EP0819844B1

EP0819844B1 - 3/2-Wegeventil für eine Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Einspritz-Verbrennungsmotors

Info

Publication number: EP0819844B1
Application number: EP97110165A
Authority: EP
Inventors: Kay Brodesser; Hans-Jürgen Kruschinski; Wolfgang Lang; Stefan Ruppel
Original assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Current assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1997-06-21
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2017-06-21
Also published as: DE59704759D1; EP0819844A3; EP0819844A2; DE19628591A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem 3/2-Wegeventil für eine Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Einspritz-Verbrennnungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Kraftstoffilter in einer gattungsgemäßen Kraftstoffversorgungseinrichtung eine kostengünstig herstellbare und sicher funktionierende Entlüftungseinrichtung zu schaffen, durch die das noch nicht mit Kraftstoff gefüllte Filter beim Einführen des Kraftstoffes automatisch entlüftet wird. Eine solche automatische Entlüftung ist insbesondere bei der erstmaligen Inbetriebnahme eines Motors gewünscht. Das gleiche gilt aber auch bei einem Filterwechsel.

Gelöst wird dieses Problem durch die Verwendung und Ausgestaltung der Anordnung mit einem 3/2-Wegeventil nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein 3/2-Wegeventil zur Entlüftung einzusetzen, das bei einer gattungsgemäßen Kraftstoffversorgungseinrichtung an sich bereits vorhanden sein kann (DE 44 35 625 A1), und dieses lediglich entsprechend zu modifizieren. Diese Modifizierung besteht erfindungsgemäß darin, das Verschließen des schaltbaren Ausganges nicht nur - wie bisher üblich - temperatur- sondern zusätzlich auch noch druckabhängig zu steuern. Dabei soll die Druckabhängigkeit bewirken, daß in Fällen, in denen im Rohraum des Filters ein höherer Druck herrscht als stromauf des Wegeventiles in der Rücklaufleitung, kein Verschluß des schaltbaren Ausganges möglich ist. Ein vorgenanntes Druckverhältnis ist immer dann gegeben, wenn die Rücklaufleitung noch nicht mit von der Einspritzpumpe rücklaufendem Kraftstoff beaufschlagt ist. Da ein solcher Zustand bei erstmaligem Befüllen des Filters im Neuzustand der Einrichtung oder nach einem Filterwechsel gegeben ist, kann das Wegeventil in diesem Betriebszustand die gewünschte Entlüftungsfunktion ausüben.

Ein von einem schaltbaren Ventil temperaturgesteuerter Kraftstoffrücklauf durch das Filter wird im Stand der Technik, zu dem unter anderem auch DE 35 03 728 A1 zählt, praktiziert, um den von der Einspritzpumpe rücklaufenden warmen Kraftstoff zur direkten Aufwärmung des Kraftstofflusses in das Filter zu benutzen. Dabei wird jeweils lediglich ein Teilstrom durch das Filter rückgeführt, während der übrige Teil des Rücklaufes direkt zurück in den Tank fließt. Hat der in das Wegeventil eintretende rücklaufende Kraftstoff eine gewisse vorgebbare Temperatur erreicht, ist davon auszugehen, daß der in das Filter eintretende Kraftstoffvorlauf eine Temperatur besitzt, die keiner Erhöhung mehr bedarf. In diesem Fall kann ein Rücklauf des Kraftstoffes durch das Filter unterbunden werden.

Das bekannte Wegeventil ist daher so ausgebildet, daß es bei Überschreiten der Kraftstoffrücklauftemperatur über einen vorgebenden Wert oder Wertbereich hinaus für eine Unterbindung eines Kraftstoffrückflusses durch das Filter sorgt.

Das bekannte temperaturabhängige Schalten des Wegeventiles erfolgt bezüglich des Schließens und Öffnens des schaltbaren Ausganges nicht bei einem exakt vorgegebenen Temperaturwert, sondern jeweils an den Grenzen eines hysteresebedingten Schalt-Temperaturbereiches. Bei der Obergrenze des Schalt-Temperaturbereiches nimmt das Verschlußorgan des Ventiles seine Verschlußstellung ein, während es erst bei Erreichen der Untergrenze des Temperaturbereiches in seine Offenstellung zurückgeht. Die Schalthysterese kann beispielsweise einen Bereich von bis zu 30° C einnehmen.

Die Erfindung besteht darin, ein Schließen des Verschlußorgans des Ventiles nicht nur temperatur- sondern darüber hinaus auch noch druckabhängig zu gestalten. Dadurch ist es - wie im einzelnen noch bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden wird - möglich, bisher bereits ausschließlich als Vorwärm-Wegeventile eingesetzte 3/2-Wegeventile durch lediglich eine geringfügige konstruktive Modifizierung gleichzeitig auch als Entlüftungsventil zu verwenden und dadurch letzteres als separates Ventil einzusparen.

Durch eine Integration des erfindungsgemäßen Wegeventiles in das Filtergehäuse des Filters ist eine besonders rationelle Herstellbarkeit gegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in schematischer Form in der Zeichnung dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1: ein Fließschema einer Kraftstoffversorgungseinrichtung,
Fig. 2: ein in das Gehäuse eines Filters integriertes 3/2-Wegeventil mit einem geöffneten Ausgang in. den Rohraum des Filters,
Fig. 3: das 3/2-Wegeventil nach Fig. 2 mit einem geschlossenen Ausgang gegenüber dem Filterrohraum,
Fig. 4: das 3/2-Wegeventil nach Fig. 2 in einem Zustand, bei dem der Ausgang zu dem Filterrohraum offen ist.

Das Fließschema in Fig. 1 zeigt die Funktion und den Aufbau einer Kraftstoffversorgungseinrichtung auf, in der ein erfindungsgemäßes 3/2-Wegeventil eingesetzt ist.

Aus einem Tank 1 wird mit Hilfe einer Tank-Förderpumpe 2 Kraftstoff durch eine Vorlaufleitung 3 und einem Filter 8 an eine Druckerhöhungspumpe 4 vor oder innerhalb der Einspritzpumpe 5 gefördert. Aus der Druckerhöhungspumpe 4 wird nur ein Teil an Kraftstoff an die Einspritzpumpe 5 geliefert, während der übrige Teil in eine Rücklaufleitung 6 gelangt, in der dieser in einem 3/2-Wegeventil 7 ganz oder teilweise in den Tank 1 zurückgeführt wird. Eine vollständige Rückführung in den Tank 1 durch das Wegeventil 7 erfolgt in einer Stellung des Wegeventiles, in der dessen Teil b mit der Rücklaufleitung 6 verbunden ist.

In der Vorlaufleitung 3 ist ein Kraftstoff-Filter 8 vorgesehen. Ein Teil des durch die Druckerhöhungspumpe 4 rückgeführten Kraftstoffes kann bei einer entsprechenden Stellung des Wegeventiles 7 dem aus der Vorlaufleitung 3 in das Filter einströmenden Kraftstoff beigemischt werden. Bei einer solchen Stellung des Wegeventiles ist der Teil a dieses Ventiles der Rücklaufleitung 6 zugeordnet. Stromab des Wegeventiles 7 ist eine Strömungsdrossel 9 vorgesehen. Das Wegeventil 7 arbeitet temperatur- und druckabhängig. Unterhalb einer Temperatur des Kraftstoffrücklaufes in der Leitung 6 von beispielsweise 5° C ist ein Verschluß des Ausganges 10 des Wegeventiles 7 gegenüber der Rohseite des Filters 8 nicht möglich. Bei in Betrieb befindlicher Einspritzpumpe 5 teilt sich der Kraftstoffrücklauf in diesem Ventil 7 auf zwei Teilströme auf, von denen einer in den Tank 1 zurückfließt und der andere dem Filter 8 zugeführt wird. Diese Betriebsweise dient dazu, den aus dem Tank 1 zu der Einspritzpumpe 5 geförderten Kraftstoff durch den eine höhere Temperatur besitzenden Kraftstoffrücklauf zu erwärmen.

Hat der rücklaufende Kraftstoff in der Rücklaufleitung 6 eine Temperatur von beispielsweise 35° C erreicht, so sperrt das Wegeventil 7 die Zufuhr von rücklaufendem Kraftstoff in das Kraftstoffilter 8, damit der Kraftstoff nicht über ein vorgegebenes gewünschtes maximales Maß hinaus erwärmt wird. Der Temperaturbereich zwischen 5° und 35° C ist eine durch die Konstruktion des erfindungsgemäßen Ventiles bedingte Schalthysterese, nach der das Verschlußorgan des Ventiles aus seiner Verschlußstellung erst bei dem unteren Temperaturwert in seine Offenstellung zurückgeht. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen werden.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Wegeventiles soll zumindest sicher gewährleistet sein, daß einerseits unterhalb des unteren Temperaturwertes von beispielsweise 5° C ein Verschluß des Ausganges 10 vermieden wird und daß andererseits oberhalb eines vorgegebenen oberen Temperaturwertes von beispielsweise 35° C kein Kraftstoffrücklauf durch das Filter mehr erfolgen kann. Zwischen den beiden genannten Temperaturgrenzwerten, das heißt in dem hysteresebedingten Schaltbereich kommt es nicht darauf an, ob Kraftstoff durch das Filter zurückfließt oder nicht.

Wie das 3/2-Wegeventil im einzelen aufgebaut ist und wirkt, um gleichzeitig als temperaturabhängig arbeitender Strömungsteiler und als Entlüftungsventil dienen zu können, wird nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 4 erläutert.

Aus der Rücklaufleitung 6 tritt rückfließender Kraftstoff durch einen Einlaufstutzen 11 in das Wegeventil 7 ein und kann dieses in Richtung des Tanks 1 über einen Auslaufstutzen 12 verlassen. Durch einen schaltbaren Ausgang 10 kann ein Teilstrom des rückfließenden Krafstoffes in das Filter 8 auf dessen Rohseite geführt werden.

Das Verschlußorgan des Wegeventiles 7 ist eine Membran 13 aus Bimetall. Diese Membran 13 wölbt sich temperaturabhängig in entgegengesetzte Richtungen, wobei lediglich die gewölbten Zustände stabile Membranzustände sind. In der Fig. 2 ist eine Wölbung der Membran 13 eingezeichnet, die diese bei einer Temperatur von beispielsweise unterhalb 5° C einnimmt. Die entgegengesetzte Wölbung, die die Membran 13 bei Temperaturen oberhalb von 35° C einnimmt, geben die Figuren 3 und 4 wieder. In dem hysteresebedingten Temperaturbereich zwischen 5° und 35° C sind beide Wölbungen möglich, und zwar je nachdem, bei welcher Grenztemperatur der letzte Wölbungswechsel stattgefunden hat. Hat die Membran 13 ihre Wölbung aus der in Fig. 2 angegebenen Lage bei Überschreiten von 35° C gewechselt, erhält sie die Ausgangswölbung erst bei Unterschreiten der Temperatur unter den unteren Grenzwert von 5° C zurück.

Die Membran 13 ist in dem Gehäuse des Wegeventiles 7 radial außen gelagert, wobei sie um ihren Außenumfang in axialer Richtung umströmbar ist. Die Lagerung der Membran 13 radial außen ist derart, daß eine zumindest geringfügige axiale Verschiebbarkeit gegeben ist. Diese axiale Verschiebbarkeit ermöglicht eine temperaturunabhängige Entlüftungsfunktion des Ventiles und zwar auf folgende Weise.

Bei einer Richtung der Wölbung der Membran 13 nach Fig. 3 befindet sich die Membran 13 in einer Stellung, in der sie die Möglichkeit hat, den schaltbaren Ausgang 10 des Ventiles 7 zu dem Rohraum des Filters 8 verschließen zu können. Indem diese Stellung lediglich die Möglichkeit für einen Verschluß des schaltbaren Ausganges 10 darstellt, bedarf es für einen Verschluß noch einer weiteren Voraussetzung. Diese besteht in einem Druck, der axial auf die Membran in Richtung des schaltbaren Ausganges 10 gegeben sein muß. Dieser Druck ist wiederum bei einer in Betrieb befindlichen Einspritzpumpe 5 mit zugehöriger Druckerhöhungspumpe 4 durch den in der Rücklaufleitung 6 rückfließenden Kraftstoff gegeben. Denn durch die Druckerhöhungspumpe 4 ist der Druck des rückfließenden Kraftstoffes höher als derjenige des durch die Vorlaufleitung 3 in das Filter 8 einströmenden Kraftstoffes. Bei rückfließendem Kraftstoff wirkt nicht nur dessen Druck auf die Membran 13, sondern von diesem geht durch eine entsprechende Umlenkung in dem Wegeventil 7 auch noch ein Strömungsimpuls in Schließrichtung der Membran 13 aus. Die entsprechende Strömungsumlenkung in dem Wegeventil 7 ist in Fig. 3 mit einem Strömungspfeil 14 gekennzeichnet.

Daß eine Entlüftung des Filters 8 bei einer Stellung der Membran 13 nach Fig. 2 gegeben ist, ist ohne weiteres ersichtlich und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung. Eine solche Entlüftungsfunktion besitzt das Ventil 7 aber auch stets bei einer Wölbung der Membran 13 entsprechend den Fig. 3 und 4, das heißt bei Temperaturen, die in dem beschriebenen Beispiel bei oberhalb von 5° C liegen. Dies ergibt sich durch die axial spielbehaftete Lagerung der Membran 13, durch die die Membran 13 nur schließen kann, wenn sie entsprechend druckbeaufschlagt ist. Steht an der Membran 13 bei einem Befüllen des Filters 8 gemäß der Darstellung in Fig. 4 lediglich Atmosphärendruck an der von dem Filter 8 abgewandten Seite der Membran 13 an, so besitzt die Membran keine Dichtfunktion. Dadurch kann ein Entlüftungsluftstrom 15 durch das Ventil 7 in Richtung des Tanks 1 abströmen.

Eine Dichtfunktion nach Fig. 3 nimmt die Membran 13 erst an, wenn das Wegeventil 7 mit von der Einspritzpumpe 5 rückgefördertem und unter einem entsprechenden Überdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Damit ein solcher Überdruck gegenüber dem Inneren des Filters 8 in dem Wegeventil 7 erhalten bleibt, ist dieses stromab mit einer Drossel 9 versehen.

Das Füllen des Filters 8, beziehungsweise der gesamten Kraftstoffversorgungseinrichtung, mit Kraftstoff kann dadurch erfolgen, daß zunächst von den Pumpen der Versorgungseinrichtung allein die Tank-Förderpumpe in Betrieb genommen wird. Ein solcher Betrieb kann bei einem Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug dadurch erreicht werden, daß der Motor in Zündbereitschaft bei noch ausgeschalteter Motorzündung geschaltet wird.

Sobald die Einspritzpumpe arbeitet, daß heißt der Motor in Betrieb ist, wird sich bei einer Ausgangslage der Membran 13 entsprechend der in Fig. 4 gezeichneten Form eine Verschlußstellung dieser Membran gemäß der Darstellung in Fig. 3 ergeben. Um eine möglichst vollständige Entlüftung eines Filters 8 beim Einfüllen mit Kraftstoff erreichen zu können, sollte der Ausgang 10 bei Betriebslage des Filters 8 möglichst lotrecht oben an dem Filtergehäuse vorgesehen sein.

Claims

Anordnung mit 3/2-Wegeventil mit lediglich einem schaltbaren Ausgang für eine Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Einspritz-Verbrennungsmotors, bei der

der einzuspritzende Kraftstoff einer zwischen einem Tank und einer Einspritzpumpe installierten Kreislaufleitung mit einem in der zu der Einspritzpumpe führenden Vorlaufleitung angeordneten Filter entnommen wird,

das 3/2 -Wegeventil in der Rücklaufleitung angeordnet und über seinen schaltbaren Ausgang mit dem Rohraum des Filters verbindbar ist,

das Verschlußorgan für den schaltbaren Ausgang des Ventiles in Richtung seines für ein Schalten notwendigen Verstellweges auf seiner einen Seite dem Druck innerhalb des Filterrohraumes und auf seiner anderen Seite dem Druck in der Rücklaufleitung stromauf des 3/2-Wegeventiles ausgesetzt ist, wobei diese Drücke den Druckzustand an dem Verschlußorgan definieren,

der schaltbare Ausgang bei Motorbetrieb temperaturabhängig in Offen- oder Verschlußstellung geschaltet wird,

der rücklaufende Kraftstoff mit einem Druck in das Wegeventil eintritt, der höher ist, als derjenige in dem Rohraum des Filters,

gekennzeichnet durch die Merkmale,
der schaltbare Ausgang (10) des 3/2-Wegeventiles (7) zu dem Rohraum des Filters (8) ist

a) unterhalb eines vorgebbaren Schalttemperaturbereiches nicht schließbar,

b) oberhalb dieses Schalttemperaturbereiches abhängig von dem Druckzustand an dem Verschlußorgan verschlossen oder durchströmbar, wobei es durchströmbar ist oberhalb eines relativen Überdrucks innerhalb des Filterrohrraumes, und

c) innerhalb des Schalttemperaturbereiches oberhalb eines relativen Überdrucks innerhalb des Filterrohraumes temperaturunabhängig durchströmbar.
Anordnung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch die Merkmale,

a) das Verschlußorgan des 3/2-Wegeventiles (7) ist eine radial außen umströmbare mit axialem Spiel gelagerte Membran (13) aus sich temperaturabhängig verformendem Material,

b) die Membran (13) wölbt sich unter- und oberhalb des Schalttemperaturbereiches entgegengerichtet und kann innerhalb des Schalttemperaturbereiches beide Formen annehmen,

c) lediglich gewölbte Formen der Membran (13) sind stabile Zustandsformen dieser Membran,

d) die Membran (13) ist auf ihrer einen Seite dem Inneren der Rückflußleitung (6) und auf ihrer anderen Seite dem Rohraum des Filters (8) ausgesetzt,

e) die Membran (13) wirkt in einer ihrer beiden gewölbten stabilen Zustandsformen als Verschlußmittel des schaltbaren Ausganges (10), indem sie sich an diesen Ausgang bei einem zum Rohraum des Filters (8) herrschenden Druckgefälle durchflußsperrend anlegt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das 3/2-Wegeventil (7) an dem Gehäuse des Filters (8) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der in den Rohraum des Filters (8) führende Ausgang (10) des 3/2-Wegeventiles (7) eine Öffnung innerhalb des Filtergehäuses ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der in den Rohraum des Filters (8) führende Ausgang (10) des Ventiles (7) in einem in Einbaulage des Filters (8) lotrecht oberen Bereich des Filtergehäuses liegt.