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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Druckregelanordnung zum regeln des Einspritzdrucks eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors, der mit einem Saugrohr versehen ist, in dem ein Saugrohrdruck herrscht.
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Heutige Kraftstoffeinspritzsysteme von Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren, insbesondere von Ottomotoren, arbeiten als so genannte Direkteinspritzung (DI) mit Einspritzdrücken von bis zu 200 bar. Der Druck wird mittels einer so genannten Kraftstoffpumpe erzeugt, die bei bekannten Kraftstoffeinspritzsystemen mechanisch vom Verbrennungsmotor bzw. Motor angetrieben wird. Ein elektromechanisches, insbesondere elektromagnetisches Mengensteuerventil steuert die von der Kraftstoffpumpe pro Zeiteinheit in einen Hochdruckbereich, ein so genanntes Rail, geförderte Kraftstoffmenge. Zusammen mit einem von einem Hochdrucksensor gemessenen Hochdrucksignal regelt ein Motor-Steuergerät so mittels des Mengensteuerventils den Druck im Hochdruckbereich auf das gewünschte Niveau.
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Die Kraftstoffeinspritzsysteme werden bei Verbrennungsmotoren verwendet, die mit einem Saugrohr zum Zuführen von Verbrennungsluft zu den Zylinderräumen des Verbrennungsmotors ausgestattet sind. In dem Saugrohr wird die für die Verbrennung vorgesehene Luft komprimiert, wobei der Druck im Saugrohr vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors und insbesondere von dessen Lastzustand abhängt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist eine Druckregelanordnung zum Regeln des Einspritzdrucks eines Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors geschaffen, insbesondere eines Benzinmotors, der mit einem Saugrohr versehen ist, in dem ein Saugrohrdruck herrscht bzw. bestehen kann. Die Druckregelanordnung ist dazu angepasst, den Einspritzdruck in Abhängigkeit des Saugrohrdrucks zu regeln.
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Gemäß der Erfindung ist eine Druckregelanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgesehen, die vom Saugrohrdruck des zugehörigen Verbrennungsmotors beeinflusst werden kann. Dazu ist insbesondere das Saugrohr an der Druckregelanordnung angeschlossen und diese ist durch den Saugrohrdruck beeinflussbar.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Druckregelung im Hochdruckbereich eines Kraftstoffeinspritzsystems möglich, ohne dass es dazu eines Drucksensors bedarf. Ferner ist mit der erfindungsgemäßen Lösung eine autarke Druckregelung über ein Druckregelventil, insbesondere ein mechanisches Druckregelventil, möglich, bei dem die Pumpe als ”stand-alone-Pumpe” mit integrierter Druckregelung ohne weitere regelungstechnische oder steuerungstechnische Hilfe auskommt.
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Der Hochdruck kann vorteilhaft aus der Kraftstoffpumpe abgeregelt, insbesondere in einen Niederdruckbereich abgeführt werden, wobei diese Regelung des Raildrucks rein mechanisch ohne elektrisch betätigte Ventile erfolgen kann. Dies macht die erfindungsgemäße Lösung und deren Kraftstoffpumpe unabhängig von einem Steuergerät. Es ergeben sich damit geringere Systemkosten durch den Entfall des bisher erforderlichen elektromechanischen Mengensteuerventils und einer elektrischen Endstufe im Steuergerät sowie von Kabeln im Kabelbaum.
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Darüber hinaus kann erfindungsgemäß auch ein sonst erforderlicher Hochdrucksensor entfallen. Insgesamt ergibt sich mit dem derartigen Entfall von Komponenten ein kostengünstigeres Kraftstoffeinspritzsystem, welches Gewicht einspart und im Übrigen zu einem insgesamt geringeren Kraftstoffverbrauch führt.
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In der Druckregelanordnung ist bevorzugt ein Verschlusskörper zum Verschließen einer Durchflussöffnung bzw. eines Durchflusses angeordnet, und im Weiteren ein durch den Saugrohrdruck beeinflussbares Druckelement vorgesehen, wobei der Verschlusskörper mit dem Druckelement gekoppelt ist.
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Vorzugsweise ist der Verschlusskörper mit einem Ventil zur Druckregelung der Kraftstoffpumpe gestaltet. Dieses Ventil ist besonders bevorzugt mittels eines Zylinders gebildet, in dem ein verschiebbarer Kolben als Verschlusskörper dient, der den Durchfluss durch Verschließen von Öffnungen bzw. Steuerschlitzen am Zylinder regulieren kann. Der Kolben ist dabei bevorzugt mit einem außerhalb des Zylinders befindlichen Druckelement gekoppelt. An diesem Druckelement liegt der Druck des Saugrohres des Verbrennungsmotors an. Folglich beeinflusst, aufgrund dieser mechanischen Verbindung von Kolben und Druckelement, der Saugrohrdruck die Regulierung bzw. Verstellung des Ventils zur Druckregelung.
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Um eine möglichst große Spreizung der Einspritzmengen an Benzin-Einspritzdüsen von Kraftstoffeinspritzsystemen zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Kraftstoffdruck bei hohen Lastpunkten und hohen Drehzahlen (d. h. hohem Saugrohrdruck am Verbrennungsmotor) höher ist als bei niedrigen Lastpunkten bzw. niedrigen Drehzahlen (z. B. im Leerlauf, also niedrigem Saugrohrdruck). Erreicht wird dies, wie oben beschrieben, durch das mechanische Koppeln des Verschlusskörpers, insbesondere des Kolbens, des Ventils mit einem Druckelement (vorzugsweise einer Membran), an der auf einer Seite der Saugrohrdruck anliegt. Bei hohen Saugrohrdrücken ist die auf das Druckelement und damit auf den Verschlusskörper einwirkende Druckkraft höher als bei niedrigen Drehzahlen. Durch eine Leitung wird dieser Druck von der Druckregelanordnung in den Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems eingeführt, so dass der Druck am Rail und den Benzin-Einspritzdüsen entsprechend höher wird. Dieser höhere Druck an den Einspritzdüsen führt zu der oben erwähnten vorteilhaften großen Spreizung der der Kraftstoffeinspritzung.
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Der Verschlusskörper ist vorzugsweise aus einer Ruhelage über eine Steueröffnung bewegbar und der Verschlusskörper sowie die Steueröffnung sind derart gestaltet und angeordnet, dass das Volumen, welches der Verschlusskörper bei seiner Bewegung aus seiner Ruhelage bis zum Erreichen der Steueröffnung freigibt, die Kraftstoffmenge mindestens einer Kaltstarteinspritzung aufnehmen kann.
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Die derartige Gestaltung realisiert einen axialen Leerweg des Kolbens im Zylinder der Druckregelanordnung zwischen einem Kolbenanschlag in dessen Ruhelage und dem Beginn der Steueröffnung zur Druckabsteuerung bzw. des Auslasses. Während bei herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystemen insbesondere bei kleinem Railvolumina, aufgrund der sehr großen im Kaltstart (z. B. bei –30°C) erforderlichen Einspritzmenge und dem bei Kälte zugenommenen E-Modul des Kraftstoffs, der Raildruck stark einbrechen würde, verhindert das erfindungsgemäße Druckregelventil einen zu großen Druckeinbruch durch dessen Kraftstoffspeicherfunktion.
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An einem Einlass der Druckregelanordnung ist vorzugsweise eine Drossel, insbesondere eine variable Drossel, zum Drosseln der durch den Einlass pro Zeiteinheit strömenden Strömungsmenge angeordnet. Als variable Drossel ist vorzugsweise eine temperaturabhängig bzw. thermisch variable Drossel gewählt.
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Die Drossel dient zum Reduzieren der Abhängigkeit des Raildrucks vom Arbeitspunkt bzw. von der Drehzahl des Motors. Bei höherer Betriebstemperatur und damit höherem Dampfdruck im Kraftstoff wird vorteilhaft bei einer thermisch sensiblen Drossel deren durchströmbare Querschnittsfläche kleiner. Das Ziel ist es dabei die Überströmmenge pro Zeiteinheit über das Druckregelventil bei hoher Betriebstemperatur zu verringern. Durch die Anordnung der Drossel vor der Pumpe wird also die Kraftstoffmenge nur bei hohen Motor- und damit Pumpendrehzahlen wirksam begrenzt. Die Pumpenförderung im Kaltstart, bei geringen Drehzahlen, bleibt hingegen praktisch unbeeinflusst. Die Kombination der Pumpe mit einer eingangsseitigen Drossel ist insbesondere sinnvoll, weil die Pumpen in der Regel auf die notwendige Kaltstartmenge ausgelegt sein müssen und dadurch im warmen Betrieb bei höheren Drehzahlen überdimensioniert sind.
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Im Weiteren besteht die Möglichkeit, dass anstatt einer Drossel eine Blende, ein träges Drosselventil oder eine Konstantdrossel verwendet wird.
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Alternativ kann die Pumpenfördermenge, die an der Druckregelanordnung anliegt, bei hohen Drehzahlen reduziert werden, indem speziell ausgelegte Ein- und Auslassventile eingesetzt werden, die ein gezielt träges Schließverhalten aufweisen. Die Schließzeit ist annähernd konstant und unabhängig von der Motordrehzahl. Durch diese Charakteristik verringert sich mit zunehmender Motor- und damit Pumpendrehzahl die maximale Fördermenge der Pumpe, da das Verhältnis zwischen Ansaugzeit der Pumpe und Schließzeit des Einlassventils mit zunehmender Drehzahl immer kleiner wird.
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An der vom Durchfluss abgewandten Seite des Verschlusskörpers ist vorzugsweise ein Raum in der Druckregelanordnung gebildet, der mit einer Leitung mit dem Durchfluss der Druckregelanordnung verbunden ist.
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Die Leitung wirkt als Druckausgleichsleitung zwischen den beiden vom Verschlusskörper bzw. Kolben unterteilten Räumen des Zylinders der Druckregelanordnung. Derart konstruiert, findet in der Druckregelanordnung bzw. dem Druckregelventil ein Druckausgleich an beiden Seiten des Verschlusskörpers bzw. Kolbens statt. Dieser Druckausgleich hat eine dämpfende Wirkung auf das Fluid bzw. den Kraftstoff und auf den vorzugsweise federnd vorgespannten. Verschlusskörper im Druckraum.
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Der Verschlusskörper ist entsprechend vorzugsweise federnd in eine Ruhelage gedrängt bzw. vorgespannt.
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Auf diese Weise bleibt die Druckregelanordnung in Ruhelage zunächst verschlossen, so dass kein Durchfluss stattfinden kann. Anhand der Federrate der vorteilhaft mit einer Feder bzw. einem Federelement gebildeten federnden Vorspannung kann die Stärke der am Verschlusskörper wirkenden Vorspannkraft vorgegeben werden.
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Der geregelte Druck der Druckregelanordnung hängt von der Überströmmenge Q_Überdruck = Q_Pumpe – Q_Rail/Motor ab (wobei Q_Pumpe die Fördermenge der Pumpe pro Zeiteinheit und Q_Rail/Motor die Bedarfsmenge des Rails bzw. Motors pro Zeiteinheit darstellt). Je höher also die Überströmmenge Q_Überdruck oder je geringer die Kraftstoffmenge zum Motor, desto höher stellt sich der Druck gegen den Verschlusskörper ein. Um einen möglichst vom Kraftstoffdurchsatz unabhängigen und konstanten Druck zu erreichen, wird bevorzugt eine Feder mit sehr flacher Kennlinie, d. h. kleiner Federrate eingesetzt.
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Der Verschlusskörper wirkt bevorzugt in seiner Ruhelage mit einer gesonderten Dichtung, insbesondere einer Sitzdichtung, zusammen.
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Beim Motorabstellen, d. h. nach Beendigung der Pumpenförderung der Kraftstoffpumpe, baut sich der Systemdruck aufgrund der Summe aller Leckagen im Hochdruckkreis langsam ab. Um einen zu schnellen Druckabbau aufgrund einer Leckage des Verschlusskörpers (bzw. einer Kolbenleckage, wenn der Verschlusskörper als Kolben gestaltet ist) zu verhindern, ist vorzugsweise die mit einem Ventil gestaltete Druckregelanordnung am Endanschlag des zugehörigen Verschlusskörpers mit einer Sitzdichtung ausgestattet. Es wird so die Reglerleckage im Endanschlag gezielt stark reduziert und die Leckage des übrigen Hochdruck-Systems nicht negativ beeinflusst. Dadurch wird sichergestellt, dass insbesondere bei modernen Start-/Stopp-Systemen, die einen schnellen Wiederstart des Motors erfordern, ein ausreichend hoher Raildruck im Start vorhanden ist.
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In die Druckregelanordnung ist vorzugsweise eine Druckspeicherfunktion integriert.
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Die Integration der Druckspeicherfunktion erfolgt bevorzugt durch eine spezielle Konstruktion der Druckregelanordnung mittels eines Verschlusskörpers bzw. Kolbens, der wie bei bekannten Speichern gegen ein federndes Element verschoben werden kann. Der Verschlusskörper dient dabei zugleich als Stellelement für die Druckregelfunktion der Druckregelanordnung. Der Verschlusskörper übernimmt also eine Doppelfunktion als Stellelement und Speicherelement. Die Speicherung des Kraftstoffs ist insbesondere bei Kaltstarteinspritzung und noch geringer Pumpendrehzahl von Vorteil und macht das erfindungsgemäße System unabhängig von elektrischen Endstufen zur Aufrechterhaltung des Systemdrucks beim Motorabstellen insbesondere bei Start/Stopp-Systemen.
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In die Druckregelanordnung ist ferner vorteilhaft eine Druckdämpferfunktion integriert.
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Die Integration der Druckdämpferfunktion erfolgt ebenfalls bevorzugt durch eine spezielle Konstruktion der Druckregelanordnung zur Pulsationsdämpfung im Hochdruckbereich bzw. Rail mittels eines speziell angepasst federnd gelagerten Verschlusskörpers bzw. Kolbens. Diese Pulsationsdämpfung ist insbesondere bei Pumpen von Vorteil, die als Kolbenpumpen gestaltet sind. Die derartige Konstruktion führt nicht nur zu einer Verringerung von Druckpulsationen, sondern auch zu einer verringerten Belastung der Hochdruckkomponenten, insbesondere des Rails und der zugehörigen Injektoren des Kraftstoffeinspritzsystems.
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Das Druckelement ist bevorzugt besonders bauraumsparend mit einer Membran gestaltet.
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Die Druckregelanordnung ist vorteilhaft als Teil eines Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kraftstoffpumpe gestaltet, wobei die Druckregelanordnung besonders bevorzugt in die Kraftstoffpumpe integriert angeordnet ist. Dabei kann besonders vorteilhaft die Druckregelanordnung in das Gehäuse der Kraftstoffpumpe eingebaut bzw. integriert sein.
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Auf diese Weise ergibt sich eine Platz- und Materialersparnis, und demzufolge auch eine Kraftstoffersparnis.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Druckregelanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem nach dem Stand der Technik und
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2 eine erfindungsgemäße Druckregelanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem.
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In 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem 10 dargestellt. Derartige Kraftstoffeinspritzsysteme sind üblicherweise in einen Niederdruckbereich saugseitig einer Pumpe 20 und in einen Hochdruckbereich druckseitig der Pump 20 aufgeteilt.
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Gezeigt ist ein niederdruckseitiger Tank 12, von dem aus eine Kraftstoffpumpe 14 Kraftstoff in eine Leitung 16 pumpt. Über ein Mengensteuerventil 18 wird die Kraftstofffördermenge der Pumpe 20 eingeregelt. Die Pumpe 20 erzeugt einen hohen Druck, mit dem der Kraftstoff in das so genannte Rail 22 gefördert wird. Dieser hohe Druck definiert den bereits erwähnten Hochdruckbereich druckseitig der Pumpe 20. Vom Rail 22 aus kann der Kraftstoff über Einspritzventile 24 in einen Verbrennungsmotor eingespritzt werden.
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Unter Umständen, insbesondere im Fehlerfall oder so genannten Hot-Soak, ist der von der Pumpe 20 erzeugte Druck zeitweise zu hoch. Daher wird ein Überdruck der Pumpe 20 vom Hochdruckbereich teilweise wieder zurück in die Pumpe 20 geleitet. Dazu ist druckseitig hinter der Pumpe 20 eine Rückführungsleitung 21 zum Ansaugbereich der Pumpe 20 angebracht. Ein in der Rückführungsleitung 21 angeordnetes Ventil 23 in Gestalt eines Rückschlagventils stellt sicher, dass der Überdruck nur bis zu einer vordefinierten Höhe zur Saugseite der Pumpe 20 abgeführt wird.
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Ferner kann schon im Vorfeld die von der Pumpe 20 geförderte Kraftstoffmenge durch das Mengensteuerventil 18 beeinflusst werden, so dass die Pumpe 20 idealerweise keinen zu starken Überdruck erzeugt.
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Reguliert wird die geförderte Menge an Kraftstoff über ein vergleichsweise komplexes elektromechanisches System. Am Rail 22 misst ein Hochdrucksensor 26 den dort anliegenden Druck. Ein Steuergerät 28 erhält die Information bezüglich des Raildrucks vom Hochdrucksensor 26 und verarbeitet diese. Entsprechend der Programmierung des Steuergeräts 28 beeinflusst dieses das Mengensteuerventil 18. Somit reguliert das Mengensteuerventil 18 die Kraftstofffördermenge der Pumpe 20 aufgrund des im Rail 22 auftretenden und gemessenen. Kraftstoffdrucks.
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2 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem 10 bei dem, ähnlich zu 1, zunächst der Kraftstoff vom Tank 12 über eine Kraftstoffpumpe 14 in eine Leitung 16 gepumpt wird. Eine an der Leitung 16 angeschlossene Pumpe 20 beaufschlagt den Kraftstoff mit Hochdruck für das Rail 22. Dort wird der Kraftstoff über die Einspritzventile 24 in einen Verbrennungsmotor eingespritzt.
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Der Unterschied des Kraftstoffeinspritzsystems 10 gemäß 2 liegt darin, dass Komponenten wie der Hochdrucksensor 26, das Steuergerät 28 und das Mengensteuerventil 18 entfallen sind. Die Regelung der Kraftstoffmenge, die dem Rail 22 zugeführt wird, erfolgt hier ohne elektrische Komponenten.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 10 weist dazu eine Druckregelanordnung 30 auf, bei der die Kraftstoffrückführung in den Niederdruckbereich wie folgt gelöst ist: Zunächst liegt ein von der Pumpe 20 verursachter Überdruck an einem Zylinder 32, genauer gesagt an einem Einlass 34 des Zylinders 32 an. Von der Pumpe 20 erzeugter Überdruck gelangt in einen in dem Zylinder 32 vorgesehenen Raum 54 und veranlasst einen den Raum 54 abgrenzenden Verschlusskörper 36 in Gestalt eines axial verschiebbaren Kolbens dazu, dass sich dieser bei bestimmten Druckverhältnissen verschiebt. Ab einem bestimmten zurückgelegten Verschiebeweg gibt der Verschlusskörper 36 einen sich in der Mantelfläche des Zylinders 32 befindlichen Auslass 38 frei. Durch den derart freigegebenen Auslass 38 kann Kraftstoff in den Niederdruckbereich, zurückfließen. Der Verschlusskörper 36 ist dabei mit einer Feder 40 in Richtung auf den stirnseitig am Zylinder 32 angeordneten. Einlass 34 vorgespannt.
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Der Verschlusskörper 36 ist über eine Kopplung 42 mit einem Druckelement 44 verbunden bzw. gekoppelt. Die Kopplung geht über den Zylinder 32 hinaus, in ein Gehäuse 46, in dem das Druckelement 44 in Gestalt einer Membran angeordnet ist. An dem Gehäuse 46 ist ein Anschluss 48 für ein (nicht dargestelltes) Saugrohr angebracht, durch den der Druck im Saugrohr bis in das Inneren des Gehäuses 46 geleitet ist, der somit das Druckelement 44 beeinflusst. Der Druck im Saugrohr, welches ja am Verbrennungsmotor angeschlossen ist, hängt vom Betriebspunkt des Motors ab. In der Regel herrscht im Saugrohr bei höheren Motorlasten ein höherer Druck als bei niedrigen Motorlasten. Bzw. anders ausgedrückt: Bei hoher Motorlast ist der Unterdruck im Saugrohr, bezogen auf den Umgebungsdruck, kleiner als bei niedriger Motorlast. Entsprechend findet sich dieser Druck im Gehäuse 46 wieder und beeinflusst das darin enthaltene Druckelement 44 im Hinblick auf seine axiale Lage und Durchbiegung.
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In der Ausführungsform der 2 wird das Druckelement 44 nämlich von dem im Inneren des Gehäuses 46 wirkenden Druck bezogen auf die 2 seitlich bewegt bzw. es wird auf das Druckelement 44 eine Zusatzkraft aufgebracht. Da das Druckelement 44 mit dem Verschlusskörper 36 gekoppelt ist, wird die Stellung des Verschlusskörpers 36 somit vom Saugrohrdruck (mit-)beeinflusst.
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Steigt die Motorlast und/oder die Drehzahl, so steigt der Saugrohrdrück und erzeugt über das Druckelement 44 eine additiv wirkende Kraft auf den Verschlusskörper 36. Zusammen mit der Federkraft der Feder 40 ergibt sich ein Gleichgewicht zwischen hydraulisch wirksamer Kraft und der Summe aus Federkraft und der vom Saugrohr 48 auf das Druckelement 44 geleiteten Kraft. D. h. mit steigendem Saugrohrdruck schließt sich die Druckregelanordnung 30 und die Pumpe 20 erhöht entsprechend den Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich.
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Im Weiteren ist am Einlass 34 des Zylinders 32 vorzugsweise eine Drossel 56 bzw. eine Blende angeordnet. Mit der Drossel wird insbesondere die Strömung in den Einlass 34 bei hohen Drücken bzw. großen Strömungsmengen pro Zeiteinheit gedämpft. Dadurch können Schwingungen des Verschlusskörpers 36 und Pulsationen im Kraftstoff am Eingang 34 gedämpft werden.
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Ferner ist am Zylinder 32 eine Ausgleichsleitung 50 ausgebildet, die dafür sorgt, dass sich in dem Raum, in dem sich die Feder 40 befindet, kein unzulässiger Druck aufbaut. In der Ausführungsform nach 2 ist die Ausgleichsleitung 50 derart gestaltet, dass diese jenen Raum, in dem sich die Feder 40 befindet, mit dem Niederdruck, genauer gesagt mit dem Auslass 38 bzw. der Leitung 16 verbindet. Bei dieser Ausführungsform herrscht in dem Raum mit der Feder 40 der von der Kraftstoffpumpe 14 bereitgestellte Niederdruck.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann aber auch so abgewandelt werden, dass der Druck in dem. Raum, in dem sich die Feder 40 befindet, Ober eine nicht dargestellte Öffnung mit der Umgebungsluft kommunizieren kann. In dieser nicht dargestellten Ausführungsvariante kann die Ausgleichsleitung 50 entfallen. Bei dieser nicht dargestellten Ausführungsvariante sollte aber auf eine möglichst gute Dichtheit zwischen dem Außenumfang des Verschlusskörpers 36 und dem Zylinder 32 geachtet werden. D. h., eine eventuelle Leckage aus dem Raum 54 in den Raum mit der Feder 40 sollte möglichst gering sein.
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Eine Besonderheit des Aufbaus der Druckregelanordnung 30 ist die integrierte Druckspeicherfunktion, mittels der von der Druckregelanordnung 30 das Volumen von mindestens einer Kaltstarteinspritzung kurzzeitig aufgenommen werden kann. Realisiert ist dies durch einen Leerweg des Verschlusskörpers 36 im Zylinder 32 zwischen einem Verschlusskörperanschlag 52 und dem Auslass 38. Beim Bewegen des Verschlusskörpers 36 längs dieses Leerweges sammelt sich im Betrieb während des Druckanstiegs im Hochdruckbereich im zugehörigen Raum 54 vor dem Verschlusskörper 36 Kraftstoff, der nachfolgend während der ersten Kraftstoffeinspritzung in den Hochdruckbereich und damit in das Rail 22 und in die Einspritzventile 24 hinein wieder ausgeschoben werden kann.
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Während bei Kraftstoffsystemen ohne Druckspeicher und insbesondere bei kleinen Railvolumina aufgrund der sehr großen im Kaltstart (z. B. –30°C) erforderlichen Einspritzmenge und dem bei Kälte zugenommenen E-Modul des Kraftstoffes der Raildruck stark einbrechen würde, verhindert die Druckregelanordnung 30 mittels dieser Kraftstoffspeicherfunktion einen Druckeinbruch.
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Erfolgt im Kaltstart bei niedriger Pumpendrehzahl also nach dem ersten Druckaufbau eine Kraftstoffeinspritzung, so bewegt sich der Verschlusskörper 36, getrieben durch die Feder 40, bezogen auf 2, nach rechts, und ersetzt die eingespritzte Kraftstoffmenge, auch wenn die Pumpe 20 noch nicht nachgefördert hat. Der Kraftstoffdruck sinkt dadurch nur unwesentlich ab, abhängig von der Auslegung der Federrate (bzw. Federsteigigkeit) der Feder 40. Nach dem Motorstart und dem Anlaufen der Pumpe 20 wird im Raum 54 des Zylinders 32 erneut Kraftstoff eingelagert. Der Kraftstoff ist dabei mit der Federkraft der Feder 40 vorgespannt, wobei die Feder 40 eine speziell niedrig gewählte Federrate aufweist, damit beim Rückführen des Kraftstoffs nur ein geringer Druckabfall erfolgt. Die Geometrien (Verschlusskörper- bzw. Kolbendurchmesser, Kolbenhub, Federrate) der Druckregelanordnung 30 ist dabei so ausgelegt, dass das Speichervolumen des Raums 54 ausreicht, um mindestens eine Kaltstarteinspritzmenge einzulagern.
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Durch eine genaue Paarung der Durchmesser von Verschlusskörper 36 und Zylinder 32 ist die Leckage durch den sich zwangsläufig ergebenden Kolbenspalt (zwischen Kolbenaußen- und Zylinderinnendurchmesser) gering. Die Leckage ist während des Starts und im Normalbetrieb vernachlässigbar und führt zu keinem signifikanten Druckabfall.
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Im Normalbetrieb (Regelbetrieb bei teilgeöffnetem Auslass 38) ist durch die Gestaltung der Druckregelanordnung 30 als Kolbenventil mit ausreichend großem Verschlusskörperdurchmesser (Kolbendurchmesser) und der sehr weichen Federauslegung der Feder 40 zusätzlich eine Pulsationsdämpfung im Normalregelbetrieb realisiert. Die durch die diskontinuierliche Kraftstoffförderung der Pumpe 20 bzw. durch die getaktete Kraftstoffentnahme mittels der Injektoren bzw. Einspritzventile 24 verursachten Druckanstiege und -einbrüche werden durch die elastische Lagerung des Verschlusskörpers 36 wirksam reduziert.
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Beim Motorabstellen, d. h. nach Beendigung der Pumpenförderung der Pumpe 20, baut sich der Systemdruck aufgrund der Summe aller Leckagen im Hochdruckkreis langsam ab. Um einen zu schnellen Druckabbau aufgrund der Leckage an der Druckregelanordnung 30 zu verhindern, ist im Zylinder 32 am Verschlusskörperanschlag 52 eine Sitzdichtung angeordnet. Die Sitzdichtung reduziert die Reglerleckage im Endanschlag gezielt sehr stark und Leckagen des übrigen Systems (insbesondere im Niederdruckbereich) wirken sich damit praktisch nicht negativ aus. Dadurch wird sichergestellt, dass insbesondere bei modernen Start-/Stopp-Systemen, die einen schnellen Wiederstart des Motors erfordern, ein ausreichend hoher Raildruck beim Starten vorhanden ist.
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Der Druck am Einlass 34 wirkt auf den Verschlusskörper 36 in Öffnungsrichtung (in der 2 nach links). Wenn der Druck am Einlass 34 einen bestimmten Wert überschreitet, dann wird der Verschlusskörper 36 so weit in Öffnungsrichtung betätigt, bis die dem Raum 54 zugewandte Stirnseite des Verschlusskörpers 36 den Auslass 38 mehr oder weniger freigibt.
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Die Feder 40 wirkt auf den Verschlusskörper 36 in Schließrichtung (in der 2 nach rechts). Die Kraft der Feder 40 regelt den Druck am Einlass 34 und folglich im Rail 22. Unterstützt wird die Feder 40 durch den über den Anschluss 48 auf das axial bewegliche Druckelement 44 einwirkenden Saugrohrdruck. Das heißt, ist der Saugrohrdruck relativ hoch, z. B. während hoher Motorlast, dann wird der Verschlusskörper 36 stärker in Schließrichtung betätigt, als wenn der Saugrohrdruck, z. B. während niedriger Motorlast, relativ niedrig ist. Dadurch ist der Druck am Einlass 34, und in Folge davon auch im Rail 22, bei hoher Motorlast vorteilhafterweise höher als bei niedriger Motorlast.
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Weil bei hoher Motorlast der Druck im Rail 22 angehoben ist, kann bei hoher Motorlast der Kraftstoff durch die Einspritzventile 24 mit erhöhtem Druck eingespritzt werden, was aufgrund der dadurch erzielbaren verbesserten Gemischaufbereitung dem guten Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors wesentlich zugute kommt. Gleichzeitig kann bei hoher Motorlast eine größere Kraftstoffmenge eingespritzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Einspritzventile 24 kleiner gebaut werden können.
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Weil bei niedriger Motorlast der Druck im Rail 22 abgesenkt ist, ist die Pumpe 20 während niedriger Motorlast weniger stark belastet. Ebenso ist bei niedriger Motorlast eine geringere Antriebsleistung zum Antreiben der Pumpe 20 erforderlich. Dies hat den Vorteil, dass während der überwiegenden Zeit während des Betriebs des Verbrennungsmotors zum Betreiben der Kraftstoffversorgungsanlage weniger Energie aufgewendet werden muss. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich der Kraftstoff weniger erwärmt. Dazu kommt noch der Vorteil, dass bei niedriger Motorlast, d. h., wenn wenig Kraftstoff eingespritzt werden muss, aufgrund des in dem Rail 22 niedrigeren Drucks die durch die Einspritzventile 24 eingespritzte Kraftstoffmenge wesentlich genauer dosiert werden kann.
