DE19612413A1 - Druckfluid-Versorgungssystem, insbesondere für ein Kraftstoff-Einspritzsystem - Google Patents
Druckfluid-Versorgungssystem, insbesondere für ein Kraftstoff-EinspritzsystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Druckfluid-Versorgungs
system, insbesondere für ein Kraftstoff-Einspritzsystem
beispielsweise für eine Dieselbrennkraftmaschine, gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Druckfluid-Versorgungssysteme werden als Com
mon-Rail (CR-)-Systeme bezeichnet, bei denen die einzelnen
Verbraucher, d. h. bei Kraftstoff-Einspritzsystemen die ein
zelnen Einspritzdüsen an eine gemeinsame, von der Hoch
druckpumpe gespeiste Hochdruckleitung angeschlossen sind.
Gemäß einer bekannten Version, wie sie beispielsweise in
der DE 41 26 640 A1 beschrieben ist, ist an die Common-Rail
ein Proportional-Druckbegrenzungsventil angeschlossen, das
die Funktion hat, jeweils soviel von der Pumpe geförderten
Kraftstoff zurückfließen zu lassen, daß sich in der Common-
Rail der jeweils gewünschte Druck einstellt. Diesem Druck
begrenzungsventil kann auch die Aufgabe übertragen werden,
bei Fehlern im System den Druck in der Common-Rail schnell
auf einen niedrigeren Wert abzubauen.
Nachteilig bei diesem bekannten System sind die Ener
gieverluste aufgrund des über das Druckbegrenzungsventil
abströmenden Druckfluids bzw. Kraftstoffs. Günstiger ist
es, den Druck in der Common-Rail durch eine variable För
dermenge der Hochdruckpumpe zu variieren. Ein CR-System mit
dieser Art von Drucksteuerung ist aus der EP 0 299 337 A2
bekannt und bildet den Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die variable Fördermenge des Druckfluids und damit die An
passung des Drucks in der Common-Rail bzw. der gemeinsamen
Hochdruckleitung an den Druckfluidbedarf der Verbraucher
erfolgt über eine der Hochdruckpumpe vorgeschaltete Saug
drossel, die unter Zuhilfenahme eines von einem Drucksensor
in der Common-Rail erfaßten Druckwerts entsprechend einge
stellt wird, daß der erfaßte Druck den gewünschten Wert an
nimmt. Es ist auch weiterhin ein an die Common-Rail ange
schlossenes Druckbegrenzungsventil vorgesehen, das jedoch
nur noch zur Maximaldruckbegrenzung dient.
Bei dem Druckfluid-Versorgungssystem der Common-Rail-
Bauart gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist
nachteilig, daß dann, wenn im System ein Notfall, bei
spielsweise ein Klemmen einer Injektionsnadel festgestellt
wird oder wenn eine sehr schnelle Anpassung an eine gerin
gere Last und damit die Einstellung auf einen geringeren
Einspritzdruck erforderlich wird, der Druck in der Common-
Rail nicht schnell genug abgebaut werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Druckfluid-Versorgungssystem insbesondere für ein Kraft
stoff-Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1 derart weiterzubilden, daß mit geringem vorrich
tungstechnischen Aufwand bei Auftreten von Notfällen am
System ein schnellerer Druckabbau ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan
spruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird an die Common-Rail, die über eine
sauggedrosselte Pumpe gespeist wird, ein Druckentlastungs
ventil angeschlossen, das im Notfall, d. h. beim Auftreten
von Ereignissen, die in äußerst kurzer Zeit einen Druckab
bau in der Common-Rail erfordern, aktivierbar ist, und zwar
vorzugsweise in Abhängigkeit von den Druck- oder Durch
strömungsverhältnissen im Bereich der Saugdrossel. Fehlbe
anspruchungen des Druckfluid-Versorgungssystems einerseits
und des zugeordneten Aggregats wie z. B. des Motors anderer
seits, können auf diese Weise wirksam ausgeschlossen
werden. Aufgrund der Aktivierung des
Druckentlastungsventils in Abhängigkeit von den Druck
und/oder Durchströmungsverhältnissen im Bereich der
Saugdrossel läßt sich der vorrichtungs- und insbesondere
der schaltungstechnische Aufwand klein halten, in dem der
Ansteuerungszustand der Saugdrossel zur Erzeugung eines
geeigneten Stellsignals für das Druckentlastungsventil
nutzbar wird. Die erfindungsgemäße Gestaltung des
Druckfluid-Versorgungssystems sorgt somit für eine wirksame
Absicherung bei Feststellung eines Notfalls am System, ohne
daß ein zusätzliches und aufwendiges
Hochdruckentlastungsventil mit Magnetbetätigung (DBE-Ven
til) vorgesehen werden müßte.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unter
ansprüche.
Die Weiterbildung des Patentanspruchs 2 hat den Vor
teil, daß die Anzahl der bewegten Teile verringerbar ist,
in dem die Bewegung der Saugdrossel als Stellbewegung für
das Druckentlastungsventil herangezogen wird.
Eine weitere Vereinfachung des Aufbaus ergibt sich mit
der Weiterbildung des Anspruchs 3, in dem dem Stellelement
für die Saugdrossel gleichzeitig die Aufgabe der Betätigung
des Druckentlastungsventils übertragen wird.
Wenn das Druckentlastungsventil erst nach Überschreiten
eines Grenz-Stellwegs der Saugdrossel anspricht, ergibt
sich eine erhöhte Funktionssicherheit des Druckfluid-Ver
sorgungssystems. Es kann mit diesen Maßnahmen zuverlässig
sichergestellt werden, daß das Druckentlastungsventil tat
sächlich nur in Notfällen und nicht im Bereich gewöhnlicher
Stellbewegungen der Saugdrossel ausgelöst wird.
Die Nutzung der Stellbewegung der Saugdrossel zur Akti
vierung des Druckentlastungsventils läßt sich besonders
einfach dann realisieren, wenn das Stellelement der Saug
drossel gemäß Anspruch 6 von einem Schieberkolben gebildet
ist.
Es hat sich gezeigt, daß es zur wirksamen Absicherung
des CR-(Common-Rail)Systems durch bedarfsweisen schnellen
Druckabbau vollkommen genügt, das Druckentlastungsventil
als Sitzventil auszubilden, dessen Ventilkörper gemäß der
vorteilhaften Weiterbildung des Anspruchs 7 vom Stellele
ment der Saugdrossel gegen eine Rückstellkraft aufstoßbar
ist.
Um die Energieaufnahme des Antriebs für das Stellele
ment der Saugdrossel selbst für den Fall begrenzen zu kön
nen, daß der Ventilkörper des Druckentlastungsventils gegen
eine sehr hohe Druckkraft der Common-Rail zu verschieben
ist, ist die Weiterbildung gemäß Anspruch 10 von besonderem
Vorteil. Die kinetische Energie des Stellelements der Saug
drossel wird hier zur Unterstützung der Entsperrung des
Druckentlastungsventils genutzt. Der Antrieb für das
Stellelement der Saugdrossel, beispielsweise die Magnet
kraft kann auf diese Weise verhältnismäßig klein gehalten
werden, wobei dennoch eine ausreichende Aufsteuerkraft be
reitgestellt wird, in dem das Stellelement der Saugdrossel
mit Anlaufstrecke gegen den den Hochdruck absperrenden Ven
tilkörper schlägt. Selbstverständlich ist es auch möglich,
zum Abheben des Ventilkörpers eine andere Kraftübersetzung
heranzuziehen, beispielsweise eine Hubhilfe.
Eine weitere Möglichkeit der Realisierung der erfin
dungsgemäßen Aktivierung des Druckentlastungsventils ist
Gegenstand des Anspruchs 13. Gemäß dieser Weiterbildung
wird das Druckentlastungsventil dann aktiviert, wenn die
Durchströmungsmenge der Saugdrossel einen bestimmten Wert
unterschreitet. Zur Ableitung eines geeigneten Stellsignals
für das Druckentlastungsventil kann hierbei auch der Druck
strom ab der Hochdruckpumpe herangezogen werden, wenn das
Druckentlastungsventil zwischen Common-Rail und Hochdruck
pumpe geschaltet wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen Druckent
lastungsventils ist Gegenstand des Anspruchs 15. Dabei wird
in vorteilhafter Weise von dem Drosseleffekt des im Ventil
körper eingebauten Rückschlagventils Gebrauch gemacht. Der
Ventilkörper sperrt die Common-Rail solange ab, bis im För
derbetrieb der Hochdruckpumpe am Rückschlagventil ein
Druckabbau stattfindet. Wenn die Saugdrossel sperrt, so
wird die Fördermenge der Hochdruckpumpe zu Null, woraufhin
das Rückschlagventil schließt und der Druck in der Common-
Rail den Ventilkörper öffnet und eine Verbindung zum Tank
herstellt.
Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 16 hat den weiteren
Vorteil, daß mit einfachen Mitteln im Förderbetrieb der
Hochdruckpumpe eine Differenz der druckbeaufschlagten
Flächen zu beiden Seiten des Ventilkörpers bereitgestellt
wird, mit der die Zuhaltung des Ventilglieds unterstützt
wird.
Das Druckentlastungsventil kann gemäß der weiteren Va
riante nach Anspruch 18 auch in Abhängigkeit vom Druckstrom
auf der Saugdrossel aktiviert werden, was Gegenstand des
Anspruchs 18 ist. Diese Variante zeichnet sich insbesondere
dann durch eine gute Ansprechcharakteristik aus, wenn die
Saugdrossel zwischen einer Vorförderpumpe und der Hoch
druckpumpe angeordnet wird. Wenn somit beim Auftreten einer
Notfallsituation die Vorförderpumpe abgeschaltet wird, wird
die Steuerkammer des Druckentlastungsventils schlagartig
entlastet, so daß das Druckentlastungsventil öffnet.
Es ist schließlich auch möglich, das Druckentlastungs
ventil gemäß Anspruch 19 in Abhängigkeit vom Druckstrom ab
der Saugdrossel zu aktivieren. Dabei wird von dem Effekt
Gebrauch gemacht, daß dieser Druck nach dem Zusteuern der
Saugdrossel und bei anhaltender Antriebsbewegung der Hoch
druckpumpe schnell absinkt und somit in kürzester Zeit ein
starkes Stellsignal für die Steuerkammer des Druckentla
stungsventils bereitgestellt wird.
Die Ausgestaltung des Druckentlastungsventils gemäß An
spruch 21 eröffnet die Möglichkeit einer günstigen Kraft
übersetzung.
Die Dynamik des Entlastungsventils läßt sich mit der
Weiterbildung des Anspruchs 23 noch steigern.
Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen
mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen hydraulischen Schaltkreis des Druck
fluid-Versorgungssystems in der Ausgestaltung als Common-
Rail (CR)-Kraftstoff-Einspritzsystem mit magnetbetätigter
Saugdrosselregelung und Notfall-Druckentlastung;
Fig. 2 ein Detail einer weiteren Ausführungsform
des Druckfluid-Versorgungssystems in einer etwas abgewan
delten Ausgestaltung der Ansteuerung des Druckentlastungs
ventils;
Fig. 3 eine Variante des Druckfluid-Versorgungs
systems mit einer Abwandlung der Ansteuerung des Druckent
lastungsventils;
Fig. 4 eine konkrete Ausführungsform der Ansteue
rung des Druckentlastungsventils mit einer mechanischen
Kopplung zwischen einem Stellelement der Saugdrossel und
einem Stößel für den Ventilkörper des Druckentlastungsven
tils;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Druckfluid-
Versorgungssystems mit einem abgewandelten Steuerteil für
das Druckentlastungsventil;
Fig. 6 die Einzelheit VI in Fig. 5;
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des Druckfluid-
Versorgungssystems mit einer abgewandelten Ausgestaltung
und Aktivierung des Druckentlastungsventils; und
Fig. 8 einen der Fig. 7 ähnlichen Ausschnitt des
Hydraulikkreises für das Druckfluid-Versorgungssystem mit
einer abgewandelten Ansteuerung des
Druckentlastungsventils.
Fig. 1 zeigt schematisch den Hydraulikkreis für ein
Kraftstoff-Einspritzsystem einer Dieselbrennkraftmaschine,
wobei des Kraftstoff-Einspritzsystem als "Common-Rail"-
System (CR-System) ausgebildet ist. Mit dem Bezugszeichen
10 ist eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, beispiels
weise eine Dieselbrennkraftmaschine gezeigt, der eine Reihe
von Kraftstoff-Einspritzdüsen 12₁ bis 12 n zugeordnet sind.
Die Einspritzdüsen sind an eine gemeinsame Hochdruckleitung
14, d. h. an eine sogenannte "Common-Rail" angeschlossen,
die von einer Hochdruckpumpe 16 gespeist ist. Die Hoch
druckpumpe 16 wird vorzugsweise von einer Radialkolbenpumpe
gebildet. Mit 17 ist ein Speicher bezeichnet, der an die
Common-Rail 14 angeschlossen ist.
Mit dem Bezugszeichen 18 ist eine elektronische Steuer
einheit bezeichnet, mit der über die elektrischen Steuer
leitungen 20₁ bis 20 n die Einspritzdüsen 12₁ bis 12 n ange
steuert werden. Die Ansteuerung erfolgt in Abhängigkeit von
verschiedenen Parametern, beispielsweise von Betriebspara
metern wie z. B. der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10, was
durch einen Meßwertaufnehmer 22 angedeutet ist, dessen Si
gnal über die Leitung 24 auf die elektronische Steuerein
heit 18 gegeben wird. Ein weiteres Eingangssignal für die
elektrische Steuereinheit 18 wird von einem Gaspedal 26 ab
gegriffen, dessen Stellung in Verbindung mit den weiteren
Eingangsgrößen der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine
10 den Einspritzzeitpunkt, die Einspritzdauer und den Ein
spritzdruck festlegt.
Zur Verringerung der Energieverluste wird der Ein
spritzdruck und damit der Druck in der Common-Rail 14 durch
eine variable Fördermenge der Hochdruckpumpe 16 gesteuert.
Es wird bei dieser Steuerung nur soviel Kraftstoff von der
Hochdruckpumpe 16 in die Common-Rail 14 verdrängt, wie dies
zur Einstellung des Solldrucks in der Common-Rail 14 benö
tigt wird. Zu diesem Zweck ist in der Saugleitung der Hoch
druckpumpe 16 eine variable Saugdrossel 28 vorgesehen, de
ren Durchflußquerschnitt über ein Verstellteil 30 in Abhän
gigkeit eines Signals in der Steuerleitung 32 derart verän
derbar ist, daß sich in der Common-Rail 14 ein gewünschter
Solldruck einstellt, der von einem Drucksensor 34 gemessen
und über die Signalleitung 36 auf die elektronische Steuer
einheit 18 gegeben wird. Auf diese Weise wird mit Hilfe ei
ner Saugdrosselregelung der Druck in der Common-Rail 14 mit
geringen Energieverlusten einstellbar.
Mit dem Bezugszeichen 38 ist eine Vorförderpumpe be
zeichnet, die das Druckfluid, d. h. den Kraftstoff über die
Saugdrossel 28 der Hochdruckpumpe 16 zuführt. Der Druck
stromab der Vorförderpumpe 38 ist über ein Rückschlagventil
40 abgesichert.
Die Besonderheit des in Fig. 1 gezeigten Hydraulik
kreises des Druckfluid-Versorgungssystems besteht in der
mit strichpunktierten Linien hervorgehobenen Einrichtung
zur Regelung und schnellen Druckentlastung der Common-Rail
bei einem eventuell auftretenden Notfall am System. Ein
solcher Notfall liegt beispielsweise dann vor, wenn eine
Injektionsnadel einer Einspritzdüse 12₁ bis 12 n klemmen
sollte oder wenn aus anderen Gründen eine extrem schnelle
Anpassung an eine geringere Last und damit die schnelle
Einstellung eines geringeren Einspritzdrucks erforderlich
wird. Kern dieser zusätzlichen Einrichtung ist ein mit dem
Bezugszeichen 50 bezeichnetes Druckentlastungsventil, das
in einer von der Common-Rail 14 zu einem Tank 42 führenden
Leitung 44 angeordnet und - wie mit gestrichelten Linien
angedeutet - über ein Stellsignal unter Zwischenschaltung
einer mit strichpunktierten Linien angedeuteten Signalum
formungseinrichtung 46 in Abhängigkeit von dem Druck
und/oder Durchströmungsverhältnissen im Bereich der Saug
drossel 28 aktivierbar ist. Diese Abhängigkeit von den
Druck- und/oder Durchströmungsverhältnissen ist durch die
gestrichelten Linien 48₁ bis 48₄ angedeutet.
Das in Fig. 1 gezeigte Druckfluid-Versorgungssystem hat
durch die Aktivierbarkeit des Druckentlastungsventils 50 in
Abhängigkeit von den Druck- und/oder Durchströmungsverhält
nissen im Bereich der Saugdrossel 28 den besonderen Vor
teil, daß mit einem sehr kleinen schaltungstechnischen Zu
satzaufwand beim Auftreten eines Notfalls im CR-System eine
schnelle und zuverlässige Druckentlastung der Common-Rail
14 sichergestellt werden kann, wobei das Stellsignal in der
Leitung 32 für die Saugdrossel 28 nutzbar ist. Dies führt
gleichzeitig zu dem besonderen Vorteil, daß Betriebszu
stände wirksam ausgeschlossen sind, in denen die Hochdruck
pumpe 16 noch ausreichend mit Kraftstoff versorgt wird, je
doch gleichzeitig das Druckentlastungsventil 50 geöffnet
ist, was zu unerwünschten Energieverlusten führen würde.
Anhand der Fig. 2 soll eine erste konkrete Ausführungs
form der Aktivierungsmimik für das Druckentlastungsventil
beschrieben werden. Zur Beschreibung dieser Ausgestaltung
werden der Einfachheit halber ähnliche Bezugszeichen für
Komponenten verwendet, die den Bauteilen des Druckfluid-
Versorgungssystems gemäß Fig. 1 ähnlich sind, wobei eine
"1" vorangestellt ist. Die Darstellung gemäß Fig. 2 läßt
erkennen, daß das Druckentlastungsventil 150 mit einem
Stellglied 154 der variablen Saugdrossel 128 über eine me
chanische Kopplung 152 in Verbindung steht, und zwar der
art, daß das Druckentlastungsventil 150 durch die Bewegung
des Stellglieds 154 über den Saugdruckregelungsbereich hin
aus aus einer Schließstellung A in eine Durchgangsstellung
B verschiebbar ist, was zu einer schnellen Druckentlastung
der Common-Rail 114 führt. Die Kopplung zwischen dem Stell
glied 154 und einem Ventilkörper des Druckentlastungs
ventils 150 hat dabei den vorteilhaften Nebeneffekt, daß
die Saugdrossel 128 im Moment der Aufsteuerung des
Druckentlastungsventils 150 regelmäßig so weit geschlossen
ist, daß die Hochdruckpumpe 116 den Druckabbau in der Com
mon-Rail 114 nicht mehr verzögern kann.
Fig. 3 zeigt eine Variante der Ansteuerung des
Druckentlastungsventils. Zur Vereinfachung der Beschreibung
sind auch hier für Komponenten, die den Bauteilen der zuvor
beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen, ähnliche
Bezugszeichen zugeordnet, denen eine "2" vorgeschaltet ist.
Auch bei dieser Ausgestaltung ist das Druckentlastungs
ventil 250 durch eine mechanische Kopplung 252 mit dem
Stellelement 254 der Saugdrossel 228 verbunden. Das
Stellelement 254 der Saugdrossel 228 ist hier von einem
Ventilschieber eines stetig verstellbaren 2/2-Wegeventils
gebildet, das über ein Steuerteil 256 angesteuert ist. In
Fig. 3 ist dieses Steuerteil hydraulisch betätigt. Es soll
jedoch an dieser Stelle hervorgehoben werden, daß es vorzu
ziehen ist, die Saugdrossel 228 elektrisch, d. h. mit Ma
gnetbetätigung, anzusteuern. Diese Variante ist Gegenstand
der in Fig. 4 gezeigten Ausgestaltung.
Bei dieser Variante sind Bauteile, die den Elementen
der zuvor beschriebenen Ausführungsformen entsprechen, mit
ähnlichen Bezugszeichen versehen, denen jedoch eine "3"
vorangestellt ist.
Bei der Variante gemäß Fig. 4 ist das Verstellteil 330
von einem Elektromagnet gebildet, dessen Magnetanker 358
mit einem Schieberkolben 354 der Verstelldrossel 328 in An
lagekontakt steht. Eine Eindrehung 360 bildet eine Steuer
kante 362 zur Einstellung einer variablen Drossel im Zusam
menwirken mit einer Gehäusebohrung 364 aus, über die Kraft
stoff von der Vorförderpumpe 338 zur Hochdruckpumpe 316 ge
fördert wird. Das Gehäuse ist mit 366 bezeichnet und nimmt
gleichzeitig das Druckentlastungsventil 350 auf, das von
einem Sitzventil gebildet ist. Der Ventilkörper des
Druckentlastungsventils 350 ist von einer Kugel 366 gebil
det, die mittels einer Feder 368 gegen einen Ventilsitz 370
gedrückt wird. Hinter dem Ventilsitz 370 ist eine Axial
bohrung 371 ausgebildet, durch die sich eine stößelartige
Verlängerung 372 des Schieberkolbens 354 erstreckt. In der
Regelstellung der Saugdrossel 328 (wie gezeigt) berührt das
in der Fig. 4 linke Ende des Stößels 372 die Kugel 366
noch nicht. Der Stößel hat statt dessen von der Kugel 366
einen Anlaufabstand AA. Mit dem Bezugszeichen 373 ist eine
Bohrung bezeichnet, die einerseits mit dem Tank in Verbin
dung steht und andererseits in die Bohrung 371 unmittelbar
hinter dem Ventilsitz 370 mündet.
Für den Fall, daß im CR-System ein schneller Druckabbau
erforderlich sein sollte, weil am System ein Notfall fest
gestellt wird, wird der Magnetanker 358 über den Regelaus
schlag hinaus gemäß Fig. 4 nach links bewegt. Die Steuer
kante 362 verschließt die Bohrung 364 zunächst vollständig.
Der Schieberkolben 354 wird vom Magneten 330 weiter be
schleunigt, weil der Anlaufabstand AA noch nicht überbrückt
ist. Erst nach Durchlaufen dieses Anlaufabstandes AA trifft
der Stößel 372 auf die Kugel 366 und gibt den Strömungsweg
von der Leitung 344 über den Ventilsitz 370 und die Bohrung
373 zum Tank schlagartig frei, wodurch eine schnelle Druck
entlastung der Common-Rail 314 erfolgt. Über die Masse des
Schieberkolbens 354 und den Anlaufabstand AA läßt sich die
Magnetkraft selbst dann klein halten, wenn auf die Ventil
kugel 366 eine hohe Druckkraft einwirkt.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von
den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, daß
das Druckentlastungsventil 450 indirekt in Abhängigkeit von
der Durchströmungsmenge der Saugdrossel 428 und zwar direkt
in Abhängigkeit vom Druck stromab der Hochdruckpumpe 416
aktivierbar ist. Die Saugdrossel 428 ist wiederum elektro
magnetisch betätigt und kann durch Federkraft in eine
Schließstellung gebracht werden, die die Saugseite der
Hochdruckpumpe 416 von der Vorförderpumpe 438 abkoppelt.
Das Druckentlastungsventil 450 ist zwischen Hochdruckpumpe
416 und Common-Rail 414 geschaltet und es reagiert auf den
Kraftstofffluß, der durch die Verdrängung der Pumpe 416 her
vorgerufen wird. Zu diesem Zweck ist in einem Gehäuse 475
ein zylindrischer Ventilkörper 476 axial verschiebbar auf
genommen, wobei in einer axialen, gestuften Durchgangs
bohrung 477 ein Rückschlagventil 478 mit einer Kugel 479
aufgenommen ist. Die Kugel 479 ist von einer Feder 480 in
Schließstellung beaufschlagt. Das Gehäuse 475 hat neben dem
Eingang 481 einen gegenüberliegenden Hochdruckausgang 482
und einen Entlastungsanschluß 483 in Form einer an eine
Tankleitung 484 angeschlossenen Bohrung 485. Die den Hoch
druckausgang 482 zugewandte Stirnseite des zylindrischen
Ventilkörpers 476 bildet eine Steuerkante 486 aus, die in
eine Abschrägung 487 übergeht.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 funktioniert wie
folgt:
Solange über die Hochdruckpumpe 416 Kraftstoff in die
Common-Rail 414 gefördert wird, entsteht am Rückschlagven
til 478 ein Druckabfall Δp, der dem Ventilkörper 476 in der
in Fig. 6 gezeigten Position hält, in der die Common-Rail
414 zum Tank abgesperrt ist. Es besteht keine Strömungs
mittelverbindung zwischen der Bohrung 485 und dem Hoch
druckausgang 482. Unterstützt wird die Zuhaltung des zylin
drischen Ventilkörpers 476 noch durch eine Differenz in den
Flächen, die vom Hochdruck in der Common-Rail 414 einer
seits und dem um den Druckabfall Δp höheren Pumpendruck am
Eingang 481 beaufschlagt sind.
Wenn die Saugdrossel 428 in die in Fig. 5 gezeigte
Sperrstellung bewegt wird, wird die Fördermenge der Hoch
druckpumpe 416 zur Null und das Rückschlagventil 478
schließt. Der Druck in dem kleinen Volumen zwischen Hoch
druckpumpe 416 und Druckentlastungsventil 450 sinkt ver
hältnismäßig schnell durch Ablauf von Strömungsmittel, d. h.
Kraftstoff über Spalte in der Pumpe 416, so daß der Druck
in der Common-Rail 414 den zylindrischen Ventilkörper 476
gemäß den Fig. 5 und 6 nach links in die Öffnungs
stellung verschiebt, so daß der Druck in der Common-Rail
414 über die Bohrung 485 abgebaut wird. Die mit den Bezugs
zeichen 488 und 490 bezeichneten Strömungspfade dienen zum
Aufrechterhalten eines Kraftstoffstroms von der Vorförder
pumpe 438 über die Hochdruckpumpe 416 zur Tankleitung 484,
um damit aus der Hochdruckpumpe 416 Wärme abzuleiten. Im
Strömungspfad 488 ist vorzugsweise eine Düse 490 eingebaut,
mit der die Kühlströmung kontrollierbar ist. Über den Strö
mungspfad 490 kann dabei zusätzlich auf den schnellen
Druckabbau in der Hochdruckpumpe 416 nach dem Schließen der
Saugdrossel 428 Einfluß genommen werden.
Eine weitere Ausführungsform eines Druckentlastungsven
tils ist in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Hier ist das
Druckentlastungsventil 550 bzw. 650 wiederum von einem
Sitzventil mit einem kugelförmigen Ventilkörper 566 bzw.
666 gebildet, der mittels eines Steuerkolbens 590 bzw. 690
gegen einen Ventilsitz 591 bzw. 691 drückbar ist, so daß
die an die Common-Rail 514 bzw. 614 angeschlossene Leitung
544 bzw. 644 zu einer Tankleitung 573 bzw. 673 hin abge
sperrt ist. Der Steuerkolben 590 bzw. 690 trennt eine Ar
beitskammer 591 bzw. 691 von einer Entlastungskammer 592
bzw. 692. Mit 593 bzw. 693 ist eine Düse im Steuerkolben
590 bzw. 690 bezeichnet, über die bei Bewegung des Steuer
kolbens Kraftstoff aus der Steuerkammer in die Entlastungs
kammer verdrängt werden kann.
Unterschiedlich bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 7
und 8 ist die Art der Ansteuerung der Steuerkammer 591 bzw.
691.
Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 7 ist die Steuerkammer
591 über eine Leitung 594 an die Saugseite der Saugdrossel
528 stromab der Vorförderpumpe 538 angeschlossen. Mittels
eines Druckbegrenzungsventils 595 ist sichergestellt, daß
der Druck in der Leitung 594 und damit in der Steuerkammer
591 einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet. Wenn
die Vorförderpumpe 538 bei Feststellung eines Notfalls am
CR-System abgeschaltet wird, sinkt der Druck am Ausgang der
Vorförderpumpe 538 und damit in der Leitung 594 schnell ab,
woraufhin das Druckentlastungsventil 550 durch Verschiebung
des Steuerkolbens 590 schnell öffnet. Über die Düse 593 im
Steuerkolben 590 kann beim Öffnen des Entlastungsventils
vom Kolben verdrängtes Druckfluid, d. h. Kraftstoff über den
Kolben zum Tank abfließen, wodurch sich eine Verkürzung der
Schaltzeit des Druckentlastungsventils 550 ergibt.
Die Ansteuerung der Steuerkammer 691 bei der Ausgestal
tung gemäß Fig. 8 erfolgt über eine Steuerleitung 696, die
zum Saugdrosselventil 628 geführt ist. Abweichend von den
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Saugdros
selventil 628 hier mit einer zusätzlichen Steuerkante für
die Versorgung bzw. für die Absperrung der Steuerleitung
696 ausgestattet. Beim Auftreten eines Notfalls im CR-Sy
stem wird das Stellelement 654 des Saugdrosselventils 628
in die Schließstellung S verschoben, in der die Steuerlei
tung 696 von der Druckseite der Vorförderpumpe 638 abge
koppelt und mit der Saugseite der Hochdruckpumpe 616 ver
bunden ist. Gleichzeitig ist die Saugseite der Hochdruck
pumpe 616 ebenfalls von der Druckseite der Vorförderpumpe
638 abgesperrt. Bei dieser Variante wird somit der Druck am
Steuerkolben 690, d. h. in der Steuerkammer 691 durch Schal
ten des Saugdrosselventils 628 abgesenkt, wenn im CR-System
ein Notfall auftritt. Der Druck in der Steuerkammer 691
fällt dann rapide ab, so daß das Druckentlastungsventil 650
öffnet und die Verbindung zwischen Common-Rail 614 und
Tankleitung 673 herstellt.
Selbstverständlich sind Abweichungen von den beschrie
benen Ausführungsbeispielen möglich, ohne den Grundgedanken
der Erfindung zu verlassen. So ist es nicht unbedingt er
forderlich, im Zulauf der Hochdruckpumpe mit einer Saug
drossel zu arbeiten. Es ist vielmehr auch denkbar, mit
einer anderen Einrichtung zur Fördermengenvariation in
Abhängigkeit vom Solldruck in der Common-Rail zu arbeiten,
und das Druckentlastungsventil dann vorzugsweise in
Abhängigkeit von Zustandsparametern der Fördermengen-
Einstelleinrichtung im Notfall zu aktivieren.
Die Erfindung schafft somit ein Druckfluid-Versorgungs
system, insbesondere für ein Kraftstoff-Einspritzsystem
beispielsweise für eine Dieselbrennkraftmaschine, bei der
an eine gemeinsame, von einer Hochdruckpumpe gespeiste
Hochdruckleitung einzelne Verbraucher, insbesondere Ein
spritzdüsen angeschlossen sind. Die Druckfluidanforderung
der Einspritzdüsen ist in Abhängigkeit von Betriebsparame
tern des Systems, insbesondere der Dieselbrennkraftmaschine
gesteuert, wobei der Hochdruckpumpe zur Anpassung des
Drucks in der gemeinsamen Hochdruckleitung an den Druck
fluidbedarf der Verbraucher eine Saugdrossel vorgeschaltet
ist. Der Drosselquerschnitt der Saugdrossel ist mittels ei
nes von einem Drucksensor in der gemeinsamen Hochdruckleitung
abgeleiteten Signals veränderbar. Um mit sehr ge
ringem schaltungstechnischen Aufwand bei Bedarf einen
schnellen Druckabbau in der gemeinsamen Hochdruckleitung,
d. h. der sogenannten "Common-Rail" sicherzustellen, ist an
letztere ein Druckentlastungsventil angeschlossen, das vor
zugsweise in Abhängigkeit von den Druck- und/oder Durch
strömungsverhältnissen im Bereich der Saugdrossel aktivier
bar ist.
Claims (27)
1. Druckfluid-Versorgungssystem, insbesondere für ein
Kraftstoff-Einspritzsystem beispielsweise für eine
Dieselbrennkraftmaschine, mit einer gemeinsamen, von
einer Hockdruckpumpe gespeisten Hochdruckleitung (14;
114; 214; 314; 414; 514; 614), an die einzelne
Verbraucher (12), insbesondere Einspritzdüsen
angeschlossen sind, deren Druckfluidanforderung in
Abhängigkeit von Betriebsparametern des Systems,
insbesondere der Dieselbrennkraftmaschine gesteuert
ist, wobei der Hockdruckpumpe (16) zur Anpassung des
Drucks in der gemeinsamen Hochdruckleitung an den
Druckfluidbedarf der Verbraucher eine Saugdrossel (28)
vorgeschaltet ist, deren Drosselquerschnitt mittels
eines von einem Drucksensor (34) in der gemeinsamen
Hochdruckleitung abgeleiteten Signals (32) veränderbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die gemeinsame
Hochdruckleitung (14; 114; 214; 314; 414; 514; 614)
ein Druckentlastungsventil (50; 150; 250; 350; 450;
550; 650) angeschlossen ist, das vorzugsweise in
Abhängigkeit von den Druck- und/oder
Durchströmungsverhältnissen im Bereich der Saugdrossel
() aktivierbar ist.
2. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckentlastungsventil (50;
150; 250; 350; 450; 650) durch eine Stellbewegung der
Saugdrossel (28; 128; 228; 328; 428; 628) aktivierbar
ist.
3. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckentlastungsventil (50;
150; 250; 350) mit einem Stellelement (154; 254; 354,
372) der Saugdrossel (128; 228; 328) betätigbar ist.
4. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Ventilkörper (366) des
Druckentlastungsventils (350) mit dem Stellelement
(354) der Saugdrossel (328) mechanisch koppelbar ist.
5. Druckfluid-Versorgungssystem nach einem der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Druckentlastungsventil (350) nach Überschreiten eines
Grenz-Stellwegs der Saugdrossel (328) anspricht.
6. Druckfluid-Versorgungssystem nach einem der Ansprüche
2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement
der Saugdrossel (328) von einem Schieberkolben (354)
gebildet ist, mit dem ein Ventilkörper (366) des
Druckentlastungsventils (350) nach Durchlaufen seiner
Drosselwegstrecke aufsteuerbar ist.
7. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckentlastungsventil (350)
von einem Sitzventil gebildet ist, dessen Ventilkörper
(366) vom Stellelement (354) der Saugdrossel (328)
gegen eine Rückstellkraft aufstoßbar ist.
8. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ventilkörper des
Druckentlastungsventils (350) von einer Kugel (366)
gebildet ist, die von einem mittels des Stellelements
(354) der Saugdrossel (328) antreibbaren Stößel (372)
von ihrem Ventilsitz (370) abhebbar ist.
9. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stößel (372) vorzugsweise
einstückig mit dem Stellelement (354) der Saugdrossel
(328) verbunden ist.
10. Druckfluid-Versorgungssystem nach einem der Ansprüche
3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenkraft
des Stellelements (354) der Saugdrossel (328) zur
Aktivierung des Druckentlastungsventils (350)
herangezogen wird.
11. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (366) des
Druckentlastungsventils (350) nach Durchlaufen einer
zusätzlichen Anlaufstrecke (AA) vom Stellelement (354)
der Saugdrossel (328) aufgesteuert wird.
12. Druckfluid-Versorgungssystem nach einem der Ansprüche
3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper
des Druckentlastungsventils mittels einer Hubhilfe
aufsteuerbar ist.
13. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckentlastungsventil (450)
in Abhängigkeit von der Durchströmungsmenge der
Saugdrossel (428) aktivierbar ist.
14. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckentlastungsventil (450)
in Abhängigkeit vom Druck stromab der Hockdruckpumpe
(416) aktivierbar ist.
15. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckentlastungsventil (450)
einen vorzugsweise axial über ein Rückschlagventil
(478) durchströmten Ventilkörper (476) aufweist, der
durch die von der Hockdruckpumpe (416) erzeugte
Druckkraft in seiner den Ausgang (482) des
Druckentlastungsventils (450) zum Tank () hin
sperrenden Stellung gehalten wird.
16. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (476) im
wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und auf der
dem Rückschlagventil abgewandten Seite eine
Steuerkante (486) ausbildet, mit der bei einer axialen
Verschiebung aufgrund eines Druckabbaus stromauf des
Rückschlagventils (478) eine Strömungsverbindung
zwischen dem Ausgang (482) des Druckentlastungsventils
(450) und einer Ablaufleitung (485, 484) schaltbar
ist.
17. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (476) zur
Ausbildung der Steuerkante (486) eine stirnseitige
Abschrägung (487) hat und das Gehäuse (475) für den
Ventilkörper in diesem Bereich eine Ablaufbohrung
(485) aufweist.
18. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckentlastungsventil (550)
in Abhängigkeit vom Druck stromauf der Saugdrossel
(528) aktivierbar ist, indem eine Steuerkammer (591)
des Druckentlastungsventils (550) an die Saugseite der
Saugdrossel (528) angeschlossen ist.
19. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckentlastungsventil (650)
in Abhängigkeit vom Druck stromab der Saugdrossel
(628) aktivierbar ist.
20. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Saugdrossel (628) in einem
Saugdrosselventil ausgebildet ist, mit dem in einer
die Strömungsmittelverbindung vom Tank zur
Hockdruckpumpe (616) sperrenden Stellung (S) die
Saugseite der Hockdruckpumpe (616) mit einer
Steuerkammer (691) des Druckentlastungsventils (650)
verbindbar ist.
21. Druckfluid-Versorgungssystem nach einem der Ansprüche
18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das
Druckentlastungsventil (550; 650) einen Steuerkolben
(590; 690) hat, mit dem bei ausreichendem Druck in der
Steuerkammer (591; 691) ein Ventilglied (566; 666) des
Druckentlastungsventils in einer die Verbindung
zwischen gemeinsamer Hochdruckleitung (514; 614) und
einem Niederdruckbereich (573; 673; T) sperrenden
Stellung gehalten wird.
22. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 21, dadurch
gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (590; 690) einen
wesentlich größeren Durchmesser als das Ventilglied
(566; 666) hat.
23. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 21 oder 22,
dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkolben (590; 690)
eine Düse (593; 693) ausgebildet ist, über die
Druckfluid in der Steuerkammer (591; 691) beim Öffnen
des Druckentlastungsventils abfließen kann.
24. Druckfluid-Versorgungssystem nach einem der Ansprüche
1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement
(154; 354; 454; 554; 654) der Saugdrossel vom Anker
(358) eines Elektromagneten (330) angetrieben ist.
25. Druckfluid-Versorgungssystem nach einem der Ansprüche
1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß an die
gemeinsame Hochdruckleitung (14) ein Speicher (16)
angeschlossen ist.
26. Druckfluid-Versorgungssystem nach einem der Ansprüche
1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hockdruckpumpe (16; 116; 216; 316; 416; 516; 616)
beispielsweise in der Ausgestaltung als
Radialkolbenpumpe von einer Niederdruckpumpe
(Vorförderpumpe 38; 138; 238; 338; 438; 538; 638)
gespeist ist.
27. Druckfluid-Versorgungssystem nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet, daß für die Hockdruckpumpe
(416) ein Druckfluid-Kühlkreis (488, 489, 484, 498)
vorgesehen ist, der über eine gedrosselte
Bypassleitung zur Saugdrossel (428) gespeist ist.
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DE1996112413 DE19612413B4 (de) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | Druckfluid-Versorgungssystem, insbesondere für ein Kraftstoff-Einspritzsystem |
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