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Stand der Technik
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Bei
Kraftstoffversorgungsanlagen für
Brennkraftmaschinen fördert üblicherweise
eine Kraftstoffpumpe Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter über eine
Kraftstoffleitung zu einem Einspritzventil oder zu mehreren Einspritzventilen. Über das
mindestens eine Einspritzventil gelangt der Kraftstoff direkt oder indirekt
in einen Brennraum der Brennkraftmaschine. Es gibt Kraftstoffversorgungsanlagen,
bei denen eine Hochdruckpumpe den von der Kraftstoffpumpe geförderten
Kraftstoff in der Kraftstoffleitung auf einen Hochdruck anhebt,
bevor der Kraftstoff zu den Einspritzventilen gelangt.
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Ein
an die Kraftstoffleitung angeschlossenes Druckventil bzw. Druckregelventil
sorgt dafür,
dass während
des Betriebs der Brennkraftmaschine der Druck in der Kraftstoffleitung
auf einem konstanten Wert liegt. Damit sich in der Kraftstoffleitung
keine Gasblasen bilden können,
wenn die Brennkraftmaschine bei aufgeheiztem Kraftstoff abgestellt
wird, muss das Druckregelventil auch im abgestellten Zustand der
Brennkraftmaschine dicht sein und dafür sorgen, dass der Druck in
der Kraftstoffleitung mindestens so lange erhalten bleibt, bis der
Kraftstoff in der Kraftstoffleitung so weit abgekühlt ist,
dass sich keine Gasblasen in der Kraftstoffleitung mehr bilden können.
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Weil
das Druckventil bzw. Druckregelventil bei abgestellter Brennkraftmaschine
den Druck in der Kraftstoffleitung halten muss, ist zwischenzeitlich
das Problem aufgetreten, dass dann wenn die Kraftstoffversorgungsanlage
abgekühlt
ist und aufgrund von tageszeitlich bedingten Temperaturschwankungen sich
der Kraftstoff in der Kraftstoffleitung erwärmt, auch der Druck des in
der Kraftstoffleitung eingespannten Kraftstoffs ansteigt. Dadurch entsteht
die Gefahr, dass eine geringe Menge des Kraftstoffs durch natürlich auftretende
Leckage des Einspritzventils in das Saugrohr bzw. in den Brennraum
der Brennkraftmaschine gelangt. Wenn sich die Umgebung wieder etwas
abkühlt,
dann wird aus dem Kraftstoffvorratsbehälter aufgrund der Kontraktion
des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung Kraftstoff in die Kraftstoffleitung
nachgesaugt und davon kann bei erneutem Erwärmen wieder Kraftstoff durch
das Einspritzventil in den Brennraum abgegeben werden. Dies kann
bei einem Start der Brennkraftmaschine zu einem erhöhten Ausstoß an Schadstoffen
führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage
und das erfindungsgemäße Entlastungsventil
haben demgegenüber
den Vorteil, dass bei abgestellter Brennkraftmaschine und einem Druck
in der Kraftstoffleitung unterhalb eines Grenzdrucks der Druck in
der Kraftstoffleitung auch bei sich ändernden Temperaturen nicht
ansteigen kann, und trotzdem ist während eines Betriebs der Brennkraftmaschine
und nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine ein Regeln bzw.
ein Halten des Drucks auf dem vorgesehnen Niveau weiterhin unbeschränkt möglich.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Kraftstoffversorgungsanlage
und des Entlastungsventils möglich.
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Das
den Schließkörper des
Entlastungsventils in Öffnungsrichtung
beaufschlagende elastische Element bietet den Vorteil, dass unabhängig von
einer Einbaulage des Entlastungsventils das Entlastungsventil bei
einem Druck auf der Zulaufseite unterhalb dem Grenzdruck zuverlässig öffnet.
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Üblicherweise
ist bei Kraftstoffversorgungsanlagen ein Druckventil zum Regeln
und Halten des Betriebsdrucks in der Kraftstoffversorgungsanlage während des
Betriebs der Brennkraftmaschine vorgesehen. Das Integrieren des
Entlastungsventils in das Ventilschließelement des Druckventils bietet
den Vorteil, dass das Entlastungsventil keinen zusätzlichen
Anschluss erforderlich macht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugt
ausgewählte,
besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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die 1 eine
Kraftstoffversorgungsanlage mit einem Entlastungsventil,
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die 2 ein
Entlastungsventil,
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die 3 ein
abgeändertes
Entlastungsventil,
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die 4 eine
abgewandelte Kraftstoffversorgungsanlage mit einem Entlastungsventil
und einem getrennt hiervon angeordneten Druckventil und
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die 5 eine
weitere Ausführungsform
des Entlastungsventils.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt
eine Kraftstoffversorgungsanlage 1 mit einem Kraftstoffvorratsbehälter 2,
einer Kraftstoffpumpe 4, einem Kraftstofffilter 8,
einem Entlastungsventil 10, einem Druckregelventil, auch
als Druckventil 12 bezeichenbar, einer Kraftstoffleitung 14,
einer Hochdruckpumpe 16, einer Brennkraftmaschine 18,
einer Hochdruckleitung 20 und mit mindestens einem Einspritzventil 22.
Das Entlastungsventil 10 und das Druckventil 12 befinden
sich innerhalb eines gemeinsamen Ventilgehäuses.
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Die
Kraftstoffpumpe 4 wird von einem Pumpenmotor 6 angetrieben.
Die Kraftstoffpumpe 4 saugt Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 und
fördert
ihn durch den Kraftstofffilter 8 in eine Kraftstoffleitung 14.
Von der Kraftstoffleitung 14 gelangt der Kraftstoff zu
der Hochdruckpumpe 16, die, angetrieben von der Brennkraftmaschine 18,
den Druck anhebt und den Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 20 zu
dem mindestens einen Einspritzventil 22 fördert. Durch
das Einspritzventil 22 gelangt der Kraftstoff, je nach
Ausführung,
in ein Saugrohr oder direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine 18.
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Es
gibt auch Ausführungen
bei denen keine Hochdruckpumpe vorgesehen ist, das heißt, die Kraftstoffpumpe 4 fördert ohne
eine Hochdruckpumpe durch die Kraftstoffleitung 14 zum
mindestens einen Einspritzventil 22.
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Der
Druck des Kraftstoffs wird entweder über das Druckventil 12 mechanisch
geregelt, oder aber bedarfsabhängig,
mit einem nicht dargestellten Drucksensor, im geschlossenen Regelkreis,
geregelt oder ohne Drucksensor, über
ein in einem elektronischen Steuergerät hinterlegtes Kennfeld im
einem sogenannten offenen Regelkreis gesteuert.
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Die 2 zeigt
einen Längsschnitt
durch das in das Druckventil 12 integrierte Entlastungsventil 10 der
Kraftstoffversorgungsanlage 1.
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In
allen Figuren sich gleiche oder gleich wirkende Teile mit denselben
Bezugszeichen versehen. Sofern nichts Gegenteiliges erwähnt bzw.
in der Zeichnung dargestellt ist, gilt das anhand eines der Figuren
Erwähnte
und Dargestellte auch bei den anderen Ausführungsbeispielen. Sofern sich
aus den Erläuterungen
nichts anderes ergibt, sind die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele
miteinander kombinierbar.
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Das
Entlastungsventil 10 umfasst im Wesentlichen ein Entlastungsventilgehäuse 24,
einen Schließkörper 26,
einen Ventilsitz 28, ein elastisches Element 30 und
eine Schließkörperführung 32.
Das Entlastungsventil 10 hat eine Zulaufseite 34 und
eine Weiterlaufseite 36.
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Der
Ventilsitz 28 besteht beispielsweise aus einem in das Entlastungsventilgehäuse 24 eingelegten
oder eingespritzten oder einvulkanisierten Ring aus elastomerem
oder gummiartigem Material. Der Schließkörper 26 ist beispielsweise
eine Kugel aus Metall oder Kunststoff. Die Schließkörperführung 32 ist
beispielsweise eine in das Entlastungsventilgehäuse 24 eingepresste
Buchse und hat bei Bedarf Längsrippen
zum Führen
des Schließkörpers 26 und damit
zwischen dem Schließkörper 26 und
der Schließkörperführung 32 Kraftstoff
hindurch strömen kann.
Das elastische Element 30 ist beispielsweise in Form einer
kleinen Schraubendruckfeder realisiert. Das elastische Element 30 beaufschlagt
den Schließkörper 26 in Öffnungsrichtung
weg vom Ventilsitz 28.
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Bei
dem in der 2 dargestellten, bevorzugt ausgewählten Ausführungsbeispiel
dient das Entlastungsventilgehäuse 24 auch
als Ventilschließelement 40 des
Druckventils 12. Oder anders ausgedrückt, das Entlastungsventil 10 ist
komplett in das Ventilschließelement 40 des
Druckventils 12 integriert, mit unter anderem dem Vorteil,
dass das Entlastungsventil 10 keinen zusätzlichen
Anschluss an der Kraftstoffleitung 14 erforderlich macht.
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Das
Druckventil 12 umfasst ein Ventilgehäuse 42 mit einem an
dem Ventilgehäuse 42 vorgesehenen
Reglerventilsitz 44. Das Ventilgehäuse 42 des Druckventils 12 hat
einen Zulaufanschluss 46, einen Tankrücklauf 48 und eine
Reglerfeder 50. Am Zulaufanschluss 46 können bei
Bedarf optional ein Vorsieb 52 und/oder eine Vordrossel 54 vorgesehen
sein. An dem Ventilschließelement 40 gibt
es ein Dichtelement 56, das vorzugsweise aus einem elastomeren Werkstoff
besteht.
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Am
Tankrücklauf 48 des
Druckventils 12 gibt es eine Stellschraube 58.
Die Reglerfeder 50 ist zwischen dem Ventilschließelement 40 und
der Stellschraube 58 eingespannt. Die Reglerfeder 50 drückt das
Dichtelement 56 des Ventilschließelements 40 gegen
den Reglerventilsitz 44. Die Reglerfeder 50 bestimmt
den zulaufseitigen Öffnungsdruck
des Druckventils 12. Mit Hilfe der Stellschraube 58 kann der Öffnungsdruck
des Druckventils 12 eingestellt werden, bei dessen Überschreitung
das Ventilschließelement 40 mit
dem Dichtelement 56 vom Ventilsitz 44 abhebt.
Wenn der Betriebsdruck in der Kraftstoffleitung 14 unter
den Öffnungsdruck
fällt,
dann kann kein Kraftstoff mehr aus der Kraftstoffleitung 14 zwischen
dem Reglerventilsitz 44 und dem Ventilschließelement 40 vom
Zulaufanschluss 46 zum Tankrücklauf 48 strömen.
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Das
Druckventil 40 sorgt dafür, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine 18 und während einer
gewissen Zeit nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 18 der
Betriebsdruck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung 14 auf
der vorgesehenen Höhe
gehalten wird.
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Mit Überschreiten
des Öffnungsdrucks
in der Kraftstoffleitung 14 hebt das Ventilschließelement 40 vom
Reglerventilsitz 44 ab, so dass überschüssiger Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung 14,
durch das Druckventil 12 und durch den Tankrücklauf 48 in
den Kraftstoffvorratsbehälter 2 strömen kann.
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Der
in der Kraftstoffleitung 14 herrschende Druck herrscht
praktisch unverändert
auch auf der Zulaufseite 34 des Entlastungsventils 10.
Der Druck auf der Zulaufseite 34 beaufschlagt den Schließkörper 26 in
Schließrichtung
gegen die Kraft des elastischen Elements 30 und gegen den
Ventilsitz 28.
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Wenn
der Druck auf der Zulaufseite 34 des Entlastungsventils 10 größer ist
als ein Grenzdruck, dann wird der Schließkörper 26 gegen den
Ventilsitz 28 des Entlastungsventils 10 gedrückt, so
dass kein Kraftstoff von der Zulaufseite 34 durch das Entlastungsventil 10 zur
Weiterlaufseite 36 des Entlastungsventils 10 strömen kann.
Ist der Druck auf der Zulaufseite 34 niedriger als der
Grenzdruck, dann hat der Schließkörper 26 mindestens
so weit vom Ventilsitz 28 abgehoben, dass Kraftstoff von
der Zulaufseite 34 entlang der Schließkörperführung 32 zwischen dem
Schließkörper 26 und
dem Entlastungsventilgehäuse 24 zur
Weiterlaufseite 36 des Entlastungsventils 10 gelangen
kann. Das elastische Element 30 unterstützt das Öffnen.
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Der
Grenzdruck, unterhalb dem das Entlastungsventil 10 offen
ist, und oberhalb dem das Entlastungsventil 10 geschlossen
ist, ist wesentlich niedriger als der Öffnungsdruck bei dessen Überschreitung
das Druckventil 12 öffnet,
so dass während
des Betriebs der Brennkraftmaschine 18 überschüssig geförderter Kraftstoff aus der
Kraftstoffleitung 14 nur zwischen dem Reglerventilsitz 44 und
dem Dichtelement 56 durch das Druckventil 12 zum
Tankrücklauf 48 gelangen
kann, nicht aber durch das Entlastungsventil 10.
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Wenn
der am Druckventil 12 eingestellte Öffnungsdruck beispielsweise
auf 10 bar (entspricht 1 000 000 Pascal) eingestellt ist, dann ist
der Grenzdruck, bei dessen Überschreitung
das Entlastungsventil 10 schließt, und bei dessen Unterschreitung das
Entlastungsventil 10 öffnet,
beispielsweise auf 0,01 bar (entspricht 1 000 Pascal) eingestellt.
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Im
normalen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 18 fördert die
Kraftstoffpumpe 4 üblicherweise
mehr Kraftstoff als von der Brennkraftmaschine 18 benötigt wird
und der überschüssige Kraftstoff
strömt
aus der Kraftstoffleitung 14 durch das Druckventil 12 zum
Tankrücklauf 48.
Das Ventilschließelement 40 hebt
geradeso weit vom Reglerventilsitz 44 ab, dass in der Kraftstoffleitung 14 der gewünschte Betriebsdruck
herrscht. Für
diesen Betriebszustand kann die Vordrossel 54 entfallen.
Die Vordrossel 54 ist dann vorzusehen, wenn die Druckregelung,
wie oben beschrieben, bedarfsabhängig erfolgt.
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Während des
Betriebs der Brennkraftmaschine 18 bleibt das Entlastungsventil 10 vollständig geschlossen.
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Beim
Starten der Brennkraftmaschine 18, das heißt beim
Inbetriebsetzen der Kraftstoffpumpe 4, wird aufgrund der
großen
Menge des Kraftstoffs der Schließkörper 26 des Entlastungsventils 10 gleich
zu Beginn des Betriebs der Brennkraftmaschine 18 gegen
den Ventilsitz 28 gedrückt,
so dass das Entlastungsventil 10 gleich zu Beginn schließt und der
Betriebsdruck allein vom Druckventil 12 geregelt wird.
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Nach
dem Abstellen der Brennkraftmaschine 18, das bedeutet auch
nach dem Abstellen der Kraftstoffpumpe 4, drückt die
Reglerfeder 50 des Druckventils 12 das Ventilschließelement 40 gegen
den Reglerventilsitz 44. Unmittelbar nach dem Abstellen der
Brennkraftmaschine 18, und für einen Zeitraum nach dem Abstellen
der Brennkraftmaschine 18, sind das Druckventil 12 und
auch das Entlastungsventil 10 geschlossen. Damit ist der
Kraftstoff in der Kraftstoffleitung 14 eingesperrt, so
dass für
eine möglichst
lange Zeit nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine 18 der
Druck in der Kraftstoffleitung 14 auf einem möglichst
hohen Niveau gehalten wird. Dehnt sich der Kraftstoff infolge Erwärmung aus,
während
sich der Druck auf dem hohen Niveau befindet, dann öffnet das
Druckventil 12 und begrenzt den maximal auftretenden Druck
auf den durch die Reglerfeder 50 vorher eingestellten Wert.
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Wenn
die Brennkraftmaschine 18 längere Zeit steht, kann der
Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung 14 unter
den am Entlastungsventil 10 eingestellten Grenzdruck absinken.
Dann öffnet
das Entlastungsventil 10. Wenn dann aufgrund von Temperaturänderung,
beispielsweise durch Temperaturänderung
aufgrund unterschiedlicher Sonneneinstrahlung, sich der Kraftstoff
in der Kraftstoffleitung 14 erwärmt und damit ausdehnt, kann
Kraftstoff praktisch drucklos aus der Kraftstoffleitung 14 durch
das Entlastungsventil 10 zurück in den Kraftstoffvorratsbehälter 2 strömen. Dadurch
ist gewährleistet,
dass auch aufgrund von Temperaturänderungen der Druck des Kraftstoffs
in der Kraftstoffleitung 14 nicht ansteigen kann. Dadurch
ist sichergestellt, dass kein Kraftstoff durch eine eventuelle Leckage
am Einspritzventil 22 in die Brennkraftmaschine 18 gelangt.
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Die 3 zeigt
ein weiteres, bevorzugt ausgewähltes,
besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel.
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Die 3 zeigt
einen abgebrochenen Längsschnitt
durch das Druckventil 12 mit dem integrierten Entlastungsventil 10,
wobei die in der 3 nicht dargestellten Teile
beispielsweise so wie in der 2 dargestellt
ausgeführt
sein können.
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Bei
dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
hat es im Bereich des Ventilsitzes 28 auf der dem Schließkörper 26 zugewandten
Seite hervorstehende Unebenheiten. Diese hervorstehenden Unebenheiten
wirken als elastisches Element 30.
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Wenn
der Druck auf der Zulaufseite 34 kleiner als der Grenzdruck
ist, dann sorgt das elastische Element 30 dafür, dass
der Schließkörper 26 so
weit in Öffnungsrichtung
verstellt wird, dass zwischen dem Schließkörper 26 und dem Ventilsitz 28 umfangsmäßig mindestens
partielle Durchlässe
entstehen, so dass Kraftstoff von der Zulaufseite 34 auf
die Weiterlaufseite 36 gelangen kann.
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Wenn
der Druck auf der Zulaufseite 34 größer als der Grenzdruck ist,
dann wird der Schließkörper 26 von
dem auf der Zulaufseite 34 in Schließrichtung wirkenden Druck so
stark gegen den Ventilsitz 28 beaufschlagt, dass die Unebenheiten
am Ventilsitz 28, die als elastisches Element 30 wirken,
platt gedrückt
werden, so dass zwischen dem Schließkörper 26 und dem Ventilsitz 28 kein
Kraftstoff von der Zulaufseite 34 auf die Weiterlaufseite 36 gelangen kann.
Die Unebenheiten können
auch am Schließkörper 26 beispielsweise
in Form von Riffelungen vorgesehen sein, so dass erst oberhalb des
Grenzdrucks der Schließkörper 26 so
stark gegen den Ventilsitz 28 gepresst wird, dass das Entlastungsventil 10 dicht
ist.
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Die 4 zeigt
eine weitere Ausführungsmöglichkeit
einer Kraftstoffversorgungsanlage 1 mit dem Entlastungsventil 10.
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Bei
der in der 4 dargestellten Kraftstoffversorgungsanlage 1 sind
das Entlastungsventil 10 und das Druckventil 12 in
getrennten Gehäusen
untergebracht. Das Druckventil 12 kann so wie bisher schon
bei Kraftstoffversorgungsanlagen üblich ausgeführt sein,
weshalb auf das Druckventil 12 nicht näher eingegangen werden muss.
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Die 5 zeigt
einen Längsschnitt
durch das Entlastungsventil 10 der in der 4 dargestellten Kraftstoffversorgungsanlage 1.
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In
Betriebsstellung ist das Entlastungsventil 10 so ausgerichtet,
dass der Schließkörper 26 aufgrund
seines Gewichts in Öffnungsrichtung
weg vom Ventilsitz 28 bewegt wird, wenn der Druck auf der
Zulaufseite 34 niedriger als der Grenzdruck ist. Somit kann
bei der in der 5 gezeigten Ausführung auf das
bei den in den 2 und 3 gezeigten
Ausführungen
enthaltene elastische Element 30 verzichtet werden.
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Die
Zulaufseite 34 ist direkt mit der Kraftstoffleitung 14 verbunden.
Wenn der Druck in der Kraftstoffleitung 14 und auf der
Zulaufseite 34 niedriger als der Grenzdruck ist, dann hat
der Schließkörper aufgrund
seines Gewichts vom Ventilsitz 28 abgehoben und es kann
Kraftstoff praktisch drucklos von der Zulaufseite 34 auf
die Weiterlaufseite 36 und dann in den Kraftstoffvorratsbehälter 2 gelangen.
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Sobald
die Kraftstoffpumpe 4 anfängt zu fördern, wird der Schließkörper 26 sofort
vom Kraftstoff gegen den Ventilsitz 28 in Schließrichtung
betätigt,
so dass das Entlastungsventil 10 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 18 und
für einige
Zeit nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 18 ständig geschlossen
bleibt, solange der Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung 14 oberhalb
des Grenzdrucks ist. Das Entlastungsventil 10 öffnet erst
dann, wenn nach längerem
Abstellen der Brennkraftmaschine der Druck des Kraftstoffs in der
Kraftstoffleitung 14 unter den Grenzdruck abgefallen ist.