DE102008014250A1

DE102008014250A1 - Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008014250A1
Application number: DE102008014250A
Authority: DE
Inventors: Ulrich DÖBLER; Gerhard Domberger
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: Everllence SE
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-09-17
Also published as: FI20095215A7; FI20095215A0; JP2009222056A; CN101532454A; KR20090098665A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, 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, permanent unter Hochdruck stehendes Druckspeichersystem (2) vorgesehen ist, wobei das Druckspeichersystem (2) über mindestens eine ebenfalls permanent unter Hochdruck stehende Hochdruckkraftstoffleitung mit der Pumpeinrichtung verbunden ist, wobei das Druckspeichersystem über abhängig vom Einspritztakt zeitweise unter Hochdruck stehende Hochdruckkraftstoffleitungen (3) mit den Injektoren (1) verbunden ist und wobei den abhängig vom Einspritztakt zeitweise unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitungen (3), welche die Injektoren (1) mit dem Druckspeichersystem (2) verbinden, Schaltelemente (4) zugeordnet sind, die abhängig vom Einspritztakt den Injektoren Kraftstoff zuleiten. Erfindungsgemäße wirkt mit jedem Injektor (1) eine Absteuereinrichtung (8) derart zusammen, dass eine Absteuerkraftstoffmenge, die beim Öffnen des dem jeweiligen Injektor (1) zugeordneten Schaltelements (4) an der zum jeweiligen Injektor (1) führenden Hochdruckkraftstoffleitung (3) vorbeigeführt wird, in einen von der Absteuereinrichtung (8) ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich eine Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 101 57 135 B4 offenbart 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 der Brennkraftmaschine Kraftstoff einspritzbar. Die Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage gemäß DE 101 57 135 B4 umfasst 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 permanent unter Hochdruck stehende Druckspeichersystem, welches auch als Common-Rail bezeichnet wird, weist nach der DE 101 57 135 B4 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. Den abhängig vom Einspritztakt zeitweise unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitungen, welche die Injektoren mit dem Druckspeichersystem verbinden, sind als 3/2-Wegeventile ausgebildete Schaltelemente zugeordnet sind, die abhängig vom Einspritztakt den Injektoren Kraftstoff zuleiten. Eine an den Schaltelementen auftretende Absteuerleckage bzw. Absteuerkraftstoffmenge ist nach der DE 101 57 135 B4 über eine Drossel und ein Druckhalteventil abführbar.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich eine verbesserte Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
Dieses Problem wird durch eine Kraftstoffversorgungsanlage gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wirkt mit jedem Injektor eine Absteuereinrichtung derart zusammen, dass eine Absteuerkraftstoffmenge, die beim öffnen des dem jeweiligen Injektor zugeordneten Schaltelements an der zum jeweiligen Injektor führenden Hochdruckkraftstoffleitung vorbei strömt, in einen von der Absteuereinrichtung verschließbaren und öffenbaren Absteuerraum einführbar ist, wobei eine Bypasskraftstoffmenge über eine von der zum jeweiligen Injektor führenden Hochdruckkraftstoffleitung abzweigende Bypassleitung derart verzögert der Absteuereinrichtung zuführbar ist, dass nach dem öffnen des jeweiligen Injektors die über die Bypassleitung abgeführte Bypasskraftstoffmenge die Absteuereinrichtung derart verlagert, dass die Absteuerkraftstoffmenge aus dem Absteuerraum abführbar und dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage zuführbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage kann eine schaltzeitpunktabhängige Durchflussbegrenzung realisiert werden. Hierzu ist die Absteuereinrichtung mit Hilfe des von der Bypasskraftstoffmenge an derselben angelegten Drucks verlagerbar, um so den Absteuerraum, in welchem zuerst die Absteuerkraftstoffmenge gesammelt wird, nach dem Verlagern der Absteuereinrichtung in den Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage abzuführen. Dabei ist die Bypasskraftstoffmenge über die Bypassleitung der Absteuereinrichtung verzögert zuführbar, sodass zuerst ein ausreichender Druck zum öffnen des entsprechenden Injektors aufgebaut werden kann. Erst nach dem öffnen des Injektors wird die Absteuereinrichtung verlagert, um den Absteuerraum mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage zu verbinden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in die Absteuereinrichtung eine Druckhalteeinrichtung integriert, wobei die Druckhalteeinrichtung dann, wenn die Absteuereinrichtung durch den von Bypasskraftstoffmenge erzeugten Druck verlagert worden ist, durch einen von der Absteuerkraftstoffmenge erzeugten Druck entgegen einer von einem Federelement bereitgestellten Federkraft verlagerbar ist, um den Absteuerraum zum Abführen der Absteuerkraftstoffmenge mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage zu verbinden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: einen schematisierten Ausschnitt aus einem Hochdruckbereich einer erfindungsgemäßen Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine im Bereich eines Injektors;
2: ein Detail des Ausschnitts der 1; und
3: ein weiteres Detail des Ausschnitts der 1.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer mit Schweröl betriebenen Schiffsdieselbrennkraftmaschine. Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlagen verfügen über einen Niederdruckbereich sowie einen Hochdruckbereich.
Der Hochdruckbereich einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage umfasst eine zumindest eine Hochdruckpumpe aufweisende Pumpeinrichtung und ein zumindest eine Speichereinheit aufweisendes Druckspeichersystem, wobei die Pumpeinrichtung Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich fördert und mit dem Druckspeichersystem über mindestens eine Hochdruckkraftstoffleitung verbunden ist.
Das Druckspeichersystem sowie die oder jede das Druckspeichersystem mit der Pumpeinrichtung verbindende Hochdruckkraftstoffleitung stehen permanent unter einem hohen Arbeitsdruck. Ausgehend vom Druckspeichersystem ist der Kraftstoff über Injektoren in Zylinder einspritzbar, wobei jeder Injektor mit dem Druckspeichersystem über mindestens eine Hochdruckkraftstoffleitung verbunden ist, die abhängig vom Einspritztakt der Brennkraftmaschine zeitweise unter Hochdruck steht.
1 zeigt schematisiert einen Ausschnitt aus einem Hochdruckbereich einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage im Bereich eines Injektors 1, der mit dem Druckspeichersystem 2, welches auch als Rail bezeichnet wird, über eine abhängig vom Einspritztakt der Brennkraftmaschine zeitweise unter Hochdruck stehende Hochdruckkraftstoffleitung 3 verbunden ist.
Der Hochdruckkraftstoffleitung 3 ist dabei ein Schaltelement 4 zugeordnet, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel als 3/2-Wege Ventil ausgeführt ist, wobei das Schaltelement 4 abhängig vom Einspritztakt der Brennkraftmaschine entweder den Kraftstofffluss durch die Kraftstoffleitung 3 freigibt oder sperrt. Das Druckspeichersystem 2 ist über eine permanent unter Hochdruck stehende Hochdruckkraftstoffleitung 5 mit der Pumpeinrichtung verbunden.
Im Bereich des Schaltelements 4 wird beim Schaltvorgang, also beim Öffnen und beim Schließen, eine als Absteuerleckage bezeichnete Absteuerkraftstoffmenge an der zum Injektor 1 führenden Hochdruckkraftstoffleitung 3 vorbeigeführt und in einen Absteuerraum 6 abgeführt, wobei der Absteuerraum 6 über eine Leitung 7 mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage verbunden werden kann.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wirkt mit dem Injektor 1 eine Absteuereinrichtung 8, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Absteuerventil ausgebildet ist, derart zusammen, dass die Absteuereinrichtung 8 den Absteuerraum 6 entweder mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage verbindet oder von demselben trennt, nämlich derart, dass eine nach dem Öffnen des Injektors 1 nicht benötigte Bypasskraftstoffmenge über eine von der zum Injektor 1 führenden Hochdruckkraftstoffleitung 3 abzweigende Bypassleitung 9 verzögert der Absteuereinrichtung 8 zugeführt werden kann, sodass nach dem Öffnen des Injektors 1 die über die Bypassleitung 9 abgeführte Bypasskraftstoffmenge die Absteuereinrichtung 8 ausgehend von der in 1 dargestellten Position in die in 2 dargestellte Position verlagert, sodass der Absteuerraum 6 mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage verbunden ist und die Absteuerkraftstoffmenge aus dem Absteuerraum 6 in den Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage abgeführt werden kann.
Gemäß 1 zweigt die Bypasskraftstoffleitung 9 stromabwärts des Schaltelements 4 von der Hochdruckkraftstoffleitung 3, die zum Injektor 1 führt, ab. In die Hochdruckkraftstoffleitung 9 ist eine Drossel 10 integriert, um die zeitliche Verzögerung zwischen dem Öffnen des Injektors 1 und dem Verlagern der Absteuereinrichtung 8 bereitzustellen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel verschiebt ein von der Bypasskraftstoffmenge an der Absteuereinrichtung 8 aufgebauter Druck die Absteuereinrichtung 8 entgegen einer von einem Federelement 11 bereitgestellten Federkraft, um so den Absteuerraum 6 zum Abführen der Absteuerkraftstoffmenge mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage zu verbinden.
Beim Öffnen des Schaltelements 4 befindet sich demnach die Absteuereinrichtung 8 in der in 1 dargestellten Stellung, in welcher dieselbe über das Federelement 11 gedrückt ist und den Absteuerraum 6 vom Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage trennt.
Während des Öffnens fließt die auch als Absteuerleckage bezeichnete Absteuerkraftstoffmenge am Schaltelement 4 vorbei und wird im Absteuerraum 6 gesammelt. Ein vom Druckspeichersystem 2 bereitgestellter Systemdruck steht ausschließlich am Injektor 1 zur Verfügung, um den als Einspritzventil ausgebildeten Injektor 1 zu öffnen. Zeitlich verzögert wird über die Bypasskraftstoffleitung 9 eine Bypasskraftstoffmenge 10 am Absteuerelement 8 bereitgestellt, um das Absteuerelement 8 von der in 1 dargestellten Position in die in 2 dargestellte Position zu verlagern und den Absteuerraum 6 mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage zu verbinden, sodass die Absteuerkraftstoffmenge in den Niederdruckbereich abgeführt und aus dem Absteuerraum 6 abfließen kann. Hierdurch ist ein ungehinderter Druckabbau im Absteuerraum für das Schließen des Schaltelements 4 möglich. Während der Einspritzpause wird dann das Absteuerelement 8 vom Federelement 11 von der in 2 dargestellten Position in die in 1 dargestellte Position verlagert.
In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass ein zum Öffnen der Absteuereinrichtung 8 benötigter Druck kleiner ist als ein zum Öffnen des Injektors 1 benötigter Druck, sodass im Fehlerfall bei einem undichten Schaltelement 4 eine Leckage nicht unkontrolliert über den Injektor 1 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gespritzt wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, wobei 3 die Absteuereinrichtung 8 und das Federelement 11 der 1 und 2 zeigt. Gemäß 3 ist in die Absteuereinrichtung 8 eine als Druckhalteventil ausgebildete Druckhalteeinrichtung 12 integriert. Die Druckhalteeinrichtung 12 ist dabei in einem Hohlraum 13 der Absteuereinrichtung 8 zusammen mit einem Federelement 14 aufgenommen.
Dann, wenn die Absteuereinrichtung 8 durch den von der Bypasskraftstoffmenge erzeugten Druck, die der Absteuereinrichtung 8 über die Bypasskraftstoffleitung 9 zugeführt wird, in die in 2 dargestellte Position verlagert ist und die Leitung 7 freigibt, kann im Absteuerraum 6 gesammelte Absteuerkraftstoffmenge in den Hohlraum 13 der Absteuereinrichtung 8 eintreten und an der Druckhalteeinrichtung 12 einen Druck aufbauen, durch den die Druckhalteeinrichtung 12 entgegen einer von dem Federelement 14 bereitgestellten Federkraft verlagerbar ist, um so letztendlich den Absteuerraum 6 zum Abführen der Absteuerkraftstoffmenge mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage zu verbinden.
Die als Druckhalteventil ausgebildete Druckhalteeinrichtung 12 öffnet sich dabei in zwei Stufen. In einer ersten Stufe hebt die Druckhalteeinrichtung 12 von einem entsprechenden Dichtsitz, der von der Absteuereinrichtung 8 bereitgestellt wird, ab, wobei dann eine minimale Spaltleckage zwischen der Druckhalteeinrichtung 12 und der Absteuereinrichtung 8 frei wird. Diese Spaltleckage reicht nicht aus, um die Absteuerleckage aus dem Absteuerraum 6 abzuführen.
Deshalb wird die Druckhalteeinrichtung 12 weiter geöffnet und zwar bis Ausnehmungen 15 in der Absteuereinrichtung 8 freigegeben werden. Sodann bewegt sich im Sinne einer Druckregelung die Druckhalteeinrichtung 12 so lange hin und her, bis der Druck im Absteuerraum 6 so weit abgefallen ist, dass die Druckhalteeinrichtung 12 wieder vollständig schließt. Während dieser Hubbewegung der Druckhalteeinrichtung 12 gibt es für dieselbe keinen mechanischen Anschlag. Vielmehr ist die Druckhalteeinrichtung 12 beidseitig hydraulisch gedämpft.
Es sei darauf hingewiesen, dass der zum Öffnen der Druckhalteeinrichtung 12 benötigte Druck kleiner ist als der zum Öffnen der Absteuereinrichtung 8 benötigte Druck.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage verfügt über eine Vielzahl von Vorteilen. So verfügt die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage über eine Druckhaltefunktion, die durch eine verringerte Druckschwingung im Bereich des Absteuerraums 6 sowie im Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage gekennzeichnet ist. Weiterhin kann die Absteuerleckage bzw. Absteuerkraftstoffmenge verringert werden. Im Bereich der Injektoren können höhere Druckgradienten beim Einspritzbeginn und Einspritzende realisiert werden. Selbst bei kleinen Lasten kann am Injektor der vom Druckspeichersystem bereitgestellte Systemdruck realisiert werden, sodass entweder der Systemdruck reduziert oder für eine optimierte Aufbereitung des einzuspritzenden Kraftstoffs erhöht werden kann. Durch die gedämpfte Verlagerung von Absteuereinrichtung und Druckhalteeinrichtung kann des Weiteren ein reduzierter Verschleiß realisiert werden. Die Integration der Druckhalteeinrichtung in die Absteuereinrichtung erlaubt eine kompakte Bauform.

1: Injektoren
2: Druckspeichersystem
3: Hochdruckkraftstoffleitung
4: Schaltelement
5: Hochdruckkraftstoffleitung
6: Absteuerraum
7: Leitung
8: Absteuereinrichtung
9: Bypasskraftstoffleitung
10: Drossel
11: Federelement
12: Druckhalteeinrichtung
13: Hohlraum
14: Federelement
15: Ausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10157135 B4 [0002, 0002, 0002, 0002]

Claims

Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, einer Brennkraftmaschine, mit einem Niederduckbereich, mit einer mindestens eine Hockdruckpumpe 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, permanent unter Hochdruck stehendes Druckspeichersystem vorgesehen ist, wobei das Druckspeichersystem über mindestens eine ebenfalls permanent unter Hochdruck stehende Hochdruckkraftstoffleitung mit der Pumpeinrichtung verbunden ist, wobei das Druckspeichersystem über abhängig vom Einspritztakt zeitweise unter Hochdruck stehende Hochdruckkraftstoffleitungen mit den Injektoren verbunden ist, und wobei den abhängig vom Einspritztakt zeitweise unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitungen, welche die Injektoren mit dem Druckspeichersystem verbinden, Schaltelemente zugeordnet sind, die abhängig vom Einspritztakt den Injektoren Kraftstoff zuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass mit jedem Injektor (1) eine Absteuereinrichtung (8) derart zusammenwirkt, dass eine Absteuerkraftstoffmenge, die beim Öffnen des dem jeweiligen Injektor (1) zugeordneten Schaltelements (4) an der zum jeweiligen Injektor (1) führenden Hochdruckkraftstoffleitung (3) vorbei strömt, in einen von der Absteuereinrichtung (8) verschließbaren und öffenbaren Absteuerraum (6) einführbar ist, und dass eine Bypasskraftstoffmenge über eine von der zum jeweiligen Injektor (1) führenden Hochdruckkraftstoffleitung (3) abzweigende Bypassleitung (9) derart verzögert der Absteuereinrichtung (8) zuführbar ist, dass nach dem Öffnen des jeweiligen Injektors (1) die über die Bypassleitung (9) abgeführte Bypasskraftstoffmenge die Absteuereinrichtung (8) derart verlagert, dass die Absteuerkraftstoffmenge aus dem Absteuerraum (6) abführbar und dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage zuführbar ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Bypassleitung (9) eine Drossel (10) integriert ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Bypasskraftstoffmenge an der Absteuereinrichtung (8) aufgebauter Druck die Absteuereinrichtung (8) entgegen einer von einem Federelement (11) bereitgestellten Federkraft verschiebt und so den Absteuerraum (6) zum Abführen der Absteuerkraftstoffmenge mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage verbindet.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Öffnen der Absteuereinrichtung (8) benötigter Druck kleiner ist als ein zum Öffnen des jeweiligen Injektors (1) benötigter Druck.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absteuereinrichtung (8) ein Absteuerventil ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Absteuereinrichtung (8) eine Druckhalteeinrichtung (12) integriert ist, wobei die Druckhalteeinrichtung (12) dann, wenn die Absteuereinrichtung (8) durch den von Bypasskraftstoffmenge erzeugten Druck verlagert worden ist, durch einen von der Absteuerkraftstoffmenge erzeugten Druck entgegen einer von einem Federelement (14) bereitgestellten Federkraft verlagerbar ist, um den Absteuerraum (6) zum Abführen der Absteuerkraftstoffmenge mit dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage zu verbinden.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Öffnen der Druckhalteeinrichtung (12) benötigter Druck kleiner ist als ein zum Öffnen der Absteuereinrichtung (8) benötigter Druck ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteeinrichtung (12) ein Druckhalteventil ist.