EP1251266A1 - Druckbegrenzungseinrichtung sowie Kraftstoffsystem mit einer solchen Druckbegrenzungseinrichtung - Google Patents

Druckbegrenzungseinrichtung sowie Kraftstoffsystem mit einer solchen Druckbegrenzungseinrichtung Download PDF

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EP1251266A1
EP1251266A1 EP02005094A EP02005094A EP1251266A1 EP 1251266 A1 EP1251266 A1 EP 1251266A1 EP 02005094 A EP02005094 A EP 02005094A EP 02005094 A EP02005094 A EP 02005094A EP 1251266 A1 EP1251266 A1 EP 1251266A1
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pressure
fuel
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pressure limiting
inlet
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    • F02M2200/40—Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator

Definitions

  • the present invention initially relates to a Pressure limiting device for a fuel system Internal combustion engine, with a housing, which one Has inlet and an outlet, and with one prestressed element, which starts at a certain between Inlet and outlet pressure difference present the inlet fluidly connects to the outlet.
  • Such a pressure limiting device is from the market known. It comes preferably in such Fuel systems used, which at Internal combustion engines with gasoline direct injection are used become. Such fuel systems usually have over a low pressure area and a high pressure area. An electric fuel pump pumps the fuel in the low pressure range from which the fuel is High pressure pump in a fuel rail ("rail") called) is promoted. The pressure in the fuel rail is usually by a pressure control or a volume control valve regulated.
  • the Pressure relief valve it would also be possible for the Pressure relief valve to be designed so that Opening pressure above that due to the pressure pulsations existing pressure peaks. In emergency operation if so the pressure control of the fuel rail is not works more properly and then a higher pressure in the fuel rail as the normal system pressure there is still a safe operation of the Internal combustion engine to be ensured. This in turn would the design of the components of the high pressure area of the Require fuel system for correspondingly high pressures. However, such components are relatively expensive.
  • the present invention therefore has the task of a Pressure limiting device of the type mentioned above to train them to be variable at any position can be used in the fuel system without being expensive Changes to the fuel system are required.
  • This task is done with a pressure limiting device of the type mentioned in that in the Pressure limiting device seen in the direction of flow an escape volume in front of the prestressed element provided.
  • the measure according to the invention is as simple as effective:
  • the pressure pulsations only occur when the volume in which the fuel is caught, is kept constant.
  • an escape volume provided, in which in the event of a funding pulsation of Inflow fuel and from which the fuel after the The end of the delivery pulsation can flow out again Pressure pulsation "converted" into a quantity pulsation; the pressure remains essentially constant.
  • the pressure limiting device for example in the Arranged near the high pressure pump of a fuel system without opening the Pressure limiting device is to be feared.
  • the stake complex and therefore expensive components in the High pressure range due to tolerable in the event of a fault higher system pressures are not required.
  • Pressure limiting device In a first development of the invention Pressure limiting device is proposed that the Pressure limiting device a hydraulic resistance, in particular a flow restrictor, which in Inflow to the alternative volume is arranged.
  • a flow restrictor By a such a flow restrictor is avoided in the Dodge volume comes to an overshoot.
  • another Training provided pre-chamber which in the inflow to Alternative volume is available.
  • the biased Element for example the valve element of a Pressure relief valve, thus serves as a Pressure damper.
  • Such a pressure limiting device builds particularly small and is inexpensive to manufacture because none additional components are required.
  • Such a pressure limiting device can characterized in that the prestressed element as cylindrical piston is formed, which one outlet-side section and an inlet-side Section that is separated by a control edge are separated, the outlet-side section in the Housing is tight and in the closed state of the Pressure limiting device an outlet opening in the Housing wall covered, and being a free edge of the inlet side section a sealing edge with a forms valve seat on the housing.
  • This embodiment of the invention Pressure limiting device is also relatively inexpensive producible and can be more common within the space requirement Pressure relief valves can be realized.
  • the inlet-side section of the piston has a rounded, waisted area.
  • the present invention also relates to a Fuel system for supplying fuel for a Internal combustion engine, with a reservoir, with a first fuel pump, which on the input side with the Storage container is connected to a second Fuel pump, which on the input side via a Fuel connection with the first fuel pump is connected, and with a pressure limiting device, which the pressure in a fuel connection on the Output side of the second fuel pump limited.
  • the second fuel pump comprises a 1-cylinder piston pump.
  • the delivery pulsations special pronounced, so that here the invention Pressure limiting device works very effectively.
  • the Pressure limiting device to the second fuel pump grown preferably integrated into this.
  • Such Arrangement of the pressure relief device within the Fuel system has the advantage that on a Return line from the pressure relief device for example to the low pressure area of the fuel system can be dispensed with. This will reduce the cost of that fuel system according to the invention significantly reduced.
  • a fuel system as a whole carries that Reference number 10. It comprises a low-pressure region 12 and a high pressure area 14.
  • the low pressure region 12 comprises a storage container 16, in which fuel 18 is stored.
  • the fuel 18 is from the reservoir 16 by a first Fuel pump 20 promoted. This is about an electric fuel pump.
  • the electrical Fuel pump 20 delivers into a low pressure fuel line 22.
  • a filter 24 is provided in this is after the electrical Fuel pump 20 first seen in the flow direction.
  • a pressure relief valve 28 is arranged in the branch line 26 in the branch line 26 in the branch line 26 in the branch line 26 in the branch line 26 in the branch line 26 in the branch line 26 is a pressure relief valve 28 is arranged.
  • the low pressure fuel line 22 leads to a second one Fuel pump 30. This will not be discussed here illustrated way of the camshaft one Internal combustion engine (not shown) driven.
  • the second fuel pump 30 is a 1-piston high-pressure pump. Upstream from the high pressure pump 30 are still in the low pressure fuel line 22 Pressure damper 32 and a check valve 34 are arranged. Between the filter 24 and the pressure damper 32 branches from the low-pressure fuel line 22 is a branch line 36 from, in which a low pressure regulator 38 is arranged.
  • the Branch line 36 also leads to reservoir 16 for the fuel 18 back. From the high pressure pump 30 leads a leakage line 40 to branch line 36.
  • the high-pressure pump 30 pumps into a Fuel line 42, which via a check valve 44 leads to a fuel rail 46.
  • a fuel rail 46 To the Fuel rail 46 are again fuel injectors 48 connected which the fuel in a combustion chamber, not shown Inject internal combustion engine.
  • the pressure in the Fuel rail 46 is from a pressure sensor 50 detected.
  • the pressure in the fuel line 42 and the fuel rail 46, ie in the high pressure region 14 of the Fuel system 10 is operated via a quantity control valve 52 controlled. This connects the between the Check valve 44 and the high pressure pump 30 located Area of the fuel line 42 with the between the Check valve 34 and the pressure damper 32 located Low Pressure Fuel Line Area 22.
  • the Connection is via a branch line 54
  • Quantity control valve 42 is not used by one in FIG. 1 shown control and regulation unit, which in turn receives signals from the pressure sensor 50. In this way is a closed loop for controlling the Pressure in the high pressure area 14 of the fuel system 10 created.
  • Pressure relief valve 56 To one in the event of a failure of the quantity control valve 52 To avoid excess pressure in the fuel rail 46 which determines the functionality of the injection valves 48 could impair, is in the high pressure pump 30 Pressure relief valve 56 integrated.
  • the exact structure of the Pressure relief valve 56 can be seen in FIG. 2:
  • the high pressure pump 30 and the pressure relief valve 56 are housed in a common housing 58. Of the High-pressure pump 30 is only one area in FIG. 2
  • the exhaust valve 44 includes a spherical valve element 64, which of a spring 66 is urged against a valve seat 68. Downstream of the exhaust valve 44 is the high pressure fuel line 42 visible. During a suction stroke the delivery chamber 60 opposite the high-pressure fuel line 42 sealed by the outlet valve 44.
  • a conical one Extension 76 provided which is cylindrical Valve chamber 80 opens.
  • cylindrical Valve chamber 80 opens above the cylindrical Valve chamber 78 cylindrical recess 80 available, which a little has a smaller diameter than the valve chamber 78.
  • the cylindrical recess 80 forms a guide for one also cylindrical piston 82. This is below described in detail.
  • the elements from the secondary line 70 to the leakage channel 90 are part of the pressure relief valve 56.
  • the piston 82 of the pressure relief valve 56 is as follows built up:
  • the outlet side section 94 has one circular cylindrical outer contour with constant Diameter. 2 is in the piston 82 from above Blind hole 96 introduced. In this is a spring 98 performed, which is on the one hand on the piston 82 and on the other hand at the bottom of the upper recess 88 in the housing 58 supports. A free edge 100 is formed by this spring 98 of the inlet side section 92 of the piston 82 in FIG. 2 pressed against the conical extension 76. The conical In this respect, extension 76 forms a valve seat.
  • the section 94 points toward the outlet side inlet-side section 92 of the piston 82 a Constriction 102 in the form of a rounded, waisted Area.
  • a control edge 104 which the separates the two sections 92 and 94 from each other.
  • the Control edge 104 is from the free edge 100 of the inlet side Section 92 spaced so that when the free Edge 100 abuts the valve seat 76, the control edge 104 of the annular groove 84 is spaced apart.
  • the fuel system 10 with the pressure relief valve 56 works as follows:
  • the fuel comes from the electric fuel pump 20 18 from the reservoir 16 into the low pressure fuel line 22 funded.
  • the pressure in the Low pressure fuel line 22 is typically about 4 bar.
  • the fuel under this pressure is further in the high pressure pump 30 to a system pressure compressed from about 120 bar.
  • High pressure pump 30 pressure peaks up to a peak value of about 180 bar occur. Such a pressure peak is shown in Fig. 3 shown in dashed lines. These pressure peaks result from the acceleration of the fuel column in the High pressure fuel line 42 through high pressure pump 30. These pressure peaks are shown in FIG Pressure relief valve 56 in the following manner avoided:
  • the pressure peak corresponds to one by the Delivery impulse of the high pressure pump 30 triggered mass flow.
  • This mass flow flows into the secondary line 70 through which Flow throttle 74 through into the pre-chamber 72.
  • There the mass flow leads to the free edge 100 of the inlet side portion 92 of the piston 82 from the valve seat 78 takes off and the entire piston 82 against Acting force of the spring 98 is moved. This leads to to enlarge the cylindrical valve chamber 78.
  • the enlargement of the valve chamber 78 in turn corresponds an alternative volume into which the fuel flows can.
  • the fuel flows out the cylindrical valve chamber 78 back into the high pressure fuel line 42 back.
  • the piston moves 82 due to the spring action again with his free edge 100 against the valve seat 76.
  • the maximum possible escape volume corresponds thus the diameter of the outlet-side section 94 of the Piston 82 multiplied by the maximum distance between the annular groove 84 and the control edge 104.
  • the fuel from the bypass 70 can pass through the Flow channel 86 to the inlet side of the high pressure pump 30 flow back.
  • This ensures that the System pressure total the allowable value, here for example, 120 bar. So is also if, for example, the quantity control valve 52 fails Safe function of the fuel injection valves 48 guaranteed.
  • Through the formation of the inlet side Section 92 of the piston 82 with a constriction 102 ensures that flow forces largely during operation be compensated. Thus there is practically no increase in Opening pressure above the throughput instead. Such a Otherwise, an increase would possibly lead to restrictions in the operation of the fuel system 10 or Run the internal combustion engine when the quantity control valve 52 failed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckbegrenzungseinrichtung (56) für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine. Die Druckbegrenzungseinrichtung (56) umfasst ein Gehäuse (58), welches einen Einlass (70) und einen Auslass (86) aufweist. Ferner ist ein vorgespanntes Element (82) vorgesehen, welches ab einer bestimmten zwischen Einlass (70) und Auslass (86) vorhandenen Druckdifferenz den Einlass (70) mit dem Auslass (86) fluidisch verbindet. Um den möglichen Einsatzbereich der Druckbegrenzungseinrichtung (56) zu vergrößern, wird vorgeschlagen, dass in der Druckbegrenzungseinrichtung (56) in Strömungsrichtung gesehen vor dem vorgespannten Element (82) ein Ausweichvolumen bereitgestellt wird.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Druckbegrenzungseinrichtung für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, welches einen Einlass und einen Auslass aufweist, und mit einem vorgespannten Element, welches ab einer bestimmten zwischen Einlass und Auslass vorhandenen Druckdifferenz den Einlass mit dem Auslass fluidisch verbindet.
Eine solche Druckbegrenzungseinrichtung ist vom Markt her bekannt. Sie kommt vorzugsweise in solchen Kraftstoffsystemen zum Einsatz, welche bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung verwendet werden. Derartige Kraftstoffsysteme verfügen üblicherweise über einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich. Eine elektrische Kraftstoffpumpe fördert den Kraftstoff in den Niederdruckbereich, aus dem der Kraftstoff über eine Hochdruckpumpe in eine Kraftstoff-Sammelleitung ("Rail" genannt) gefördert wird. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung wird üblicherweise durch ein Druckregel- oder ein Mengensteuerventil geregelt.
Um jedoch eine Absicherung gegen einen zu hohen Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung zu schaffen, ist im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems eine Druckbegrenzungseinrichtung vorgesehen. Bei dieser handelt es sich im Allgemeinen um ein übliches Druckbegrenzungsventil mit einem von einer Feder gegen einen Ventilsitz beaufschlagten Ventilelement. Übersteigt der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung einen bestimmten Grenzwert, hebt das Ventilelement vom Ventilsitz ab, so dass Kraftstoff vom Einlass des Druckbegrenzungsventils zum Auslass und von dort zurück zum Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems strömen kann.
Die bekannte Druckbegrenzungseinrichtung arbeitet bereits sehr gut und vor allem sehr zuverlässig. Allerdings sind den Anordnungsmöglichkeiten des Druckbegrenzungsventils Grenzen gesetzt:
Im Allgemeinen muss die Einrichtung im Bereich der Kraftstoff-Sammelleitung, also in einer gewissen Entfernung von der Hochdruckpumpe, angeordnet werden. Der Grund dafür ist, dass die Hochdruckpumpe im Betrieb Druckpulsationen erzeugt, deren Spitzen den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils übersteigen können. Würde das Druckbegrenzungsventil unmittelbar bei der Hochdruckpumpe angeordnet werden, bestünde die Gefahr, dass das Druckbegrenzungsventil aufgrund der Druckpulsationen öffnet, obwohl der maximale Systemdruck noch nicht erreicht ist. Erst in einer gewissen Entfernung von der Hochdruckpumpe kommt es zu einer Glättung der Druckpulsationen aufgrund der Drosseleffekte in der Kraftstoffleitung und aufgrund der Kompressibilität des Kraftstoffs.
Alternativ hierzu wäre es auch möglich, das Druckbegrenzungsventil so auszulegen, dass sein Öffnungsdruck oberhalb der aufgrund der Druckpulsationen vorhandenen Druckspitzen liegt. Im Notlaufbetrieb, wenn also die Druckregelung der Kraftstoff-Sammelleitung nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert und dann ein höherer Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung als der normale Systemdruck herrscht, muss dennoch ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine sichergestellt sein. Dies wiederum würde die Auslegung der Komponenten des Hochdruckbereichs des Kraftstoffsystems für entsprechend hohe Drücke erfordern. Derartige Komponenten sind jedoch relativ teuer.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Druckbegrenzungseinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie variabel an beliebigen Positionen im Kraftstoffsystem einsetzbar ist, ohne dass kostspielige Veränderungen am Kraftstoffsystem erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird bei einer Druckbegrenzungseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in der Druckbegrenzungseinrichtung in Strömungsrichtung gesehen vor dem vorgespannten Element ein Ausweichvolumen bereitgestellt wird.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Maßnahme ist ebenso einfach wie wirkungsvoll:
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Druckpulsationen nur dann auftreten, wenn das Volumen, in dem der Kraftstoff gefangen ist, konstant gehalten wird. Wird jedoch, wie dies erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, ein Ausweichvolumen bereitgestellt, in welches bei einer Förderpulsation der Kraftstoff einströmen und aus dem der Kraftstoff nach dem Ende der Förderpulsation wieder ausströmen kann, wird die Druckpulsation quasi in eine Mengenpulsation "umgewandelt"; der Druck bleibt also im Wesentlichen konstant. Ist der Druck im Kraftstoffsystem jedoch derart konstant, dann kann die Druckbegrenzungseinrichtung auch beispielsweise in der Nähe der Hochdruckpumpe eines Kraftstoffsystems angeordnet werden, ohne dass ein frühzeitiges Öffnen der Druckbegrenzungseinrichtung zu befürchten ist. Der Einsatz aufwendiger und somit kostspieliger Komponenten im Hochdruckbereich aufgrund im Fehlerfall zu tolerierender höherer Systemdrucke ist dabei nicht erforderlich.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung wird vorgeschlagen, dass die Druckbegrenzungseinrichtung einen hydraulischen Widerstand, insbesondere eine Strömungsdrossel, aufweist, welche im Zulauf zum Ausweichvolumen angeordnet ist. Durch eine solche Strömungsdrossel wird vermieden, dass es im Ausweichvolumen zu einem Überschwingen kommt. In die gleiche Richtung zielt auch die in einer anderen Weiterbildung vorgesehene Vorkammer, welche im Zulauf zum Ausweichvolumen vorhanden ist.
Besonders bevorzugt ist jene Weiterbildung der Erfindung, bei der das Ausweichvolumen durch eine Bewegung des vorgespannten Elements geschaffen wird. Das vorgespannte Element, beispielsweise das Ventilelement eines Druckbegrenzungsventils, dient hier somit gleichzeitig als Druckdämpfer. Eine solche Druckbegrenzungseinrichtung baut besonders klein und ist preiswert herzustellen, da keine zusätzlichen Komponenten erforderlich sind.
Eine derartige Druckbegrenzungseinrichtung kann sich dadurch auszeichnen, dass das vorgespannte Element als zylindrischer Kolben ausgebildet ist, welcher einen auslassseitigen Abschnitt und einen einlassseitigen Abschnitt aufweist, die durch eine Steuerkante voneinander getrennt sind, wobei der auslassseitige Abschnitt in dem Gehäuse dicht geführt ist und im geschlossenen Zustand der Druckbegrenzungseinrichtung eine Auslassöffnung in der Gehäusewand verdeckt, und wobei ein freier Rand des einlassseitigen Abschnitts eine Dichtkante mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz bildet. Bei dieser Weiterbildung wird das maximal mögliche Ausweichvolumen durch den maximal möglichen Abstand der Steuerkante von der Auslassöffnung bestimmt. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung ist ebenfalls relativ preiswert hergestellbar und kann im Rahmen des Raumbedarfs üblicher Druckbegrenzungsventile realisiert werden.
Möglich ist dabei auch, dass der einlassseitige Abschnitt des Kolbens einen abgerundet taillierten Bereich aufweist. Durch eine solche Ausbildung des einlassseitigen Abschnitts des Kolbens können im Betrieb der Druckbegrenzungseinrichtung die Strömungskräfte weitgehend kompensiert werden. So ist es z.B. möglich, dass praktisch kein Anstieg des Öffnungsdrucks über dem Durchsatz stattfindet.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftstoffsystem zum Zuliefern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, mit einem Vorratsbehälter, mit einer ersten Kraftstoffpumpe, welche eingangsseitig mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, mit einer zweiten Kraftstoffpumpe, welche eingangsseitig über eine Kraftstoffverbindung mit der ersten Kraftstoffpumpe verbunden ist, und mit einer Druckbegrenzungseinrichtung, welche den Druck in einer Kraftstoffverbindung auf der Ausgangsseite der zweiten Kraftstoffpumpe begrenzt.
Um ein solches Kraftstoffsystem möglichst variabel bauen zu können, ohne dass zusätzliche Kosten anfallen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die
Druckbegrenzungseinrichtung in der oben beschriebenen Art ausgebildet ist.
Dabei wird vorgeschlagen, dass die zweite Kraftstoffpumpe eine 1-Zylinder-Kolbenpumpe umfasst. Bei einer solchen Kraftstoffpumpe sind die Förderpulsationen besonders ausgeprägt, so dass hier die erfindungsgemäße Druckbegrenzungeinrichtung sehr wirkungsvoll arbeitet.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems ist die Druckbegrenzungseinrichtung an die zweite Kraftstoffpumpe angebaut, vorzugsweise in diese integriert. Eine derartige Anordnung der Druckbegrenzungseinrichtung innerhalb des Kraftstoffsystems hat den Vorteil, dass auf eine Rückflussleitung von der Druckbegrenzungseinrichtung beispielsweise zum Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems verzichtet werden kann. Hierdurch werden die Kosten für das erfindungsgemäße Kraftstoffsystem erheblich gesenkt.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1:
eine Prinzipdarstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Kraftstoffpumpe, an die eine Druckbegrenzungseinrichtung angebaut ist;
Fig. 2:
einen Schnitt durch einen Bereich der Kraftstoffpumpe und der Druckbegrenzungseinrichtung von Fig. 1; und
Fig. 3:
ein Diagramm, in dem der Druck im Bereich des Auslasses der Kraftstoffpumpe von Fig. 1 über der Zeit dargestellt ist.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 trägt ein Kraftstoffsystem insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Niederdruckbereich 12 und einen Hochdruckbereich 14.
Der Niederdruckbereich 12 umfasst einen Vorratsbehälter 16, in dem Kraftstoff 18 bevorratet wird. Der Kraftstoff 18 wird aus dem Vorratsbehälter 16 von einer ersten Kraftstoffpumpe 20 gefördert. Bei dieser handelt es sich um eine elektrische Kraftstoffpumpe. Die elektrische Kraftstoffpumpe 20 fördert in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 22. In dieser ist nach der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 in Strömungsrichtung gesehen zunächst ein Filter 24 vorgesehen. In Strömungsrichtung gesehen noch vor dem Filter 24 zweigt von der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 eine Zweigleitung 26 ab, welche zum Vorratsbehälter 16 zurückführt. In der Zweigleitung 26 ist ein Druckbegrenzungsventil 28 angeordnet.
Die Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 führt zu einer zweiten Kraftstoffpumpe 30. Diese wird auf hier nicht näher dargestellte Weise von der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angetrieben. Bei der zweiten Kraftstoffpumpe 30 handelt es sich um eine 1-Kolben-Hochdruckpumpe. Stromaufwärts von der Hochdruckpumpe 30 sind in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 noch ein Druckdämpfer 32 und ein Rückschlagventil 34 angeordnet. Zwischen dem Filter 24 und dem Druckdämpfer 32 zweigt von der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 eine Zweigleitung 36 ab, in der ein Niederdruckregler 38 angeordnet ist. Die Zweigleitung 36 führt ebenfalls zum Vorratsbehälter 16 für den Kraftstoff 18 zurück. Von der Hochdruckpumpe 30 führt eine Leckageleitung 40 zur Zweigleitung 36.
Ausgangsseitig fördert die Hochdruckpumpe 30 in eine Kraftstoffleitung 42, welche über ein Rückschlagventil 44 zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 46 führt. An die Kraftstoff-Sammelleitung 46 sind wiederum Kraftstoff-Einspritzventile 48 angeschlossen, welche den Kraftstoff in einen nicht näher dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzen. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 46 wird von einem Drucksensor 50 erfasst.
Der Druck in der Kraftstoffleitung 42 und der Kraftstoff-Sammelleitung 46, also im Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10, wird über ein Mengensteuerventil 52 gesteuert. Dieses verbindet den zwischen dem Rückschlagventil 44 und der Hochdruckpumpe 30 gelegenen Bereich der Kraftstoffleitung 42 mit dem zwischen dem Rückschlagventil 34 und dem Druckdämpfer 32 gelegenen Bereich der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22. Die Verbindung erfolgt über eine Zweigleitung 54. Das Mengensteuerventil 42 wird von einer in Fig. 1 nicht dargestellten Steuer- und Regeleinheit angesteuert, welche wiederum Signale vom Drucksensor 50 erhält. Auf diese Weise wird ein geschlossener Regelkreis für die Steuerung des Drucks im Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10 geschaffen.
Um bei einem Ausfall des Mengensteuerventils 52 einen Überdruck in der Kraftstoff-Sammelleitung 46 zu vermeiden, welcher die Funktionstüchtigkeit der Einspritzventile 48 beeinträchtigen könnte, ist in die Hochdruckpumpe 30 ein Druckbegrenzungsventil 56 integriert. Der genaue Aufbau des Druckbegrenzungsventils 56 ist aus Fig. 2 ersichtlich:
Die Hochdruckpumpe 30 und das Druckbegrenzungsventil 56 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 58 untergebracht. Von der Hochdruckpumpe 30 ist in Fig. 2 nur ein Bereich eines
Förderraumes 60 und das auslassseitig vom Förderraum 60 angeordnete Auslassventil 44 sichtbar. Das Auslassventil 44 umfasst ein kugelförmiges Ventilelement 64, welches von einer Feder 66 gegen einen Ventilsitz 68 beaufschlagt wird. Stromabwärts des Auslassventils 44 ist die Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 sichtbar. Während eines Saughubs wird der Förderraum 60 gegenüber der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 durch das Auslassventil 44 abgedichtet.
In Strömungsrichtung gesehen unmittelbar hinter dem Auslassventil 44 zweigt von der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 eine Nebenleitung 70 ab, welche zu einer Vorkammer 72 führt. Zwischen Nebenleitung 70 und Vorkammer 72 ist eine Strömungsdrossel 74 angeordnet.
In Fig. 2 oberhalb der Vorkammer 72 ist eine konische Erweiterung 76 vorgesehen, die in eine zylindrische Ventilkammer 80 mündet. Oberhalb der zylindrischen Ventilkammer 78 ist eine zu der Ventilkammer 78 koaxiale zylindrische Ausnehmung 80 vorhanden, welche einen etwas kleineren Durchmesser als die Ventilkammer 78 hat. Die zylindrische Ausnehmung 80 bildet eine Führung für einen ebenfalls zylindrischen Kolben 82. Dieser ist weiter unten im Detail beschrieben.
Etwas oberhalb des Übergangs von der zylindrischen Ventilkammer 78 zur zylindrischen Führung 80 ist in der Umfangswand der Führung 80 eine Ringnut 84 vorhanden. Von dieser zweigt ein Strömungskanal 86 ab, der auf in Fig. 2 nicht sichtbare Art und Weise zur Niederdruck-Einlassseite der Hochdruckpumpe 30 führt. Oberhalb der zylindrischen Führung 80 ist eine zu der Führung 80 koaxiale zylindrische Ausnehmung 88 vorhanden, welche einen kleineren Durchmesser als die Führung 80 aufweist. Von der Ausnehmung 88 führt ein Leckagekanal 90 zum Strömungskanal 86.
Die Elemente von der Nebenleitung 70 bis zum Leckagekanal 90 sind Teil des Druckbegrenzungsventils 56. Der Kolben 82 des Druckbegrenzungsventils 56 ist folgendermaßen aufgebaut:
Er verfügt im Wesentlichen über zwei Abschnitte, nämlich einen - bezogen auf das Druckbegrenzungsventil 56 - einlassseitigen Abschnitt 92 und einen - ebenfalls auf das Druckbegrenzungsventil 56 bezogenen - auslassseitigen Abschnitt 94. Der auslassseitige Abschnitt 94 hat eine kreiszylindrische Außenkontur mit gleichbleibendem Durchmesser. In Fig. 2 ist von oben in den Kolben 82 ein Sackloch 96 eingebracht. In diesem ist eine Feder 98 geführt, welche sich einerseits am Kolben 82 und andererseits am Grund der oberen Ausnehmung 88 im Gehäuse 58 abstützt. Durch diese Feder 98 wird ein freier Rand 100 des in Fig. 2 einlassseitigen Abschnitts 92 des Kolbens 82 gegen die konische Erweiterung 76 gedrückt. Die konische Erweiterung 76 bildet insoweit also einen Ventilsitz.
Zum auslassseitigen Abschnitt 94 hin weist der einlassseitige Abschnitt 92 des Kolbens 82 eine Einschnürung 102 in Form eines abgerundet taillierten Bereiches auf. Auf diese Weise wird zwischen dem einlassseitigen Abschnitt 92 und dem auslassseitigen Abschnitt 94 eine Steuerkante 104 gebildet, welche die beiden Abschnitte 92 und 94 voneinander trennt. Die Steuerkante 104 ist vom freien Rand 100 des einlassseitigen Abschnitts 92 so beabstandet, dass dann, wenn der freie Rand 100 am Ventilsitz 76 anliegt, die Steuerkante 104 von der Ringnut 84 beabstandet ist.
Das Kraftstoffsystem 10 mit dem Druckbegrenzungsventil 56 arbeitet folgendermaßen:
Von der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 wird der Kraftstoff 18 aus dem Vorratsbehälter 16 in die Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 gefördert. Der Druck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 beträgt typischerweise ungefähr 4 bar. Der unter diesem Druck stehende Kraftstoff wird in der Hochdruckpumpe 30 weiter auf einen Systemdruck von ungefähr 120 bar verdichtet.
Wenn auf der Auslassseite der Hochdruckpumpe 30, also beispielsweise in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 und der Kraftstoff-Sammelleitung 46, ein konstantes Volumen herrschen würde, würden im Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10 aufgrund der Förderpulsationen der Hochdruckpumpe 30 Druckspitzen bis zu einem Spitzenwert von ca. 180 bar auftreten. Eine solche Druckspitze ist in Fig. 3 gestrichelt dargestellt. Diese Druckspitzen resultieren aus der Beschleunigung der Kraftstoffsäule in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 durch die Hochdruckpumpe 30. Diese Druckspitzen werden bei dem in Fig. 2 dargestellten Druckbegrenzungsventil 56 auf folgende Art und Weise vermieden:
Im Grunde entspricht die Druckspitze einem durch den Förderimpuls der Hochdruckpumpe 30 ausgelösten Mengenstrom. Dieser Mengenstrom strömt in die Nebenleitung 70, durch die Strömungsdrossel 74 hindurch in die Vorkammer 72. Dort führt der Mengenstrom dazu, dass der freie Rand 100 des einlassseitigen Abschnitts 92 des Kolbens 82 vom Ventilsitz 78 abhebt und der gesamte Kolben 82 entgegen der Beaufschlagungskraft der Feder 98 bewegt wird. Dies führt zu einer Vergrößerung der zylindrischen Ventilkammer 78. Die Vergrößerung der Ventilkammer 78 wiederum entspricht einem Ausweichvolumen, in welches der Kraftstoff einströmen kann.
Nach dem Ende des Förderimpulses strömt der Kraftstoff aus der zylindrischen Ventilkammer 78 wieder in die Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 zurück. Dabei bewegt sich der Kolben 82 aufgrund der Federbeaufschlagung wieder mit seinem freien Rand 100 gegen den Ventilsitz 76. Der Abstand zwischen der Steuerkante 104 und der Ringnut 84 ist dabei so bemessen, dass bei einer üblichen Druckspitze kein Kraftstoff über die Ringnut 84 und den Strömungskanal 86 abströmt. Das maximal mögliche Ausweichvolumen entspricht somit dem Durchmesser des auslassseitigen Abschnitts 94 des Kolbens 82 multipliziert mit dem maximalen Abstand zwischen der Ringnut 84 und der Steuerkante 104.
Durch die Vorkammer 72 und die Strömungsdrossel 74 wird ein dynamisches Überschwingen des Kolbens 82 verhindert. Somit ist auch bei sehr harten Förderimpulsen gewährleistet, dass das Druckbegrenzungsventil 56 nicht öffnet, also kein Kraftstoff über den Strömungskanal 86 abströmt. Fällt jedoch beipielsweise aufgrund einer Störung des Mengensteuerventils 52 die Druckregelung im Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10 aus und wird mehr Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 30 in die Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 und die Kraftstoff-Sammelleitung 46 gefördert als von den Kraftstoff-Einspritzventilen 48 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, dann erhöht sich der gesamte Systemdruck im Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10. Überschreitet der tatsächliche Systemdruck den maximal zulässigen Systemdruck, dann wird der Kolben 82 entgegen der Beaufschlagung durch die Feder 98 so weit bewegt, bis die Steuerkante 104 oberhalb der Ringnut 84 liegt.
Somit kann der Kraftstoff von der Nebenleitung 70 über den Strömungskanal 86 zur Einlassseite der Hochdruckpumpe 30 zurückströmen. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Systemdruck insgesamt den zulässigen Wert, hier beispielsweise 120 bar, nicht überschreitet. Somit ist auch beim Ausfall beispielsweise des Mengensteuerventils 52 die sichere Funktion der Kraftstoff-Einspritzventile 48 gewährleistet. Durch die Ausbildung des einlassseitigen Abschnitts 92 des Kolbens 82 mit einer Einschnürung 102 ist sichergestellt, dass im Betrieb Strömungskräfte weitgehend kompensiert werden. Somit findet praktisch kein Anstieg des Öffnungsdrucks über dem Durchsatz statt. Ein solcher Anstieg würde ansonsten möglicherweise zu Einschränkungen im Betrieb des Kraftstoffsystems 10 bzw. der Brennkraftmaschine führen, wenn das Mengensteuerventil 52 versagt.

Claims (9)

  1. Druckbegrenzungseinrichtung (56) für ein Kraftstoffsystem (10) einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (58), welches einen Einlass (70) und einen Auslass (86) aufweist, und mit einem vorgespannten Element (82), welches ab einer bestimmten zwischen Einlass (70) und Auslass (86) vorhandenen Druckdifferenz den Einlass (70) mit dem Auslass (86) fluidisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckbegrenzungseinrichtung (56) in Strömungsrichtung gesehen vor dem vorgespannten Element (82) ein Ausweichvolumen bereitgestellt wird.
  2. Druckbegrenzungseinrichtung (56) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen hydraulischen Widerstand, insbesondere eine Strömungsdrossel (74), aufweist, welche im Zulauf (70) zum Ausweichvolumen angeordnet ist.
  3. Druckbegrenzungseinrichtung (56) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorkammer (72) aufweist, welche im Zulauf (70) zum Ausweichvolumen vorgesehen ist.
  4. Druckbegrenzungseinrichtung (56) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausweichvolumen durch eine Bewegung des vorgespannten Elements (82) geschaffen wird.
  5. Druckbegrenzungseinrichtung (56) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgespannte Element als zylindrischer Kolben (82) ausgebildet ist, welcher einen auslassseitigen Abschnitt (94) und einen einlassseitigen Abschnitt (92) aufweist, die durch eine Steuerkante (104) voneinander getrennt sind, wobei der auslassseitige Abschnitt (94) in dem Gehäuse (58) dicht geführt ist und im geschlossenen Zustand der Druckbegrenzungseinrichtung (56) eine Auslassöffnung (84) in der Gehäusewand (80) verdeckt, und wobei ein freier Rand (100) des einlassseitigen Abschnitts (92) eine Dichtkante mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz (76) bildet.
  6. Druckbegrenzungseinrichtung (56) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der einlassseitige Abschnitt (92) des Kolbens (82) einen abgerundet taillierten Bereich (102) aufweist.
  7. Kraftstoffsystem (10) zum Zuliefern von Kraftstoff (18) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Vorratsbehälter (16), mit einer ersten Kraftstoffpumpe (20), welche eingangsseitig mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist, mit einer zweiten Kraftstoffpumpe (30), welche eingangsseitig über eine Kraftstoffverbindung (22) mit der ersten Kraftstoffpumpe (20) verbunden ist, und mit einer Druckbegrenzungseinrichtung (56), welche den Druck in einer Kraftstoffverbindung (42, 46) auf der Ausgangsseite der zweiten Kraftstoffpumpe (30) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungseinrichtung (56) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
  8. Kraftstoffsystem (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraftstoffpumpe eine 1-Zylinder-Kolbenpumpe (30) umfasst.
  9. Kraftstoffsystem (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungseinrichtung (56) an die zweite Kraftstoffpumpe (30) angebaut, vorzugsweise in diese integriert ist.
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