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Diese Erfindung betrifft einen Druckregler
zur Verwendung mit einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe.
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Niederdruckkraftstoffpumpen werden
verwendet, um Kraftstoff mit relativ niedrigem Druck zum Einlass
von Hochdruckkraftstoffpumpen und zu anderen Vorrichtungen zu befördern. Es
ist üblich,
den Einlass und den Auslass der Niederdruckpumpe mit einem Druckregler
zu verbrücken,
um den Druck, mit dem Kraftstoff von der Niederdruckpumpe abgegeben
wird, zu steuern.
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1 zeigt
einen üblichen
Druckregler, der einen innerhalb einer Bohrung 2 bewegbaren
Kolben 1 umfasst, wobei ein Ende der Bohrung 2 mit
dem Kraftstoffeinlass 3 einer Niederdruck-Rotationsflügelpumpe 4 verbunden
ist, während
das andere Ende der Bohrung 2 mit deren Kraftstoffpumpenauslass 5 verbunden
ist: Eine Feder 6 spannt den Kolben 1 gegen das
Auslassende der Bohrung 2. In der Bohrung 2 ist
eine Öffnung 7 angeordnet,
und zwar so, dass dann, wenn der Druck am Pumpenauslass 5 denjenigen
am Einlass 3 um mehr als einen vorgegebenen Wert übersteigt,
sich der Kolben 1 gegen die Wirkung der Feder 6 bewegt,
um die Durchflussmenge vom Auslass 5 durch die Öffnung 7 zum
Einlass 3 zu erhöhen.
Solche großen
Druckdifferenzen treten auf, wenn die Hochdruckpumpe 8 Kraftstoff
abgibt, während
gleichzeitig der Hochdruckpumpe 8 kein Kraftstoff zugeführt wird,
obwohl die Pumpe 4 weiterhin aktiv ist. Während eines
nachfolgenden Befüllungsabschnitts
im Arbeitszyklus der Hochdruckpumpe wird der Hochdruckpumpe 8 vom
Niederdruckpumpenauslass 5 Kraftstoff zugeführt, und
damit sinkt der Druck am Auslass 5. Das Absinken des Drucks
am Auslass führt
dazu, dass die Druckdifferenz fällt
und der Kolben 1 sich so bewegt, dass der Kraftstofffluss durch
die Öffnung 7 verringert
wird. Der Kolben 1 bewegt sich nach und nach, während der
Druck fällt, und
es fließt
weiterhin Kraftstoff durch die Öffnung 7, und
zwar selbst dann, wenn zu einer bestimmten Zeit Kraftstoff an die
Hochdruckpumpe 8 abgegeben wird.
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Wenn das von der Hochdruckpumpe benötigt Kraftstoffvolumen
groß ist
und der Zeitraum, über den
der Kraftstoff zugeführt
werden kann, kurz ist, ist es schwierig, die Hochdruckpumpe mit
einer ausreichenden Kraftstoffmenge zu versorgen. Es ist Gegenstand
der Erfindung, einen Druckregler bereitzustellen, der es möglich macht,
diesen Nachteil zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird ein Druckregler zum Regeln
des Drucks von durch eine Niederdruckpumpe zu einer Hochdruckpumpe
geführtem
Kraftstoff bereitgestellt, wobei der Druckregler ein durch eine Feder
vorgespanntes Druckregelventil, das so angeordnet ist, dass es den
Einlass und den Auslass der Pumpe überbrückt und zwischen einer offenen
Stellung, in der es den Kraftstoffdurchflussweg vom Auslass zum
Einlass bildet, wenn die Druckdifferenz zwischen diesen einen vorgegebenen
Wert übersteigt, und
einer geschlossenen Stellung, in der es verhindert, dass Kraftstoff
durch den Regler vom Auslass zum Einlass fließt, geschaltet werden kann,
und einen Druckspeicher umfasst, der unabhängig vom Druckregelventil ist
und mit dem Auslass der Pumpe verbunden ist, wobei der Druckspeicher
von einem Kolben begrenzt wird, der innerhalb einer Bohrung beweglich
ist und in Richtung einer äußersten
Stellung vorgespannt ist, in der das Volumen des Druckspeichers,
der Kraftstoff mit einem Druck, wie er am Pumpenauslass herrscht,
ausgesetzt ist, gering ist, und worin die Vorspannkraft, die zur
Vorspannung des Druckspeicherkolbens in Richtung der äußersten Stellung
einwirkt, und Parameter des Druckregelventils so ausgewählt sind,
dass sie während
des Betriebs eine Bewegung des Kolbens ermöglichen, um das Volumen des
Druckspeichers vor dem Öffnen des
Druckablassventils zu vergrößern.
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Die Feder des Druckspeichers und
die Parameter des Druckregelventils sind so ausgewählt, dass
sie eine Bewegung des Kolbens zur Vergrößerung des Druckspeichervolumens
vor der Öffnung des
Druckregelventils ermöglichen.
Wenn der Auslassdruck fällt,
wird Kraftstoff vom Druckspeicher abgegeben, wobei diese Abgabe
die Abgabe direkt von der Kraftstoffpumpe ergänzt, wobei sich das Druckregelventil
schnell schließt,
da es unabhängig
vom Druckspeicher ist, um den Rückfluss
des Kraftstoffes vom Auslass zum Einlass zu beenden.
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Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben, worin:
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1 eine
schematische Ansicht eines üblichen
Druckreglers in Verbindung mit Niederdruck- und Hochdruckpumpen
ist;
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2 eine ähnlich wie 1 gestaltete Ansicht einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung ist und
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3 eine
Ansicht einer alternativen Ausgestaltung ist.
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Der in 2 dargestellte
Druckregler ist zur Verbindung in Verbindung mit einer Niederdruck-Flügelpumpe
oder -Zahnradpumpe 10 mit im wesentlichen konstantem Ausstoß pro Umdrehung
und einer Hochdruckpumpe 12 vorgesehen. Die Niederdruckpumpe 10 umfasst
einen Einlass 14, der so angeordnet ist, dass er Kraftstoff
von einem geeigneten Kraftstofftank aufnehmen kann. Die Niederdruckpumpe 10 steht
außerdem
durch einen Auslass 16 mit einer Einlassöffnung 18 der
Hochdruckpumpe 12 in Verbindung.
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Die Hochdruckpumpe umfasst ein Verteilerelement 20, das
innerhalb einer Hülse 22 drehbar
ist, in der sich die Einlassöffnung 18 und
eine Mehrzahl von Auslassöffnungen 24 befinden.
Das Verteilerelement 20 umfasst einen sich axial erstreckenden
Kanal 26 und sich radial erstreckende Einlass- und Auslasskanäle 28, 30,
die so angeordnet sind, dass sie bei einer Drehung des Verteilerelements 20 relativ zur
Hülse 22 auf
die Einlass- und Auslassöffnungen 18, 24 treffen.
Das Verteilerelement 20 umfasst einen vergrößerten Bereich,
in dem sich eine durchgehende Bohrung 32 befindet, wobei
die Bohrung 32 mit dem sich axial erstreckenden Kanal 26 in
Verbindung steht. Pumpenkolben 34 können in der Bohrung 32 hin-
und herbewegt werden, wobei das äußere Ende jedes
Pumpenkolbens 34 an einer Druckfinger- und Druckrollen-Anordnung 36 zur
Anlage kommt, die mit der Nockenlauffläche oder -oberfläche eines
Nockenrings 38 zusammenwirkt, so dass sich bei Drehung des
Verteilerelements 20 die Kolben 34 unter dem Einfluss
der Nockenlauffläche
oder -oberfläche
innerhalb der Bohrung 32 hin- und herbewegen.
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Auch wenn die Zeichnung die Einlass-
und Auslasskanäle 28, 30 in
Verbindung sowohl mit den Einlass- als auch mit den Auslassöffnungen 18, 24 zeigt,
ist in der Praxis die Orientierung der Kanäle und der Öffnungen so, dass dann, wenn
die Einlassöffnung 18 mit
einem der Einlasskanäle 28 in
Verbindung steht, der Auslasskanal 30 nicht in Verbindung mit
einer der Auslassöffnungen 24 steht.
Im Betrieb wird Kraftstoff vom Auslass 16 der Niederdruckpumpe 10 durch
die Einlassöffnung 18 und
den Einlasskanal 28, der mit der Einlassöffnung 18 in
Verbindung steht, zugeführt,
wobei der in die Bohrung 32 einfließende Kraftstoff bewirkt, dass
sich die Kolben 34 radial nach außen bewegen. Eine Drehung des
Verteilerelements 20 führt
dazu, dass die Verbindung zwischen dem Einlasskanal 28 und
der Einlassöffnung 18 unterbrochen
wird und dass der Auslasskanal 30 mit einer der Auslassöffnungen 24 in
Verbindung kommt. Wenn eine solche Stellung erreicht ist, kommen
die Rollen der Druckfinger- und Druckrollenanordnung 36 mit
auf der Nockenlauffläche
des Nockenrings 38 vorhandenen Nockenerhebungen zur Anlage,
was bewirkt, dass die Kolben 34 eine Bewegung nach innen
beginnen. Die Bewegung der Kolben 34 nach innen setzt den
Kraftstoff innerhalb der Bohrung 32 unter Druck, was bewirkt,
dass Kraftstoff unter hohem Druck aus der Bohrung 32 an
die Auslassöffnung 24 abgegeben
wird, die sich in Verbindung mit dem Auslasskanal 30 befindet.
Fortgesetzte Drehung führt
dazu, dass die Rollen über
die Nockenerhebungen des Nockenrings 38 hinweglaufen, und damit
endet die Bewegung der Kolben 34 nach innen. Anschließend bewegt
sich der Auslasskanal 30 aus der Verbindung mit der Auslassöffnung 24 heraus, und
schließlich
tritt der nächste
Einlasskanal 28 in Verbindung mit der Einlassöffnung 18,
bereit zum Beginn des nächsten
Pumpenzyklus.
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Obwohl nicht dargestellt, wird das
Verteilerelement 20 mit einer Geschwindigkeit betrieben,
die durch einen geeigneten Antriebsschaft mit der Betriebsgeschwindigkeit
eines damit verbundenen Motors verbunden ist. Außerdem kann die Pumpe 12 vom Überström-Typ sein,
statt dass die Abgabe dadurch beendet wird, dass die Kolben eine
Bewegung nach außen
beginnen.
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Um den Kraftstoffdruck am Auslass 16 der Niederdruckpumpe 10 zu
steuern, ist ein Druckregler 40 zwischen dem Auslass 16 und
dem Einlass 14 angeordnet und verbindet diese beiden. Der
Druckregler 40 umfasst ein durch eine Feder vorgespanntes Druckregelventil 42,
das im Regelfall geschlossen ist, das aber so angeordnet ist, dass
es sich öffnet,
um das Fließen
von Kraftstoff vom Auslass 16 zum Einlass 14 zu
ermöglichen,
wenn die Druckdifferenz zwischen dem Auslass 16 und dem
Einlass 14 eine vorgegebene Druckdifferenz überschreitet.
Der Druckregler 40 umfasst weiterhin einen Druckspeicher,
der von einer den Auslass 16 und den Einlass 14 verbindenden
Bohrung 44 begrenzt wird, wobei ein Kolben 46 innerhalb
der Bohrung 44 gegen die Wirkung einer Feder 48 bewegt
werden kann. Die Leistung der Feder 48 wird so gewählt, dass
eine Bewegung des Kolbens 46 möglich ist, um das Volumen des
dem am Auslass 16 der Niederdruckpumpe 10 herrschenden Druck
ausgesetzten Druckspeichers zu vergrößern, bevor sich das Druckregelventil 42 öffnet. Der
Druck, bei dem sich das Druckregelventil 42 öffnet, ist
von seinem Sitzdurchmesser und der Leistung seiner Feder abhängig. Der
Sitzdurchmesser des Druckregelventils 42 ist üblicherweise
groß,
um die Empfindlichkeit des Druckregelventils 42 gegenüber Druckänderungen
zu steigern. Wenn die Hochdruckpumpe 12 unter hohem Druck
stehenden Kraftstoff abgibt und dabei keinerlei Kraftstoff von der
Niederdruckpumpe 10 erhält,
steigt der Kraftstoffdruck innerhalb des Auslasses 16 an,
und der Druckanstieg ist ausreichend, um den Kolben 46 gegen
die Wirkung der Feder 48 zu bewegen, und deshalb ist ein
relativ großes Kraftstoffvolumen
zwischen der Niederdruckpumpe 10 und der Hochdruckpumpe 12 vorhanden.
Sollte der Kraftstoffdruck innerhalb dieses Volumens den Druck übersteigen,
bei dem sich das Druckregelventil 42 öffnet, wird sich das Ventil 42 öffnen, um
den Fluss von Kraftstoff vom Auslass 16 zum Einlass 14 zu
ermöglichen.
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Während
eines nachfolgenden Füllabschnitts
des Arbeitszyklus der Hochdruckpumpe 12 wird Kraftstoff
vom Auslass 16 zur Hochdruckpumpe 12 gefördert, wobei
die Kraftstoffversorgung von der Niederdruckpumpe 10 durch
Kraftstoff aus dem Druckspeicher ergänzt wird, indem sich der Kolben 46 unter
der Wirkung der Feder 48 bewegt, um Kraftstoff aus der
Bohrung 44 herauszudrücken.
Es sollte klar sein, dass die Geschwindigkeit oder Menge der Kraftstoffzufuhr
zur Hochdruckpumpe 12 die Geschwindigkeit oder Menge übersteigt,
mit der Kraftstoff von der Niederdruckpumpe 10 abgegeben
wird, da die Abgabe von Kraftstoff an die Hochdruckpumpe 12 sowohl
aus dem Druckspeicher als auch von der Niederdruckpumpe 10 stammt.
Wenn das Druckregelventil 42 offen wäre, würde das Absinken des darauf
einwirkenden Druckes, das das Ergebnis der Kraftstoffabgabe an die
Hochdruckpumpe 12 ist, bewirken, dass sich das Druckregelventil 42 sehr schnell
schließt,
was die durch das Druckregelventil 42 zum Einlass 14 rückgeführte Kraftstoffmenge
auf einen Minimalbetrag reduziert.
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Die in 3 dargestellte
Anordnung ist der von 2 ähnlich,
wobei jedoch der Druckspeicher des Druckreglers 40 nicht
als Verbrückung
zwischen dem Auslass 16 und dem Einlass 14 ausgestattet
ist, sondern zwischen dem Auslass 16 und dem Nockengehäuse (bezeichnet
mit der gestrichelten Linie 50), das den Nockenring 38 der
Hochdruckkraftstoffpumpe 12 beherbergt, angeordnet ist
und diese verbindet. Der Betrieb dieser Ausgestaltung ist demjenigen ähnlich,
der unter Bezugnahme auf 2 beschrieben
wurde, wobei jedoch die Bewegung des Kolbens 46 gegen die
Wirkung der Feder 48 bewirkt, dass Kraftstoff aus der Bohrung 44 zum
Nockengehäuse 50 der
Hochdruckpumpe 12 verdrängt
wird und nicht zum Einlass 14 der Niederdruckpumpe 10,
wie es in der Anordnung von 2 der
Fall ist. Eine solche Anordnung ist von Vorteil, weil im Betrieb
die nach außen
gerichtete Bewegung der Kolben der Hochdruckpumpe 12 den
Kraftstoffdruck innerhalb des Nockengehäuses 50 erhöht. In der
Anordnung der 3 ermöglicht es
die Bewegung des Kolbens 46 in diesem Stadium des Pumpenzyklus,
dass Kraftstoff in die Bohrung 44 fließt, und dies verringert den
Wert des Druckanstiegs im Nockengehäuse und unterstützt die
Feder 48.