DE10245084A1 - Pressure limiting device and fuel system with such a pressure limiting device - Google Patents
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Abstract
Es werden verschiedene Druckbegrenzungseinrichtungen 56 vorgeschlagen, welche die Integration eines Druckbegrenzungsventils in eine Kraftstoffpumpe 30 einer Kraftstoffeinspritzanlage ermöglichen. Dabei werden über eine Ausgleichskammer 82 kurzzeitige Druckspitzen, die sich bei jedem Förderhub der Kraftstoffpumpe 30 ergeben, abgebaut und somit ein unerwünschtes Öffnen der Druckbegrenzungseinrichtung 56 im Normalbetrieb der Kraftstoffeinspritzanlage verhindert.Various pressure limiting devices 56 are proposed which enable the integration of a pressure limiting valve in a fuel pump 30 of a fuel injection system. In this case, short-term pressure peaks, which arise with each delivery stroke of the fuel pump 30, are reduced via a compensation chamber 82 and thus an undesired opening of the pressure limiting device 56 during normal operation of the fuel injection system is prevented.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckbegrenzungseinrichtung für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, welches einen Einlass und einen Auslass aufweist, und mit einem vorgespannten Element, welches ab einer bestimmten zwischen Einlass und Auslass vorhandenen Druckdifferenz den Einlass mit dem Auslass fluidisch verbindet.The present invention relates to a pressure limiting device for a fuel system Internal combustion engine, with a housing, which has an inlet and has an outlet, and with a biased element, which exists from a certain point between inlet and outlet Pressure difference fluidly connects the inlet to the outlet.
Eine solche Druckbegrenzungseinrichtung ist vom Markt her bekannt. Sie kommt vorzugsweise in solchen Kraftstoffsystemen zum Einsatz, welche bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung verwendet werden. Derartige Kraftstoffsysteme verfügen üblicherweise über einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich. Eine elektrische Kraftstoffpumpe fördert den Kraftstoff in den Niederdruckbereich, aus dem der Kraftstoff über eine Hochdruckpumpe in eine Kraftstoff-Sammelleitung ("Common- Rail genannt) gefördert wird. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung wird üblicherweise durch ein Druckregel- oder ein Mengensteuerventil geregelt.Such a pressure limiting device is known from the market. It preferably comes in such fuel systems used in internal combustion engines with gasoline direct injection be used. Such fuel systems usually have one Low pressure area and a high pressure area. An electric fuel pump promotes the fuel in the low pressure range from which the fuel has a High pressure pump in a fuel rail ("Common Rail") is promoted. The pressure in the fuel rail is usually regulated by a pressure control or a volume control valve.
Um jedoch eine Absicherung gegen einen zu hohen Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung insbesondere bei Ausfall der Mengen- bzw. Druckregelung zu schaffen, ist im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems eine Druckbegrenzungseinrichtung vorgesehen. Bei dieser handelt es sich im Allgemeinen um ein übliches Druckbegrenzungsventil mit einem von einer Feder gegen einen Ventilsitz beaufschlagten Ventilelement. Übersteigt der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung einen bestimmten Grenzwert, hebt das Ventilelement vom Ventilsitz ab, so dass Kraftstoff vom Einlass des Druckbegrenzungsventils zum Auslass und von dort zurück zum Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems strömen kann.However, to hedge against too high pressure in the fuel rail in particular in the event of failure of the quantity or pressure control is in the high pressure area a pressure limiting device is provided in the fuel system. This is generally a common one Pressure relief valve with a spring against a valve seat acted valve element. exceeds the pressure in the fuel rail rises to a certain limit the valve element from the valve seat so that fuel from the inlet of the pressure relief valve to the outlet and from there back to the low pressure area of the fuel system can.
Die bekannte Druckbegrenzungseinrichtung arbeitet bereits sehr gut und vor allem sehr zuverlässig. Allerdings sind den Anordnungsmöglichkeiten des Druckbegrenzungsventils in dem Kraftstoffsystem Grenzen gesetzt.The known pressure limiting device works already very good and above all very reliable. However, the arrangement options of the Pressure relief valve in the fuel system limits.
Im Allgemeinen muss die Druckbegrenzungseinrichtung im Bereich der Kraftstoff-Sammelleitung, also in einer gewissen Entfernung von der Hochdruckpumpe, angeordnet werden. Der Grund dafür ist, dass die Hochdruckpumpe im Betrieb Druckpulsationen erzeugt, deren Spitzen den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils übersteigen können. Würde das Druckbegrenzungsventil unmittelbar bei der Hochdruckpumpe angeordnet werden, bestünde die Gefahr, dass das Druckbegrenzungsventil aufgrund der Druckpulsationen öffnet, obwohl der maximale Systemdruck noch nicht erreicht ist. Erst in einer gewissen Entfernung von der Hochdruckpumpe kommt es zu einer Glättung der Druckpulsationen aufgrund der Drosseleffekte in der Kraftstoffleitung und aufgrund der Kompressibilität des Kraftstoffs.In general, the pressure relief device in the area of the fuel manifold, i.e. in a certain Distance from the high pressure pump. the reason for that is the high pressure pump generates pressure pulsations during operation, the peaks of which the opening pressure of the pressure relief valve can. Would Pressure relief valve located directly at the high pressure pump would exist the risk that the pressure relief valve opens due to the pressure pulsations, though the maximum system pressure has not yet been reached. Only in one At a certain distance from the high pressure pump, the pressure pulsations are smoothed out due to the throttling effects in the fuel line and due to the compressibility of the Fuel.
Alternativ hierzu wäre es auch möglich, das Druckbegrenzungsventil so auszulegen, dass sein Öffnungsdruck oberhalb der aufgrund der Druckpulsationen vorhandenen Druckspitzen liegt. Dieses Druckbegrenzungsventil kann dann in unmittelbarer Nähe der Hochdruckpumpe angeordnet sein oder sogar in diese integriert werden. Im Notlaufbetrieb, wenn also die Druckregelung der Kraftstoff-Sammelleitung nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert und dann ein höherer Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung als der normale Systemdruck herrscht, muss dennoch ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine sichergestellt sein. Dies wiederum würde die Auslegung der Komponenten des Hochdruckbereichs des Kraftstoffsystems auf den hohen Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventil erfordern. Derartige Komponenten sind jedoch relativ teuer.Alternatively, it would be possible, to design the pressure relief valve so that its opening pressure above the pressure peaks due to the pressure pulsations lies. This pressure relief valve can then be in the immediate vicinity of the high pressure pump be arranged or even integrated into this. In emergency operation if So the pressure control of the fuel rail no longer works properly and then a higher one Fuel rail pressure than normal system pressure prevails, the internal combustion engine must still operate safely be assured. This in turn would design the components the high pressure range of the fuel system to the high opening pressure of the Require pressure relief valve. However, such components are relative expensive.
Aus der nachveröffentlichten
Bei der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung ist vorgesehen, dass der Kolben der Druckbegrenzungseinrichtung einen ersten Bund aufweist, und dass der Bund als Drossel zwischen Ausgleichskammer und Hochdruck-Kraftstoffleitung wirkt.In the pressure limiting device according to the invention it is provided that the piston of the pressure limiting device has a first collar, and that the collar as a throttle between the compensation chamber and high pressure fuel line acts.
Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Abbau von Druckspitzen in der Hochdruck-Kraftstoffleitung durch Drosseln und durch Vergrößern des Volumens der Ausgleichskammer abzubauen. Es hat sich herausgestellt, dass diese Kombination von zwei gleichzeitig wirkenden Maßnahmen zum Abbau der Druckpulsationen besonders wirkungsvoll ist und somit im Normalbetrieb der Kraftstoffpumpe die Druckbegrenzungseinrichtung selbst dann nicht öffnet, wenn die Druckbegrenzungseinrichtung in unmittelbarer Nähe der Hochdruckpumpe angeordnet ist. Erst wenn die Mengensteuerung der Kraftstoffpumpe einen Defekt hat und die Kraftstoffpumpe unabhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine die volle Fördermenge fördert, spricht die Druckbegrenzungseinrichtung an und verhindert unzulässig hohe Drücke in der Hochdruck-Kraftstoffleitung und dem gesamten Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems.With this measure it is possible to break down of pressure peaks in the high-pressure fuel line through throttling and by enlarging the The volume of the compensation chamber. It turned out that this combination of two measures acting simultaneously is particularly effective for reducing the pressure pulsations and thus the pressure limiting device during normal operation of the fuel pump does not open even if the pressure limiting device in the immediate vicinity of the high pressure pump is arranged. Only when the quantity control of the fuel pump is one Has a defect and the fuel pump regardless of the operating point of the Internal combustion engine the full flow promotes, responds to the pressure limiting device and prevents impermissibly high ones pressures in the high pressure fuel line and the entire high pressure area of the fuel system.
Diese erfindungsgemäße Druckbegrenzungseinrichtung kann, anders als die aus dem Stand der Technik bekannte Druckbegrenzungseinrichtung, ohne Anpassungsmaßnahmen in nahezu allen Kraftstoffpumpen oder Kraftstoffsystemen eingesetzt werden. Dadurch verringert sich die erforderliche Variantenvielfalt sehr stark, was erhebliche wirtschaftliche Vorteile bei der Herstellung, Lagerhaltung und Reparatur der mit der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung ausgerüsteten Kraftstoffsysteme mit sich bringt.In contrast to the pressure limiting device known from the prior art, this pressure limiting device according to the invention can be used in almost no adaptation measures all fuel pumps or fuel systems. This greatly reduces the number of variants required, which brings considerable economic advantages in the manufacture, storage and repair of the fuel systems equipped with the pressure limiting device according to the invention.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolben einen zweiten Bund aufweist und an dem zweiten Bund eine Steuerkante ausgebildet ist, und dass die Steuerkante somit einer Ausnehmung der Bohrung so zusammenwirkt, dass in geschlossenem Zustand der Druckbegrenzungseinrichtung die hydraulische Verbindung zwischen Hochdruck-Kraftstoffleitung und Niederdruck-Kraftstoffleitung unterbrochen ist. Durch die Überdeckung der Steuerkante in der Bohrung kann der mögliche Zuwachs des Volumens der Ausgleichskammer vor dem Öffnen der Druckbegrenzungseinrichtung in weiten Grenzen festgelegt werden.Another advantageous A variant of the invention provides that the piston has a second Has collar and formed a control edge on the second collar and that the control edge is thus a recess of the bore interacts so that in the closed state of the pressure limiting device the hydraulic connection between the high pressure fuel line and low pressure fuel line is interrupted. Because of the overlap the control edge in the hole can indicate the possible increase in volume the compensation chamber before opening the pressure limiting device can be set within wide limits.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Kolben und dem Gehäuse eine Feder eingespannt, welche den Kolben in Richtung der Schließstellung der Druckbegrenzungseinrichtung beaufschlagt. Dadurch nimmt die Druckbegrenzungseinrichtung in drucklosem Zustand immer eine definierte Schaltstellung ein.In a further embodiment of the invention a spring is clamped between the piston and the housing, which acts on the piston in the direction of the closed position of the pressure limiting device. As a result, the pressure limiting device takes off in a depressurized state always a defined switching position.
Wenn der Kolben an seinem dem ersten Bund abgewandten Ende einen Dichtkegel aufweist und der Dichtkegel in Schließstellung der Druckbegrenzungseinrichtung auf einem Dichtsitz des Gehäuses aufliegt, wird bei abgeschalteter Brennkraftmaschine der Druck im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems aufrechterhalten, was die Bildung von Dampfblasen verhindert.When the piston on its first fret opposite end has a sealing cone and the sealing cone in closed position the pressure limiting device rests on a sealing seat of the housing, the pressure in the high pressure range when the internal combustion engine is switched off maintain the fuel system, causing the formation of vapor bubbles prevented.
Wenn die Aufrechterhaltung des Drucks im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems bei abgeschalteter Brennkraftmaschine nicht gewünscht wird, kann alternativ vorgesehen werden, dass im Gehäuse ein Absatz ausgebildet ist, und dass der Kolben in Schließstellung der Druckbegrenzungseinrichtung an dem Absatz anliegt.If maintaining pressure in the high-pressure area of the fuel system when the internal combustion engine is switched off not wished is alternatively provided that a Paragraph is formed and that the piston in the closed position the pressure limiting device rests on the shoulder.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kolben einen dritten Bund aufweist, und dass die Ausgleichskammer zusätzlich von dem dritten Bund begrenzt wird, wobei der Durchmesser des dritten Bundes kleiner als der Durchmesser des ersten Bundes ist. Dadurch wird die resultierende hydraulische Kraft auf den ersten Bund verringert, was – bei sonst gleichen hydraulischen Randbedingungen – eine kleinere Feder zwischen Kolben und Gehäuse ermöglicht. Dadurch kann die Feder kleiner ausgeführt werden, was das Bauvolumen der gesamten Druckbegrenzungseinrichtung verringern hilft. Dadurch, dass ein teilweiser Ausgleich der hydraulischen Kräfte zwischen erstem Bund und drittem Bund stattfindet, sind die von dem Kolben auf die Feder ausgeübten Kräfte sehr klein, ohne dass die Kolbendurchmesser sehr klein werden. Bei der Serienfertigung von Drehteilen mit Durchmessern kleiner 4 mm und großer Präzision steigen die Herstellungskosten gegenüber etwas größer dimensionierten. Teilen stark an. Dadurch können die Kosten der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung minimiert werden.Another particularly advantageous Embodiment of the invention provides that the piston has a third Has federal government, and that the compensation chamber in addition from the third federal government is limited, the diameter of the third fret smaller than the diameter of the first fret. This will result hydraulic force on the first fret reduces what - at otherwise same hydraulic boundary conditions - a smaller spring between Piston and housing allows. This allows the spring to be made smaller, which reduces the construction volume the entire pressure relief device helps to reduce. Thereby, that a partial balance of hydraulic forces between first fret and third fret takes place are those of the piston exerted on the spring personnel very small without the piston diameter becoming very small. at series production of turned parts with diameters smaller than 4 mm and great Precision increase compared to the manufacturing costs dimensioned somewhat larger. Share strongly. This allows the cost of the pressure limiting device according to the invention be minimized.
Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn der dritte Bund mit der Bohrung einen Raum begrenzt und dieser Raum mindestens mittelbar mit einem Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems hydraulisch in Verbindung steht, so dass eventuell anfallende Leckagen abgeführt werden können.It has further proven beneficial proven when the third collar with the bore delimits a space and this space at least indirectly with a low pressure area of the fuel system is hydraulically connected, so that possibly leaks are discharged can be.
Die erfindungsgemäßen Vorteile können alternativ auch mit einer Druckbegrenzungseinrichtung für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine erzielt werden, wobei die Druckbegrenzungseinrichtung zwischen einer Hochdruck-Kraftstoffleitung und einer Niederdruck-Kraftstoffleitung angeordnet ist, mit einem Gehäuse, mit einem in einer Bohrung des Gehäuses geführten Kolben, welcher ab einer bestimmten zwischen Hochdruck-Kraftstoffleitung und Niederdruck-Kraftstoffleitung vorhandenen Druckdifferenz diese hydraulisch verbindet, und mit einer Ausgleichskammer, wenn die Ausgleichskammer durch einen in einer Ausgleichsbohrung des Gehäuses geführten Ausgleichskolben begrenzt wird, wenn die Ausgleichskammer mit dem Förderraum hydraulisch in Verbindung steht, und wenn der Ausgleichskolben so gegen eine Wegbegrenzung vorgespannt ist, dass das Volumen der Ausgleichskammer minimal ist. Durch diese Merkmale wird ein als Federspeicher ausgeführter Zwischenspeicher gebildet, der beim Auftreten von kurzzeitigen Druckpulsationen, deren Druckenergie in mechanische Energie umwandelt und nach dem Abklingen der Druckpulsationen diese Energie wieder in Druckenergie umwandelt. Dadurch werden die Druckspitzen im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems geglättet und ein unerwünschtes Öffnen des Druckbegrenzungsventils verhindert.The advantages according to the invention can be alternative also with a pressure limiting device for a fuel system Internal combustion engine can be achieved, the pressure limiting device between a high pressure fuel line and a low pressure fuel line is arranged with a Casing, with a piston guided in a bore of the housing, which from one determined between high pressure fuel line and low pressure fuel line existing pressure difference this connects hydraulically, and with a compensation chamber if the compensation chamber is replaced by a a compensating hole in the housing guided compensation piston is limited if the compensation chamber with the delivery room is hydraulically connected, and if the compensating piston so is biased against a travel limit that the volume of the compensation chamber is minimal. These features make an intermediate store designed as a spring store formed, when short-term pressure pulsations occur Converted pressure energy into mechanical energy and after decay the pressure pulsations converts this energy back into pressure energy. Thereby become the pressure peaks in the high pressure area of the fuel system smoothed and an unwanted opening of the Pressure relief valve prevented.
Die Wirkung dieser Druckbegrenzungseinrichtung kann sich bestmöglich entfalten, wenn die Ausgleichsbohrung im Gehäuse oder in einem Pumpenkolben der Kraftstoffpumpe angeordnet ist, da die oben beschriebene Glättung der Druckspitzen in unmittelbarer Nähe ihrer Entstehung erfolgt.The effect of this pressure relief device can do the best possible unfold if the compensating hole in the housing or in a pump piston the fuel pump is arranged because the smoothing described above Pressure peaks in the immediate vicinity their emergence takes place.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftstoffsystem zum Zuliefern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, mit einem Vorratsbehälter, mit einer ersten Kraftstoffpumpe, welche eingangsseitig mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, mit einer zweiten Kraftstoffpumpe, welche eingangsseitig über eine Kraftstoffverbindung mit der ersten Kraftstoffpumpe verbunden ist, und mit einer Druckbegrenzungseinrichtung, welche den Druck in einer Kraftstoffverbindung auf der Ausgangsseite der zweiten Kraftstoffpumpe begrenzt.The present invention relates to also a fuel system for supplying fuel for an internal combustion engine, with a storage container, with a first fuel pump, which on the input side with the reservoir is connected to a second fuel pump, which on the input side via a Fuel connection is connected to the first fuel pump, and with a pressure limiting device, which the pressure in a Fuel connection on the output side of the second fuel pump limited.
Um ein solches Kraftstoffsystem möglichst variabel bauen zu können, ohne dass zusätzliche Kosten anfallen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Druckbegrenzungseinrichtung in der oben beschriebenen Art ausgebildet ist.In order to be able to build such a fuel system as variably as possible without incurring additional costs, the invention proposes gene that the pressure limiting device is designed in the manner described above.
Dabei wird vorgeschlagen, dass die zweite Kraftstoffpumpe eine 1-Zylinder-Kolbenpumpe umfasst. Bei einer solchen Kraftstoffpumpe sind die Druckpulsationen besonders ausgeprägt, so dass hier die erfindungsgemäße Druckbegrenzungseinrichtung sehr wirkungsvoll arbeitet.It is proposed that the second fuel pump comprises a 1-cylinder piston pump. at The pressure pulsations are special in such a fuel pump pronounced, so that here the pressure limiting device according to the invention works very effectively.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems ist die Druckbegrenzungseinrichtung an die zweite Kraftstoffpumpe angebaut, vorzugsweise in diese integriert. Eine derartige Anordnung der Druckbegrenzungseinrichtung innerhalb des Kraftstoffsystems hat den Vorteil, dass auf eine Rückflussleitung von der Druckbegrenzungseinrichtung beispielsweise zum Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems verzichtet werden kann. Hierdurch werden die Kosten für das erfindungsgemäße Kraftstoffsystem erheblich gesenkt.In a particularly preferred further training of the fuel system according to the invention is the pressure limiting device to the second fuel pump grown, preferably integrated into this. Such an arrangement the pressure limiting device within the fuel system has the advantage of being on a return line from the pressure limiting device, for example, to the low pressure area the fuel system can be dispensed with. This will make the costs for the fuel system according to the invention significantly reduced.
Zeichnungdrawing
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:Exemplary embodiments of the Invention with reference to the accompanying drawings in detail explained. The drawing shows:
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments
In
Der Niederdruckbereich
Die Niederdruck-Kraftstoffleitung
Ausgangsseitig fördert die Hochdruckpumpe
Der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung
Um bei einem Ausfall des Mengensteuerventils
Die
Hochdruckpumpe
The high pressure pump
In Strömungsrichtung gesehen unmittelbar hinter
dem Auslassventil ist eine Bohrung
Zwischen erstem Bund
Im Gehäuse
Der zweite Bund
Oberhalb des zweiten Bundes
Damit bei geöffneter Druckbegrenzungseinrichtung
Die Funktionsweise dieser erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung
Wenn während
des Förderhubs
der Pumpe
If during the delivery stroke of the pump
Wenn die Fördermengenregelung des Kraftstoffsystems
In
Die Überdeckung
In
Der wesentliche Unterschied zu dem
ersten Ausführungsbeispiel
gemäß
Der Bund
Da die von der Ausgleichskammer
Mit dem Ausführungsbeispiel gemäß
Das hydraulische Verhalten dieses zweiten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels.The hydraulic behavior of this second embodiment corresponds essentially to that of the first exemplary embodiment.
In
Das dritte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung
Allgemein wird bei der Auslegung
der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventile
In
Wenn das Druckbegrenzungsventil
Nachfolgend werden die Maßnahmen,
welche das ungewollte Öffnen
des Druckbegrenzungsventils
Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß
In the embodiment according to
In der in
Die Vorspannung der Druckfeder
Zwischen dem Förderraum
Zusätzlich sind in einer Zweigleitung
Das Druckbegrenzungsventil
In
Gesichert wird der Ausgleichskolben
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