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Die Erfindung betrifft eine Überdrucksicherungsanordnung und Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.
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Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, kommen Einspritzanlagen zum Einsatz, die in den letzten Jahren immer mehr als so genannte „Common-Rail”-Anlagen ausgeführt sind. Bei diesen werden die in den Brennräumen angeordneten Injektoren aus einem gemeinsamen Kraftstoffspeicher, dem Common-Rail, mit Kraftstoff versorgt. Der einzuspritzende Kraftstoff liegt dabei im Kraftstoffspeicher unter einem Druck von bis zu 2000 bar vor.
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Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise verschiedene Pumpen und Ventile auf, mittels derer Brennräumen der Brennkraftmaschine Kraftstoff zugemessen werden kann. Derartige Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit des zur Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdrucks.
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Dies ist besonders wichtig, da immer strengere Gesetzesvorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, erlassen werden. Diese machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. So ist beispielsweise die Bildung von Ruß stark abhängig von der Aufbereitung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine.
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Die Einspritzanlage kann mit geeigneten Steuer- und Regelaggregaten eine Begrenzung des Einspritzdrucks des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine erreichen.
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Die
DE 10 2006 061 690 A1 offenbart ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten im Kraftstoffsystem einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zum Erzeugen eines Gegendrucks im Niederdruckbereich eines Kraftstoffinjektors. Das Ventil weist ein mit einem Deckel verschließbares Gehäuse auf, an dem ein Zulaufstutzen und ein Ablaufstutzen vorgesehen sind. Das Ventilglied des Ventils ist als flexible Membran ausgeführt.
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Die
DE 44 14 242 A1 offenbart eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe, die Kraftstoff aus einem Niederdruckraum über eine Förderleitung in einen Hochdrucksammelraum fördert, der über Hochdruckleitungen mit in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen verbunden ist. Eine Durchflussbegrenzungseinrichtung, die eine maximale Kraftstoffdurchflussmenge begrenzt, vorzugsweise ein Durchflussbegrenzungsventil, ist in jede Hochdruckleitung und Förderleitung eingesetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überdrucksicherungsanordnung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und sicher funktioniert. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzanlage zu schaffen, die eine Begrenzung des Einspritzdrucks des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine und einen einfachen Aufbau der Einspritzanlage ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Überdrucksicherungsanordnung, mit einem Gehäuse, das eine Gehäuseausnehmung mit einer Wand aufweist, einer Fluideintrittsöffnung und einer Fluidaustrittsöffnung, die in dem Gehäuse angeordnet und mit der Gehäuseausnehmung hydraulisch koppelbar sind, einem in der Gehäuseausnehmung zwischen der Fluideintrittsöffnung und der Fluidaustrittsöffnung angeordneten Scheibenelement, das aufweist einen fluiddicht mit der Wand der Gehäuseausnehmung gekoppelten Randabschnitt und einen innerhalb des Randabschnitts angeordneten Zentralabschnitt, der bewegbar gegenüber dem Randabschnitt ausgebildet ist. An der Wand der Gehäuseausnehmung ist ein Dichtsitz ausgebildet, der Zentralabschnitt weist eine Dichtlippe auf, und die Dichtlippe und der Dichtsitz sind so ausgebildet und angeordnet, dass unterhalb eines vorgegebenen Drucks die Dichtlippe an dem Dichtsitz fluiddicht anliegt und so der Fluiddurchsatz durch die Fluidaustrittsöffnung verhindert ist und oberhalb des vorgegebenen Drucks die Dichtlippe von dem Dichtsitz beabstandet ist und der Fluiddurchsatz durch die Fluidaustrittsöffnung freigegeben ist.
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Dies hat den Vorteil, dass ein einfacher Aufbau der Uberdrucksicherungsanordnung möglich und damit eine kostengünstige Losung für die Überdrucksicherungsanordnung moglich ist. Die Überdrucksicherung kann für einmaligen oder mehrmaligen Betrieb ausgebildet sein. Ein fluiddichtes Anliegen der Dichtlippe am Dichtsitz kann reversibel oder irreversibel sein. Des Weiteren können Ventile zur Begrenzung des Fluiddrucks eingespart werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Überdrucksicherungsanordnung bilden die Dichtlippe und der Dichtsitz eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer aus. Die erste Druckkammer ist hydraulisch mit der Fluideintrittsoffnung gekoppelt und die zweite Druckkammer ist hydraulisch mit der Fluidaustrittsöffnung koppelbar. Dies hat den Vorteil, dass ein einfacher Aufbau der Überdrucksicherungsanordnung möglich ist. Bei einem Abheben der Dichtlippe vom Dichtsitz kann Fluid von der Fluideintrittsöffnung zu der Fluidaustrittsöffnung strömen. Des Weiteren ist ein zweistufiger Betrieb der Überdrucksicherungsanordnung durch die beiden Druckkammern und damit ein schlagartiges Auslosen der Überdrucksicherungsanordnung bei Erreichen des vorgegebenen Drucks möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Überdrucksicherungsanordnung ist die erste Druckkammer hydraulisch mit der Fluideintrittsöffnung gekoppelt und die zweite Druckkammer ist hydraulisch mit der Fluidaustrittsöffnung gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass ein reversibler Betrieb der Überdrucksicherungsanordnung möglich ist, d. h. nach Abheben der Dichtlippe vom Dichtsitz kann Fluid über die Fluidaustrittsöffnung abströmen und die Dichtlippe kann sich nach dem Abbau des Drucks wieder an den Dichtsitz anlegen. Des Weiteren ist ein zweistufiger Betrieb der Überdrucksicherungsanordnung durch die beiden Druckkammern möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Überdrucksicherungsanordnung ist in dem Zentralabschnitt des Scheibenelements eine Durchgangsöffnung ausgebildet, mittels der die zweite Druckkammer hydraulisch mit der Fluidaustrittsöffnung gekoppelt ist. Dies hat den Vorteil, dass ein einfacher Aufbau der Überdrucksicherungsanordnung mit reversibler Funktionsweise möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Überdrucksicherungsanordnung ist in der Gehäuseausnehmung ein Spannelement angeordnet ist, das eine Schulter aufweist, die dem Randabschnitt des Scheibenelements zugeordnet ist und die so ausgebildet ist, dass der Randabschnitt fluiddicht gegen die Wand der Gehäuseausnehmung in einer Spannrichtung vorspannbar ist. Dies hat den Vorteil, dass das Scheibenelement gut im Gehäuse befestigt und vorgespannt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Überdrucksicherungsanordnung hat der Randabschnitt des Scheibenelements in der Gehäuseausnehmung in einem nicht durch das Spannelement vorgespannten Zustand in der Spannrichtung einen vorgegeben Abstand von der Wand der Gehäuseausnehmung, wenn die Dichtlippe fluiddicht an dem Dichtsitz anliegt. Dies hat den Vorteil, dass der vorgegebene Abstand als Maß für den Wert des vorgegebenen Drucks dienen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform der Überdrucksicherungsanordnung hat der Zentralabschnitt des Scheibenelements eine im Wesentlichen konstante Dicke. Dies hat den Vorteil, dass ein sicheres Brechen des Zentralabschnitts des Scheibenelements bei dem vorgegebenen Druck und damit ein sicheres Auslösen der Überdrucksicherungsanordnung möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Uberdrucksicherungsanordnung weist die Dichtlippe einen spitz zulaufenden Endabschnitt auf, der ausgebildet ist zum Anliegen an dem Dichtsitz. Dies hat den Vorteil, dass ein linienförmiger Kontakt zwischen der Dichtlippe und der Wand der Gehäuseausnehmung möglich ist. Dies ermöglicht wiederum eine genau definierte Druckdifferenz zwischen erster und zweiter Druckkammer für das Abheben der Dichtlippe von dem Dichtsitz und damit zum sicheren Auslösen der Uberdrucksicherungsanordnung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Überdrucksicherungsanordnung ist das Scheibenelement im Wesentlichen kreiszylinderförmig, die Dichtlippe ist kreisringformig und konzentrisch zwischen der kreiszylinderförmigen ersten Druckkammer und der kreisringförmigen zweiten Druckkammer angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass ein geometrisch einfacher Aufbau der Überdrucksicherungsanordnung mit innen angeordneter erster Druckkammer und außen angeordneter zweiter Druckkammer möglich ist.
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Gemäß eines zweiten Aspekts umfasst die Erfindung eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem mit einem Kraftstoffspeicher gekoppelten Injektor, einer Vorförderpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank, einer der Vorförderpumpe stromabwärts nachgeordneten Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffs in den Kraftstoffspeicher, wobei die Hochdruckpumpe ein Pumpengehäuse hat, in dem eine Zylinderkammer angeordnet ist, einer der Zylinderkammer der Hochdruckpumpe stromabwärts nachgeordneten Überdrucksicherungsanordnung gemäß des ersten Aspekts, die so ausgebildet ist, dass der Druck in dem Kraftstoffspeicher und in der Hochdruckpumpe auf einen vorgegebenen Druck begrenzbar ist.
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Dies hat den Vorteil, dass die Überdrucksicherungsanordnung unmittelbar auf die Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine ausgelegt sein kann.
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Gemäß eines dritten Aspekts umfasst die Erfindung eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem mit einem Kraftstoffspeicher gekoppelten Injektor, einer Vorförderpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank, einer der Vorförderpumpe stromabwärts nachgeordneten Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffs in den Kraftstoffspeicher, wobei die Hochdruckpumpe ein Pumpengehäuse hat, in dem eine Zylinderkammer angeordnet ist, einem der Zylinderkammer der Hochdruckpumpe stromabwärts nachgeordneten Berstelement, das so ausgebildet ist, dass der Druck in dem Kraftstoffspeicher und in der Hochdruckpumpe auf einen vorgegebenen Druck begrenzbar ist. Das Berstelement ist einstückig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet.
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Dies hat den Vorteil, dass ein einfacher Aufbau einer Überdrucksicherungsanordnung in Form eines Berstelements in der Einspritzanlage möglich ist. Das Berstelement kann durch ein spanendes Verfahren, insbesondere durch Bohren, einfach aus dem Pumpengehäuse geformt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Einspritzanlage ist die Überdrucksicherungsanordnung oder das Berstelement so ausgebildet ist, dass bei Überschreiten des vorgegebenen Drucks ein Fluiddurchsatz von der Zylinderkammer zu dem Kraftstofftank freigegeben ist. Dies hat den Vorteil, dass ein gezieltes Abführen des Fluids in den Kraftstofftank bei Überschreiten des vorgegebenen Drucks möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Einspritzanlage ist die Überdrucksicherungsanordnung oder das Berstelement innerhalb der Hochdruckpumpe angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Überdrucksicherungsanordnung unmittelbar zur Druckbegrenzung für die Pumpe eingesetzt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Einspritzanlage ist stromabwärts der Überdrucksicherungsanordnung oder des Berstelements ein Drosselelement angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass ein Druckabbau nach Auslösen der Überdrucksicherungsanordnung oder des Berstelements mit einer gezielten Verzögerung ausgeführt werden kann. Damit ist noch ein zeitlich begrenzter Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine möglich.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine,
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1A ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Überdrucksicherungsanordnung,
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2 einen schematischen Querschnitt durch die Überdrucksicherungsanordnung,
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3 eine detaillierte Ansicht der Überdrucksicherungsanordnung,
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4 ein Scheibenelement in einer ersten Ausführungsform der Überdrucksicherungsanordnung,
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5 das Scheibenelement in einer weiteren Ausführungsform der Überdrucksicherungsanordnung,
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6 eine detaillierte Ansicht einer weiteren Ausfuhrungsform der Überdrucksicherungsanordnung,
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7 das Scheibenelement in einer weiteren Ausfuhrungsform der Überdrucksicherungsanordnung,
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8 das Scheibenelement in einer weiteren Ausfuhrungsform der Überdrucksicherungsanordnung,
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9 das Scheibenelement in einem ersten Betriebszustand der Überdrucksicherungsanordnung, und
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10 das Scheibenelement in einem weiteren Betriebszustand der Uberdrucksicherungsanordnung.
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In 1 ist eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine dargestellt, mit einem Kraftstofftank 10, aus dem Kraftstoff mittels einer Vorförderpumpe 12 gefordert wird. Die Vorförderpumpe 12 kann von einer (nicht dargestellten) Antriebswelle mechanisch angetrieben werden, wobei die Antriebswelle mit einer Motorwelle der Brennkraftmaschine fest gekoppelt sein kann. Alternativ ist es auch möglich, die Vorförderpumpe 12 elektrisch zu betreiben, wodurch eine Steuerung der Forderleistung der Vorforderpumpe 12 unabhängig von der Förderleistung weiterer Pumpen möglich ist.
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Die Vorförderpumpe 12 ist ausgangsseitig mit einem Vordruck- regelventil 13 hydraulisch gekoppelt, das beim Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 einen Teil des von der Vorförderpumpe 12 geforderten Kraftstoffs zur Ansaugseite der Vorförderpumpe 12 zurückfuhrt und damit den Kraftstoffdruck an der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 weitgehend konstant hält.
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Der Vorförderpumpe 12 ist stromabwärts eine Hochdruckpumpe 14 nachgeordnet, die über eine Kraftstoffspeicherzuleitung 44 Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher 16 fördert. Durch die Hochdruckpumpe 14 kann der Kraftstoff, der mittels Injektoren 18 in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, einen relativ hohen Einspritzdruck erreichen.
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Die Hochdruckpumpe 14 ist vorzugsweise als Radialkolbenpumpe oder als Reihenkalbenpumpe mit einem Gehäuse 150 ausgebildet. In dem Gehäuse 150 der Hochdruckpumpe 14 ist eine erste Pumpeneinheit 25a und mindestens eine weitere Pumpeneinheit 25b angeordnet, wie sie zum Einsatz in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt sind. In der in 1 dargestellten Ausführungsform hat die Hochdruckpumpe 14 genau eine weitere Pumpeneinheit 25b. Alternativ zu dieser Ausführungsform kann die Hochdruckpumpe 14 auch zwei oder mehr weitere Pumpeneinheiten 25b aufweisen.
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Die erste Pumpeneinheit 25a hat einen ersten Zylinder 28a, in dem eine erste Zylinderkammer 29a angeordnet ist. Stromaufwärts der ersten Zylinderkammer 29a ist ein erstes Zylinderkammereinlassventil 26a angeordnet, das als Rückschlagventil ausgebildet ist. Stromabwärts der ersten Zylinderkammer 29a ist ein erstes Zylinderkammerauslassventil 30a angeordnet, das ebenfalls als Rückschlagventil ausgebildet ist.
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In entsprechender Weise hat die weitere Pumpeneinheit 25b einen zweiten Zylinder 28b, in dem eine zweite Zylinderkammer 29b angeordnet ist. Entsprechend ist auch ein zweites Zylinderkammereinlassventil 26b stromaufwärts der zweiten Zylinderkammer 29b und ein zweites Zylinderkammerauslassventil 30b stromabwärts der zweiten Zylinderkammer 29b angeordnet. Das zweite Zylinderkammereinlassventil 26b und das zweite Zylinderkammerauslassventil 30b sind als Ruckschlagventile ausgebildet.
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Die Hochdruckpumpe 14 ist stromabwarts mit dem Kraftstoffspeicher 16 verbunden, der wiederum über Leitungen hydraulisch mit dem einen Injektor 18 oder mehreren Injektoren 18 gekoppelt ist. Jedem der Injektoren 18 ist ein Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet und jeder kann so angesteuert werden, dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Überschüssiger Kraftstoff kann von den Injektoren 18 über eine Injektorrücklaufleitung 46 zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
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In einer stromabwarts der Pumpeneinheiten 25a, 25b, optional innerhalb oder außerhalb der Hochdruckpumpe 14, und stromaufwarts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigenden Leitung 42 ist ein Berstelement 22a angeordnet. Beim Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks öffnet das Berstelement 22a, und ein Teilstrom des von Hochdruckpumpe 14 geforderten Kraftstoffs kann über die abzweigende Leitung 42 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
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Zwischen der Vorförderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 ist weiter ein Volumenstromsteuerventil 20 angeordnet, das eine niederdruckseitige Steuerung des Kraftstoffstroms ermoglicht, der der Hochdruckpumpe 14 zugeführt werden soll. Das Volumenstromsteuerventil 20 kann hierzu in Abhangigkeit von einem in dem Kraftstoffspeicher 16 gemessenen Kraftstoffdruck, der durch einen Drucksensor 24 bestimmt wird, sowie in Abhängigkeit von weiteren Eingangsgroßen gesteuert werden.
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Zwischen der Vorförderpumpe 12 und dem Vordruckregelventil 13 zweigt eine Spülleitung 35 ab, die ausgangsseitig in ein Gehäuse 150 der Hochdruckpumpe 14 mundet. Damit kann während des Betriebs der Hochdruckpumpe 14 das Gehäuse 150 der Hochdruckpumpe 14 gespült werden, wodurch eine Kühlung und Schmierung der Hochdruckpumpe 14 ermöglicht wird. In der Spulleitung 35 ist ein Spulleitungsventil 32 und hydraulisch in Serie hierzu eine Spulleitungsdrossel 34 angeordnet. Die Spülleitungsdrossel 34 dient dazu, den zu Spulungszwecken in die Spulleitung 35 abgezweigten Kraftstoffstrom zu begrenzen. Das Spülleitungsventil 32 ist so ausgelegt, dass es den über die Spülleitung 35 laufenden Kraftstoffstrom erst beim Überschreiten eines vorgesehenen Kraftstoffdrucks der Ausgangsseite der Vorförderpumpe 12 freigibt. Der Öffnungsdruck am Spülleitungsventil 32 muss dabei großer sein als der Öffnungsdruck der (nicht dargestellten) Einlassventile der Hochdruckpumpe 14 und der dazwischen liegenden Leitung. Nur so ist sichergestellt, dass die Spülung der Hochdruckpumpe 14 erst dann einsetzt, wenn der Betriebsdruck der Hochdruckpumpe 14 erreicht ist. Damit wird sichergestellt, dass der Druckaufbau an der Ansaugseite der Hochdruckpumpe 14 nicht verzögert wird. Der zu Spülungszwecken verwendete Kraftstoff kann die Hochdruckpumpe 14 über die Spülleitung 35 verlassen und über diese in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.
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Vorzugsweise sind zum Schutz vor im Kraftstoffstrom mitgefuhrten Partikeln oder zum Abscheiden von Wasser vor der Vorforderpumpe 12 und dem Volumenstromsteuerventil 20 Filter 36, 38 angeordnet. So ist zum Schutz der Vorförderpumpe 12 hydraulisch zwischen dem Kraftstofftank 10 und der Vorförderpumpe 12 ein erster Filter 36 vorgesehen. Des Weiteren ist zum Schutz des Volumenstromsteuerventils 20 und der Hochdruckpumpe 14 vor dem Volumenstromsteuerventil 20 ein zweiter Filter 38 angeordnet.
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Die stromabwärts der Pumpeneinheiten 25a, 25b und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 16 abzweigende Leitung 42 ist ausgangsseitig mit der Injektorrücklaufleitung 46 des mindestens einen Injektors 18 gekoppelt. Die Spülleitung 35, die abzweigende Leitung 42 und die Injektorrücklaufleitung 46 von den Injektoren 18 sind vorzugsweise zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt.
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Stromabwärts der Uberdrucksicherungsanordnung 22 oder des Berstelements 22a ist ein Drosselelement 48 angeordnet. Die Ausbildung des Drosselelements 48 ist vorzugsweise derart realisiert, dass in die abzweigende Leitung 42 eine Bohrung mit einem geeigneten Durchmesser eingebracht ist. Das Drosselelement 48 kann einen gezielten langsamen Druckabbau in der Einspritzanlage nach einem Auslösen der Überdrucksicherungsanordnung 22 oder des Berstelements 22a ermöglichen, wie dies weiter unten im Detail beschrieben ist.
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1A zeigt eine weitere Ausführungsform der Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, die anstelle des Berstelements 22a eine Überdrucksicherungsanordnung 22 hat, die im Folgenden im Detail beschrieben wird.
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2 zeigt die Überdrucksicherungsanordnung 22 mit einem Gehäuse 50, in dem eine Gehauseausnehmung 52 ausgebildet ist. Die Gehäuseausnehmung 52 hat eine Wand 66. In dem Gehäuse 50 sind weiter eine Fluideintrittsöffnung 54 und eine Fluidaustrittsoffnung 56 angeordnet. Die Fluidaustrittsoffnung 56 ist mit der Gehäuseausnehmung 52 hydraulisch gekoppelt. Die Fluideintrittsöffnung 54 und die Gehäuseausnehmung 52 sind vorliegend als Kreiszylinder ausgebildet, sie können jedoch auch einen anderen als einen Kreisquerschnitt aufweisen. Der Querschnitt der Gehäuseausnehmung 52 ist großer als der Querschnitt der Fluideintrittsöffnung 54.
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In der Gehäuseausnehmung 52 ist zwischen der Fluideintrittsöffnung 54 und der Fluidaustrittsöffnung 56 ein Scheibenelement 58 angeordnet. Das Scheibenelement 58 hat einen Randabschnitt 58a und einen Zentralabschnitt 58b mit einer Dicke D.
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In der Gehäuseausnehmung 52 ist weiter ein Spannelement 60 angeordnet, das eine Schulter 61 aufweist, die den Randabschnitt 58a des Scheibenelements 58 gegen die Wand 66 der Gehauseausnehmung 52 anpresst, so dass der Randabschnitt 58a in einer Spannrichtung R gegen die Wand 66 vorgespannt ist.
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In 3 ist die Überdrucksicherungsanordnung 22 im Detail dargestellt. Der gegenüber dem Randabschnitt 58a in der Spannrichtung R beweglich angeordnete Zentralabschnitt 58b hat eine Dichtlippe 64, die in dem hier gezeigten Betriebszustand fluiddicht an einem an der Wand 66 der Gehäuseausnehmung 52 ausgebildeten Dichtsitz 62 anliegt, und zwar derart, dass ein Fluiddurchsatz von der Fluideintrittsöffnung 54 zu der Fluidaustrittsoffnung 56 verhindert ist.
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Die Dichtlippe 64 und der Dichtsitz 62 trennen zusammen eine erste zentral gelegene Druckkammer 68 von einer zweiten peripher gelegenen Druckkammer 70 ab. Die erste Druckkammer 68 ist hydraulisch mit der Fluideintrittsöffnung 54 gekoppelt.
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In den 4 und 5 ist das Scheibenelement 58 vor seinem Einbau in die Überdrucksicherungsanordnung 22 gezeigt. Das Scheibenelement 58 ist hier nicht durch das Spannelement 60 vorgespannt, und der Randabschnitt 58a hat an seinem Ende einen vorgegebenen Abstand T von einem Endabschnitt 65 der Dichtlippe 64 in der Spannrichtung R. Damit hat der Randabschnitt 58a des Scheibenelements 58 in der Spannrichtung R den vorgegebenen Abstand T von der Wand 66 der Gehäuseausnehmung 52, wenn das Scheibenelement 58 in der Gehauseausnehmung 52 derart angeordnet ist, dass die Dichtlippe 64 fluiddicht an dem Dichtsitz 62 anliegt, jedoch noch keine Druckkraft von dem Spannelement 60 auf das Scheibenelement 58 ausgeübt wird.
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In der in 5 gezeigten Ausführungsform des Scheibenelements 58 ist in den Zentralabschnitt 58b eine Durchgangsöffnung 72 ausgebildet. Ist das Scheibenelement 58 in der Gehäuseausnehmung 52 des Gehäuses 50 angeordnet und übt das Spannelement 60 in der Spannrichtung R auf das Scheibenelement 58 eine Kraft aus, so kann die Durchgangsöffnung 72 die zweite Druckkammer 70 mit der Gehäuseausnehmung 52 und damit mit der Fluidaustrittsöffnung 56 hydraulisch koppeln.
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In der 6 ist eine Ausführungsform der Überdrucksicherungsanordnung 22 gezeigt, bei der die Fluidaustrittsöffnung 56 direkt mit der zweiten Druckkammer 70 gekoppelt ist. Wie im Folgenden gezeigt wird, entspricht dies von der Funktion der Uberdrucksicherungsanordnung 22 mit dem Scheibenelement 58 der Ausführungsform der 5, welche die Durchgangsöffnung 72 im Scheibenelement 58 aufweist.
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7 zeigt eine Ausfuhrungsform der Überdrucksicherungsanordnung 22, bei der der Endabschnitt 65 der Dichtlippe 64 spitz zulaufend ist. Damit kann ein linienförmiger Kontakt zwischen der Dichtlippe 64 und der Wand 66 der Gehäuseausnehmung 52 im eingebauten Zustand des Scheibenelements 58 erreicht werden. Damit ist eine besonders genau definierte Druckdifferenz zwischen der ersten Druckkammer 68 und der zweiten Druckkammer 70 möglich.
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8 zeigt eine mögliche Verformung der Dichtlippe 64 beim Anpressen des Scheibenelements 58 an die Wand 66 durch das Spannelement 60. In einem Ausgangszustand I hat der Endabschnitt 65 der Dichtlippe 64 den vorgegebenen Abstand T von dem Endabschnitt des Randabschnitts 58a des Scheibenelements 58. Durch das Aufbringen der Spannkraft auf das Scheibenelement 58 mittels des Spannelements 60 gelangt der Endabschnitt 65 der Dichtlippe 64 in einen Endzustand II, wobei der Endabschnitt 65 plastisch und/oder elastisch verformt wird. Der Abstand T ist nun geringer oder verschwindet vollstandig (siehe gestrichelte Linie). Damit wird eine besonders gute Abdichtung zwischen der ersten Druckkammer 68 und der zweiten Druckkammer 70 im eingebauten Zustand des Scheibenelements 58 in der Gehäuseausnehmung 52 ermöglicht.
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In den hier gezeigten Ausführungsformen ist das Scheibenelement 58 im Wesentlichen kreiszylinderförmig, die Dichtlippe 64 ist damit im Wesentlichen kreisringförmig und konzentrisch zwischen der kreiszylinderförmigen ersten Druckkammer 68 und der kreisringförmigen zweiten Druckkammer 70 angeordnet. Je nach Funktion der Überdrucksicherungsanordnung 22 kann das Scheibenelement 58 jedoch auch einen anderen geometrischen Querschnitt aufweisen, und insbesondere eine elliptische Querschnittsform haben.
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Im Folgenden soll die Funktion der Überdrucksicherungsanordnung 22 im Detail dargestellt werden. Dabei wird bezüglich der wirkenden Kräfte insbesondere auf die 9 und 10 Bezug genommen.
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Zur Erklärung einer reversiblen Funktionsweise der Überdrucksicherungsanordnung 22 soll im Folgenden insbesondere stellvertretend für die anderen Ausführungsformen auf die Ausführungsform der 3 und 4 und für eine irreversible Funktionsweise der Überdrucksicherungsanordnung 22 auf die Ausführungsformen der 5 und 6 Bezug genommen werden.
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Steigt der Fluiddruck an der Fluideintrittsöffnung 54 an, so wirkt eine erste Kraft F1 (9) auf die Bereiche des Zentralabschnitts 58b des Scheibenelements 58, die die erste Druckkammer 68 begrenzen. Abhängig von dem vorgegebenen Abstand T des Randabschnitts 58a vom Endabschnitt 65, bevor das Scheibenelement 58 mittels des Spannelements 60 in der Spannrichtung R vorgespannt wird, ergibt sich der vorgegebene Druck p, bis zu dem die Dichtlippe 64 fluiddicht an dem Dichtsitz 62 anliegt und so ein Fluiddurchsatz durch die Fluidaustrittsöffnung 56 unterbunden ist.
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Überschreitet der Druck in der Fluideintrittsöffnung 54 den vorgegebenen Druck p, so löst sich die Dichtlippe 64 von dem Dichtsitz 62 und Fluid kann von der ersten Druckkammer 68 in die zweite Druckkammer 70 strömen. Dabei vergrößert sich die Fläche, über die das Fluid auf das Scheibenelement 58 einwirkt. In entsprechender Weise steigt die auf den Zentralabschnitt 58b des Scheibenelements 58 einwirkende Kraft von der ersten Kraft F1 auf die zweite Kraft F2 an. Dieser Vorgang geschieht mit dem Abheben der Dichtlippe 64 von der Wand 66 praktisch innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums. Bei Uberschreiten eines vorgegebenen Drucks p wirkt damit auch innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums die deutlich höhere zweite Kraft F2 auf den Zentralabschnitt 58b des Scheibenelements 58 ein. Damit wird ein zweistufiger Betrieb der Uberdrucksicherungsanordnung 22 über die beiden Druckkammern 68, 70 realisiert.
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Der Zentralabschnitt 58b des Scheibenelements 58 wird bei entsprechender Auslegung abhängig von der Dicke D des Zentralabschnitts 58b des Scheibenelements 58 in den Ausführungsformen gemäß der 3 und 4 zerstort, so dass ein Fluiddurchsatz von der Fluideintrittsöffnung 54 zu der Fluidaustrittsoffnung 56 freigegeben ist. Eine derartig ausgebildete Überdrucksicherungsanordnung 22 ermöglicht nur einen einmaligen Betrieb, da das Scheibenelement 58 mit Überschreiten des vorgegebenen Drucks p irreversibel zerstört ist.
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In den in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen ist die zweite Druckkammer 70 hydraulisch mit der Fluidaustrittsöffnung 56 gekoppelt. Nach Abheben der Dichtlippe 64 von der Wand 66 und dem Einwirken der Kraft F2 auf den Zentralabschnitt 58b des Scheibenelements 58 wird ein Fluidabfluss von der Fluideintrittsoffnung 54 über die erste Druckkammer 68 und die zweite Druckkammer 70 zu der Fluidaustrittsöffnung 56 ermöglicht. Dies geschieht entweder durch einen direkten Fluidstrom von der zweiten Druckkammer 70 zu der Fluidauntrittsoffnung 56 (6) oder über die Durchgangsbohrung 72 in dem Scheibenelement 58 (5).
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Das Scheibenelement 58 bleibt hierbei intakt. In diesem Fall kann sich, sobald der Druck in der Fluideintrittsoffnung 54 den vorgegebenen Druck p wieder unterschreitet, die Dichtlippe 64 wieder an den Dichtsitz 62 der Wand 66 anlegen. Damit ist ein mehrmaliger Betrieb der Überdrucksicherungsanordnung 22 möglich. Auch hier ist ein zweistufiger Betrieb der Überdrucksicherungsanordnung 22 über die beiden Druckkammern 68, 70 realisiert.
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Im Folgenden soll kurz die allgemeine Funktionsweise der Einspritzanlage erläutert werden:
Die Vorförderpumpe 12 fordert Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10. Mittels des Vordruckregelventils 13 wird der Druck des der Hochdruckpumpe 14 zuzuführenden Kraftstoffs begrenzt. Die Vorförderpumpe 12 führt den Kraftstoff über den zweiten Filter 38 dem Volumenstromsteuerventil 20 zu. An diesem kann der Kraftstoffvalumenstrom für die Ansaugsorte der Hochdruckpumpe 14 eingestellt werden. Die Hochdruckpumpe 14 liefert dem Kraftstoffspeicher 16 über die Kraftstoffspeicherzuleitung 44 die für die Injektoren 18 benötigte Kraftstoffmenge.
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Der für den Kraftstoffspeicher 16 erforderliche Druck kann zunachst mittels des Drucksensors 24 über eine Volumenstromsteuerung an dem Volumenstromsteuerventil 20 eingestellt werden.
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Im Folgenden soll die Funktion der Uberdrucksicherungsanordnung 22 oder des Berstelements 22a in Verbindung mit der Einspritzanlage erlautert werden:
Überschreitet der Druck in der Hochdruckpumpe 14 oder dem Kraftstoffspeicher 16 den vorgegebenen Wert p, so kann der Kraftstofffluss über die auslosende Überdrucksicherungsanordnung 22 oder das Berstelement 22a von den Zylinderkammern 29a, 29b zu dem Kraftstofftank 10 über die eine Rückfuhrleitung 35a ermöglicht werden. Ist insbesondere die Überdrucksicherungsanordnung 22 oder das Berstelement 22a innerhalb der Hochdruckpumpe 14, insbesondere in dem Gehäuse 150 der Hochdruckpumpe 14, angeordnet, so kann die Überdrucksicherungsanordnung 22 beziehungsweise das Berstelement 22a unmittelbar zur Druckbegrenzung für die Hochdruckpumpe 14 und zum Abführen des Kraftstoffs über die Rückführleitung 35a in den Kraftstofftank 10 eingesetzt werden.
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Um einen gezielten langsamen Druckabbau und ein langsames Abführen des Kraftstoffs über die Rückführleitung 35a in den Kraftstofftank 10 nach Auslösen der Überdrucksicherungsanordnung 22, insbesondere des Berstelements 22a zu erreichen, ist stromabwärts der Überdrucksicherungsanordnung 22 oder des Berstelements 22a noch das Drosselelement 48 angeordnet. Beim Auslösen der Überdrucksicherungsanordnung 22, insbesondere des Berstelements 22a kann so erreicht werden, dass für eine begrenzte Zeit weiter Kraftstoff zu den Kraftstoffinjektoren 18 zugeführt wird und so noch ein kurzzeitiger Notfallbetrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht ist.
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Durch die dargestellte Überdrucksicherungsanordnung 22, insbesondere des Berstelements 22a in der Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine kann auf ein aufwändiges Druckbegrenzungsventil verzichtet werden und der Aufbau der Einspritzanlage und der dazugehörigen Komponenten sehr einfach gehalten sein.
