-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Kraftstoffversorgungssystem.
Im speziellen betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftstoffventil.
-
Es
existieren verschiedene bekannte Standards zur Messung der Menge
an evaporativen Emissionen (Verdunstungsmenge), die ein Kraftfahrzeug
in Zeiten, in denen es nicht in Betrieb ist, ausstößt. Beispiele
für solche
Regierungsstandards sind jene, die von der U.S.-Bundesumweltbehörde und dem
California Air Resources Board ausgegeben werden. Ein gebräuchlicher
Test zur Messung der evaporativen Emissionen eines Kraftfahrzeugs
sieht dessen Inbetriebnahme bis zum Erreichen der normalen Betriebstemperatur
vor. Bei Erreichen der Betriebstemperatur wird sein Motor abgeschaltet,
und das Fahrzeug selbst wird in einer luftdichten Kammer abgestellt.
Im Folgenden misst ein Satz chemischer Sensoren über mehrere Tage die Höhe und die
Art der Emissionen, die das Fahrzeug abgibt. Während des Zeitraums, in dem
die Emissionen gemessen werden, werden typische Umweltbedingungen
simuliert, etwa der tägliche
Temperaturzyklus, den die steigende Umgebungstemperatur während der
Mittagszeit und die fallende Umgebungstemperatur während der
Nacht vorgeben.
-
Eine
Emissionsquelle stellen Kraftstoffverluste aus dem Kraftstoffversorgungssystem
dar. Der aus dem Kraftstoffversorgungssystem entwichene Kraftstoff
wird an der Luft normalerweise in Benzin- Dampf umgewandelt und
somit von den chemischen Sensoren während der Messung der evaporativen Emissionen
registriert. Demzufolge haben Kraftstoffverluste aus dem Kraftstoffversorgungssystem
einen negativen Einfluss auf die Bemühungen der Automobilindustrie,
die gegenwärtigen
wie zukünftigen
evaporativen Emissionsstandards der Bundesumweltbehörde und
des California Air Resources Board zu erfüllen.
-
Kraftstoffverluste
treten normalerweise auf, weil das Kraftstoffversorgungssystem unter
Druck verbleibt, nachdem der Motor des Kraftfahrzeugs abgeschaltet
wurde. Dieses Aufrechterhalten des Überdrucks innerhalb des Kraftstoffversorgungssystems bei
ausgeschaltetem Motor ist ein verbreitetes Konstruktionsmittel der
Automobilhersteller, das einen schnellen Neustart des Motors ermöglicht.
Es gibt mehrere Gründe,
dafür zu
sorgen, dass das Kraftstoffversorgungssystem in Zeiten, in denen
das Kraftfahrzeug nicht in Betrieb genommen wird, mit Kraftstoff
gefüllt
bleibt. Diese Gründe
umfassen unter anderem die Emissionsminimierung während des
Neustarts sowie die Vermeidung lästiger
Verzögerungen bei
diesem Vorgang. Die Aufrechterhaltung des Überdrucks auf den Kraftstoff
führt allerdings
zu Kraftstoffverlusten in verschiedenen Komponenten des Kraftstoffversorgungssystems.
Stellen, an denen gemeinhin Kraftstoffverluste auftreten, sind beispielsweise
die Einspritzdüsen,
die in den meisten Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Kraftstoffverluste können außerdem an
verschiedenen Anschlüssen
im Kraftstoffversorgungssystem, an denen der Kraftstoff austreten
kann, auftreten.
-
Kraftstoffverluste
werden im Besonderen auch durch tägliche Temperaturzyklen verstärkt. Während eines
durchschnittlichen Tages erreicht die Temperatur etwa drei Stunden
nach der Mittagszeit ihren Höhepunkt.
In Verbin dung mit diesem Temperaturanstieg steigt auch der Druck
im Kraftstoffversorgungssystem an, was zu Kraftstoffverlusten im Bereich
der Einspritzdüsen
und andernorts führt.
Dieser Temperaturzyklus wiederholt sich täglich, was zu täglichen
Zyklen der Kraftstoffverluste und evaporativen Emissionen führt.
-
Dementsprechend
besteht zur Minimierung evaporativer Emissionen ein Bedarf an einem
System, das nach dem Ausschalten des Motors den Kraftstoff innerhalb
des Kraftstoffversorgungssystems hält und gleichzeitig den Kraftstoffdruckaufbau minimiert.
Dies ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Kraftstoffdruckbegrenzungsventil mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
-
Demnach
wird ein Kraftstoffdruckbegrenzungsventil zur Verfügung gestellt
das die in einem täglichen
Zyklus auftretenden Kraftstoffverluste und evaporativen Emissionen
dadurch minimiert, dass es den Druckaufbau bei einer Erwärmung des
Kraftstoffsystems verhindert. Eine Variante des Kraftstoffdruckbegrenzungsventils
schließt
ein Überlaufventil und
ein Gegendruckbegrenzungsventil ein. Das Überlaufventil schließt, wenn
die Kraftstoffpumpe während
des Betriebs des Kraftfahrzeugs einen Kraftstoffstrom erzeugt. Wenn
das Kraftfahrzeug außer
Betrieb ist und die Kraftstoffpumpe nicht mehr arbeitet, öffnet das Überlaufventil,
nachdem die Temperatur gesunken und der Kraftstoffdruck abgefallen
ist. Im Folgenden verhindert das Gegendruckbegrenzungsventil den
Aufbau eines Kraftstoffüberdruckes dadurch,
dass es sich öffnet,
wenn der Druck einen Schwellwert (Auslösedruck) überschreitet, und wieder schließt, wenn
der Schwellwert unterschritten wird. Bei diesem Vorgang, der aus
oben genannten Gründen
täglichen
Zyklen unterworfen ist, wird eine geringe Menge Kraftstoff an den
Kraftstofftank abgegeben. Ein Vorteil des Gegendruckbegrenzungsventils
besteht darin, dass es als kostengünstiges passives Ventil ausgebildet
werden kann, das ohne Elektronik oder ein Steuerungssystem auskommt.
-
Die
Erfindung ist hinsichtlich ihrer Konstruktion und Wirkungsweise
diagrammatisch in den Zeichnungen illustriert, die folgendes darstellen:
-
1: zeigt eine Schemadarstellung
eines Kraftstoffversorgungssystems, in dem das erfindungsgemäße Kraftstoffdruckbegrenzungsventil
zur Anwendung kommt;
-
2: zeigt die Schemadarstellung
eines Kraftstoffversorgungssystems gemäß 1;
-
3: zeigt mehrere Graphen,
die den täglichen
Druckzyklus in einem Kraftstoffversorgungssystem sowohl mit als
auch ohne das erfindungsgemäße Kraftstoffdruckbegrenzungsventil
abbilden;
-
4: zeigt einen Graphen,
in dem die Grenzlinien zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand üblicher
Automobilkraftstoffe über
dem Kraftstoffdruck und der Temperatur aufgetragen sind;
-
5: zeigt einen seitlichen
Querschnitt eines Überlaufventils
in geöffnetem
Zustand;
-
6: zeigt einen seitlichen
Querschnitt des Überlaufventils
gemäß 5 in geschlossenem Zustand;
-
7: zeigt einen seitlichen
Querschnitt eines weiteren Überlaufventils
mit einer Kugel und einer Feder;
-
8: zeigt einen seitlichen
Querschnitt eines weiteren Überlaufventils
mit einem zylindrischen Dichtungskörper und einer Feder;
-
9: zeigt einen seitlichen
Querschnitt eines weiteren Überlaufventils
mit einer Kugel und ohne Feder;
-
10: zeigt einen seitlichen
Querschnitt eines weiteren Überlaufventils
mit einem zylindrischen Dichtungskörper und Magneten;
-
11: zeigt einen seitlichen
Querschnitt einer Variante des erfindungsgemäßen Kraftstoffdruckbegrenzungsventils;
-
12: zeigt einen seitlichen
Querschnitt einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Kraftstoffdruckbegrenzungsventils;
-
13: zeigt einen seitlichen
Querschnitt einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Kraftstoffdruckbegrenzungsventils;
-
14: zeigt einen seitlichen
Querschnitt eines integrierten Ventilaufbaus, der aus einem parallelen
Druckbegrenzungsventil und dem erfindungsgemäßen Kraftstoffdruckbegrenzungsventil
besteht;
-
15: zeigt einen seitlichen
Querschnitt eines integrierten Ventilaufbaus, der aus einem parallelen
Druckbegrenzungsventil und dem erfindungsgemäßen Kraftstoffdruckbegrenzungsventil
besteht;
-
16: zeigt eine schematische
Darstellung eines integrierten Ventilaufbaus, der aus einem parallelen
Druckbegrenzungsventil und dem erfindungsgemäßen Kraftstoffdruckbegrenzungsventil
besteht; und
-
17: zeigt eine schematische
Darstellung eines integrierten Ventilaufbaus, der aus einem parallelen
Druckbegrenzungsventil und dem erfindungsgemäßen Kraftstoffdruckbegrenzungsventil
besteht.
-
In
den Figuren, im Besonderen in den 1 und 2, ist ein typisches Kraftstoffversorgungssystem 10 dargestellt.
Das Kraftstoffversorgungssystem 10 repräsentiert ein typisches Kraftstoffversorgungssystem,
wie es in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt, und umfasst einen Kraftstofftank 12,
eine Kraftstoffpumpe 14, ein Pumpendruckbegrenzungsventil 16, ein
paralleles Druckbegrenzungsventil 18, eine Kraftstoffleitung 20,
und mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen 22.
Ein typisches paralleles Druckbegrenzungsventil 18 besteht
aus einem Kontrollventil mit 0,172 bar und einem Druckbegrenzungsventil
mit 3,791 bar. Wie ein Fachmann leicht nachvollziehen kann, pumpt
die Kraftstoffpumpe 14 während des Betriebs Kraftstoff durch
das parallele Druckbegrenzungsventil 18 zur Kraftstoffsammelleitung
oder Kraftstoffleitung 20. Der Kraftstoff wird dann durch
die Kraftstoffeinspritzdüsen 22 in
das Ansaugrohr (nicht dargestellt) des Motors injiziert. Wenn der
Motor des Kraftfahrzeugs abgeschaltet wird, hält das parallele Druckbegrenzungsventil 18 den
Kraftstoff unter Druck in der Kraftstoffleitung 20. Wie
bereits oben beschrieben, kann dies zu unerwünschten Kraftstoffverlusten
im Bereich der Kraftstoffeinspritzdüsen 22 und somit zu
evaporativen Emissionen führen.
-
Wie
in 3 dargestellt, werden
sowohl Kraftstoffdruckaufbau als auch Kraftstoffverluste durch tägliche Temperaturzyklen
verstärkt.
Während des
Betriebs des Kraftfahrzeugs hält
die Kraftstoffpumpe 14 den Kraftstoffdruck auf einem Niveau,
das ungefähr
2,758 bar bis 5,516 bar über
dem Druck des Ansaugrohres liegt, während die Temperatur der Kraftstoffleitung 20 normalerweise
bei 90,6°C
liegt. Unmittelbar nachdem der Motor des Kraftfahrzeugs abgeschaltet
wurde, ist eine leichte Erhöhung
der Temperatur (und somit auch des Drucks in der Kraftstoffleitung 20)
zu verzeichnen, was daher rührt,
dass die Kühlungssysteme
des Fahrzeugs nicht länger
arbeiten (42). Im Folgenden fällt die Temperatur der Kraftstoffleitung 20 langsam,
womit ein stetiger Druckabbau einhergeht (44).
-
In 4 sind die Temperatur – Druck – Beziehungen
typischer Automobilkraftstoffe und die daraus resultierenden Grenzlinien
zwischen flüssigem und
gasförmigem
Aggregat-Zustand dargestellt. Der Bereich oberhalb einer Grenzlinie
kennzeichnet diejenigen Kombinationen aus Druck und Temperatur, bei
denen die gesamte Menge des betreffenden Kraftstoffs flüssig ist.
In dem Fall, dass der Kraftstoff sowohl in flüssiger als auch in gasförmiger Form
vorliegt, spricht man davon, dass sich Druck und Temperatur des
Systems „auf
der Grenze" befinden,
was bedeutet, dass die Kombination durch einen Punkt des Diagramms
beschrieben wird, der genau auf der Grenzlinie liegt. Das bedeutet,
dass bei vorgegebenem Gasraum im System der Druck durch die Kraftstofftemperatur
und die Kraftstoffzusammensetzung (d.h. den Kraftstofftyp) bestimmt
wird, wenn eine einzige gleichförmige
Kraftstofftemperatur gegeben ist.
-
Während der
Abkühlung
verringert sich das Volumen des Kraftstoffs. Wie in 1 dargestellt, kann dadurch zusätzlicher
Kraftstoff aus der Kraftstoffpumpe 14 oder einer zusätzlichen
Kraftstoffleitung 24, die auf dem Boden des Kraftstofftanks 12 endet,
in die Kraftstoffleitung 20 angesogen oder abgezogen werden.
In dem Fall, dass die Kraftstoffleitung 24 oberhalb des
Bodens im oberen Bereich des Kraftstofftanks 12 endet,
kann die Volumenverringerung des Kraftstoffs dazu führen, dass
Kraftstoffgase in die Kraftstoffleitung 20 angesogen werden.
Letztendlich erreicht die Temperatur der Kraftstoffleitung 20 einen
Minimalwert (normalerweise 18,33°C),
der dann auftritt, wenn der tägliche
Temperaturzyklus des Nachts einen Minimalwert annimmt (46).
Zur gleichen Zeit nimmt der Druck in der Kraftstoffleitung 20 einen
korrespondierenden Minimalwert an (dieser wird normalerweise durch
das Kontrollventil im parallelen Druckbegrenzungsventil 18 auf
0,172 bar begrenzt) (46).
-
Nachdem
die Temperatur der Kraftstoffleitung 20 während der
Nacht auf ihren Minimalwert gesunken ist, beginnt sie aufgrund des
täglichen
Temperaturzyklus, im Besonderen aufgrund der Erwärmung während des Tages, wieder anzusteigen.
Da die Temperatur der Kraftstoffleitung 20 ansteigt, steigt
auch ihr Innendruck an (48), bis sowohl Temperatur als
auch Druck gegen Mitte des Tages einen Maximalwert (normalerweise
40,56°C)
erreicht haben (50). In konventionellen Kraftstoffversorgungssystemen
führt der
mit dem täglichen
Temperaturzyklus einhergehende Druckanstieg zu Kraftstoffverlusten
im Bereich der Kraftstoffeinspritzdüsen 22, was evaporative
Emissionen nach sich zieht. Der hier geschilderte Zyklus wiederholt
sich täglich
bis zum Neustart des Fahrzeugs.
-
Kraftstoffverluste
und evaporative Emissionen können
jedenfalls durch die Verwendung eines Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 26 im
Kraftstoffversorgungssystem 10 minimiert werden. Das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 26 umfasst
ein Überlaufventil 28 und
ein Gegendruckbegrenzungsventil 32. In den 1 und 2 ist
das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 26 mit dem Überlaufventil 28 dargestellt, das
an einen Einlass 36, der frei kommunizierend mit der Kraftstoffpumpe 14 und
der Kraftstoffleitung 20 verbunden ist, angeschlossen ist.
Das Gegendruckbegrenzungsventil 32 ist dann in Serie mit
dem Überlaufventil 28 geschaltet,
wobei ein Auslass 38 des Gegendruckbegrenzungsventils 32 mit
einer Kraftstoffleitung 39 verbunden ist, die zurück zum Kraftstofftank 12 führt. Um
Kraftstoffverluste durch Permeation im Bereich der Anschlüsse des
Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 26 zu vermeiden und gleichzeitig die
Kosten des Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 26 zu minimieren,
wird dieses vorzugsweise im Innern des Kraftstofftanks 12 des
Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 26 kann
in einer Reihe von Kraftstoffversorgungssystemen eingesetzt werden,
eingeschlossen Kraftstoffrücklaufsysteme
(„RFS"), mechanische rücklauflose
Kraftstoffversorgungssysteme („MRFS"), und elektronische
rücklauflose
Kraftstoffversorgungssysteme („ERFS"), obwohl an dieser
Stelle nur ERFS dargestellt sind.
-
Im
allgemeinen arbeiten Gegendruckbegrenzungsventile manchmal auch
als Gegendruckregulatoren bezeichnet, derart, dass sie bei Drücken oberhalb
eines bestimmten Schwellwerts öffnen,
und bei Drücken
unterhalb des Schwellwerts schließen. Gegendruckbegrenzungsventile
[32] weisen eine bestimmte Empfindlichkeit gegenüber dem
Durchfluss bzw. der Durchströmung
auf, reagieren jedoch generell auf einen konstanten Druck, ohne
den Durchfluss zu berücksichtigen.
Häufig
werden Gegendruckbegrenzungsventile mit einer Membran z.B. Membranquetschventil
ausgestattet, so dass eine große
Oberfläche
entsteht, gegen die sich der Druck richten kann. Im Vergleich zu
Gegendruckbegrenzungsventilen sind Druckbegrenzungsventile normalerweise einfacher
konstruiert. Druckbegrenzungsventile bestehen typischerweise aus
einer Kugel oder einem Stift die von einer Schale abgerückt ist.
Somit reagieren Druckbegrenzungsventile sensibler auf den Durchfluss.
Aus diesem Grund kann ein Druckbegrenzungsventil, wenn es einmal
geöffnet
ist, von der Schale abgerückt
bleiben, bis der Durchfluss sehr gering wird. Um diese Durchflussempfindlichkeit
zu minimieren, wird oftmals eine Drosselblende mit dem Druckbegrenzungsventil
in Serie geschaltet. Jedenfalls weisen diese Ventile oft eine große Hysterese auf.
Das bedeutet, dass sie bei Erreichen des Druckschwellwerts öffnen, aber
erst wieder schließen, wenn
der Druck auf einen Wert abgesunken ist, der unterhalb des Druckschwellwerts
liegt. Wird kein besonderes Augenmerk auf eine Beseitigung dieser Hysterese
bzw. des Hysteresereffektes gelegt, ist das Ventil für einige
Aufgaben nicht geeignet.
-
Obwohl
es mehrere Ausführungsformen
des Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 26 gibt, ist in den 1 und 2 nur eine mögliche Variante abgebildet.
In dieser Variante umschließt
das Überlaufventil 28 eine Feder 29,
die eine Kugel 30 auf Abstand zu einer Schale 31 hält. Das Überlaufventil 28 dichtet
vorzugsweise gegen die Schale 31 ab, wenn der Kraftstoffdurchfluss 5 cc/sec überschreitet
und verbleibt geschlossen, bis der Eingangsdruck unter ungefähr 0,138
bar fällt.
Das Gegendruckbegrenzungsventil 32 schließt eine
Feder 33 ein, die eine Kugel 34 gegen eine Schale 35 drückt. Das
Gegendruckbegrenzungsventil 32 bleibt vorzugsweise bei
Eingangsdrücken
bis 0,207 bar geschlossen, und öffnet,
wenn der Eingangsdruck. 0,207 bar überschreitet.
-
Aus
dem Vorangegangenen wird deutlich, dass das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 26 den Kraftstoffdruckaufbau
und daraus resultierende Kraftstoffverluste sowie evaporative Emissionen
in Zeiten, in denen das Kraftfahrzeug nicht in Betrieb ist, minimiert.
Wenn der Motor des Kraftfahrzeugs gestartet wird und die Kraftstoffpumpe 14 beginnt,
Kraftstoff zur Kraftstoffleitung 20 zu fördern, erfährt das Überlaufventil 28 einen
Durchfluss, der größer als
der als Schwellwert bevorzugte Durchfluss von 5 cc/sec ist. Das Überlaufventil 28 schließt zu diesem
Zeitpunkt und bleibt geschlossen, solange das Kraftfahrzeug in Betrieb
ist. Dadurch verhindert das Überlaufventil 28 während des
Betriebs des Kraftfahrzeugs den Kraftstofffluss zum Gegendruckbegrenzungsventil 32.
-
Wenn
der Motor des Fahrzeugs abgestellt wird und die Kraftstoffpumpe 14 nicht
mehr arbeitet, hält
das parallele Druckbegrenzungsventil 18 die Kraftstoffleitung 20 unter
Druck. Wenn im Laufe der Abkühlung
der Kraftstoffleitung 20 der Kraftstoffdruck sinkt, öffnet das Überlaufventil 28,
sobald der Druck unter den bevorzugten Schwellwert von 0,138 bar fällt. Das Überlaufventil 28 verbleibt
dann geöffnet, solange
das Fahrzeug nicht in Betrieb ist. Wie in 2 dargestellt, kann nun Kraftstoff durch
das Gegendruckbegrenzungsventil 32 entweichen, sobald der
im Laufe des nächsten
täglichen
Temperaturzyklus ansteigende Innendruck der Kraftstoffleitung 20 den
bevorzugten Schwellwert von 0,207 bar überschreitet. Daher verbleibt
der Innendruck der Kraftstoffleitung 20 während folgender
täglicher
Temperaturzyklen auf einem niedrigeren Level (das durch das Gegendruckbegrenzungs ventil 32 auf
einen Wert von ungefähr
0,207 bar begrenzt wird) (47), während die Kraftstoffleitung 20 gleichzeitig
größtenteils
mit flüssigem
Kraftstoff gefüllt
bleibt. Dieser Sachverhalt ist in 3 dargestellt.
-
In
den 5 bis 10 sind verschiedene Typen von Überlaufventilen
dargestellt, die im Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 26 zum
Einsatz kommen können. 5 zeigt ein Überlaufventil 50 in
geöffneter
Stellung, in dem die Funktion des abdichtenden Bauteils von einem
Flügel 52 übernommen
wird. Das Überlaufventil 50 schließt auch
eine Feder 54 ein, die den Flügel 52 gegenüber einer
Schale 56 auf Abstand hält.
In 5 ist ein schwacher
Durchfluss dargestellt, der durch einen Einlass 58 eintritt
und durch einen Auslass 60 des Überlaufventils 50 austritt, ohne
das Überlaufventil 50 zu
schließen.
In 6 ist dasselbe Überlaufventil 50 dargestellt,
wobei hier der Flügel 52 infolge
eines Durchflusses, der den vorgegebenen Schwellwert des Durchflusses überschritten hat,
gegen die Schale 56 abgedichtet hat.
-
In 7 ist ein weiteres Überlaufventil 64 dargestellt.
In dieser Variante des Überlaufventils 64 hält eine
Feder 66 eine Kugel 68 gegenüber einer Schale 70 auf
Abstand. Ein Filter 72 mit einem Stopperabschnitt 73 ist
im Bereich eines Einlasses 74 angebracht. Der Stopperabschnitt
sorgt dafür,
dass die Kugel 68 innerhalb des Überlaufventils 68 verbleibt. In
dieser Anordnung dichtet die Kugel 68 gegen die Schale 70 ab
und verhindert so den Durchfluss durch einen Auslass 76,
sobald der durch den Einlass eintretende Durchfluss den vorgegebenen
Schwellwert des Durchflusses erreicht hat.
-
In 8 ist ein weiteres Überlaufventil 80 dargestellt,
das der in 7 dargestellten
Variante ähnelt.
Daher ähneln
auch ein Einlass 82, ein Auslass 84, eine Feder 86,
und eine Schale 88 den entsprechenden Bauteilen der 7. In dieser Variante ist
das abdichtende Bauteil allerdings ein Zylinder 88, das
von einem Spannstift 90 im Innern des Überlaufventils 80 verwahrt
wird.
-
In 9 ist ein weiteres Überlaufventil 94 dargestellt,
das einen Einlass 96 und einen Auslass 98 aufweist.
In dieser Variante wird auf die Verwendung einer Feder zur Definition
der Lage einer Kugel 100 zu einer Schale 102 verzichtet.
Stattdessen wird die Kugel 100 zwischen einer Abstandshülse 104 und der
Schale 102 eingeschlossen. Sobald der Durchfluss den vorgegebenen
Schwellwert des Durchflusses überschreitet,
wird die Kugel 100 gegen die Schale 102 gedrückt. In
dem Moment, da der Druck unter den Schwellwert des Druckes sinkt
und verbleibt in dem Zustand, der in 9 dargestellt
ist.
-
In 10 ist ein weiteres Überlaufventil 106 dargestellt.
In dieser Variante werden sich anziehende Magneten 108, 110 eingesetzt,
um das Überlaufventil 106 zu
schließen.
Der justierbare stationäre Magnet 108 ist
an einem Endzapfen 112 befestigt. Der Endzapfen 112 ist
zur Vermeidung von Kraftstoffverlusten mittels Dichtungsringen O-Ringen 115 und einer
Hülle bzw.
Abdeckung gegen ein Gehäuse 114 abgedichtet.
Die Position des stationären
Magneten 108 kann sodann durch eine Justierschraube 118 justiert
werden. Der bewegliche Kolben 120 enthält den Magneten 110,
der vom stationären
Magneten 108 angezogen wird. Es ist außerdem ein Dichtungsring 122
im Bereich eines Auslasses 124 angebracht, um gegen den
Kolben 120 in seiner geschlossenen Position (die in 10 dargestellt ist) abzudichten. Während des
Betriebs strömt
Kraftstoff durch einen Einlass 126 und erzeugt während des
Ausströmens durch
den Auslass 124 ein Druckgefälle entlang des Kolbens 120.
Wenn das Druckgefälle
groß genug wird,
bewegt sich der Kolben 120 in Richtung des Auslasses 124 und
verhindert somit einen weiteren Durchfluß zwischen dem Einlass 126 und
dem Auslass 124. Sobald sich jedoch die an Einlass 126 und Auslass 124 anliegenden
Drücke
einander angeglichen haben, ziehen die Magneten 108 und 110 den Kolben 120 vom
Auslass 124 weg, wodurch das Überlaufventil 106 wieder
geöffnet
wird.
-
In 11 ist eine aus Herstellersicht
kostengünstigere
Variante eines Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 130 dargestellt,
in dem Teile des Überlaufventils 28 und
des Gegendruckbegrenzungsventils 32 zusammengefasst wurden.
In dieser Variante besteht der Körper
des Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 130 aus Acetal und
weist einen Einlass 132 sowie einen Auslass 134 auf.
Eine einzelne Kugel 136 kommt im Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 130 zum
Einsatz und wirkt wie ein verbundenes Dichtungselement. Eine Feder 138 ist
zwischen der Kugel 136 und dem Auslass 134 angeordnet.
Zusätzlich
ist die Kugel zwischen zwei Schalen, die durch zwei Dichtungsringe 140, 142 (engl.: „viton
o-rings") gebildet
werden, eingeschlossen. Zylindrische Abstandshülsen 144 sind im Bereich
des Einlasses verpresst, um die Dichtungsringe 140 und 142 in
ihrer Lage zu halten.
-
Die
Funktionsweise des in 11 dargestellten
Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 136 ist nun ersichtlich.
Wenn der Kraftstofffluss am Einlass 132 den vorgegebenen
Verschluss – Schwellwert
des Durchflusses überschreitet,
wird die Kugel 136 gegen den zum Auslass 134 hin
gelegenen Dichtungsring 140 gedrückt, wodurch er das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 130 schließt. In dieser
Position arbeitet das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 130 wie das
oben beschriebene Überlaufventil 28.
Wenn der Druck unter den Öffnungs – Schwellwert
sinkt, wird die Kugel 136 vom Auslass-Dichtungsring 140 weg und
gegen den zum Einlass 132 hin gelegenen Dichtungsring 142 gedrückt. Wenn
die Kugel 136 gegen den Einlass- Dichtungsring 142 gedrückt wird,
dichtet sie das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 130 wieder ab.
In dieser Stellung arbeitet das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 130 wie
das oben beschriebene Gegendruckbegrenzungsventil 32. Wenn
der Druck am Einlass 132 den vorgegebenen Öffnungs – Schwellwert überschreitet,
bewegt sich die Kugel 136 vom Einlass-Dichtungsring 142 weg
und lässt
einen geringen Kraftstoffstrom durch das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 130 zum
Auslass 134 durch.
-
In 12 ist eine weitere Variante
eines Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 150 dargestellt. Wie
die in 11 dargestellte
Variante wird diese Variante aus Herstellersicht kostengünstiger
sein, da bestimmte Teile kombiniert oder weggelassen wurden. In
dieser Variante besteht das Gehäuse
aus einem ersten Abschnitt 152 und einem zweiten Abschnitt 154,
die durch Schallschweißen
(engl.: „sonic welding") zusammengeschweißt sind.
Der erste Abschnitt 152 weist einen Einlass 156 auf,
der zweite Abschnitt 154 einen Auslass 158. Ein
einzelner Dichtungsring 160 ist zwischen dem ersten Abschnitt 152 und
dem zweiten Abschnitt 154 des Gehäuses eingeschlossen, wodurch
er wie zwei zusammengefügte Schalen
arbeitet. Ein Stift 162 mit zwei verbundenen bzw. gegenüberliegenden
flügelartigen
Oberflächen 164 und 166 wird
durch den Dichtungsring 160 umschlossen, der zwischen den
beiden flügelartigen Oberflächen 164 und 166 angeordnet
ist. Eine Feder 168 ist zwischen dem Stift 162 und
Auslass 158 angeordnet.
-
Die
Funktionsweise des in 12 dargestellten
Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 150 ist nun ersichtlich.
Wenn der Kraftstofffluss am Einlass 156 den vorgegebenen
Verschluss – Schwellwert des
Durchflusses überschreitet,
wird die flügelartige Oberfläche 162,
die zum Einlass 156 hin gelegen ist, gegen den Dichtungsring 160 gedrückt, wodurch
sie das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 150 schließt. In dieser
Position arbeitet das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 150 wie
das oben beschriebene Überlaufventil 28.
Wenn der Druck unter den Öffnungs – Schwellwert
des Druckes sinkt, wird die flügelartige Oberfläche 162 durch
die Feder 168 vom Dichtungsring 160 weggedrückt, und
die zum Auslass 158 hin gelegene flügelartige Oberfläche 164 wird
gegen den Dichtungsring 160 gedrückt. Wenn die flügelartige Oberfläche 164 gegen
den Dichtungsring 160 gedrückt wird, dichtet sie das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 150 wieder
ab. In dieser Stellung arbeitet das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 150 wie
das oben beschriebene Gegendruckbegrenzungsventil 32. Wenn
der Druck am Einlass 156 den vorgegebenen Öffnungs – Schwellwert
des Druckes überschreitet,
bewegt sich die zum Auslass 158 hin gelegene flügelartige
Oberfläche 164 vom
Dichtungsring 160 weg und lässt einen geringen Kraftstoffstrom
durch das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 150 zum Auslass 158 durch.
-
In 13 ist eine weitere Variante
eines Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 180 dargestellt. Wie
die in den 11 und 12 dargestellten Varianten wird
diese Variante aus Herstellersicht kostengünstiger sein, da bestimmte
Teile kombiniert oder weggelassen wurden. In dieser Variante besteht
das Gehäuse
aus einem ersten Abschnitt 182 und einem zweiten Abschnitt 184.
Der erste Abschnitt 182 weist einen Einlass 186 sowie
eine Innenbohrung 188 auf. Der zweite Abschnitt 184 weist
einen Auslass 190 sowie einen Außendurchmesser 192 auf,
der so dimensioniert ist, dass er in die Innenbohrung des ersten Abschnitts 182 passt.
Der erste Abschnitt 182 und der zweite Abschnitt 184 sind
durch Formpressen, Schweißen,
Kleben oder einer ähnlichen
Technik miteinander verbunden. Eine einzelne Kugel 194 findet im
Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 180 Verwendung und arbeitet
wie ein verbundenes Dichtungselement. Die Kugel 194 besteht
vorzugsweise aus Viton (engl.: „viton"). Eine Feder 196 ist zwischen
der Kugel 194 und dem Auslass 190 angeordnet.
Die Kugel 194 ist zwischen einer ersten Schale 198,
die in den ersten Abschnitt 182 eingeprägt ist, und einer zweiten Schale 200,
die in den zweiten Abschnitt 184 eingeprägt ist,
eingeschlossen.
-
Die
Funktionsweise des in 13 dargestellten
Kraftstoffdruckbegrenzungsventils 180 ist nun ersichtlich.
Wenn der Kraftstofffluss am Einlass 186 den vorgegebenen
Verschluss – Schwellwert des
Durchflusses überschreitet,
wird Kugel 194 gegen die zum Auslass 190 hin gelegene
Schale 200 des zweiten Abschnitts 184 gedrückt, wodurch
sie das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 180 schließt. In dieser
Position arbeitet das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 180 wie
das oben beschriebene Überlaufventil 28.
Wenn der Druck unter den Öffnungs – Schwellwert
des Druckes sinkt, wird die Kugel 194 durch die Feder 196 von
der Schale 200 weg und gegen die zum Einlass 186 hin
gelegene Schale 198 des ersten Abschnitts 182 gedrückt. Wenn
die Kugel 194 gegen die Schale 198 gedrückt wird,
dichtet sie das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 180 wieder
ab. In dieser Stellung arbeitet das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 180 wie
das oben beschriebene Gegendruckbegrenzungsventil 32. Wenn
der Druck am Einlass 186 den vorgegebenen Öffnungs – Schwellwert des
Druckes überschreitet,
bewegt sich die Kugel 194 von der zum Einlass 186 hin
gelegenen Schale 198 weg und lässt einen geringen Kraftstoffstrom durch
das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 180 zum Auslass 190 durch.
-
In
den 14 bis 17 sind verschiedene Varianten
eines einzelnen Ventilaufbaus dargestellt, in dem das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 26 und das
parallele Druckbegrenzungsventil 18 in einem Bauteil integriert
sind. In 14 ist ein
integrierter Ventilaufbau 170 dargestellt, bei dem das
parallele Druckbegrenzungsventil auf der linken und das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 26 auf
der rechten Seite des Ventilaufbaus 170 liegen. (Der in 16 dargestellte integrierte
Ventilaufbau 174 ist dieser Variante ähnlich). In dieser Variante
ist das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 26 auf einer Seite
mit der Kraftstoffpumpe 14 und auf der anderen Seite mit
der Kraftstoffleitung 20 verbunden. Daher schließt das Überlaufventil 28,
wenn der Motor des Kraftfahrzeugs ausgeschaltet wird und die Kraftstoffpumpe 14 nicht mehr
arbeitet. In 15 ist
ein integrierter Ventilaufbau 172 dargestellt, in dem das
Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 180, das in 13 dargestellt und im vorangegangenen
beschrieben wurde, Verwendung findet. In 17 ist ein integrierter Ventilaufbau 176 dargestellt,
bei dem das Kraftstoffdruckbegrenzungsventil 26 zwischen
der Kraftstoffleitung 20 und der Rückführ-Kraftstoffleitung 39 geschaltet
ist. Daher schließt
in dieser Variante das Überlaufventil 28, wenn
der Motor des Kraftfahrzeugs gestartet wird und die Kraftstoffpumpe 14 zu
arbeiten beginnt. (17 stellt
das gleiche Systemschema dar wie die 1 und 2.) Obwohl nur eine bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, dass die
Erfindung nicht darauf beschränkt
ist, und dass Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne dass von der Erfindung abgewichen würde.