Druckregelanordnung
[0001] Die Erfindung betrifft eine Druckregelanordnung für die Kraftstoffzufuhr von einer
in einem Kraftstofftank angeordneten Kraftstoffpumpe über eine Kraftstoffleitung zu
einer Kraftstoffverteileinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem in dem Kraftstofftank
angeordneten Druckregelventil, das im geöffneten Zustand Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung
abzweigt und zurück in den Kraftstofftank führt, wobei das Druckregelventil eine erste
und eine zweite Kammer aufweist, die durch eine ein Ventilschließglied betätigende
Membrane flüssigkeitsdicht von einander getrennt sind, wobei die erste Kammer zumindest
eine Einlaßöffnung aufweist, die über eine erste Abzweigleitung mit der Kraftstoffleitung
verbunden ist, und zumindest eine Auslaßöffnung aufweist, die in den Kraftstofftank
führt, wobei die zweite Kammer ein Federelement aufweist, daß das Ventilschließglied
in Schließrichtung vorspannt.
[0002] Eine derartige Druckregelanordnung ist beispielsweise aus der französischen Patentanmeldung
2730526 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein sogenanntes rücklaufloses Kraftstoffsystem,
das nur eine Verbindungsleitung vom Kraftstofftank mit der Kraftstoffpumpe zur Kraftstoffverteileinrichtung
am Motor vorsieht. Durch den Verzicht einer sogenannten Rücklaufleitung vom Motor
zum Kraftstofftank, ist dieses Kraftstoffsystem besonders geeignet um strenge Emissionsgesetze
zu erfüllen. Um nun einen konstanten Kraftstoffdruck bei unterschiedlichen Durchsatzmengen
in der Kraftstoffleitung zu gewährleisten, schlägt die FR 2730526 einen ersten im
Tank angeordneten Druckregler und einen zweiten kurz vor der Kraftstoffverteileinrichtung
außerhalb des Tanks in der Kraftstoffleitung angeordneten Druckregler vor. Über den
ersten Druckregler kann überschüssiger Kraftstoff zurück in den Kraftstofftank geleitet
werden, um bei unterschiedlichen Durchflussmengen den Kraftstoff mit konstantem Druck
aus dem Tank abzuführen. Der zweite Druckregler hat die Aufgabe die Druckverluste
innerhalb der Kraftstoffleitung auszugleichen und zu gewährleisten, daß bei unterschiedlichen
Motorlastzuständen ebenfalls ein konstantes Druckniveau vorliegt. Obwohl dieses Kraftstoffsystem
lediglich eine Kraftstoff leitung zur Kraftstoffverteileinrichtung aufweist, besitzt
es den Nachteil, daß ein zusätzlicher Regler, nämlich der zweite Druckregler, vorgesehen
werden muß. Diese Anordnung führt wiederum dazu, daß besondere Verbindungs- und Abdichtungsmaßnahmen
getroffen werden müssen, um strenge Emissionsvorrichtungen zu erfüllen.
[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abhilfe für die
vorstehend geschilderten Probleme zu schaffen.
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite Kammer des Druckregelventils
eine zweite Einlaßöffnung aufweist, die über eine zweite Abzweigleitung mit einem
Schaltorgan mit der Kraftstoffleitung derart verbunden ist, daß unterschiedliche Druckniveaus
in der zweiten Kammer einstellbar sind.
[0005] Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es nun möglich, die emissionsrelevanten
Bauteile im Kraftstofftank anzuordnen, so daß ein rücklaufloses Kraftstoffsystem mit
einer durchgehenden Kraftstoffleitung realisierbar ist. Die erfindungsgemäße Druckregelanordnung
gewährleistet dabei, daß die strömungsbedingten Verluste in der Kraftstoffleitung
ausgeglichen werden und der Kraftstoffdruck an die unterschiedlichen Motorlastzustände
anpaßbar ist. Bei einer besonders einfachen Ausführungsform weist die zweite Kammer
eine zweite Auslaßöffnung auf, und ist in der zweiten Einlaßöffnung eine erste Düse
mit dem Durchmesser D1 angeordnet. Hierbei kann in der zweiten Auslaßöffnung eine
zweite Düse mit dem Durchmesser D2 angeordnet sein, wobei D2 größer als D1 ist und
die Düsen derart dimensioniert sind, daß der Druckabfall über den beiden Düsen dem
Gesamtdruck der Kraftstoffpumpe entspricht, wobei das Schaltorgan ein 2/2-Wege-Ventil
ist. In der zweiten Auslaßöffnung kann jedoch auch ein Druckbegrenzungsventil angeordnet
sein, das bei der in der zweiten Kammer angestrebten Druckerhöhung öffnet, wobei das
Schaltorgan ein 3/2-Wege-Ventil ist.
[0006] Im Falle einer gewünschten stufenlosen Druckregelung ist es denkbar, daß das Schaltorgan
ein pulsweitenmodulierter elektrohydraulischer Wandler ist, der eine stufenlose Einstellung
des Druckniveaus in der zweiten Kammer ermöglicht.
[0007] Des weiteren ist es möglich, daß ein Drucksensor in der Kraftstoffverteileinrichtung
vorgesehen ist, der über ein Steuerelement mit dem elektrohydraulischen Wandler verbunden
ist.
[0008] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben, hierin zeigt:
Figur 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckregelanordnung,
Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckregelanordnung und
Figur 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckregelanordnung.
[0009] Figur 1 zeigt in schematischer Form den Kraftstofffluß bei einer weiter nicht dargestellten
Brennkraftmaschine, wobei aus einem Kraftstofftank 1 durch eine Pumpe 2 über eine
Kraftstoffleitung 3 Kraftstoff zu einer Kraftstoffverteileinrichtung 4 geführt wird.
Um nun zu gewährleisten, daß der Kraftstoff mit einem definierten Druckniveau an der
Kraftstoffverteileinrichtung anliegt, ist neben der Pumpe 2 im Kraftstofftank 1 eine
Druckregelanordnung 5 vorgesehen. Durch die erfindungsgemäße Ausführung dieser Druckregelanordnung
5 ist es möglich, emissionsrelevante Bauteile im Kraftstofftank 1 anzuordnen, wobei
lediglich eine Kraftstoffleitung 3 nach außen geführt wird und den Kraftstoff zur
Kraftstoffverteileinrichtung 4 führt. Von der Kraftstoffleitung 3 zweigt eine erste
Abzweigleitung 6 ab, die mit einer ersten Einlaßöffnung 7 eines Druckregelventils
8 verbunden ist. Ist das Druckregelventil 8 in Offenstellung, wird über die erste
Abzweigleitung 6 und die Einlaßöffnung 7 in eine erste Kammer 9 und über die Auslaßöffnung
10 in den Kraftstofftank 1 zurückgeführt. Ein Schließorgan 11 des Druckregelventils
8 besteht auf bekannte Weise aus einem an einer Membrane 12 angeordneten Ventilschließglied
13, wobei die Membrane die erste Kammer 9 von einer zweiten Kammer 14 trennt und das
Ventilschließglied dann in einer Offenstellung bewegt, wenn in der ersten Kammer 9
ein Druckniveau vorliegt, die eine Kraft erzeugt, die größer ist als die Kraft, die
durch das Druckniveau der zweiten Kammer 14 erzeugt wird.
[0010] Des weiteren weist die erfindungsgemäße Druckregelanordnung 5 eine zweite Abzweigleitung
15 auf, in der ein Schaltorgan 16 angeordnet ist, und die zu einer zweiten Einlaßöffnung
17 des Druckregelventils 8 führt. Über die zweite Einlaßöffnung 17 kann Kraftstoff
in die zweite Kammer 14 geführt werden. Des weiteren weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
das Druckregelventil 8 noch eine zweite Auslaßöffnung 18 auf. Sowohl in der Einlaßöffnung
17 ist eine Düse 19 als auch in der Auslaßöffnung 18 eine Düse 20 angeordnet. Um einen
Druckabfall über die beiden Düsen realisieren zu können, ist dabei die Düse 20 mit
einem Durchmesser D2 ausgeführt, der größer ist als der Durchmesser D1 der Düse 19.
Außerdem ist auf bekannte Weise in der zweiten Kammer 14 ein Federelement 21 vorgesehen,
daß das Ventilschließglied 11 in Schließrichtung vorspannt. Das Schaltorgan 16 besteht
im vorliegenden Fall aus einem einfachen 2/2-Wege-Ventil.
Die Druckregelanordnung 5 gemäß Figur 1 funktioniert nun wie folgt:
[0011] In einer ersten Einstellung der Druckregelanordnung 5 soll ein Kraftstoffdruck von
ca. 4 bar in der Kraftstoffleitung realisiert werden. Besondere Verluste in der Leitung
oder aufgrund einer hohen Motorlast liegen in diesem Betriebszustand nicht vor. Das
elektromagnetische 2/2-Wege-Ventil 5 ist in diesem Falle unbestromt, so daß in der
zweiten Kammer 12 ein Atmosphärendruck von 1 bar vorliegt und lediglich die Federkraft
auf das Schließorgan 11 wirkt. Diese Federkraft ist so eingestellt, daß das Schließorgan
11 bei einem Druck in der ersten Kammer 9 von mehr als 4 bar öffnet und Kraftstoff
über die Auslaßöffnung 10 in den Kraftstofftank zurückgeführt wird. Wenn jetzt aufgrund
hoher Motorlast oder aber auch Leitungsverluste ein höherer Durchsatz in der Kraftstoffleitung
3 erforderlich ist, dies kann beispielsweise über einen nicht dargestellten an der
Kraftstoffverteileinrichtung 4 angeordneten Drucksensor (siehe Figur 3) ermittelt
werden, wird das Schaltorgan 5 geöffnet und über die zweite Abzweigleitung 15 kann
Kraftstoff über die zweite Einlaßöffnung 17 in die zweite Kammer 14 strömen, wobei
über der ersten Düse 19 ein Druckabfall von Δ P 4 bar realisiert wird, was dem Basisdruck
entspricht. Über die Düse 20 wird ein Druckabfall von ΔP 1 bar realisiert, der dem
zuschaltbaren Zusatzdruck entspricht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel heißt das,
daß das Ventilschließglied 13 erst bei einem Druck größer als 5 bar in der ersten
Kammer 9 öffnet. Auf diese einfache konstruktive Weise ist es also möglich, die Druckversorgung
für die Kraftstoffverteileinrichtung schnell anzupassen. Dabei sei noch einmal darauf
hinzuweisen, daß die Düsen 19, 20 so gemessen sind, daß die Summe der Druckabfälle
an den Düsen 19, 20 dem Gesamtdruck der Pumpe entspricht. Dabei entspricht insbesondere
der Druckabfall der Düse 19 dem Basisdruck der Druckanordnung 5 und der Druckabfall
der Düse 20 dem Zusatzdruck, der bei erhöhten Leitungsverlusten oder einer sehr hohen
Motorlast benötigt wird. Die Druckverstellgeschwindigkeit ist abhängig von dem Totvolumen
der Regelstrecke und den Düsengrößen. Große Düsen erhöhen dabei die Verstellgeschwindigkeit,
bedeuten aber auch mehr Volumverlust der Kraftstoffpumpe 2. Da beide Düsen den gleichen
Strömungsgesetzen unterliegen, wird der Zusatzdruck durch Randeinflüsse, wie Kraftstoffviskosität
, Kraftstofftemperatur oder ähnlichem nicht beeinflußt. Es sollte deutlich sein, daß
die Düsen im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich schematisch dargestellt sind,
es sind auch Nadeldüsen oder ähnliche einsetzbar.
[0012] In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckregelanordnung
5 dargestellt. Hierbei ist anstelle der Düse 20 ein Druckbegrenzungsventil 22 in der
zweiten Auslaßöffnung 18 angeordnet. Dieses Druckbegrenzungsventil 22 ist ebenfalls
ausgelegt, daß es bei einem Druck von 5 bar öffnet. Da nun die Verbindung mit der
Atmosphäre der zweiten Kammer 12 nicht mehr über die Ausgangsöffnung 18 gewährleistet
ist, wird als Schaltorgan 16 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein 3/2-Wege-Ventil
eingesetzt. Eine Druckverstellung vom Basisdruck zum erhöhten Druck erfolgt in diesem
vorliegenden Ausführungsbeispiel schneller, da während des Hochlaufvorganges kein
Volumen durch das Druckbegrenzungsventil 22 verloren geht. Darüber hinaus erlaubt
das Druckbegrenzungsventil 22 eine genaue Einstellung des Zusatzdrucks.
[0013] Um eine stufenlose Anpassung des Drucks zu ermöglichen, kann wie in Figur 3 dargestellt,
das Schaltorgan 16 als ein pulsweitenmodulierter elektrohydraulischer Wandler ausgeführt
sein. Die zweite Kammer 12 weist in diesem Fall keine zweite Auslaßöffnung auf und
in der Einlaßöffnung 17 ist auch keine Düse 19 vorgesehen. Durch den pulsweitenmodulierten
elektrohydraulischen Wandler 16 kann auf bekannte Weise eine Druckeinstellung in der
zweiten Kammer 12 vorgenommen werden. Der Wandler 23 wird dazu von einem Steuergerät
23 angesteuert, das wiederum mit einem in der Verteileinrichtung 4 angeordneten Sensor
24 verbunden ist.
1. Druckregelanordnung für die Kraftstoffzufuhr von einer in einem Kraftstofftank angeordneten
Kraftstoffpumpe über eine Kraftstoffleitung zu einer Kraftstoffverteileinrichtung
einer Brennkraftmaschine mit einem in dem Kraftstofftank angeordneten Druckregelventil,
das im geöffneten Zustand Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung abzweigt und zurück
in den Krafstofftank führt, wobei das Druckregelventil eine erste und eine zweite
Kammer aufweist, die durch eine ein Ventilschließglied betätigende Membrane flüssigkeitsdicht
voneinander getrennt sind, wobei die erste Kammer zumindest eine Einlaßöffnung aufweist,
die über eine erste Abzweigleitung mit der Kraftstoffleitung verbunden ist, und zumindest
eine Auslaßöffnung aufweist, die in den Kraftstofftank führt, wobei die zweite Kammer
ein Federelement aufweist, das das Ventilschließglied in Schließrichtung vorspannt,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (14) des Druckregelventils (8) eine zweite Einlaßöffnung (17) aufweist,
die über eine zweite Abzweigleitung (15) mit einem Schaltorgan (16) mit der Kraftstoffleitung
(3) derart verbunden ist, daß unterschiedliche Druckniveaus in der zweiten Kammer
(14) einstellbar sind.
2. Druckregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (14) eine zweite Auslaßöffnung (18) aufweist, und daß in der zweiten
Einlaßöffnung (17) eine erste Düse (19) mit dem Durchmesser D1 angeordnet ist.
3. Druckregelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Auslaßöffnung (18) eine zweite Düse (20) mit dem Durchmesser D2 angeordnet
ist, wobei D2 größer als D1 ist und die Düsen (19, 20) derart dimensioniert sind,
daß der Druckabfall über den beiden Düsen (19, 20) dem Gesamtdruck der Kraftstoffpumpe
(2) entspricht, wobei das Schaltorgan (16) ein 2/2-Wege-Ventil ist.
4. Druckregelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Auslaßöffnung (18) ein Druckbegrenzungsventil (22) angeordnet ist,
das bei der in der zweiten Kammer (14) angestrebten Druckerhöhung öffnet, wobei das
Schaltorgan (16) ein 3/2-Wege-Ventil ist.
5. Druckregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan (16) ein pulsweitenmodulierter elektrohydraulischer Wandler ist,
der eine stufenlose Einstellung des Druckniveaus in der zweiten Kammer (14) ermöglicht.
6. Druckregelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor (24) in der Kraftstoffverteileinrichtung (4) vorgesehen ist, der
über ein Steuerelement (23) mit dem elektrohydraulischer Wandler (23) verbunden ist.