DE60311352T2

DE60311352T2 - Kraftstoffsystem mit einem Durchflussdruckregler

Info

Publication number: DE60311352T2
Application number: DE2003611352
Authority: DE
Inventors: Brian Clay Suffolk McIntyre; Barry S. Williamansburg Robinson; James Archie Virginia Beach Wynn Jr
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: DE60302104T2; EP1369580A1; DE60302104D1; US7131457B2; EP1369582B1; EP1369580B1; US20030226546A1; US6782871B2; DE60311352D1; US20040007267A1; EP1369582A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor sowie spezieller ein Kraftstoffsystem, welches einen Druckregler enthält, für ein Fahrzeug, das durch einen Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung angetrieben wird.
Hintergrund der Erfindung
In den meisten modernen Kraftstoffsystemen für Kraftfahrzeuge kommen Kraftstoffeinspritzventile zum Einsatz, die Kraftstoff zur Verbrennung in die Zylinder des Motors fördern. Die Kraftstoffeinspritzventile sind an einer Kraftstoff-Verteilerleitung angeordnet, in die Kraftstoff mittels einer Pumpe bereitgestellt wird. Der Druck, mit dem der Kraftstoff in der Kraftstoff-Verteilerleitung bereitgestellt wird, muss reguliert werden, um eine ordnungsgemäße Funktion der Kraftstoffeinspritzventile zu gewährleisten. Die Regulierung erfolgt mithilfe von Druckreglern, die den Druck des Kraftstoffs im System auf jedem Drehzahlniveau des Motors kontrollieren.
Die Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit, die in Litern pro Stunde gemessen wird, durch in der Technik bekannte Druckregler ist bei hoher Geschwindigkeit des Motors, die in Umdrehungen pro Minute gemessen wird, tendenziell gering, da im Verbrennungsprozess große Mengen Kraftstoff verbraucht werden. Bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten wird in der Verbrennung weniger Kraftstoff verbraucht und sind die Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeiten durch die Druckregler hoch. Diese hohen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeiten können zu einem inakzeptabel hohen Strömungsgeräusch- und Druckpegel führen.
Gemäß einem in der Technik bekannten Kraftstoffsystem, wie es in 8 dargestellt ist, wird Kraftstoff in einem in ein Fahrzeug eingebauten Kraftstofftank gelagert. Der Kraftstoff wird mittels einer Pumpe aus dem Kraftstofftank entnommen und durch einen Filter in die Kraftstoffeinspritzventile gefördert, welche den Kraftstoff in die Verbrennungszylinder im Motor bereitstellen. Die Kraftstoffeinspritzventile sind an einer Kraftstoff-Verteilerleitung angeordnet, in die Kraftstoff mittels einer Pumpe bereitgestellt wird. Der Druck, mit dem der Kraftstoff in der Kraftstoff-Verteilerleitung bereitgestellt wird, muss reguliert werden, um eine ordnungsgemäße Funktion der Kraftstoffeinspritzventile zu gewährleisten. Die Regulierung erfolgt mithilfe von Druckreglern, die den Druck des Kraftstoffs im System auf jedem Drehzahlniveau des Motors kontrollieren.
Ein erster bekannter Druckregler, wie er in 9 dargestellt ist, beinhaltet einen federbelasteten Ventilsitz mit einem Durchflusskanal in Längsrichtung. Der Durchflusskanal in Längsrichtung, welcher einen gleich bleibenden Querschnitt orthogonal zu einer Längsachse aufweist, kann in der Länge entlang der Längsachse modifiziert werden, um die Geräusch- und Fließleistungseigenschaften geringfügig zu verändern.
Ein zweiter bekannter Druckregler, wie er in 10 dargestellt ist, umfasst einen abgesetzten Durchflusskanal in Längsrichtung sowie auf beiden Seiten kreuzweise quergebohrte orthogonale Öffnungen. Diese kreuzweise quergebohrten Öffnungen streuen den Fluidstrom in einer Art und Weise, die eine Verbesserung der Strömungsgeräusch- und Fließleistungseigenschaften des bekannten Druckreglers aus 9 bewirkt. Allerdings ist die Herstellung eines Ventilsitzes mit dem abgesetzten Durchflusskanal in Längsrichtung und kreuzweise quergebohrten Öffnungen ein kostenintensiver Fertigungsprozess. Die europäische Patentschrift EP 1 1068 18 beschreibt ein Kraftstoffsystem, in dem ein Halteelement an einem Ventilsitz befestigt ist, der in einer zentralen Öffnung einer Membran angebracht ist.
Es besteht die Überzeugung, dass ein Kraftstoffsystem benötigt wird, das einen Druckregler beinhaltet, der kostengünstiger in der Fertigung ist und das Strömungsgeräusch sowie den Druck innerhalb akzeptabler Grenzen hält, auch bei hohen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeiten.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kraftstoffsystem für einen mit Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor einen Kraftstofftank, der so beschaffen ist, dass er den Kraftstoff enthält; eine Pumpe, die geeignet ist, den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zu entnehmen und den Kraftstoff mit Druck zu beaufschlagen; und einen Druckregler, der Folgendes umfasst: eine Trennvorrichtung zwischen einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer, einen Ventilsitz, der einen Durchflusskanal zwischen den Kammern definiert, wobei ein Fluidaustausch zwischen der ersten und der zweiten Kammer über den Durchflusskanal zugelassen wird; und eine Haltevorrichtung zur Befestigung der Membran am Ventilsitz; sowie Rohrleitungen, die den Kraftstofftank und die Pumpe miteinander verbinden, wobei die Rohrleitungen so beschaffen sind, dass sie Kraftstoff für den Verbrennungsmotor bereitstellen; wobei die Haltevorrichtung zur Befestigung der Membran am Ventilsitz perforiert ist und einen zylinderförmigen Bereich umfasst, der sich entlang der Längsachse erstreckt und in Bezug auf den Ventilsitz fixiert ist; sowie einen axialen Endbereich, der sich allgemein orthogonal bezogen auf die Längsachse von dem zylinderförmigen Bereich weg erstreckt, wobei der axiale Endbereich eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, wobei ein Fluidaustausch zwischen dem Durchflusskanal und der zweiten Kammer durch die Vielzahl der Öffnungen ermöglicht wird, wobei der Druckregler mindestens entweder ein allgemein gleich bleibendes Strömungsgeräusch bei allen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeiten oder einen allgemein einheitlichen Druck bei allen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeiten bereitstellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in die vorliegende Patentschrift einbezogen sind und einen Bestandteil derselben darstellen, veranschaulichen derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der vorstehenden allgemeinen Beschreibung sowie mit der weiter unten gegebenen ausführlichen Beschreibung zur Erläuterung der Merkmale der Erfindung.
1 veranschaulicht ein Kraftstoffsystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht einen Durchfluss-Druckregler des Kraftstoffsystems aus 1.
3 zeigt eine Schnittansicht des Ventilsitzes des Durchfluss-Druckreglers aus 2.
4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 5 der Haltevorrichtung des Durchfluss-Druckreglers aus 2.
5 zeigt eine detaillierte Ansicht der Haltevorrichtung aus 4.
6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Strömungsgeräusch, gemessen in Sones, und der Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit, gemessen in Kilogramm pro Stunde, darstellt.
7 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Druck, gemessen in Kilopascal, und der Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit, gemessen in Kilogramm pro Stunde, darstellt.
8 ist ein in der Technik bekanntes Kraftstoffsystem.
9 stellt einen ersten bekannten Druckregler dar.
10 stellt einen zweiten bekannten Druckregler dar.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 veranschaulicht ein Kraftstoffsystem 1000, welches einen Kraftstofftank 1010, eine Pumpe 1020, einen Filter 1030, einen Durchfluss-Druckregler 1040, eine Kraftstoff-Verteilerleitung 1050, mindestens ein Kraftstoffeinspritzventil 1060 und einen Verbrennungsmotor 1070 umfasst. Diese Bestandteile sind durch Rohrleitungen, die an späterer Stelle noch ausführlicher beschrieben werden, miteinander verbunden.
Der Kraftstofftank 1010 enthält Kraftstoff 1012. Die Pumpe 1020 wird dargestellt als innerhalb des Kraftstofftanks 1010 angeordnet. Die Pumpe 1020 kann jedoch auch außerhalb des Kraftstofftanks 1010 angeordnet oder in Bezug auf den Kraftstofftank 1010 entfernt montiert sein. Der Filter 1030 und der Durchfluss-Druckregler 1040 werden als innerhalb der Pumpe 1020 angeordnet dargestellt. Der Filter 1030 und der Durchfluss-Druckregler 1040 können jedoch auch entweder einzeln oder als kombiniertes Bauteil außerhalb der Pumpe 1020 angeordnet oder in Bezug auf die Pumpe 1020 entfernt montiert sein. Der Kraftstofftank 1010, die Pumpe 1020, der Filter 1030 und der Durchfluss-Druckregler 1040 können durch Rohrleitungen miteinander verbunden sein, sodass der Kraftstoff 1012 im Filter 1030 gefiltert werden kann, bevor er in die Pumpe 1020 gelangt, oder zwischen der Pumpe 1020 und der Kraftstoff-Verteilerleitung 1050. Der Durchfluss-Druckregler 1040 kann in eine Verzweigung der Rohrleitungen zwischen der Pumpe 1020 und dem Filter 1030 oder zwischen dem Filter 1030 und der Kraftstoff-Verteilerleitung 1050 angeordnet sein. Kraftstoff 1012, der aus dem Durchfluss-Druckregler 1040 austritt, wird in den Kraftstofftank 1010 zurückgeleitet. Der in die Kraftstoff-Verteilerleitung 1050 geförderte Kraftstoff 1012 wird in jedes der Kraftstoffeinspritzventile 1060 transportiert und anschließend von dem Kraftstoffeinspritzventil 1060 in den Verbrennungsmotor 1070 eingespritzt, beispielsweise in die einzelnen Verbrennungszylinder des Verbrennungsmotors 1070.
2 zeigt einen Durchfluss-Druckregler 1040 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Durchfluss-Druckregler 1040 umfasst ein Gehäuse 20. Das Gehäuse 20 ist durch eine Trennvorrichtung 30 in eine erste Kammer 40 und eine zweite Kammer 50 unterteilt. Die Trennvorrichtung 30 weist einen Durchflusskanal 60 auf, der die erste Kammer 40 mit der zweiten Kammer 50 verbindet. Ein Schließelement 70 ermöglicht bzw. verhindert einen Durchfluss durch den Durchflusskanal 60. Ein Filter 80 kann in dem Strömungspfad des Gehäuses 20 angeordnet sein. Das Gehäuse 20 verfügt über einen Einlass 202 und einen Auslass 204, die entlang einer Längsachse A versetzt angeordnet sind. Das Gehäuse 20 kann einen ersten Gehäuseteil 206 und einen zweiten Gehäuseteil 208 umfassen, die zusammengebördelt sind, um ein einheitliches Gehäuse 20 mit einem innen liegenden Hohlraum 211 zu bilden. Obwohl das einheitliche Gehäuse von zwei zusammengesetzten Einzelteilen gebildet wird, versteht es sich von selbst, dass das einheitliche Gehäuse auch aus einer Mehrzahl von Elementen, die miteinander verbunden werden, oder alternativ aus einem Stück geformt sein kann. Der Einlass 202 des Gehäuses 20 ist in dem ersten Gehäuseteil 206 angeordnet und der Auslass 204 des Gehäuses 20 ist in dem zweiten Gehäuseteil 208 angeordnet. Der Einlass 202 kann eine Vielzahl von Öffnungen 210 sein, welche in dem ersten Gehäuseteil 206 vorhanden sind. Der Auslass 204 kann ein Auslasskanal 212 sein, der in dem zweiten Gehäuseteil 208 angeordnet ist.
Der erste Gehäuseteil 206 kann einen ersten Basisteil 214, eine erste Seitenwand 218, die sich in einer ersten Richtung entlang der Längsachse A von dem ersten Basisteil 214 weg erstreckt, sowie einen ersten Flansch 220, der sich von der ersten Seitenwand 218 in einer Richtung erstreckt, welche im Wesentlichen quer zu der Längsachse A verläuft, umfassen. Der zweite Gehäuseteil 208 kann einen zweiten Basisteil 222, eine zweite Seitenwand 224, die sich in einer zweiten Richtung entlang der Längsachse A von dem zweiten Basisteil 222 weg erstreckt, sowie einen zweiten Flansch 226, der sich von der zweiten Seitenwand 224 in einer Richtung erstreckt, welche im Wesentlichen quer zu der Längsachse A verläuft, umfassen. Eine Trennvorrichtung 30, die eine Membran 300 enthalten kann, ist zwischen dem ersten Flansch 220 und dem zweiten Flansch 226 befestigt, um die erste Kammer 40 und die zweite Kammer 50 gegeneinander abzugrenzen. Der erste Flansch 220 kann um die Umfangskante des zweiten Flanschs 226 herumgreifen und kann mit dem zweiten Flansch 226 zusammengebördelt sein, um das einheitliche Gehäuse 20 zu bilden.
Ein erstes Vorspannelement 90, welches vorzugsweise eine Feder ist, ist in der zweiten Kammer 50 angeordnet. Das erste Vorspannelement 90 befindet sich in Eingriff mit einem Positionierungselement 228 an dem Basisteil 222 des zweiten Gehäuseteils 208 und spannt die Trennvorrichtung 30 in Richtung des Basisteils 214 des ersten Gehäuseteils 206 vor. Das erste Vorspannelement 90 spannt die Trennvorrichtung 30 des Durchfluss-Druckreglers 1040 mit einer vorab festgelegten Kraft vor, die sich nach dem Druck richtet, der für den Durchfluss-Druckregler 1040 gewünscht wird. Der Basisteil 222 des zweiten Gehäuseteils 208 besitzt einen eingebuchteten Mittelteil, welcher den Auslasskanal 212 sowie das Positionierungselement 228 bildet. Das erste Ende der Vorspannfeder 90 ist an dem Positionierungselement 228 befestigt, während das zweite Ende der Vorspannfeder 90 durch ein Halteelement 302 gehalten werden kann, welches an einem Ventilsitz 304 befestigt ist, der in einer zentralen Öffnung 306 der Membran 300 angebracht ist.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Ventilsitzes 304. Der Ventilsitz 304 wird durch die Membran 300 im Gehäuse 20 schwingfähig gehalten (2) und stellt den Durchflusskanal 60 bereit, welcher einen ersten Abschnitt 602 und einen zweiten Abschnitt 604 umfasst. Der Ventilsitz 304 besteht aus einem ersten Sitzteil 304A und einem zweiten Sitzteil 304B, die entlang der Längsachse A angeordnet sind. Der erste Sitzteil 304A ist in der ersten Kammer 40 angeordnet und der zweite Sitzteil 304B ist in der zweiten Kammer 50 angeordnet (2). Der erste Abschnitt 602 des Durchflusskanals 60 erstreckt sich entlang der Längsachse A sowohl durch den ersten Sitzteil 304A als auch durch den zweiten Sitzteil 304B des Ventilsitzes 304. Der zweite Abschnitt 604, der sich ebenfalls entlang der Längsachse A erstreckt, liegt in dem zweiten Sitzteil 304B des Ventilsitzes 304.
Der Ventilsitz 304 besitzt vorzugsweise eine erste Fläche 308, die in der ersten Kammer 40 angeordnet ist (2), eine zweite Fläche 310, die in der zweiten Kammer 50 angeordnet ist (2), und eine Seitenfläche 312, die sich zwischen der ersten Fläche 308 und der zweiten Fläche 310 erstreckt. Der erste Abschnitt 602 des Durchflusskanals 60 steht in Verbindung mit der ersten Fläche 308. Der zweite Abschnitt 604 des Durchflusskanals 60 steht in Verbindung mit dem ersten Abschnitt 602 und mit der zweiten Fläche 310. Der erste Abschnitt 602 weist einen ersten Durchmesser 606A auf und der zweite Abschnitt 604 weist einen zweiten Durchmesser 606B auf, welcher von dem ersten Durchmesser 606A abgesetzt ist wie in 3 zu sehen.
Die Seitenfläche 312 des Ventilsitzes 304 kann einen unterschnittenen Rand 314 aufweisen, der unter Umständen die Pressverbindung zwischen dem Halteelement 302 und dem Ventilsitz 304 verbessert.
Es ist zu beachten, dass der Ventilsitz 304 gemäß der vorliegenden Erfindung ein aus einem Stück geformter Ventilsitz sein oder alternativ aus mehreren separaten Bauteilen zusammengesetzt sein kann. Die in 3 angegebenen Abmessungen sind lediglich beispielhaft für eine bevorzugte Ausführungsform des Ventilsitzes 304.
An einem Ende des Durchflusskanals 60, das der zweiten Fläche 310 des Ventilsitzes gegenüberliegt, befindet sich eine Anlagefläche 62, an der das Schließelement 70, welches eine Ventilbetätigungskugel 64 sein kann, anliegt wie in 3 durch die Strich-Zwei-Punkt-Linie dargestellt. Bei der Fertigung des Ventilsitzes 304 wird die Oberfläche der Anlagefläche 62 derart bearbeitet, dass eine glatte, dichtende Fläche für die Ventilbetätigungskugel 64 sichergestellt ist.
Die 4 und 5 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Halteelements 302. Das Halteelement 302 umfasst einen zylinderförmigen Bereich 320, der sich entlang der Längsachse A erstreckt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Innenfläche des zylinderförmigen Bereichs 320 aufgepresst in Bezug auf die Seitenfläche 312 des Ventilsitzes 304 und kann in Wirkverbindung stehen mit der unterschnittenen Kante 314.
Das Halteelement 302 umfasst außerdem einen axialen Endbereich 322, der sich von dem zylinderförmigen Bereich 320 in der radial nach innen weisenden Richtung sowie orthogonal in Bezug auf die Längsachse A erstreckt. Der axiale Endbereich 322 enthält eine Vielzahl von Öffnungen 324, 326, durch die ein Fluidaustausch zwischen dem Durchflusskanal 60 und der zweiten Kammer 50 ermöglicht wird.
Nochmals Bezug nehmend auf 5 sowie gemäß einer hier lediglich beispielhaft beschriebenen bevorzugten Ausführungsform mit sieben Öffnungen, ist eine erste Öffnung 324 in Bezug auf die Längsachse A konzentrisch angeordnet. Die übrigen sechs Öffnungen 326 werden in einem ringförmigen Muster 328 ausgebildet, dessen Mittelpunkt von der Längsachse A gebildet wird. Gemäß einer am meisten bevorzugten Ausführungsform weist jede der Öffnungen 324, 326 einen Durchmesser von 1,59 ± 0,02 Millimeter auf, hat das ringförmige Muster 328 einen Durchmesser von annähernd 5,5 Millimetern und sind die sechs Öffnungen 326 in einem gleichmäßigen Abstand zueinander, d. h. jeweils 60°, rund um die Längsachse A herum angeordnet. Ferner beträgt ein bevorzugtes Verhältnis der Stärke des axialen Endbereichs 322 in der Längsrichtung zu dem Durchmesser der Öffnungen 324, 326 annähernd 0,35.
Die Erfinder haben entdeckt, dass die Strömungsgeräusch- und Fließeigenschaften durch den Durchfluss-Druckregler 1040 abhängen von der Anzahl/Form/Größe der Öffnungen 324, 326, dem Muster der Öffnungen 324, 326 an dem axialen Endbereich 322 und der Stärke des axialen Endbereichs 322, durch den die Öffnungen 324, 326 hindurchführen. Weiterhin haben die Erfinder entdeckt, dass durch die Bereitstellung einer Sammelkammer 330 in dem Fluidstrom zwischen dem Durchflusskanal 60 und den Öffnungen 324, 326 ebenfalls die Strömungsgeräusch- und Fließeigenschaften durch den Durchfluss-Druckregler 1040 verbessert werden können.
Erneut Bezug nehmend auf 4 umfasst das Halteelement 302 außerdem einen ringförmigen Teil 332, der sich von dem zylinderförmigen Bereich 320 in Bezug zur Längsachse A allgemein radial nach außen erstreckt. Der ringförmige Teil 332 ist entlang der Längsachse A von dem axialen Endbereich 322 in einem Abstand angeordnet und hält im Zusammenwirken mit dem ersten Sitzteil 304A die Membran 300, sodass die Membran 300 an dem Ventilsitz 304 befestigt wird. Das Halteelement 302 dient darüber hinaus zum Halten und Positionieren des zweiten Endes der Vorspannfeder 90 in Bezug auf die Trennvorrichtung 30.
Die in den 4 und 5 angegebenen Abmessungen sind lediglich beispielhaft für eine bevorzugte Ausführungsform des Halteelements 302.
Ein Verfahren zum Zusammenbau des Durchfluss-Druckreglers 1040 besteht darin, das Schließelement 70 beispielsweise durch Vernieten oder Aufpressen mit dem ersten Gehäuseteil 206 zu verbinden. Die Trennvorrichtung 30 wird montiert, indem der Ventilsitz 304 in die zentrale Öffnung 306 der Membran 300 eingesetzt wird und anschließend das Halteelement 302 in Bezug auf den Ventilsitz 304 derart auf gepresst wird, dass die Seitenfläche 312 an dem zylinderförmigen Bereich 320 anliegt. Die zusammengebaute Trennvorrichtung 30 ist in Bezug zu der oberen Fläche des Flanschs 220 des ersten Gehäuseteils 206 angeordnet. Die Vorspannfeder 90 wird in das Halteelement 302 für die Feder eingesetzt, und anschließend wird der zweite Gehäuseteil 208 über der Vorspannfeder 90 angebracht. Der Flansch 220 des ersten Gehäuseteils 206 wird umgefalzt, um den zweiten Gehäuseteil 208 zu befestigen. Der erste und der zweite Gehäuseteil 206, 208 und die Membran 300 bilden die erste und die zweite Kammer 40 bzw. 50. Der Druck, bei dem der Kraftstoff gehalten wird, wird durch den Federdruck der Vorspannfeder 90 bestimmt.
Der Betrieb des Durchfluss-Druckreglers 1040 wird im Folgenden beschrieben. Die Vorspannfeder 90 wirkt durch das Halteelement 302 hindurch, um die Trennvorrichtung 30 in Richtung des Basisteils 214 des ersten Gehäuseteils 206 vorzuspannen. Wenn die Ventilbetätigungskugel 64 an der Anlagefläche 62 anliegt, befindet sich der Durchfluss-Druckregler 1040 in einer geschlossenen Stellung und kann nichts von dem Vorrat an Kraftstoff 1012 aus dem Kraftstofftank 1010 durch den Durchfluss-Druckregler 1040 fließen.
Der Kraftstoff 1012 tritt durch die Öffnungen 210 in den Durchfluss-Druckregler 1040 ein und übt Druck auf die Trennvorrichtung 30 aus. Sobald der Druck des Kraftstoffs 1012 größer ist als der Federdruck, der von der Vorspannfeder 90 ausgeübt wird, bewegt sich die Membran 300 in axialer Richtung und löst sich die Ventilbetätigungskugel 64 von der Anlagefläche 62 des Ventilsitzelements 304. Dies ist die offene Stellung des Durchfluss-Druckreglers 1040. Nun kann Kraftstoff 1012 durch den Durchfluss-Druckregler 1040 fließen. Aus der ersten Kammer 40 tritt der Kraftstoff 1012 in den ersten Abschnitt 602 des Durchflusskanals 60 ein und fließt von dort weiter in den zweiten Abschnitt 604, bevor er in die Sammelkammer 330 gelangt. Aus der Sammelkammer 330 fließt der Kraftstoff durch die Öffnungen 324, 326 in die zweite Kammer 50, bevor er durch den Auslass 204 aus dem Durchfluss-Druckregler 1040 austritt.
Sowie sich der Druck des eintretenden Kraftstoffs verringert, überwindet der Federdruck der Vorspannfeder 90 den Kraftstoffdruck und bewegt das Ventilsitzelement 304 wieder in schließenden Kontakt mit der Ventilbetätigungskugel 64, wodurch der Durchflusskanal 60 verschlossen wird und der Durchfluss-Druckregler wieder in die geschlossene Stellung zurückkehrt.
Versuche haben ergeben, dass durch die Ausführung der Öffnungen 324, 326 und/oder der Sammelkammer 330 gemäß der vorliegenden Erfindung ein im Wesentlichen gleich bleibender Strömungsgeräuschpegel von einer geringen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit bis hin zu einer hohen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit erzielt werden kann. Ferner wurde festgestellt, dass der Druck des Kraftstoffs 1012 im Durchfluss-Druckregler 1040 im Wesentlichen gleich bleibt bzw. geringfügig sinkt, wenn sich die Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit von einer geringen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit zu einer hohen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit erhöht.
Wie in 6 dargestellt zeigen die Kurven A3–A7 und A9–A11, dass das Strömungsgeräusch im Allgemeinen über einen Bereich von Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeiten hinweg gleich bleibt, wenn der Durchfluss-Druckregler 1040 gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Die Kurven A1, A2 und A8 zeigen, dass die Leistung des Durchfluss-Druckreglers 1040 allgemein gleich der Leistung von in der Technik bekannten Druckreglern ist, die nicht die Vorteile des Durchfluss-Druckreglers 1040, beispielsweise einfache Fertigung oder Kostensenkung, aufweisen.
Wie in 7 zu sehen, zeigen die Kurven B4–B13, dass der Kraftstoffdruck in dem Durchfluss-Druckregler 1040 bei der maximalen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich dem oder niedriger als der Kraftstoffdruck bei der minimalen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit ist. Auch hier ist die Leistung des Durchfluss-Druckreglers 1040 allgemein gleich der Leistung, wie durch die Kurven B1–B3 veranschaulicht, von in der Technik bekannten Druckreglern, die nicht die Vorteile des Durchfluss-Druckreglers 1040 aufweisen.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen offenbart wurde, sind zahlreiche Modifikationen, Varianten oder Änderungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen oder gleichwertigen Ansprüchen zu verlassen. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie sich auf den uneingeschränkten Schutzbereich erstreckt, der durch den Wortlaut der folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Kraftstoffsystem (1000) für einen mit Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor, welches Folgendes umfasst: einen Kraftstofftank (1010), der so beschaffen ist, dass er den Kraftstoff enthält; eine Pumpe (1020), die geeignet ist, den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zu entnehmen und den Kraftstoff mit Druck zu beaufschlagen; und einen Durchfluss-Druckregler (1040), der Folgendes umfasst: eine Trennvorrichtung (30) zwischen einer ersten Kammer (40) und einer zweiten Kammer (50), einen Ventilsitz (304), der einen Durchflusskanal (60) zwischen den Kammern definiert, wobei ein Fluidaustausch zwischen der ersten (40) und der zweiten (50) Kammer über den Durchflusskanal (60) ermöglicht wird; und eine Haltevorrichtung (302) zur Befestigung der Membran am Ventilsitz; sowie Rohrleitungen, die den Kraftstofftank (1010) und die Pumpe (1020) miteinander verbinden, wobei die Rohrleitungen so beschaffen sind, dass sie Kraftstoff in den Verbrennungsmotor (1070) bereitstellen; wobei die Haltevorrichtung (302) zur Befestigung der Membran am Ventilsitz perforiert ist und einen zylinderförmigen Bereich (320) umfasst, der sich entlang der Längsachse (A) des Durchfluss-Druckreglers (1040) erstreckt und in Bezug auf den Ventilsitz (304) fixiert ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (302) zur Befestigung der Membran am Ventilsitz Folgendes umfasst: einen axialen Endbereich (322), der sich allgemein orthogonal bezogen auf die Längsachse (A) von dem zylinderförmigen Bereich (320) weg erstreckt, wobei der axiale Endbereich (322) eine Vielzahl von Öffnungen (324, 326) umfasst, wobei ein Fluidaustausch zwischen dem Durchflusskanal (60) und der zweiten Kammer (50) durch die Vielzahl der Öffnungen (324, 326) ermöglicht wird, wobei der Durchfluss-Druckregler (1040) mindestens entweder ein allgemein gleich bleibendes Strömungsgeräusch bei allen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeiten oder einen allgemein einheitlichen Druck bei allen Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeiten bereitstellt.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 1, welches ferner Folgendes umfasst: einen Filter (1030), der so beschaffen ist, dass er den Kraftstoff filtert, wobei der Filter (1030) in den Fluidaustausch zwischen dem Kraftstofftank (1010) und dem Verbrennungsmotor (1070) zwischengeschaltet ist.
Kraftotoffsystem gemäß Anspruch 2, wobei der Filter (1030) einen entlang der Rohrleitungen integrierten Filter umfasst.
gemäß Anspruch 1, wobei der Durchfluss-Druckregler (1040) ferner Folgendes umfasst: ein Gehäuse (20), welches über einen Einlass (202) und einen Auslass (204) verfügt, die entlang einer Längsachse (A) von dem Einlass in einem Abstand angeordnet sind, wobei der Einlass (202) einen ersten Vorrat des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank (1010) aufnimmt und der Auslass (204) einen zweiten Vorrat des Kraftstoffs in die Rohrleitungen entleert, die für den Transport des Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor vorgesehen sind; eine Membran (300), die sich zwischen dem Gehäuse (20) und dem Ventilsitz (304) erstreckt, wobei ein Fluidaustausch zwischen der ersten und der zweiten Kammer (40, 50) durch die Membran (300) verhindert wird; und wobei das Halteelement (302) die Membran in Bezug auf den Ventilsitz (304) befestigt; wobei der Durchfluss-Druckregler (1040) ferner Folgendes umfasst: eine Ventilbetätigungskugel (64), die zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bezogen auf den Ventilsitz (304) angeordnet ist, wobei die erste Stellung im Wesentlichen einen Fluidaustausch durch den Durchflusskanal (60) verhindert und die zweite Stellung einen Fluidaustausch durch den Durchflusskanal (60) ermöglicht.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 4, wobei das Gehäuse (20) einen ersten und einen zweigen Gehäuseteil (206, 208) umfasst, wobei der erste Gehäuseteil (206) den Einlass (202) enthält und die erste Kammer (40) definiert und der zweite Gehäuseteil (208) den Auslass (204) enthält und die zweite Kammer (50) definiert.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 5, wobei die Membran (300) einen ersten Umfangsbereich umfasst, der zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil (206, 208) eingebettet ist.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 6, wobei das Halteelement (302) einen ringförmigen Teil (332) umfasst, der entlang der Längsachse (A) von dem axialen Endbereich (322) in einem Abstand angeordnet ist, wobei sich der ringförmige Teil (332) von dem zylinderförmigen Bereich (320) weg erstreckt und sich in Bezug zur Längsachse (A) nach außen erstreckt.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 7, wobei die Membran (300) einen zweiten Umfangsbereich umfasst, der zwischen dem Ventilsitz (304) und dem ringförmigen Teil (332) des Halteelements (302) eingebettet ist, und wobei der Durchflusskanal (60) von diesem zweiten Umfangsbereich umgeben ist.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 7, welches folgendes umfasst: ein elastisches Element (90), welches sich entlang der Längsachse erstreckt und die Trennvorrichtung (30) in Richtung eines Schließelements (70) vorspannt, wobei das elastische Element (90) ein erstes Ende aufweisen kann, welches sich mit dem zweiten Gehäuseteil (208) in Eingriff befindet, sowie ein zweites Ende, welches sich mit dem ringförmigen Teil des Halteelements (302) in Eingriff befindet.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 4, wobei der Ventilsitz (304), der zylinderförmige Bereich (320) und ein in Längsrichtung verlaufender Spalt zwischen dem Ventilsitz (304) und dem axialen Endbereich (332) des Halteelements (302) eine Sammelkammer (330) in dem Fluidaustausch zwischen dem Durchflusskanal (60) und der Vielzahl von Öffnungen (324, 326) definieren.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 4, wobei der zylinderförmige Bereich (320) des Halteelements (302) in Bezug auf den Ventilsitz (304) auf gepresst ist.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 4, wobei der Durchflusskanal (60) einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt (602, 604) umfasst, wobei der erste Abschnitt (602) einen ersten Querschnitt (606A) orthogonal zur Längsachse aufweist und der zweite Abschnitt (604) einen zweiten Querschnitt (606B) orthogonal zur Längsachse aufweist, wobei der erste Abschnitt (602) zwischen dem zweiten Abschnitt (604) und dem Einlass des Durchflusskanals (60) angeordnet ist und wobei der zweite Abschnitt (604) zwischen dem ersten Abschnitt (602) und dem Auslass des Durchflusskanals (60) angeordnet ist und wobei der erste Querschnitt (606A) größer ist als der zweite Querschnitt (606B).
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Öffnungen (324, 326) ein Muster von Öffnungen umfasst.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 13, wobei das Muster der Öffnungen um die Längsachse herum zentriert ist.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 14, wobei das Muster der Öffnungen einen Kreis umfasst (328).
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 15, wobei die Vielzahl der Öffnungen (324, 326) aus sieben Öffnungen besteht, die jeweils einen Durchmesser von 1,59 ± 0,02 Millimetern haben, und wobei der Kreis einen Durchmesser von annähernd 5,5 Millimetern hat, wobei eine erste der sieben Öffnungen konzentrisch mit der Längsachse ist und eine zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste und siebte der Öffnungen auf einem Kreis liegen und in gleichmäßigen Abständen rund um die Längsachse angeordnet sind.
Kraftstoffsystem gemäß Anspruch 16, wobei ein Verhältnis der Stärke des axialen Endbereichs (322) entlang der Längsachse zu dem Durchmesser jeder Öffnung (324, 326) annähernd 0,35 beträgt.