei in der gezeigten Mittelposition des Ventilkolbens 43 die erste Bypassöffnung 75 vom federraumseitigen Kolbenabschnitt 61 verschlossen ist. Die zweite Bypassleitung 74 zweigt vom Auslassanschluss 46 ab und mündet in der gezeigten Mittelposition des Ventilkolbens 43 mit der zweiten Bypassöffnung 76 in den Federraum 53.
Die in 9 gezeigte Ausführungsform vereint die beschriebene Ableitung der Absteuermenge in Strömungsrichtung vor dem Kraftstofffilter 14 in Abhängigkeit von dem über die Steuerleitung 33 übertragenen Steuerdruck, die Ableitung einer Fördermenge aus der Förderleitung 12 vor dem Kraftstofffilter 14 gemäß der in 4 beschriebenen Überdruckventilfunktion sowie die Befüllung der Kraftstofffördereinrichtung mittels der in 5 beschriebenen Bypass-Ventilfunktion. Die Überdruckfunktion wir dadurch realisiert, indem bei einem Druckanstieg in der Absteuerleitung infolge Filterverstopfung dieser Druck über den Einlassanschluss 45 in den Ventilraum 40 übertragen wird, wodurch der Ventilkolben 43 in Richtung Federraum 53 verschoben wird und dabei die Schieberkante 59 die Ventilöffnung 60 am Auslassanschluss 46 freigibt. Dadurch fließt der Kraftstoff in Strömungsrichtung vor dem Kraftstofffilter 14 zurück in die Saugleitung 11. Wird zur Befüllung der Kraftstofffördereinrichtung an die Saugleitung 11 eine separate, nicht gezeigte Befüllungspumpe oder dergleichen angeschlossen, wird Kraftstoff entgegen der dargestellten Pfeilrichtung in den Auslassanschluss 46 und von dort über die zweite Bypassleitung 74 und die zweite Bypassöffnung 76 in den Federraum 53 gepumpt. Dadurch steigt der Druck im Federraum 51 an und bewegt den Ventilkolben 43 in Richtung des Steuerraums 50, wodurch die erste Bypassöffnung 75 freigegeben wird. Infolgedessen strömt der Kraftstoff von der Saugleitung 11 über den Auslassanschluss 46, die zweite Bypassleitung 74, die zweite Bypassöffnung 76, den Federraum 53, die erste Bypassöffnung 75, die erste Bypassleitung 73 und den Einlassanschluss 45 in die Förderleitung 12 stromauf des Kraftstofffilters 14 und von dort durch den Kraftstofffilter 14 weiter zur Hochdruckpumpe 18. Durch diese Funktionalität wird ein die Förderpumpe 13 umgehender schaltbarer Bypass erzeugt, der ein Bypassventil ersetzt, das ansonsten zur Systembefüllung nach Filterwechsel oder Tankleerfahrt erforderlich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2159406 A1 [0003]

Claims

Niederdruckregelsystem einer Kraftstofffördereinrichtung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einer Förderleitung (12), die einen Zulauf von einer Förderpumpe (13) zu einer Hochdruckpumpe (18) ausbildet, mit mindestens einem in der Förderleitung (12) angeordneten Kraftstofffilter (14), mit einem in der Förderleitung (12) weiterhin angeordneten steuerbaren Stellelement (15), welches einen vorwählbaren Förderstrom zur Hochdruckpumpe (18) weiterleitet, wobei eine von der Förderpumpe (13) geförderte überschüssige Fördermenge mittels eines Überströmventils (20) in eine Rücklaufleitung (22) abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum steuerbaren Stellelement (15) ein hydraulisch ansteuerbares Absteuerventil (30) vorgesehen ist, das zumindest eine Teilmenge der überschüssigen Fördermenge in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter (14) aus der Förderleitung (12) ableitet.
Niederdruckregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung des Absteuerventils (30) eine hydraulische Steuerleitung (33) vorgesehen ist, die hydraulisch mit der Rücklaufleitung (22) verbunden ist.
Niederdruckregelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung hinter einer Abzweigung der Steuerleitung (33) von der Rücklaufleitung (22) eine hydraulische Drossel (23) in der Rücklaufleitung (22) angeordnet ist.
Niederdruckregelsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerleitung (33) eine weitere hydraulische Drossel (23) angeordnet ist.
Niederdruckregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass (34) des Absteuerventils (30) über eine Absteuerleitung (31) in Strömungsrichtung des Kraftstoffs vor dem Kraftstofffilter (14) mit der Förderleitung (12) und ein Auslass (35) des Absteuerventils (30) über eine Rückströmleitung (32) mit einer in einen Tank (17) führenden Saugleitung (11) hydraulisch verbunden ist.
Niederdruckregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Steuerleitung (37) vorgesehen ist.
Niederdruckregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Steuerleitung (38) vorgesehen ist.
Absteuerventil (30) mit einem Gehäuse 41, in dem eine Führungsbohrung (42) aufgenommen ist, in welcher ein Ventilkolben (43) gegen die Federkraft einer Druckfeder (54) hubbeweglich geführt ist und ein Ventilraum (40) vorgesehen ist, wobei der Ventilkolben (43) mit einer Steuerfläche (57) einem hydraulischen Steuerraum (50) ausgesetzt ist, wobei der Ventilkolben (43) bei Druckbeaufschlagung des Steuerraums (50) gegen die Federkraft der Druckfeder (54) eine Hubbewegung ausführt und dabei eine Ventilöffnung (60) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (43) zwischen zwei Kolbenabschnitten (47, 48, 61, 62) mit unterschiedlichen Durchmessern einen Durchmessersprung (44) aufweist, welcher eine Schieberkante (59) ausgebildet, welche die Ventilöffnung (60) zum Ventilraum (40) hin öffnet und schließt.
Absteuerventil (30) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (43) einen federraumseitigen Kolbenabschnitt (48) und einen steuerraumseitigen Kolbenabschnitt (49) sowie einen dazwischen angeordneten weiteren Kolbenabschnitt (47) mit einem kleineren Durchmesser aufweist, dass der Ventilkolben (43) mit dem federraumseitigen Kolbenabschnitt (48) und mit dem steuerraumseitigen Kolbenabschnitt (49) in der Führungsbohrung (42) geführt ist, und dass der Durchmessersprung (44) mit der Schieberkante (59) zwischen dem federraumseitigen Kolbenabschnitt (48) und dem weiteren Kolbenabschnitt (47) mit dem kleineren Durchmesser ausgebildet ist.
Absteuerventil (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Absteuerleitung (31) verbundener Einlassanschluss (45) und ein mit einer Rückströmleitung (32) verbundener Auslassanschluss (46) vorgesehen ist, und dass der Auslassanschluss (46) permanent in den Ventilraum (40) mündet und der Einlassanschluss (45) mit der Ventilöffnung (60) versehen ist.
Absteuerventil (30) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der federraumseitige Kolbenabschnitt (48) und der steuerraumseitige Kolbenabschnitt (49) jeweils den gleichen Durchmesser aufweisen.
Absteuerventil (30) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (42) als Stufenbohrung ausgeführt ist, dass der Ventilkolben (43) mit einem federraumseitigen Kolbenabschnitt (61) und mit einem daran angrenzenden steuerraumseitigen Kolbenabschnitt (62) mit einem kleineren Durchmesser jeweils in der gestuften Führungsbohrung (42) hubbeweglich geführt ist, und dass zwischen den beiden Kolbenabschnitten (61, 62) der Durchmessersprung (44) mit der Schieberkante (59) ausgebildet ist.
Absteuerventil (30) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Absteuerleitung (31) verbundener Einlassanschluss (45) und ein mit einer Rückströmleitung (32) verbundener Auslassanschluss (46) vorgesehen ist, und dass der Einlassanschluss (45) permanent in den Ventilraum (40) mündet und der Auslassanschluss (46) mit der Ventilöffnung (60) versehen ist.
Absteuerventil (30) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Bypassleitung (73) und eine zweite Bypassleitung (74) vorgesehen sind, dass die erste Bypassleitung (73) vom Einlassanschluss (45) abzweigt und mit einer ersten Bypassöffnung (75) in die Führungsbohrung (42) mündet, und dass die zweite Bypassleitung (74) vom Auslassanschluss (46) abzweigt und mit einer zweiten Bypassöffnung (76) in einen Federraum (53) mündet.
Absteuerventil (30) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Druckfeder (54) eine weitere Druckfeder (71) im Steuerraum (50) angeordnet ist, die gegen die Druckfeder (54) wirkt und den Ventilkolben (43) in einer Mittelposition hält, in der die Auslassöffnung (46) und die erste Bypassöffnung (75) vom federraumseitigen Kolbenabschnitt (61) verschlossen ist.
Absteuerventil (30) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der Umfangsfläche des Ventilkolbens (43) zwischen dem Ventilraum (40) und dem Steuerraum (50) eine umlaufende Nut (66) angeordnet ist, die über Bohrungen (67, 68) mit dem Federraum (53) hydraulisch verbunden ist.