EP1251266B1 - Pressure limiting device and fuel system with such a pressure limiting device - Google Patents
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- EP1251266B1 EP1251266B1 EP02005094A EP02005094A EP1251266B1 EP 1251266 B1 EP1251266 B1 EP 1251266B1 EP 02005094 A EP02005094 A EP 02005094A EP 02005094 A EP02005094 A EP 02005094A EP 1251266 B1 EP1251266 B1 EP 1251266B1
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Definitions
- the present invention initially relates to a Pressure limiting device for a fuel system Internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a fuel system according to the preamble of claim 5 with a pressure limiting device.
- Such a pressure limiting device is from the market known. It is preferably 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. A electric fuel pump promotes the fuel in the Low pressure range from which the fuel over a High-pressure pump in a fuel rail ("rail") called) is promoted. The pressure in the fuel rail is usually by a pressure control or a quantity control valve regulated.
- a hedge against excessive pressure in the To create fuel manifold is in the High pressure area of the fuel system a Pressure limiting device provided.
- a Pressure limiting device provided.
- it is generally a common one Pressure relief valve with one of a spring against a valve seat acted upon valve element. exceeds the pressure in the fuel rail a certain Limit value, lifts the valve element from the valve seat, so that fuel from the inlet of the pressure relief valve to Outlet and from there back to the low pressure area of the Fuel system can flow.
- the facility In general, the facility must be in the area of Fuel bus, so at a certain distance from the high pressure pump. The reason for this is that the high pressure pump in operation pressure pulsations produced, whose tips the opening pressure of Pressure relief valve can exceed. Would that be Pressure relief valve immediately at the high pressure pump there would be a risk that the Pressure relief valve due to the pressure pulsations opens, although the maximum system pressure has not yet reached is. Only at a certain distance from the High pressure pump, it comes to a smoothing of Pressure pulsations due to the throttle effects in the Fuel line and due to the compressibility of the Fuel.
- From DE 39 12 106 A1 is also a Fuel injection device according to the pump-nozzle principle known. It shows a pressure limiting device, which comprises a cylindrical valve pin, the partially received in a housing-side bore and at its end projecting into the bore a chamfer having. At an impermissible pressure increase deviates Valve pin out until the chamfer comes out of the hole. As a result, a fluid connection with a Low pressure area created.
- JP 09242639 A is a pressure relief valve with a Valve piston known which has a pressure stage. hereby ensures that when exceeding one Limit pressure in any case, the valve fully opens. One Evasion volume is not provided in this device.
- the present invention therefore has the object, a Pressure limiting device of the type mentioned so to further develop that pressure pulsations as little as possible occur.
- This object is in a pressure limiting device of by the type mentioned by the characterizing features of claim 1 solved.
- a fuel system of the type mentioned is the task solved by the characterizing features of claim 5.
- a comparatively large hydraulic Effective equalization volume immediately after the withdrawal of the Sealing edge connected from the valve seat This allows the effective damping even very hard pressure surges, which is through a steep gradient at low pressure difference distinguished.
- the maximum possible evasion volumes by the maximum possible distance the control edge determined by the outlet opening are realized.
- Pressure limiting device In a first embodiment of the invention Pressure limiting device is proposed that the Pressure limiting device a hydraulic resistance, in particular, a flow restrictor, which, in the inlet is arranged to the escape volume.
- a flow restrictor By such Flow restrictor prevents it in the escape volume too an overshoot comes.
- the antechamber provided in another development, which is present in the inlet to the evasive volume.
- the inlet-side section of Piston has a rounded waisted area.
- the present invention also relates to a fuel system for supplying fuel for an internal combustion engine, with a reservoir, with a first fuel pump, which is connected on the input side to the reservoir, with a second fuel pump, which on the input side over a fuel connection with the first fuel pump is connected, and with a pressure limiting device, which the pressure in a fuel connection on the Output side of the second fuel pump limited.
- the second fuel pump includes a 1-cylinder piston pump.
- a Fuel pump are the delivery pulsations especially pronounced, so that here the inventive Pressure limiting device works very effectively.
- Fuel system according to the invention is the Pressure limiting device to the second fuel pump grown, preferably integrated into this.
- Such Arrangement of 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 region of the fuel system can be waived. This will be the cost of the Fuel system according to the invention significantly reduced.
- a fuel system carries the whole Reference numeral 10. It includes a low-pressure region 12 and a high pressure area 14.
- the low-pressure region 12 comprises a reservoir 16, is stored in the fuel 18.
- the fuel 18 is from the reservoir 16 of a first Fuel pump 20 promoted. This one is about an electric fuel pump.
- the electric Fuel pump 20 delivers into a low pressure fuel line 22.
- a filter 24 is provided.
- a branch line 26 Seen in the flow direction yet before the filter 24 branches off the low-pressure fuel line 22 a branch line 26 from which, to the Reservoir 16 returns.
- a pressure relief valve 28 is arranged in the branch line 26 .
- the low-pressure fuel line 22 leads to a second Fuel pump 30.
- the second fuel pump 30 is a 1-piston high-pressure pump. Upstream of the high pressure pump 30 are still in the low pressure fuel line 22 a Pressure damper 32 and a check valve 34 is arranged.
- a branch line 36th from, in which a low pressure regulator 38 is arranged.
- the Branch line 36 also leads to the reservoir 16 for the fuel 18 back. From the high pressure pump 30 leads a leakage line 40 to the branch line 36th
- Fuel line 42 On the output side promotes the high-pressure pump 30 in one Fuel line 42, which via a check valve 44th leads to a fuel manifold 46.
- Fuel manifold 46 To the Fuel manifold 46 are again fuel injectors 48 connected, which the fuel in a combustion chamber, not shown Inject internal combustion engine.
- the pressure in the Fuel manifold 46 is from a pressure sensor 50 detected.
- Das Quantity control valve 42 is not from a in Fig. 1 shown control unit, which in turn receives signals from the pressure sensor 50. In this way will be a closed loop for controlling the Pressure in the high pressure region 14 of the fuel system 10th created.
- the high-pressure pump 30 and the pressure limiting valve 56 are housed in a common housing 58.
- the exhaust valve 44 comprises a spherical valve element 64, which of a spring 66 is acted upon against a valve seat 68. Downstream of the exhaust valve 44 is the high pressure fuel line 42 visible. During a suction stroke will the delivery chamber 60 opposite the high-pressure fuel line 42 sealed by the outlet valve 44.
- a conical Extension 76 provided in a cylindrical Valve chamber 80 opens.
- cylindrical Valve chamber 78 is coaxial with valve chamber 78 cylindrical recess 80 is present, which is a something smaller diameter than the valve chamber 78 has.
- the cylindrical recess 80 forms a guide for a also cylindrical piston 82. This is below described in detail.
- the elements from the secondary line 70 to the leakage channel 90 are part of the pressure relief valve 56.
- the piston 82nd the pressure limiting valve 56 is as follows built up:
- the outlet side section 94 has a circular cylindrical outer contour with constant Diameter.
- Fig. 2 is from above into the piston 82 a Blind hole 96 introduced.
- a spring 98 guided which on the one hand on the piston 82 and on the other hand, at the bottom of the upper recess 88 in the housing 58 supported.
- This spring 98 is a free edge 100th 2 inlet-side portion 92 of the piston 82nd pressed against the conical extension 76.
- the conical Extension 76 thus forms a valve seat so far.
- the inlet side portion 92 of the piston 82 Towards the outlet-side section 94, the inlet side portion 92 of the piston 82 a Constriction 102 in the form of a rounded waisted Area on. This way, between the inlet side section 92 and the outlet side Section 94 a control edge 104 is formed, which the two sections 92 and 94 separated from each other.
- the Control edge 104 is from the free edge 100 of the inlet side Section 92 spaced so that when the free Edge 100 abuts the valve seat 76, the control edge 104 of the annular groove 84 is spaced.
- the fuel system 10 with the pressure limiting valve 56 works as follows:
- the fuel 18 from the reservoir 16 in the low-pressure fuel line 22 promoted.
- the pressure in the Low pressure fuel line 22 is typically about 4 bar.
- the fuel under this pressure continues in the high pressure pump 30 to a system pressure compressed by about 120 bar.
- the pressure peak corresponds to one through the Delivery pulse of the high pressure pump 30 triggered flow rate.
- This flow rate flows into the secondary line 70 through which Flow restrictor 74 through the antechamber 72.
- There the flow rate causes the free edge 100 of the inlet side portion 92 of the piston 82 from the valve seat 78 lifts off and the entire piston 82 against the Beaufschlagungskraft of the spring 98 is moved. This leads to to an enlargement of the cylindrical valve chamber 78th
- the enlargement of the valve chamber 78 in turn corresponds an escape volume into which the fuel flows can.
- the fuel flows out the cylindrical valve chamber 78 back into the high pressure fuel line 42 back.
- the piston moves 82 due to the spring action again with his free edge 100 against the valve seat 76.
- the distance between the control edge 104 and the annular groove 84 is thereby so dimensioned that with a usual pressure peak no Fuel via the annular groove 84 and the flow channel 86th flows.
- the maximum possible evasive volume corresponds thus the diameter of the outlet side portion 94 of Piston 82 multiplied by the maximum distance between the annular groove 84 and the control edge 104th
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Druckbegrenzungseinrichtung für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Kraftstoffsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 mit einer Druckbegrenzungseinrichtung.The present invention initially relates to a Pressure limiting device for a fuel system Internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a fuel system according to the preamble of claim 5 with a pressure limiting device.
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 ("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 from the market known. It is preferably 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. A electric fuel pump promotes the fuel in the Low pressure range from which the fuel over a High-pressure pump in a fuel rail ("rail") called) is promoted. The pressure in the fuel rail is usually by a pressure control or a quantity control valve regulated.
Um jedoch eine Absicherung gegen einen zu hohen Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 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, a hedge against excessive pressure in the To create fuel manifold is in the High pressure area of the fuel system a Pressure limiting device provided. In this is it is generally a common one Pressure relief valve with one of a spring against a valve seat acted upon valve element. exceeds the pressure in the fuel rail a certain Limit value, lifts the valve element from the valve seat, so that fuel from the inlet of the pressure relief valve to Outlet and from there back to the low pressure area of the Fuel system can flow.
Die bekannte Druckbegrenzungseinrichtung arbeitet bereits sehr gut und vor allem sehr zuverlässig. Allerdings sind den Anordnungsmöglichkeiten des Druckbegrenzungsventils Grenzen gesetzt:The known pressure limiting device is already working very good and above all very reliable. However, they are the possible arrangements of the pressure relief valve Limits set:
Im Allgemeinen muss die Einrichtung 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 facility must be in the area of Fuel bus, so at a certain distance from the high pressure pump. The reason for this is that the high pressure pump in operation pressure pulsations produced, whose tips the opening pressure of Pressure relief valve can exceed. Would that be Pressure relief valve immediately at the high pressure pump there would be a risk that the Pressure relief valve due to the pressure pulsations opens, although the maximum system pressure has not yet reached is. Only at a certain distance from the High pressure pump, it comes to a smoothing of Pressure pulsations due to the throttle 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. 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 für entsprechend hohe Drücke erfordern. Derartige Komponenten sind jedoch relativ teuer.Alternatively, it would also be possible to do that Pressure relief valve designed to be that Opening pressure above due to the pressure pulsations existing pressure peaks is. In emergency mode, if So the pressure control of the fuel rail no longer works properly and then a higher pressure in the Fuel manifold as the normal system pressure prevails, Nevertheless, a safe operation of the internal combustion engine be assured. This in turn would reduce the interpretation of Components of the high pressure area of the fuel system for require correspondingly high pressures. Such components are but relatively expensive.
Aus der DE 39 12 106 A1 ist ferner eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach dem Pumpe-Düse-Prinzip bekannt. Sie zeigt ist eine Druckbegrenzungseinrichtung, welche einen zylindrischen Ventilzapfen umfasst, der bereichsweise in einer gehäuseseitigen Bohrung aufgenommen ist und an seinem in die Bohrung hinein ragenden Ende eine Fase aufweist. Bei einem unzulässigen Druckanstieg weicht der Ventilzapfen aus, bis die Fase aus der Bohrung heraustritt. Hierdurch wird eine Fluidverbindung mit einem Niederdruckbereich geschaffen.From DE 39 12 106 A1 is also a Fuel injection device according to the pump-nozzle principle known. It shows a pressure limiting device, which comprises a cylindrical valve pin, the partially received in a housing-side bore and at its end projecting into the bore a chamfer having. At an impermissible pressure increase deviates Valve pin out until the chamfer comes out of the hole. As a result, a fluid connection with a Low pressure area created.
Bei der bekannten Einrichtung wird ein Ausweichvolumen bereitgestellt, in welches bei einer Förderpulsation der Kraftstoff einströmen und aus dem der Kraftstoff nach dem Ende der Förderpulsation wieder ausströmen kann. Eine Druckpulsation wird also quasi in eine Mengenpulsation "umgewandelt", der Druck bleibt also im Wesentlichen konstant.In the known device is an evasive volume provided in which in a delivery pulsation of Fuel flow in and out of the fuel after the end the delivery pulsation can flow out again. A Pressure pulsation, so to speak, becomes a quantity pulsation "converted", so the pressure remains essentially constant.
Allerdings hat sich herausgestellt, dass es auch bei der bekannten Druckbegrenzungseinrichtung noch zu unerwünschten Druckpulsationen kommen kann.However, it has turned out that it is also at the known pressure limiting device still undesirable Pressure pulsations can come.
Aus der JP 09242639 A ist ein Druckbegrenzungsventil mit einem Ventilkolben bekannt, der eine Druckstufe aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei einem Überschreiten eines Grenzdrucks das Ventil in jedem Fall vollständig öffnet. Ein Ausweichvolumen ist bei dieser Vorrichtung nicht vorgesehen. From JP 09242639 A is a pressure relief valve with a Valve piston known which has a pressure stage. hereby ensures that when exceeding one Limit pressure in any case, the valve fully opens. One Evasion volume is not provided in this device.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Druckbegrenzungseinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass Druckpulsationen möglichst wenig auftreten.The present invention therefore has the object, a Pressure limiting device of the type mentioned so to further develop that pressure pulsations as little as possible occur.
Diese Aufgabe wird bei einer Druckbegrenzungseinrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bei einem Kraftstoffsystem des eingangs genannten Art wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 5 gelöst.This object is in a pressure limiting device of by the type mentioned by the characterizing features of claim 1 solved. In a fuel system of the type mentioned is the task solved by the characterizing features of claim 5.
Erfindungsgemäß wird ein vergleichsweise großes hydraulisch wirksames Ausgleichsvolumen unmittelbar nach dem Abheben der Dichtkante vom Ventilsitz hinzugeschaltet. Dies gestattet die wirksame Dämpfung auch sehr harter Druckstöße, welche sich durch einen steilen Gradienten bei geringer Druckdifferenz auszeichnen. Ferner wird bei dieser Ausgestaltung das maximal mögliche Ausweichvolumen durch den maximal möglichen Abstand der Steuerkante von der Auslassöffnung bestimmt. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung ist ebenfalls relativ preiswert herstellbar und kann im Rahmen des Raumbedarfs üblicher Druckbegrenzungsventile realisiert werden.According to the invention, a comparatively large hydraulic Effective equalization volume immediately after the withdrawal of the Sealing edge connected from the valve seat. This allows the effective damping even very hard pressure surges, which is through a steep gradient at low pressure difference distinguished. Furthermore, in this embodiment, the maximum possible evasion volumes by the maximum possible distance the control edge determined by the outlet opening. These Embodiment of the invention Pressure limiting device is also relatively inexpensive producible and can be more usual in the context of space requirements Pressure relief valves are realized.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are in Subclaims specified.
In einer ersten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung wird vorgeschlagen, dass die Druckbegrenzungseinrichtung einen hydraulischen Widerstand, insbesondere eine Strömungsdrossel, aufweist, welche im Zulauf zum Ausweichvolumen angeordnet ist. Durch eine solche Strömungsdrossel wird vermieden, dass es im Ausweichvolumen zu einem Überschwingen kommt. In die gleiche Richtung zielt auch die in einer anderen Weiterbildung vorgesehene Vorkammer, welche im Zulauf zum Ausweichvolumen vorhanden ist.In a first embodiment of the invention Pressure limiting device is proposed that the Pressure limiting device a hydraulic resistance, in particular, a flow restrictor, which, in the inlet is arranged to the escape volume. By such Flow restrictor prevents it in the escape volume too an overshoot comes. In the same direction also aims the antechamber provided in another development, which is present in the inlet to the evasive volume.
Möglich ist dabei auch, dass der einlassseitige Abschnitt des Kolbens einen abgerundet taillierten Bereich aufweist. Durch eine solche Ausbildung des einlassseitigen Abschnitts des Kolbens können im Betrieb der Druckbegrenzungseinrichtung die Strömungskräfte weitgehend kompensiert werden. So ist es z.B. möglich, dass praktisch kein Anstieg des Öffnungsdrucks über dem Durchsatz stattfindet.It is also possible that the inlet-side section of Piston has a rounded waisted area. By Such a design of the inlet-side section of Pistons can during operation of the pressure limiting device the Flow forces are largely compensated. So it is e.g. possible that virtually no increase in the opening pressure over the throughput 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 also relates to a fuel system for supplying fuel for an internal combustion engine, with a reservoir, with a first fuel pump, which is connected on the input side to the reservoir, with a second fuel pump, which on the input side over a fuel connection with the first fuel pump is connected, 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.To build such a fuel system as variable as possible can be without any additional costs According to the invention proposed that the Pressure limiting device in the manner described above is trained.
Dabei wird vorgeschlagen, dass die zweite Kraftstoffpumpe eine 1-Zylinder-Kolbenpumpe umfasst. Bei einer solchen Kraftstoffpumpe sind die Förderpulsationen besonders ausgeprägt, so dass hier die erfindungsgemäße Druckbegrenzungeinrichtung sehr wirkungsvoll arbeitet.It is suggested that the second fuel pump includes a 1-cylinder piston pump. In such a Fuel pump are the delivery pulsations especially pronounced, so that here the inventive Pressure limiting device 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 embodiment of Fuel system according to the invention is the Pressure limiting device to the second fuel pump grown, preferably integrated into this. Such Arrangement of 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 region of the fuel system can be waived. This will be the cost of the Fuel system according to the invention significantly reduced.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1:
- eine Prinzipdarstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Kraftstoffpumpe, an die eine Druckbegrenzungseinrichtung angebaut ist;
- Fig. 2:
- einen Schnitt durch einen Bereich der Kraftstoffpumpe und der Druckbegrenzungseinrichtung von Fig. 1; und
- Fig. 3:
- ein Diagramm, in dem der Druck im Bereich des Auslasses der Kraftstoffpumpe von Fig. 1 über der Zeit dargestellt ist.
- Fig. 1:
- a schematic diagram of a fuel system with a fuel pump to which a pressure limiting device is attached;
- Fig. 2:
- a section through a portion of the fuel pump and the pressure limiting device of Fig. 1; and
- 3:
- a diagram in which the pressure in the region of the outlet of the fuel pump of Fig. 1 over time is shown.
In Fig. 1 trägt ein Kraftstoffsystem insgesamt das
Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Niederdruckbereich 12
und einen Hochdruckbereich 14.In Fig. 1, a fuel system carries the
Der Niederdruckbereich 12 umfasst einen Vorratsbehälter 16,
in dem Kraftstoff 18 bevorratet wird. Der Kraftstoff 18
wird aus dem Vorratsbehälter 16 von einer ersten
Kraftstoffpumpe 20 gefördert. Bei dieser handelt es sich um
eine elektrische Kraftstoffpumpe. Die elektrische
Kraftstoffpumpe 20 fördert in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung
22. In dieser ist nach der elektrischen
Kraftstoffpumpe 20 in Strömungsrichtung gesehen zunächst
ein Filter 24 vorgesehen. In Strömungsrichtung gesehen noch
vor dem Filter 24 zweigt von der Niederdruck-Kraftstoffleitung
22 eine Zweigleitung 26 ab, welche zum
Vorratsbehälter 16 zurückführt. In der Zweigleitung 26 ist
ein Druckbegrenzungsventil 28 angeordnet.The low-
Die Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 führt zu einer zweiten
Kraftstoffpumpe 30. Diese wird auf hier nicht näher
dargestellte Weise von der Nockenwelle einer
Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angetrieben. Bei der
zweiten Kraftstoffpumpe 30 handelt es sich um eine 1-Kolben-Hochdruckpumpe.
Stromaufwärts von der Hochdruckpumpe
30 sind in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 noch ein
Druckdämpfer 32 und ein Rückschlagventil 34 angeordnet.
Zwischen dem Filter 24 und dem Druckdämpfer 32 zweigt von
der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 eine Zweigleitung 36
ab, in der ein Niederdruckregler 38 angeordnet ist. Die
Zweigleitung 36 führt ebenfalls zum Vorratsbehälter 16 für
den Kraftstoff 18 zurück. Von der Hochdruckpumpe 30 führt
eine Leckageleitung 40 zur Zweigleitung 36. The low-
Ausgangsseitig fördert die Hochdruckpumpe 30 in eine
Kraftstoffleitung 42, welche über ein Rückschlagventil 44
zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 46 führt. An die
Kraftstoff-Sammelleitung 46 sind wiederum Kraftstoff-Einspritzventile
48 angeschlossen, welche den Kraftstoff in
einen nicht näher dargestellten Brennraum der
Brennkraftmaschine einspritzen. Der Druck in der
Kraftstoff-Sammelleitung 46 wird von einem Drucksensor 50
erfasst.On the output side promotes the high-
Der Druck in der Kraftstoffleitung 42 und der Kraftstoff-Sammelleitung
46, also im Hochdruckbereich 14 des
Kraftstoffsystems 10, wird über ein Mengensteuerventil 52
gesteuert. Dieses verbindet den zwischen dem
Rückschlagventil 44 und der Hochdruckpumpe 30 gelegenen
Bereich der Kraftstoffleitung 42 mit dem zwischen dem
Rückschlagventil 34 und dem Druckdämpfer 32 gelegenen
Bereich der Niederdruck-Kraftstoffleitung 22. Die
Verbindung erfolgt über eine Zweigleitung 54. Das
Mengensteuerventil 42 wird von einer in Fig. 1 nicht
dargestellten Steuer- und Regeleinheit angesteuert, welche
wiederum Signale vom Drucksensor 50 erhält. Auf diese Weise
wird ein geschlossener Regelkreis für die Steuerung des
Drucks im Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10
geschaffen.The pressure in the
Um bei einem Ausfall des Mengensteuerventils 52 einen
Überdruck in der Kraftstoff-Sammelleitung 46 zu vermeiden,
welcher die Funktionstüchtigkeit der Einspritzventile 48
beeinträchtigen könnte, ist in die Hochdruckpumpe 30 ein
Druckbegrenzungsventil 56 integriert. Der genaue Aufbau des
Druckbegrenzungsventils 56 ist aus Fig. 2 ersichtlich:In case of failure of the quantity control valve 52 a
To avoid overpressure in the
Die Hochdruckpumpe 30 und das Druckbegrenzungsventil 56
sind in einem gemeinsamen Gehäuse 58 untergebracht. Von der
Hochdruckpumpe 30 ist in Fig. 2 nur ein Bereich eines
Förderraumes 60 und das auslassseitig vom Förderraum 60
angeordnete Auslassventil 44 sichtbar. Das Auslassventil 44
umfasst ein kugelförmiges Ventilelement 64, welches von
einer Feder 66 gegen einen Ventilsitz 68 beaufschlagt wird.
Stromabwärts des Auslassventils 44 ist die Hochdruck-Kraftstoffleitung
42 sichtbar. Während eines Saughubs wird
der Förderraum 60 gegenüber der Hochdruck-Kraftstoffleitung
42 durch das Auslassventil 44 abgedichtet.The high-
In Strömungsrichtung gesehen unmittelbar hinter dem
Auslassventil 44 zweigt von der Hochdruck-Kraftstoffleitung
42 eine Nebenleitung 70 ab, welche zu einer Vorkammer 72
führt. Zwischen Nebenleitung 70 und Vorkammer 72 ist eine
Strömungsdrossel 74 angeordnet.Seen in the direction of flow immediately behind the
In Fig. 2 oberhalb der Vorkammer 72 ist eine konische
Erweiterung 76 vorgesehen, die in eine zylindrische
Ventilkammer 80 mündet. Oberhalb der zylindrischen
Ventilkammer 78 ist eine zu der Ventilkammer 78 koaxiale
zylindrische Ausnehmung 80 vorhanden, welche einen etwas
kleineren Durchmesser als die Ventilkammer 78 hat. Die
zylindrische Ausnehmung 80 bildet eine Führung für einen
ebenfalls zylindrischen Kolben 82. Dieser ist weiter unten
im Detail beschrieben.In Fig. 2 above the
Etwas oberhalb des Übergangs von der zylindrischen
Ventilkammer 78 zur zylindrischen Führung 80 ist in der
Umfangswand der Führung 80 eine Ringnut 84 vorhanden. Von
dieser zweigt ein Strömungskanal 86 ab, der auf in Fig. 2
nicht sichtbare Art und Weise zur Niederdruck-Einlassseite
der Hochdruckpumpe 30 führt. Oberhalb der zylindrischen
Führung 80 ist eine zu der Führung 80 koaxiale zylindrische
Ausnehmung 88 vorhanden, welche einen kleineren Durchmesser
als die Führung 80 aufweist. Von der Ausnehmung 88 führt
ein Leckagekanal 90 zum Strömungskanal 86. Just above the transition from the cylindrical one
Die Elemente von der Nebenleitung 70 bis zum Leckagekanal
90 sind Teil des Druckbegrenzungsventils 56. Der Kolben 82
des Druckbegrenzungsventils 56 ist folgendermaßen
aufgebaut:The elements from the
Er verfügt im Wesentlichen über zwei Abschnitte, nämlich
einen - bezogen auf das Druckbegrenzungsventil 56 -
einlassseitigen Abschnitt 92 und einen - ebenfalls auf das
Druckbegrenzungsventil 56 bezogenen - auslassseitigen
Abschnitt 94. Der auslassseitige Abschnitt 94 hat eine
kreiszylindrische Außenkontur mit gleichbleibendem
Durchmesser. In Fig. 2 ist von oben in den Kolben 82 ein
Sackloch 96 eingebracht. In diesem ist eine Feder 98
geführt, welche sich einerseits am Kolben 82 und
andererseits am Grund der oberen Ausnehmung 88 im Gehäuse
58 abstützt. Durch diese Feder 98 wird ein freier Rand 100
des in Fig. 2 einlassseitigen Abschnitts 92 des Kolbens 82
gegen die konische Erweiterung 76 gedrückt. Die konische
Erweiterung 76 bildet insoweit also einen Ventilsitz.It essentially has two sections, namely
a - with respect to the pressure relief valve 56 -
inlet-
Zum auslassseitigen Abschnitt 94 hin weist der
einlassseitige Abschnitt 92 des Kolbens 82 eine
Einschnürung 102 in Form eines abgerundet taillierten
Bereiches auf. Auf diese Weise wird zwischen dem
einlassseitigen Abschnitt 92 und dem auslassseitigen
Abschnitt 94 eine Steuerkante 104 gebildet, welche die
beiden Abschnitte 92 und 94 voneinander trennt. Die
Steuerkante 104 ist vom freien Rand 100 des einlassseitigen
Abschnitts 92 so beabstandet, dass dann, wenn der freie
Rand 100 am Ventilsitz 76 anliegt, die Steuerkante 104 von
der Ringnut 84 beabstandet ist.Towards the outlet-
Das Kraftstoffsystem 10 mit dem Druckbegrenzungsventil 56
arbeitet folgendermaßen:The
Von der elektrischen Kraftstoffpumpe 20 wird der Kraftstoff
18 aus dem Vorratsbehälter 16 in die Niederdruck-Kraftstoffleitung
22 gefördert. Der Druck in der
Niederdruck-Kraftstoffleitung 22 beträgt typischerweise
ungefähr 4 bar. Der unter diesem Druck stehende Kraftstoff
wird in der Hochdruckpumpe 30 weiter auf einen Systemdruck
von ungefähr 120 bar verdichtet.From the
Wenn auf der Auslassseite der Hochdruckpumpe 30, also
beispielsweise in der Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 und
der Kraftstoff-Sammelleitung 46, ein konstantes Volumen
herrschen würde, würden im Hochdruckbereich 14 des
Kraftstoffsystems 10 aufgrund der Förderpulsationen der
Hochdruckpumpe 30 Druckspitzen bis zu einem Spitzenwert von
ca. 180 bar auftreten. Eine solche Druckspitze ist in Fig.
3 gestrichelt dargestellt. Diese Druckspitzen resultieren
aus der Beschleunigung der Kraftstoffsäule in der
Hochdruck-Kraftstoffleitung 42 durch die Hochdruckpumpe 30.
Diese Druckspitzen werden bei dem in Fig. 2 dargestellten
Druckbegrenzungsventil 56 auf folgende Art und Weise
vermieden:If on the outlet side of the high-
Im Grunde entspricht die Druckspitze einem durch den
Förderimpuls der Hochdruckpumpe 30 ausgelösten Mengenstrom.
Dieser Mengenstrom strömt in die Nebenleitung 70, durch die
Strömungsdrossel 74 hindurch in die Vorkammer 72. Dort
führt der Mengenstrom dazu, dass der freie Rand 100 des
einlassseitigen Abschnitts 92 des Kolbens 82 vom Ventilsitz
78 abhebt und der gesamte Kolben 82 entgegen der
Beaufschlagungskraft der Feder 98 bewegt wird. Dies führt
zu einer Vergrößerung der zylindrischen Ventilkammer 78.
Die Vergrößerung der Ventilkammer 78 wiederum entspricht
einem Ausweichvolumen, in welches der Kraftstoff einströmen
kann.Basically, the pressure peak corresponds to one through the
Delivery pulse of the
Nach dem Ende des Förderimpulses strömt der Kraftstoff aus
der zylindrischen Ventilkammer 78 wieder in die Hochdruck-Kraftstoffleitung
42 zurück. Dabei bewegt sich der Kolben
82 aufgrund der Federbeaufschlagung wieder mit seinem
freien Rand 100 gegen den Ventilsitz 76. Der Abstand
zwischen der Steuerkante 104 und der Ringnut 84 ist dabei
so bemessen, dass bei einer üblichen Druckspitze kein
Kraftstoff über die Ringnut 84 und den Strömungskanal 86
abströmt. Das maximal mögliche Ausweichvolumen entspricht
somit dem Durchmesser des auslassseitigen Abschnitts 94 des
Kolbens 82 multipliziert mit dem maximalen Abstand zwischen
der Ringnut 84 und der Steuerkante 104.After the end of the delivery pulse, the fuel flows out
the
Durch die Vorkammer 72 und die Strömungsdrossel 74 wird ein
dynamisches Überschwingen des Kolbens 82 verhindert. Somit
ist auch bei sehr harten Förderimpulsen gewährleistet, dass
das Druckbegrenzungsventil 56 nicht öffnet, also kein
Kraftstoff über den Strömungskanal 86 abströmt. Fällt
jedoch beipielsweise aufgrund einer Störung des
Mengensteuerventils 52 die Druckregelung im
Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10 aus und wird
mehr Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 30 in die Hochdruck-Kraftstoffleitung
42 und die Kraftstoff-Sammelleitung 46
gefördert als von den Kraftstoff-Einspritzventilen 48 in
den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird,
dann erhöht sich der gesamte Systemdruck im
Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 10. Überschreitet
der tatsächliche Systemdruck den maximal zulässigen
Systemdruck, dann wird der Kolben 82 entgegen der
Beaufschlagung durch die Feder 98 so weit bewegt, bis die
Steuerkante 104 oberhalb der Ringnut 84 liegt.Through the
Somit kann der Kraftstoff von der Nebenleitung 70 über den
Strömungskanal 86 zur Einlassseite der Hochdruckpumpe 30
zurückströmen. Hierdurch wird sichergestellt, dass der
Systemdruck insgesamt den zulässigen Wert, hier
beispielsweise 120 bar, nicht überschreitet. Somit ist auch
beim Ausfall beispielsweise des Mengensteuerventils 52 die
sichere Funktion der Kraftstoff-Einspritzventile 48
gewährleistet. Durch die Ausbildung des einlassseitigen
Abschnitts 92 des Kolbens 82 mit einer Einschnürung 102 ist
sichergestellt, dass im Betrieb Strömungskräfte weitgehend
kompensiert werden. Somit findet praktisch kein Anstieg des
Öffnungsdrucks über dem Durchsatz statt. Ein solcher
Anstieg würde ansonsten möglicherweise zu Einschränkungen
im Betrieb des Kraftstoffsystems 10 bzw. der
Brennkraftmaschine führen, wenn das Mengensteuerventil 52
versagt.Thus, the fuel from the
Claims (7)
- Pressure-limiting device (56) for a fuel system (10) of an internal combustion engine, having a housing (58) which has an inlet (70) and an outlet (86), and having a prestressed element (82) which fluidically connects the inlet (70) to the outlet (86) starting from a specific pressure difference between the inlet (70) and outlet (86), the prestressed element being embodied as a cylindrical piston (82) which has an outlet-end section (94) and an inlet-end section (92) which are separated from one another by a control edge (104), characterized in that the outlet-end section (94) is guided in a sealed fashion in the housing (58), and in the closed state of the pressure-limiting device (56) said outlet-end section (94) covers an outlet opening (84) in the wall (80) of the housing, a free edge (100) of the inlet-end section (92) forming a sealing edge with a valve seat (76) on the housing, in such a way that a pressure pulsation is converted into a quantity pulsation and the pressure thus remains essentially constant by virtue of the fact that a bypass volume is made available in the pressure-limiting device (56) upstream of the prestressed element (82), viewed in the direction of flow, by movement of the prestressed element (82).
- Pressure-limiting device (56) according to Claim 1, characterized in that it has a hydraulic resistor, in particular a flow restrictor (74) which is arranged in the inflow (70) to the bypass volume.
- Pressure-limiting device (56) according to one of Claims 1 or 2, characterized in that it has an antechamber (72) which is provided in the inflow (70) to the bypass volume.
- Pressure-limiting device (56) according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet-end section (92) of the piston (82) has a region (102) which is shaped in a rounded fashion.
- Fuel system (10) for supplying fuel (18) for an internal combustion engine, having a reservoir vessel (16), having a first fuel pump (20) which is connected at the input end to the reservoir vessel (16), having a second fuel pump (30) which is connected at the input end to the first fuel pump (20) via a fuel connection (22), and having a pressure-limiting device (56) which limits the pressure in a fuel connection (42, 46) at the output end of the second fuel pump (30), characterized in that the pressure-limiting device (56) is embodied according to one of Claims 1 to 4.
- Fuel system (10) according to Claim 5, characterized in that the second fuel pump comprises a single cylinder piston pump (30).
- Fuel system (10) according to one of Claims 5 or 6, characterized in that the pressure-limiting device (56) is attached to the second fuel pump (30), preferably integrated into it.
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