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Stand der Technik
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Aus
DE 10 2010 043 439 A1 ist eine Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit einem Überströmventil für eine Zumesseinheit einer Hochdruckpumpe bekannt. Das Überströmventil weist ein Ventilgehäuse mit einem Ventilsteuerraum und einem Federraum auf, wobei der Federraum als Rückraum zum Ventilsteuerraum ausgebildet ist. Der Ventilsteuerraum steht stromauf der Zumesseinheit mit einer Förderleitung hydraulisch in Verbindung, durch die Kraftstoff von einer Förderpumpe zur Hochdruckpumpe gefördert wird. Der Ventilsteuerraum weist weiterhin einen Ausgang auf, der in eine Absteuerleitung führt, welche mit einer drucklosen Rücklaufleitung verbunden ist. Im Ventilgehäuse ist ein gegen die Federkraft einer Druckfeder verschiebbar angeordneter Ventilkolben untergebracht, der in Abhängigkeit von einem von der Zumesseinheit im Ventilsteuerraum aufgebauten Druck den Ausgang zur Absteuerleitung hin öffnet oder verschließt. Bei geöffnetem Ausgang wird der Kraftstoff in die Absteuerleitung und von dort zurück in einen Tank der Kraftstoffversorgungseinrichtung abgeleitet. Der Federraum ist über jeweils eine hydraulische Verbindungleitung mit der Saugseite der Hochdruckpumpe und mit der Absteuerleitung verbunden. Die hydraulischen Verbindungsleitungen zur Saugseite der Hochdruckpumpe und zur Absteuerleitung weisen jeweils eine Drossel auf.
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Bei neuartigen Hochdruckpumpenkonzepten tritt eine starke Verdrängungswirkung im Niederdruckkreis auf. Dadurch entstehen störende Druckpulsationen im Leitungssystem der Kraftstoffversorgungseinrichtung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, störende Druckpulsationen im Leitungssystem der Kraftstoffversorgungseinrichtung zu minimieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungseinrichtung und das erfindungsgemäße Überströmventil mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass das dynamische Verhalten des Ventilkolbens des Überströmventils in einer pulsationsbehafteten Umgebung verbessert wird. Erreicht wird dies, indem das Überströmventil über geringe Druckänderungen an der Zulaufseite einer zur Hubfrequenz der Hochdruckpumpe synchrone Bewegung durchführt und damit zulaufseitig Volumen aufnimmt und abgibt. Um die Schwingfähigkeit des Ventilkolbens nicht zu beeinträchtigen, soll gerade hierbei das Überströmventil nicht hydraulisch gedämpft werden. Außerdem wird durch die stetige Absaugung mittels der Venturi-Düse eine Rückbefüllung des Federraums über die Drosselanbindung verhindert oder reduziert. Gleichzeitig wird verhindert, dass eine Übertragung der Pulsation aus dem Federraum auf den Rücklauf stattfindet. Durch die Anbindung des Federraums an die Saugseite der Venturi- Düse wird innerhalb des Federraums gezielt ein mittlerer Unterdruck erzeugt. Dadurch wird bei Dieselkraftstoff ein erhöhter Luftanteil bis hin zum Dampf erwartet. Da das Kraftstoffpolster im Federraum reduziert wird, nimmt die Pulsation des Kraftstoffs in der Absteuerleitung tendenziell ab. Diese Wirkung ist besonders bei den zum Einsatz kommenden Ein- oder Zweistempel-Hochdruckpumpen von Vorteil, bei denen besonders starke Pulsationen im Niederdruckreis auftreten. Durch die Ableitung der Kraftstoffleckage aus dem Federraum verliert das fertigungstechnisch bedingte Spiel zwischen Ventilkolben und Zylinderführung an Einfluss.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, eine Abführung der Kraftstoffleckage aus dem Federraum zu erreichen, indem der Federraum an die Saugseite einer Venturi-Düse angeschlossen wird, um die Kraftstoffleckage aus dem Federraum abzusaugen. Bei einer ersten Ausführungsform der Kraftstoffversorgungseinrichtung wird das Strömungsrohr der Venturi-Düse in einer Bypassleitung angeordnet, wobei die Bypassleitung zwischen einer zum Überströmventil führenden Zuleitung und der Absteuerleitung angeordnet ist und wobei ein Einlassabschnitt des Strömungsrohres mit der Zuleitung und ein Auslassabschnitt des Strömungsrohres mit der Absteuerleitung hydraulisch verbunden ist.
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Bei einer zweiten Ausführungsform der Kraftstoffversorgungseinrichtung ist das Strömungsrohr der Venturi-Düse direkt in der Absteuerleitung angeordnet, wobei zur Ausbildung des Differenzdrucks in der Venturi-Düse die Strömung der Absteuermenge in der Absteuerleitung ausgenutzt wird. Dabei ist das Strömungsrohr mit einem Einlassabschnitt mit einem auslassseitigen Anschluss der Absteuerleitung und mit einem Auslassabschnitt mit einem rücklaufseitigen Anschluss der Absteuerleitung hydraulisch verbunden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Überströmventil ist der Federraum über eine im Ventilgehäuse ausgebildete hydraulische Verbindungsleitung an eine Saugseite der Venturi-Düse angeschlossen. Bei einer zweckmäßigen Ausführung des Überströmventils ist die Venturi-Düse mit einem Strömungsrohr und mit einem Saugrohr innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet. Des Weiteren ist denkbar, die Venturi-Düse mittels Bohrungskanälen direkt in das Gehäuse der Hochdruckpumpen zu integrieren.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist im Ventilgehäuse ein Durchleitungskanal angeordnet, in dem das Strömungsrohr mit einem Einlassabschnitt, einer Verengung und einem Auslassabschnitt ausgebildet ist.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist im Ventilgehäuse ein Absteuerkanal angeordnet, in dem das Strömungsrohr der Venturi-Düse mit einem Einlassabschnitt, einer Verengung und einem Auslassabschnitt ausgebildet ist. Der Absteuerkanal ist mit der Absteuerleitung hydraulisch verbunden.
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Bei beiden Ausführungsformen bildet zweckmäßigerweise die in das Ventilgehäuse eingebrachte hydraulische Verbindungsleitung gleichzeitig das Saugrohr der Venturi-Düse.
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Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Kraftstoffversorgungseinrichtung mit einem Überströmventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine Kraftstoffversorgungseinrichtung mit einem Überströmventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 eine schematische Darstellung einer Venturi-Düse,
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4 ein erfindungsgemäßes Überströmventil gemäß 1 und
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5 ein erfindungsgemäßes Überströmventil gemäß 2.
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Die 1 und 2 zeigen in einer schematischen Darstellung das Zusammenwirken der wesentlichen Komponenten einer Kraftstoffversorgungseinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffversorgungseinrichtung weist einen Niederdruckkreis 10 mit einer Saugleitung 11, einer Förderleitung 12 und einer Zumessleitung 13 sowie einen Hochdruckkreis 14 mit einer Hochdruckleitung 15 und einem Kraftstoffspeicher 19 auf. Der Niederdruckkreis 10 umfasst weiterhin eine Förderpumpe 16, die Kraftstoff aus einem Tank 17 zu einer Hochdruckpumpe 18 fördert. Die Hochdruckpumpe 18 fördert Kraftstoff durch die Hochdruckleitung 15 zum Kraftstoffspeicher 19, auch Rail genannt. Der Kraftstoffspeicher 19 steht gegebenenfalls mit einem Druckbegrenzungsventil 21 in Verbindung. An den Kraftstoffspeicher 19 sind nicht näher dargestellte Kraftstoffinjektoren angeschlossen. Mittels der Kraftstoffinjektoren wird Kraftstoff unter Hochdruck in einen nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Vom Druckbegrenzungsventil 21 und von den nicht dargestellten Kraftstoffinjektoren führt eine Rücklaufleitung 22 zurück zum drucklosen Tank 17.
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Die Förderpumpe 16 arbeitet als Vorförderpumpe und saugt Kraftstoff über die Saugleitung 11 aus dem Tank 17 an und fördert den Kraftstoff über einen in der Förderleitung 12 angeordneten Kraftstofffilter 23 zu einer Einlassseite der Hochdruckpumpe 18. In den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen arbeitet die Kraftstoffversorgungseinrichtung mit einer steuerbaren Zumesseinheit 25 zusammen. Von der Zumesseinheit 25 wird eine erforderliche Kraftstoffmenge eingestellt, die über die Zumessleitung 13 zu einer Saugseite der Hochdruckpumpe 18 geleitet wird. Die Hochdruckpumpe 18 pumpt den Kraftstoff mit Hochdruck über die Hochdruckleitung 15 in den Kraftstoffspeicher 19.
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Mittels der Zumessleitung 13 wird der Hochdruckpumpe 18 die erforderliche Kraftstoffmenge bereitgestellt, die wiederum notwendig ist, um die in den Kraftstoffspeicher 19 geförderte Kraftstoffmenge an den Bedarf der Brennkraftmaschine anzupassen. Darüber hinaus sind andere Hochdruckpumpenkonzepte im Einsatz, die ohne Zumesseinheit 25 auskommen und beispielsweise mit einem elektrisch steuerbaren Saugventil arbeiten.
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In der Förderleitung 12 ist stromauf der Zumesseinheit 25 ein Überströmventil 30 angeordnet. Das Überströmventil 30 weist einen Ventilsteuerraum 31 und einen Federraum 32 auf, wobei der Federraum 32 als Rückraum zum Ventilsteuerraum 31 ausgebildet ist. Weitere Einzelheiten des Überströmventils 30 werden im Zusammenhang mit 4 und 5 später beschrieben. Der Ventilsteuerraum 31 steht einlassseitig über eine Zuleitung 27 mit der Förderleitung 12 und auslassseitig über eine Absteuerleitung 28 mit der Rücklaufleitung 22 bzw. dem Tank 17 hydraulisch in Verbindung. Das Überströmventil 30 dient dazu, die von der Hochdruckpumpe 18 nicht benötigte Kraftstoffmenge über die Absteuerleitung 28 in die Rücklaufleitung 22 bzw. den Tank 17 abzusteuern bzw. abzuleiten.
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In den Federraum 32 des Überstromventils 30 führt eine hydraulische Verbindung, die nachfolgend als Abführleitung 29 bezeichnet wird. Die Abführleitung 29 ist an eine Saugseite 41 einer Venturi-Düse 40 angeschlossen. Mittels der Venturi-Düse 40 wird über die Abführleitung 29 Kraftstoffleckage aus dem Federraum 32 abgesaugt und in die Absteuerleitung 28 abgeleitet.
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Die Venturi-Düse 40 umfasst gemäß 3 an der Saugseite 41 ein Saugrohr 42 und ein Strömungsrohr 43 mit einem Einlassabschnitt 44, einer Verengung 45 und einem Auslassabschnitt 46. In die Verengung 45 mündet das Saugrohr 42. Dadurch entsteht aufgrund des Wirkprinzips der Venturi-Düse 40 ein Unterdruck im Saugrohr 42, der über die Abführleitung 29 auf den Federraum 32 übertragen wird, wodurch wiederum die sich im Federraum 32 sammelnde Kraftstoffleckage aus demselben abgesaugt und in die Absteuerleitung 28 abgeleitet wird.
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Beim Ausführungsbeispiel in 1 ist die Venturi-Düse 40 mit dem Strömungsrohr 43 an eine Bypassleitung 38 angeschlossen, die zwischen Zuleitung 27 und Absteuerleitung 28 verläuft. Die Bypassleitung 38 weist einen zum Einlassabschnitt 44 führenden einlassseitigen Abschnitt 38.1 und eine vom Auslassabschnitt 46 wegführenden auslassseitigen Abschnitt 38.2 auf. Der einlassseitige Abschnitt 38.1 ist mit der Zuleitung 27 und der auslassseitige Abschnitt 38.2 mit der Absteuerleitung 28 hydraulisch verbunden. Aufgrund des Wirkprinzips der Venturi-Düse 40 entsteht im Saugrohr 42 eine Sogwirkung, sodass der Kraftstoff über das Saugrohr 42 und die Abführleitung 29 aus dem Federraum 32 abgesaugt, in den auslassseitigen Abschnitt 38.2 der Bypassleitung 38 abgeführt und weiter in die Absteuerleitung 28 abgeleitet wird.
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Beim Ausführungsbeispiel in 2 ist die Venturi-Düse 40 mit dem Strömungsrohr 43 in der Absteuerleitung 28 angeordnet, indem der Einlassabschnitt 44 mit einem ventilsteuerraumseitigen Abschnitt 28.1 an einen Absteuerausgang des Überströmventils 30 und der Auslassabschnitt 46 an einen rücklaufseitigen Abschnitt 28.2 der Absteuerleitung 28 angeschlossen ist. Die Funktion des Absteuerausgangs wird später im Zusammenhang mit der Beschreibung der 4 und 5 näher erläutert. Auch hier ist die Abführleitung 29 an das Saugrohr 42 der Venturi-Düse 40 angeschlossen. Hierbei wird durch Nutzung der Strömung der Absteuermenge in der Absteuerleitung 28 der erforderliche Unterdruck erzeugt, sodass auch hier die Kraftstoffleckage über das Saugrohr 42 aus dem Federraum 32 abgesaugt und über die Abführleitung 29 abgeleitet wird. Die Kraftstoffleckage gelangt dabei über den Auslassabschnitt 46 des Strömungsrohres 43 in den rücklaufseitigen Abschnitt 28.2 der Absteuerleitung 28.
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Die 4 und 5 zeigen das Überströmventil 30 mit einem Ventilgehäuse 33, in welches beispielsweise die Venturi-Düse 40 integriert ist. Im Ventilgehäuse 33 ist der Ventilsteuerraum 31 ausgebildet, in welchen ein Eingang 34 und mindestens ein Ausgang 35 münden, wobei der Ausgang 35 den bereits erwähnten Absteuerausgang bildet. An den Eingang 34 ist die Zuleitung 27 und an den Ausgang 35 die Absteuerleitung 28 angeschlossen. Dem Ventilsteuerraum 31 ist ein gegen die Federkraft einer Druckfeder 37 verschiebbar angeordneter Ventilkolben 36 ausgesetzt, der in Abhängigkeit von dem im Ventilsteuerraum 31 aufgebauten Druck den Ausgang 35 mittels einer Steuerkante zur Absteuerleitung 28 hin öffnet oder verschließt. Der Ventilkolben 36 wird gegen die Federkraft der Druckfeder 37 axial verschoben, wobei mit steigendem Kraftstoffdruck im Ventilsteuerraum 31 die Steuerkante des Ventilkolbens 36 den Ausgang 35, wie in 4 und 5 dargestellt, freigibt. Dadurch wird eine von der Hochdruckpumpe 18 nicht benötigte Menge Kraftstoff als Absteuermenge aus der Förderleitung 12 über die Absteuerleitung 28 in die Rücklaufleitung 22 und den Tank 17 abgeführt.
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Die Druckfeder 37 ist innerhalb des Ventilgehäuses 33 im Federraum 32 angeordnet, der als Rückraum zum Ventilsteuerraum 31 ausgebildet ist. Über Führungspalte des Ventilkolbens 36 strömt Kraftstoffleckage aus dem Ventilsteuerraum 31 in den Federraum 32 ein, wobei die sich im Federraum 32 sammelnde Kraftstoffleckage wie bereits beschrieben mittels der Venturi-Düse 40 abgesaugt und in die Absteuerleitung 28 abgeleitet wird.
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4 zeigt das Überströmventil 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, das der Anwendung in der Kraftstoffversorgungseinrichtung gemäß 1 entspricht. Bei diesem Überströmventil 30 sind im Ventilgehäuse 33 ein Absteuerkanal 51 und ein Durchleitungskanal 52 angeordnet, die vorzugsweise jeweils in axialer Richtung in das Ventilgehäuse 33 eingebracht sind. Der Absteuerkanal 51 weist eine hydraulische Verbindung zum Ausgang 35 auf und ist an die Absteuerleitung 28 angeschlossen. Der Durchleitungskanal 52 enthält das Strömungsrohr 43 der Venturi-Düse 40 mit dem Einlassabschnitt 44, der Verengung 45 und dem Auslassabschnitt 46. An den Durchleitungskanal 52 ist die Bypassleitung 38 gemäß 1 angeschlossen, wobei der einlassseitige Abschnitt 38.1 zum Einlassabschnitt 44 und der auslassseitige Abschnitt 38.2 zum Auslassabschnitt 46 führt. Eine hydraulische Verbindungsleitung 53 führt vom Federraum 32 zur Saugseite 41 der Venturi-Düse 40 und steht mit dem Saugrohr 42 hydraulisch in Verbindung. Die hydraulische Verbindungsleitung 53 verläuft dabei im Wesentlichen quer zum Durchleitungskanal 52 durch das Ventilgehäuse 33 und bildet beispielsweise gleichzeitig das Saugrohr 42 der Venturi-Düse 40. Die hydraulische Verbindungsleitung 53 bzw. das Saugrohr 42 bildet somit die mit dem Federraum 32 hydraulisch in Verbindung stehende Abführleitung 29 gemäß 1.
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5 zeigt das Überströmventil 30 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das der Anwendung in der Kraftstoffversorgungseinrichtung gemäß 2 entspricht. Bei diesem Überströmventil 30 ist im Ventilgehäuse 33 ebenfalls der Absteuerkanal 51 angeordnet, der hydraulisch mit dem Ausgang 35 in Verbindung steht und an die Absteuerleitung 28 angeschlossen ist. Die Venturi-Düse 40 ist hierbei innerhalb des Absteuerkanals 51 angeordnet, wobei das Strömungsrohr 43 mit dem Einlassabschnitt 44, der Verengung 45 und dem Auslassabschnitt 46 einen Abschnitt des Absteuerkanals 51 bildet. Eine hydraulische Verbindungsleitung 58 führt vom Federraum 32 zur Saugseite 41 der Venturi-Düse 40 und steht mit dem Saugrohr 42 hydraulisch in Verbindung. Die hydraulische Verbindungsleitung 58 verläuft dabei im Wesentlichen quer zum Absteuerkanal 51 durch das Ventilgehäuse 33 und bildet, wie beim Ausführungsbeispiel in 4 gleichzeitig das Saugrohr 42 der Venturi-Düse 40. Die hydraulische Verbindungsleitung 58 bzw. das Saugrohr 42 bildet somit die mit dem Federraum 32 hydraulisch in Verbindung stehende Abführleitung 29 gemäß 2.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010043439 A1 [0001]
