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Die Erfindung betrifft einen Niederdruckkreislauf für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein solcher Niederdruckkreislauf umfasst eine Vorförderpumpe, die über eine Kraftstoffleitung in Verbindung mit einem Triebwerksraum einer Hochdruckpumpe steht, und ein Überströmventil zur Druckregelung. Mittels des Überströmventils wird der Druck des der Hochdruckpumpe zugeführten Kraftstoffs eingestellt.
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Bei bekannten Niederdruckkreisläufen, insbesondere bei solchen, die eine Zahnradpumpe als Vorförderpumpe nutzen, wird der Niederdruck in der Regel über ein Überströmventil eingestellt. Das Überströmventil ist hierzu oftmals als federbelastetes Kolbenventil ausgebildet, das an einen Rücklauf der Hochdruckpumpe hydraulisch angeschlossen ist.
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Ein derartiger Niederdruckkreislauf geht beispielsweise aus der
DE 10 2008 042 089 A1 hervor. Das hierin zur Druckregelung eingesetzte Überströmventil umfasst ein Ventilgehäuse mit einem Eingang und mindestens einem Ausgang, wobei der Ausgang über eine Kraftstoffleitung mit einem Kraftstofftank verbunden ist. Im Ventilgehäuse ist ein Steuerkolben verschiebbar aufgenommen, der in Schließrichtung von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Über eine Verschiebung des Steuerkolbens kann der Eingang mit dem wenigstens einen Ausgang verbunden werden. Die den Steuerkolben mit einer Federkraft beaufschlagende Feder ist in einem Federraum aufgenommen, der innerhalb des Ventilgehäuses ausgebildet und über eine Druckausgleichsleitung mit dem Eingang des Ventilgehäuses verbunden ist. Im Federraum herrscht somit Zulaufdruck.
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Darüber hinaus sind Überströmventile für den Einsatz in Niederdruckkreisläufen bekannt, die einen an einen Rücklauf angeschlossenen Federraum besitzen. In dem Federraum herrscht somit Rücklaufdruck, der regelmäßig über atmosphärischem Druck liegt. Der Federraumdruck hat zur Folge, dass – insbesondere bei hoher Motordrehzahl – der Steuerkolben keine schnellen Bewegungen auszuführen vermag, da der Druck im Federraum derartige Bewegungen behindert und/oder begrenzt. Insbesondere kann die Zeit nicht ausreichend sein, um die erforderliche Menge an Kraftstoff aus dem Federraum zu verdrängen. Die Kolbenbewegung in Öffnungsrichtung bleibt dann auf eine im Federraum entstehende Gasphase beschränkt, die regelmäßig bei einer Schließbewegung des Steuerkolbens entsteht. Die Gasphase ist jedoch zu klein, um darüber hinaus Druckpulsationen sowie damit einhergehende Druckspitzen zu kompensieren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Niederdruckkreislauf der vorstehend genannten Art jedoch mit verbesserter Druckpulsationsdämpfung anzugeben.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Niederdruckkreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorgeschlagene Niederdruckkreislauf umfasst eine Vorförderpumpe, die über eine Kraftstoffleitung in Verbindung mit einem Triebwerksraum eine Hochdruckpumpe steht, sowie ferner ein Überströmventil zur Druckregelung im Niederdruckkreislauf. Das Überströmventil besitzt ein Ventilgehäuse mit einem Federraum zur Aufnahme einer Feder, deren Federkraft einen verschiebbaren Ventilkolben beaufschlagt. Erfindungsgemäß ist der Federraum des Überströmventils mit einem Zulauf der Vorförderpumpe hydraulisch verbunden. Durch die Anbindung des Federraums des Überströmventils an den Zulauf der Vorförderpumpe liegt der Federraumdruck – vor allem bei Drehzahlen über 1000rpm – unter atmosphärischem Druck, d. h. er ist abgesenkt. Dies hat zur Folge, dass bei einer Schließbewegung des Ventilkolbens im Federraum eine Gasphase entsteht, die ausreichend groß ist, um anschließend eine schnelle Öffnungsbewegung des Ventilkolbens zu ermöglichen. Auf diese Weise ist es möglich, Druckpulsationen über eine Verschiebung des Ventilkolbens auszugleichen. Durch das Überströmventil wird demzufolge eine verbesserte Pulsationsdämpfung im Niederdruckkreislauf erreicht.
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Bevorzugt besitzt das Überströmventil einen mit dem Triebwerksraum hydraulisch in Verbindung stehenden Eingang, so dass im Triebwerksraum entstehende Druckpulsationen über das Überströmventil direkt ausgeglichen werden. Da der Ausgleich über die Bewegungen des Ventilkolbens bewirkt wird, gilt es sicherzustellen, dass den Bewegungen des Ventilkolbens kein zu großer Widerstand entgegengesetzt wird. Dem wird bei dem vorgeschlagenen Niederdruckkreislauf dadurch Rechnung getragen, dass der Druck im Federraum des Überströmventils abgesenkt ist, so dass der Ventilkolben schnellere Bewegungen und größere Hübe auszuführen vermag.
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Der Eingang des Überströmventils ist dabei vorzugsweise durch eine Axialbohrung des Ventilgehäuses definiert, wobei weiterhin vorzugsweise die Axialbohrung den Ventilkolben axial verschiebbar aufnimmt und an seinem dem Eingang abgewandten Ende den Federraum ausbildet.
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Des Weiteren bevorzugt besitzt das Überströmventil wenigstens einen mit dem Eingang verbindbaren Ausgang, wobei der Ausgang vorzugsweise als Radialbohrung im Ventilgehäuse ausgebildet ist. Die Verbindung des wenigstens einen Ausgangs mit dem Eingang ist über eine Verschiebung des Ventilkolbens herstellbar. Übersteigt der am Eingang anliegende Druck den Öffnungsdruck des Überströmventils, wird der Ventilkolben entgegen der Federkraft der ihn belastenden Feder axial verschoben, bis der Ventilkolben die den Ausgang bildende Radialbohrung überfahren hat und eine Verbindung des Ausgangs mit dem Eingang hergestellt ist. Über den Ausgang wird dann überschüssiger Kraftstoff einem Rücklauf zugeführt, bis der Druck, der am Eingang des Überströmventils anliegt, den Öffnungsdruck unterschritten hat und die Federkraft der den Ventilkolben belastenden Feder diesen zurückstellt.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Ventilgehäuse eine Drosselbohrung zur Verbindung des Federraums mit dem Zulauf der Vorförderpumpe besitzt. Über den Drosselquerschnitt kann die Dämpfungswirkung eingestellt werden. Die Drosselbohrung ist vorzugsweise als Radialbohrung im Ventilgehäuse ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet bzw. münden der Ausgang und/oder die Drosselbohrung in eine Kraftstoffleitung, die mit dem Zulauf der Vorförderpumpe hydraulisch verbunden ist. Sofern der Ausgang und die Drosselbohrung in diese Kraftstoffleitung münden, können die jeweils hierüber abgesteuerten Kraftstoffmengen gemeinsam dem Zulauf der Vorförderpumpe zugeführt werden. Dies vereinfacht die Ausführung des Niederdruckkreislaufes.
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Vorteilhafterweise ist das Überströmventil in einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe angeordnet. Die Anordnung kann auf diese Weise in direkter Nähe zum Triebwerksraum und/oder zur Vorförderpumpe erfolgen. Die Kraftstoffleitungen, die das Überströmventil mit dem Triebwerksraum und/oder dem Zulauf der Vorförderpumpe verbinden, sind in diesem Fall zumindest abschnittsweise als Bohrungen im Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgeführt. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Vorförderpumpe in ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe integriert oder an ein solches angebaut ist. Auf diese Weise wird eine kompakte Anordnung des Niederdruckkreislaufes geschaffen.
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Ferner bevorzugt besitzt die Hochdruckpumpe wenigstens ein Pumpenelement zur Hochdruckförderung. Das Pumpenelement ist vorzugsweise als Kolbenpumpe ausgebildet, deren Pumpenkolben über ein im Triebwerksraum der Hochdruckpumpe aufgenommenes Nocken- oder Exzentertriebwerk in einer Hubbewegung antreibbar ist.
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Weiterhin bevorzugt ist der Triebwerksraum Teil eines Zulaufs der Hochdruckpumpe, über welchen dem wenigstens einen Pumpenelement Kraftstoff zugeführt wird. Vorteilhafterweise ist im Bereich des Zulaufs der Hochdruckpumpe, insbesondere zwischen dem Triebwerksraum und dem Pumpenelement, eine Zumesseinheit angeordnet, über welche die dem Pumpenelement zugeführte Kraftstoffmenge regelbar ist.
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Des Weiteren bevorzugt ist der Triebwerksraum der Hochdruckpumpe zumindest über ein Wellenlager an eine Rücklaufleitung angeschlossen. Ein Teil der dem Triebwerksraum über die Vorförderpumpe zugeführten Kraftstoffs kann auf diese Weise als Schmier- und/oder Kühlmedium genutzt werden. Der über das wenigstens eine Wellenlager und die Rücklaufleitung abgeführte Kraftstoff wird vorzugsweise einem Kraftstofftank des Niederdruckkreislaufes zugeführt, so dass er im Niederdruckkreislauf verbleibt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorförderpumpe eine Zahnradpumpe. Das vorgesehene Überströmventil kann in diesem Fall zur Druckregelung und zur Dämpfung von Druckpulsationen eingesetzt werden. In dieser Ausgestaltung erfordert die Erfindung demnach kein zusätzliches Bauteil, insbesondere kein weiteres Überströmventil.
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Die Vorteile der Erfindung kommen daher insbesondere bei Niederdruckkreisläufen von Kraftstoffeinspritzsystem zum Tragen, bei welchen als Vorförderpumpe eine Zahnradpumpe verwendet wird. Durch die modifizierte Anbindung des Federraums des Überströmventils an den Zulauf der Vorförderpumpe wird der Federraumdruck abgesenkt. Dies hat zur Folge, dass dem Ventilkolben beim Öffnen ein reduzierter Widerstand entgegengesetzt wird, so dass der Ventilkolben schnellere und größere Hübe auszuführen vermag. Auf diese Weise können Druckpulsationen wirksam gedämpft werden. Die Vorteile der Erfindung treten insbesondere bei Drehzahlen der Vorförderpumpe über 1000 rpm hervor.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Niederdruckkreislaufes und
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2 einen Längsschnitt durch ein Überströmventil, das in den Kreislauf der 1 einsetzbar ist.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der in der 1 dargestellte Niederdruckkreislauf umfasst eine Vorförderpumpe 1, welche vorliegend als Zahnradpumpe ausgebildet ist und über eine Kraftstoffleitung 2 mit einem Triebwerksraum 3 einer Hochdruckpumpe 4 verbunden ist. Die Vorförderpumpe 1 ist in ein Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe integriert.
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Der Triebwerksraum 3 bildet einen Teil eines Zulaufs 18 der Hochdruckpumpe 4 aus, in dem eine Zumesseinheit 19 angeordnet ist. Die Zumesseinheit bestimmt die Kraftstoffmenge, die mehreren Pumpenelementen 17 der Hochdruckpumpe zugeführt wird. Die mehreren Pumpenelemente 17, vorliegend sind zwei Pumpenelemente 17 dargestellt, fördern den Kraftstoff auf Hochdruck und führen den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff über Auslässe 24 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zu.
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Zur Regelung des Drucks im Zulauf 18 der Hochdruckpumpe 4 ist ferner ein Überströmventil 5 vorgesehen, dessen Eingang 11 in Verbindung mit dem Triebwerksraum 3 steht, während ein Ausgang 13 über eine Kraftstoffleitung 15 in Verbindung mit einem Zulauf 10 der Vorförderpumpe 1 steht. Das Überströmventil 5 des Niederdruckkreislaufes der 1 ist in der 2 vergrößert dargestellt.
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Wie der 2 zu entnehmen ist, wird der Eingang 11 über eine Axialbohrung 12 definiert, die ein Ventilgehäuse 6 des Überströmventils 5 durchsetzt. In der Axialbohrung 12 ist ein Ventilkolben 9 axial verschiebbar aufgenommen, der in Richtung des Eingangs 11 von der Federkraft einer Feder 8 belastet wird. Die Feder 8 ist in einem Federraum 7 aufgenommen, welcher Teil der Axialbohrung 12 ist. Ferner ist die Feder 8 an einem Einstellelement 23 abgestützt. Um eine Axialbewegung des Ventilkolbens 9 zu ermöglichen, ist der Federraum 7 über eine an die Kraftstoffleitung 15 angeschlossene Drosselbohrung 14 entlastbar. Über die Drosselbohrung 14 und die Kraftstoffleitung 15 ist der Federraum 7 – wie der Ausgang 13 – mit dem Zulauf 10 der Vorförderpumpe 1 hydraulisch verbunden (siehe 1).
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Das Ventilgehäuse 6 des Überströmventils 5 ist derart ausgebildet, dass es in einfacher Weise in eine Bohrung des Gehäuseteils 16 der Hochdruckpumpe 4 einsetzbar ist. Zur Abdichtung innerhalb der Bohrung ist das Ventilgehäuse 6 im Bereich des Eingangs 11 von einem Dichtring 22 umgeben.
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Die Funktionsweise des Überströmventils 5 lässt sich am besten anhand der 1 erklären. Im Betrieb der Hochdruckpumpe 4 können Druckpulsationen bzw. Druckspitzen auftreten, welche den Öffnungsdruck des Überströmventils 5 übersteigen und eine axiale Verschiebung des Ventilkolbens 9 entgegen der Federkraft der Feder 8 sowie des Drucks im Federraum 7 bewirken. Dies setzt jedoch voraus, dass der hydraulische Druck im Federraum 7 keinen zu großen Widerstand auf den Ventilkolben 9 des Überströmventils 5 ausübt. Vorliegend ist der Federraum 7 des Überströmventils 5 mit dem Zulauf 10 der Vorförderpumpe 1 hydraulisch verbunden. Im Federraum 7 herrscht demnach ein Druck, der unter atmosphärischem Druck liegt. Dies hat zur Folge, dass der Ventilkolben 9 schnelle Bewegungen und große Hübe auszuführen vermag. Denn bei der Schließbewegung des Ventilkolbens 9 bildet sich im Federraum 7 eine Gasphase aus, welche ausreichend groß ist, um anschließend eine schnelle Öffnungsbewegung des Ventilkolbens 9 zu ermöglichen. Die schnellen Bewegungen des Ventilkolbens 9 führen dazu, dass Druckpulsationen wirksam gedämpft bzw. kompensiert werden.
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Zur Erzielung der Dämpfungswirkung bedarf es keiner zusätzlichen Bauteile. Denn es kann auf bereits vorhandene Bauteile zurückgegriffen werden. Lediglich die Anbindung des Überströmventils 5 muss modifiziert werden, um den Druck im Federraum 7 zu senken. Dies wird vorliegend dadurch erreicht, dass der Federraum 7 des Überströmventils 5 am Zulauf 10 der Vorförderpumpe 1 angeschlossen ist. Der Federraum 7 des Überströmventils 5 ist demnach mit der Saugseite der Vorförderpumpe 1 verbunden.
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Eine Anbindung des Überströmventils 5 an eine Rücklaufleitung 21 erfolgt nicht, da der Druck in der Rücklaufleitung mindestens atmosphärischen Druck entspricht. Die Rücklaufleitung 21 des in der 1 dargestellten Niederdruckkreislaufs dient lediglich der Rückführung einer über Wellenlager 20 aus dem Triebwerksraum 3 abgeführten Schmier- und/oder Kühlmenge.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008042089 A1 [0003]
