DE102006053847A1

DE102006053847A1 - Hochdruckkraftstoffsystem mit Volumenkompensation, insbesondere für die Abkühlphase des Hochdrucksystems

Info

Publication number: DE102006053847A1
Application number: DE200610053847
Authority: DE
Inventors: Matthias Bleeck; Dietmar Schulze; Marius Cornea
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-05-15
Also published as: WO2008058952A1

Abstract

Unerwünschte Erscheinungen im Kraftstoffsystem, insbesondere eines Dieseleinspritzsystems, treten insbesondere in der Abkühlphase, zum Beispiel nach dem Abschalten des Motors, auf. Nach dem Abschalten arbeitet die Hochdruckpumpe nicht mehr. Eine druckerzeugende Quelle ist nicht mehr im Betrieb. Weil nähere Untersuchungen zeigen, dass der Druck in dem Kraftstoffsystem nicht unter den Umgebungsdruck fallen sollte, ist eine Volumenkompensation erforderlich. Die vorliegende Erfindung lehrt, wie eine solche Volumenkompensation realisierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hochdrucksystem für Kraftstoffe. Es wird ein Druckausgleichsystem beschrieben.
Druckausgleichsysteme in Kraftstoffeinspritzsystemen, insbesondere Dieseleinspritzanlagen, sind in zahlreichen Ausgestaltungen bekannt. So ist z. B. aus der DE 103 34 771 A1 ein sehr lang bauendes Einspritzventil bekannt, das mit Differenzdrücken und Druckausgleichen auf verschiedenen Seiten der Kolben arbeitet. In diesem Ventil ist zwischen unterschiedlichen Stufen ein Rückschlagsventil mit Kugelsitzventil aufgebaut, so dass der Druck auf einer höheren Stufe verbleiben kann, bis neuer Kraftstoff in diese nächste Druckstufe nachgeliefert werden kann.
Unerwünschte Erscheinungen im Kraftstoffsystem treten insbesondere in der Abkühlphase, zum Beispiel nach dem Abschalten des Motors, auf. Die unerwünschten Erscheinungen sollen vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch einen Druckausgleich gemäß dem Hauptanspruch bzw. ein Druckausgleichsventil gemäß dem nebengeordneten Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Nähere Untersuchungen führten zu der Erkenntnis, dass der Druck in dem Kraftstoffsystem nicht unter den Umgebungsdruck fallen sollte. Daraus folgt, dass eine Volumenkompensation erforderlich ist. Die Funktionalität kann durch eine Volumenkompensation zwischen dem Niederdruck- und dem Hochdruckbereich ermöglicht werden. Die Volumenkompensation ist an einer geeigneten Stelle im Kraftstoffsystem unterzubringen. Gleichzeitig darf die Volumenkompensation die Leckage beim Betrieb des Motors, also bei hohen Drücken, wie zum Beispiel 1600 bar, 1800 bar, 2000 bar oder 2200 bar, nicht in die Höhe treiben.
Vorteilhaft ist ein Druckbegrenzungsventil, das mit sehr geringem Öffnungsdruck, das heißt also einem Druck nahe 0 bar, in Richtung des Niederdruckbereiches des Kraftstoffsystems öffnen kann. Das Druckbegrenzungsventil ist als integrierbares Druckbegrenzungsventil auszugestalten. Das Druckbegrenzungsventil ist in Richtung auf den Hochdruckbereich im Normalzustand geschlossen. Nur bei entsprechender Volumenverringerung ist eine Volumenkompensation durchzuführen. Durch die Volumenkompensation kann der mit der Abkühlung einhergehende Druckabfall kompensiert werden.
Vorteilhaft ist es, wenn das Druckausgleichsglied, das zum Beispiel ein Kugelsitzventil sein kann, vollständig passiv arbeitet. Das Ventil, in welches das Druckausgleichsventil integriert ist, ist nach dem Abschalten des Kraftfahrzeuges in der Regel stromlos. Wenn ein bestimmtes eingestelltes Druckniveau, das zum Beispiel über eine Rückschlagsfeder oder über die Eindrehtiefe eines Federtellers einstellbar sein kann, unterschritten wird, öffnet das nur in eine Richtung bzw. Strömungsrichtung des Kraftstoffs zu öffnende Ventil.
Die Druckausgleichselemente oder Druckausgleichsglieder umfassen ein Dichtelement. Ein geeignetes Dichtelement kann eine Kugel oder eine Abdichtplatte sein. Dieses Dichtelement dichtet gegen einen Bohrungsabsatz ab. Im normalen Betrieb, wenn auf der Hochdruckseite ein hoher Druck vorhanden ist, befindet sich das Dichtelement im Anschlag mit einer Verbindungsbohrung. Nach einer Ausgestaltung kann das Dichtelement federvorgespannt sein.
Wenn das System abgeschaltet wird und danach auf Umgebungstemperatur abkühlt, bricht zwar der Druck, der zum Beispiel bei ca. 2000 bar liegen kann, schlagartig zusammen, er sinkt aber nicht infolge des vorhandenen Druckausgleiches unter ein eingestelltes Niveau.
Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, wobei
1 die Integration des Druckausgleichselements in einem Druckregelventil zeigt,
2 eine erste Ausgestaltung eines Druckausgleichsventils zeigt,
die 3 und 4 eine zweite Ausgestaltung eines Druckausgleichsventils zeigen und
5 eine gemessene Kennlinie etwas abstrahiert wiedergibt.
Ein Druckregelventil für einen Rail eines Hochdruckdieseleinspritzsystems wird in der Regel, so wie in 1 dargestellt, an einem Ende des Rails eingeschraubt. Von dem Ventil führt ein Tankanschluss zurück in den Kraftstofftank. In der Spitze des Druckregelventils ist eine Stelle, die besonders geeignet ist, als Druckausgleichsstelle zu dienen. Hier lässt sich ein Druckausgleich 100, in der Nähe des Bereiches des Anschlusses A, integrieren. Der Druckausgleich 100 stellt eine schaltbare Verbindung zum Rücklauf oder zum Niederdruckbereich her. Der Tankrücklauf ist durch T gekennzeichnet.
Der Druckausgleich 100 nach 1 lässt sich zum Beispiel durch ein Druckausgleichsventil 102 nach 2 realisieren. Das Druckausgleichsventil sperrt den Hochdruckbereich p2 vom Niederdruckbereich p1 gegeneinander für den normalen Betrieb ab, nach dem Abkühlen des Kraftstoffsystems kann dann durch den höheren Druck auf der p1-Seite ein Druckausgleich durch das Abheben der Kugel 20 vom Kugelsitz gegen die Feder 40, die sich am Federteller 30 abstützt, durchgeführt werden.
So wie in 3 und 4 dargestellt, lässt sich ein Rückschlagsventil auch federlos aufbauen. Um den Weg der Kugel 20 in dem Rückschlagsventil 104 zu begrenzen, kann ein Anschlag 50 vorgesehen werden, der aus Kompaktheitsgründen und Integrationsgründen mit Kanälen und Durchführungen versehen sein kann, durch die das unter besonders hohem Druck stehende Medium, der Dieselkraftstoff, in dem Bewegungsraum der Kugel ein- und ausströmen kann.
4 zeigt einen entsprechenden Querschnitt durch die Anordnung nach 3.

5 zeigt etwas vereinfacht die sich auf- und abbauenden Drücke im Rail des Kraftstoffeinspritzsystems. Das Druckniveau im Rail verändert sich im Betrieb in weiten Bereichen. Wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, bricht das Druckniveau p2 infolge des fehlenden Betriebes der Druckquelle in relativ kurzer Zeit zusammen. Ohne das Vorhandensein eines geeigneten Druckausgleichs, so wie zum Beispiel in den 2 und 3 graphisch dargestellt, würde der Druck auf der Hochdruckseite unter ein zulässiges Druckniveau, insbesondere aufgrund der Abkühlung des Kraftstoffes, absinken. Ist ein Druckausgleich vorhanden, so bleibt der Druck im Bereich des Umgebungsdruckes. Bezugszeichenliste:

20	Kugel
30	Federteller
40	Feder, insbesondere Druckfeder der Spiralfeder
50	Anschlag mit Durchströmung
100	Druckausgleichsglied
102	Druckausgleichsventil, insbesondere als Rückschlagsventil
104	Druckausgleichsventil, insbesondere als Rückschlagsventil
A	Arbeitsanschluss oder Rail
T	Tankanschluss oder Tankrücklauf
p1	Unterdruck oder Niederdruck (z. B. 1 bar oder 50 bar)
p2	Überdruck oder Hochdruck (z. B. 2200 bar)

Claims

Druckausgleich eines Hochdruckkraftstoffventils, insbesondere Hochdruckdieselventils, das in einem Kraftstoffsystem einer Verbrennungskraftmaschine integrierbar ist, insbesondere einem Kraftfahrzeugdieselmotor, dadurch gekennzeichnet, dass für einen mit der Abkühlung des Kraftstoffes einhergehenden Druckabfall, hervorgerufen durch Volumensverringerung des Kraftstoffes, ein Druckausgleich des Hochdruckbereiches aus dem Niederdruckbereich durch ein Druckausgleichsglied ermöglicht wird.
Druckausgleichsventil zum Druckausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsglied ein passiv schaltendes Kugelsitzventil ist, das als Rückschlagventil arbeitet.
Druckausgleichsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsventil bei einem Rückschlagsdruck unterhalb des Druckniveaus des Niederdruckbereichs aktiviert wird.
Druckausgleichsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsventil in einem Ventil, insbesondere einem Druckregelventil, des Kraftstoffsystems integriert ist.
Druckausgleichsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtelement, wie eine Dichtkugel oder eine Dichtplatte, gegen einen Bohrungsabsatz, der zum Niederdruckbereich führt, bei erwärmtem Kraftstoff abdichtet.
Druckausgleichsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement mit einer Feder vorgespannt ist, deren eines Federende in einem hülsenförmigen Federteller lagert.
Druckausgleichsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckbereich in die Tankrückführung mündet.
Druckausgleichsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsventil bei Unterschreitung des Umgebungsdrucks des Systems schaltet.