DE102006047294A1

DE102006047294A1 - Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006047294A1
Application number: DE102006047294A
Authority: DE
Inventors: Christian Graspeuntner; Wilfried Kaufmann; Joachim Lackner; Ludwig Maier; Hagen-Dietrich Dr. Saßnick
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2008-04-24
Also published as: JP2008095681A; KR101337118B1; FI20070692A0; KR20080031774A; FI20070692A; CN101158325A; FI123627B; JP5021415B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich eine Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine, mit einem Niederdruckbereich, mit einer mindestens eine Hochdruckpumpe umfassenden Pumpeinrichtung, um Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in einen Hochdruckbereich derselben zu fördern, wobei im Hochdruckbereich zwischen der Pumpeinrichtung und Zylindern zugeordneten Injektoren ein mindestens eine Speichereinheit aufweisendes Druckspeichersystem vorgesehen ist, wobei das Druckspeichersystem über mindestens eine Hochdruckkraftstoffleitung mit der Pumpeinrichtung verbunden ist, wobei das Druckspeichersystem über weitere Hochdruckkraftstoffleitungen mit den Injektoren verbunden ist und wobei den das Druckspeichersystem mit den Injektoren verbindenden Hochdruckkraftstoffleitungen über Steuerventile (11) ansteuerbare Schaltventile (10) zugeordnet sind. Erfindungsgemäß ist ein Ventilsitz (17) für einen Ventilkörper der Steuerventile (11) von einem Einsatz (16) gebildet, der in einem Träger (15) des jeweiligen Steuerventils (11) aufgenommen ist und der eine größere Härte aufweist als der Träger (15) des jeweiligen Steuerventils (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich eine Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuerventil einer Kraftstoffversorgungsanlage.
Die DE 10 2004 060 003 A1 und die DE 101 57 135 B4 offenbaren jeweils eine Brennkraftmaschine, nämlich eine mit Schweröl betriebene Schiffsdieselbrennkraftmaschine, mit mehreren Zylindern, wobei jedem Zylinder ein Injektor einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage zugeordnet ist. Über die Injektoren ist in jeden der Zylinder Kraftstoff einspritzbar. Die Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlagen nach diesem Stand der Technik umfassen jeweils eine mehrere Hochdruckpumpen aufweisende Pumpeinrichtung, um Kraftstoff von einem Niederdruckbereich der Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage in einen Hochdruckbereich derselben zu fördern, wobei im Hochdruckbereich zwischen der Pumpeinrichtung und den Injektoren ein permanent unter Hochdruck stehendes Druckspeichersystem vorgesehen ist. Das Druckspeichersystem, welches auch als Common-Rail bezeichnet wird, weist nach der DE 101 57 135 B4 und nach der DE 10 2004 060 003 A1 mehrere Speichereinheiten auf und ist über ebenfalls permanent unter Hochdruck stehende Hochdruckkraftstoffleitungen mit der Pumpeinrichtung verbunden. Das Druckspeichersystem ist weiterhin über abhängig vom Einspritztakt zeitweise unter Hochdruck stehende Hochdruckkraftstoffleitungen mit den Injektoren verbunden, wobei in diese zeitweise unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitungen Schaltventile integriert sind, die von Steuerventilen angesteuert werden. Die Schaltventile, die in der Regel als 3/2-Wege-Ventile ausgebildet sind, werden von den Steuerventilen, die in der Regel als 2/2-Wege-Ventile ausgebildet sind, angesteuert, wobei hierdurch bestimmt wird, ob und in welchen bzw. welche der Zylinder Kraftstoff eingespritzt wird.
Die Einspritzcharakteristik eines Injektors in einen Zylinder der Brennkraftmaschine wird demnach durch das mit dem jeweiligen Injektor zusammenwirkende Schaltventil sowie Steuerventil bestimmt, wobei in das Schaltventil üblicherweise eine Zulaufdrossel und in das Steuerventil üblicherweise eine Ablaufdrossel integriert ist, durch die zur Einstellung eines Druckverhältnisses an einem Kolben des jeweiligen Schaltventils Kraftstoff fließen kann. Der Kraftstofffluss durch die Ablaufdrossel eines Steuerventils wird durch einen Ventilkörper des jeweiligen Steuerventils bestimmt, der mit einem Ventilsitz desselben zusammenwirkt.
Im Betrieb einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, insbesondere im HFO-Betrieb bei Kraftstofftemperaturen bis zu 150°C, unterliegen die Schaltventile sowie Steuerventile hohen Belastungen, die zu einem Verschleiß und frühzeitigen Ausfall derselben führen können. Insbesondere die Ventilsitze sowie Ablaufdrosseln der Steuerventile sind einem hohen Verschleiß durch Kavitation, Erosion und der mechanischen Belastung durch die Schaltvorgänge ausgesetzt. Die Steuerventile einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage sind demnach besonders verschleißanfällig.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich eine neuartige Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, einer Brennkraftmaschine sowie ein neuartiges Steuerventil zu schaffen.
Dieses Problem wird durch eine Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Ventilsitz für einen Ventilkörper der Steuerventile von einem Einsatz gebildet, der in einem Träger des jeweiligen Steuerventils aufge nommen ist und der eine größere Härte aufweist als der Träger des jeweiligen Steuerventils.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der besonders verschleißanfällige Ventilsitz der Steuerventile einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage von Einsätzen mit einer relativ großen Härte gebildet wird, die in Trägern mit relativ geringerer Härte aufgenommen sind. Die Träger mit relativ geringer Härte dienen der Anbindung der den Ventilsitz bildenden Einsätze an das jeweilige Steuerventil. Da der Träger lediglich über eine relativ geringe Härte verfügt, besteht keine Gefahr, dass der Träger bei der Montage beschädigt wird. Der im Träger aufgenommene Einsatz, welcher den Ventilsitz des jeweiligen Steuerventils bildet, ist bei der Montage keinen Belastungen ausgesetzt. Lediglich im Betrieb unterliegt der Einsatz der Steuerventile Belastungen, derselbe ist jedoch deutlich weniger verschleißanfällig, da er über eine relativ große Härte verfügt. Die Steuerventile der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage sind demnach einem deutlich geringeren Verschleiß ausgesetzt, wodurch sich Kostenvorteile ergeben.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung stellt der Einsatz neben dem Ventilsitz auch eine Ablaufdrossel des jeweiligen Steuerventils bereit.
Das erfindungsgemäße Steuerventil ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: einen schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine im Bereich eines Steuerventils und eines Schaltventils.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer mit Schweröl betriebenen Schiffsdieselbrennkraftmaschine.
1 zeigt einen schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage im Bereich eines Schaltventils 10 sowie eines Steuerventils 11, wobei das Steuerventil 11 der Ansteuerung des Schaltventils 10 dient. Über das Steuerventil 11 kann die Schaltstellung des Schaltventils 10 beeinflusst werden, wobei abhängig von der Schaltstellung des Schaltventils 10 ein Kraftstofffluss von einem Druckspeichersystem der Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage zu einem mit dem Schaltventil 10 zusammenwirkenden Injektor freigegeben oder unterbrochen wird. Das prinzipielle Zusammenspiel von Schaltventilen sowie Steuerventilen ist bereits aus der DE 101 57 135 B4 sowie aus der DE 10 2004 060 003 A1 bekannt, auf deren Offenbarungsgehalt durch Verweis explizit Bezug genommen wird.
Das Schaltventil 10 ist vorzugsweise als sogenanntes 3/2-Wege-Ventil ausgeführt, wobei vom Schaltventil 10 in 1 eine Ventilhülse 12 sowie ein Kolben 13 gezeigt sind. In den Kolben 13 ist eine nicht-dargestellte Zulaufdrossel für Kraftstoff integriert.
Das Steuerventil 11 ist vorzugsweise als sogenanntes 2/2-Wege-Ventil ausgeführt, wobei in 1 vom Steuerventil 11 eine Ventilhülse 14, ein Träger 15 und ein im Träger 15 aufgenommener Einsatz 16 dargestellt sind. Der Träger 15 sowie der Einsatz 16 bilden einen Verbund bzw. Compound. Der Einsatz 16 des Steuerventils 11 bildet einen Ventilsitz 17 für einen nicht-dargestellten Ventilkörper des Steuerventils 11 sowie eine Ablaufdrossel 18. Der Ventilsitz 17 sowie die Ablauf drossel 18 sind über einen Diffusor 19 verbunden. Gegenüberliegend zum Ventilsitz 17 ist in den Einsatz 16 eine Einlaufbohrung 20 für die Ablaufdrossel 18 eingebracht.
Der Träger 15 ist aus einem Werkstoff mit einer relativ geringen Härte ausgebildet, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff. Der Einsatz 16, der im gezeigten Ausführungsbeispiels sowohl den Ventilsitz 17 als auch die Ablaufdrossel 18 des Steuerventils 11 bildet, ist aus einem Werkstoff gebildet, der eine größere Härte aufweist als der Werkstoff, aus welchem der Träger 15 gebildet ist. Vorzugsweise ist der Einsatz 16 aus einem keramischen Werkstoff oder einem Hartmetallmaterial gefertigt. Der Einsatz 16 des Steuerventils 11 ist in den Träger 15 desselben entweder eingepresst, eingeschrumpft oder eingesintert.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Träger 15 für den Einsatz 16 sowie die Ventilhülse 14 des Steuerventils 11 als separate Baugruppen ausgeführt. Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch denkbar, dass der Träger 15 sowie die Ventilhülse 14 des Steuerventils 11 als gemeinsame bzw. monolithische Baugruppe ausgeführt sind.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung werden demnach die besonders verschleißanfälligen Elemente eines Steuerventils einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich der Ventilsitz sowie vorzugsweise die Ablaufdrossel von Steuerventilen, von einem Einsatz bereitgestellt, der aus einem Werkstoff mit einer relativ großen Härte gefertigt ist. Dieser Einsatz eines jeden Steuerventils findet in einem Träger Aufnahme, der aus einem Werkstoff mit einer relativ geringen Härte hergestellt ist. Über den Träger mit der relativ geringen Härte kann der Einsatz mit der relativ großen Härte an das Steuerventil angebunden werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass bei der Montage Bauteile brechen.

10: Schaltventil
11: Steuerventil
12: Ventilhülse
13: Kolben
14: Ventilhülse
15: Träger
16: Einsatz
17: Ventilsitz
18: Ablaufdrossel
19: Diffusor
20: Einlaufbohrung

Claims

Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine, mit einem Niederduckbereich, mit einer mindestens eine Hochdruckpumpe umfassenden Pumpeinrichtung, um Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in einen Hochdruckbereich derselben zu fördern, wobei im Hochdruckbereich zwischen der Pumpeinrichtung und Zylindern zugeordneten Injektoren ein mindestens eine Speichereinheit aufweisendes Druckspeichersystem vorgesehen ist, wobei das Druckspeichersystem über mindestens eine Hochdruckkraftstoffleitung mit der Pumpeinrichtung verbunden ist, wobei das Druckspeichersystem über weitere Hochdruckkraftstoffleitungen mit den Injektoren verbunden ist, und wobei den das Druckspeichersystem mit den Injektoren verbindenden Hochdruckkraftstoffleitungen über Steuerventile ansteuerbare Schaltventile zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilsitz (17) für einen Ventilkörper der Steuerventile (11) von einem Einsatz (16) gebildet ist, der in einem Träger (15) des jeweiligen Steuerventils (11) aufgenommen ist und der eine größere Härte aufweist als der Träger (15) des jeweiligen Steuerventils (11).
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (16) neben dem Ventilsitz (17) auch eine Ablaufdrossel (18) des jeweiligen Steuerventils (11) bildet.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (16) des jeweiligen Steuerventils (11) aus einem keramischen Werkstoff oder einem Hartmetall und der Träger (15) des jeweiligen Steuerventils (11) aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (16) des jeweiligen Steuerventils (11) in den Träger (15) des jeweiligen Steuerventils (11) eingepresst ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (16) des jeweiligen Steuerventils (11) in den Träger (15) des jeweiligen Steuerventils (11) eingesintert oder eingeschrumpft ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (15) des jeweiligen Steuerventils (11) und eine Ventilhülse (14) des jeweiligen Steuerventils (11) als separate Baugruppen ausgeführt sind.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des jeweiligen Steuerventils und eine Ventilhülse des jeweiligen Steuerventils als eine gemeinsame Baugruppe ausgeführt sind.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventile (11) als 2/2-Wege-Ventile ausgeführt sind.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (10) als 3/2-Wege-Ventile ausgeführt sind.
Steuerventil einer Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, zur Ansteuerung von Schaltventilen derselben, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilsitz (17) für einen Ventilkörper von einem Einsatz (16) gebildet ist, der in einem Träger (15) aufgenommen ist und der eine größere Härte aufweist als der Träger (15) des jeweiligen Steuerventils (11).
Steuerventil nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8.