DE102004018233B3

DE102004018233B3 - Brennkraftmaschinenanlage

Info

Publication number: DE102004018233B3
Application number: DE102004018233A
Authority: DE
Inventors: Udo Jens; Robert Reth
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-04-16
Also published as: KR20060045674A; JP2005299665A; FI20050372A; ITRM20050177A1; CN1683779A; CN100520051C; FI20050372A0

Abstract

Bei einer Brennkraftmaschinenanlage mit einer Kraftstoff unter hohem Druck aufnehmenden Druckspeicherleitung (2), von der zu jedem Zylinder (1) eine Kraftstoffleitung (4) abgeht, die ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffventil (5) aufnimmt, wird ein Notbetrieb bei Ausfall der Steuerungselektronik für die Kraftstoffventile dadurch erreicht, dass jedes Kraftstoffventil (5) alternativ zum Öffnen mittels eines Druckfluids beaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschinenanlage mit einer Kraftstoff unter hohem Druck aufnehmenden Druckspeicherleitung, von der zu jedem Zylinder eine Kraftstoffleitung abgeht, die ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffventil aufnimmt.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 1 314 883 A2 bekannt.
Fällt bei einer derartigen Brennkraftmaschinenanlage die Elektronik zum Steuern der Kraftstoffventile aus, so bleibt die Brennkraftmaschine stehen. Insbesondere bei Anlagen, die zum Antrieb von Schiffen dienen, kann ein Ausfall der Anlage schwerwiegende Folgen haben, da das Schiff nur gesteuert werden kann, solange es in Fahrt ist. Aber auch bei Land eingesetzten Brennkraftmaschinenanlagen kann der Ausfall der Elektronik störende Folgen haben.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brennkraftmaschinenanlage so auszugestalten, dass bei Ausfall der Elektronik sofort ein Notbetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass jedes Kraftstoffventil alternativ zum Öffnen mittels eines Druckfluids beaufschlagbar ist. Hiermit steht bei Ausfall der Elektronik zum Betrieb der Brennkraftmaschine ein hiervon völlig getrenntes System zur Verfügung.

Vorzugsweise ist in der Druckfluidleitung zwischen einem Druckfluidspeicher und je einem Kraftstoffventil ein in Abhängigkeit von der Stellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gesteuertes Druckfluidventil angeord net. Bei dieser Ausgestaltung übernimmt die Brennkraftmaschine selbst die Steuerung der Kraftstoffventile.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Druckfluid Druckluft. Dann ergibt sich eine sehr einfache Ausgestaltung wenn der Druckfluidspeicher gleichzeitig der Speicher für die Anlassdruckluft ist.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie einer Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Auf dieser zeigt
1 in einer schematischen Darstellung die erfindungsgemäß wesentlichen Teile der Brennkraftmaschinenanlage,
2 einen Schnitt durch ein Druckfluidventil und
3 einen Schnitt durch ein Kraftstoffventil.
In 1 sind die Zylinder der Brennkraftmaschine insgesamt mit 1 und die Druckspeicherleitung mit 2 bezeichnet. Der Druckspeicherleitung 2 wird Kraftstoff mittels einer Pumpe 3 unter hohem Druck zugeführt. Der Kraftstoff gelangt dann über Kraftstoffleitungen 4 zu Kraftstoffventilen 5, die je einem Zylinder zugeordnet sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine vier Zylinder 1 auf. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Anzahl von Zylindern beschränkt.
Jedes Kraftstoffventil 5 steht über eine Druckfluidleitung 6 und eine Steuereinheit 7 mit einem Druckfluidspeicher 8 in Verbindung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Druckfluid Druckluft verwendet. Eine den Druckfluidspeicher 8 speisende Pumpe 9 ist über eine eine Trennkupplung 10 aufnehmende Welle 11 mit einem Getriebe 12 verbunden, das von der Kurbelwelle 13 der Brennkraftmaschine antreibbar ist. Die Pumpe 9 kann jedoch auch von einem Elektromotor angetrieben werden. Vom Getriebe 12 führt über eine weitere Trennkupplung 14 eine Welle 15 zur Steuereinheit 7. In analoger Weise ist eine an sich bekannte Steuereinheit 16 für die Anlassluft über eine eine Trennkupplung 17 aufnehmende Welle 18 mit dem Getriebe 12 verbunden. Die Steuereinheit 7 ist und die Steuereinheit 16 sind über je eine Leitung 19, 20 an den Druckfluidspeicher 8 angeschlossen.
Die Steuereinheit 7 nimmt für jede Druckfluidleitung 6 ein Ventil mit zwei Verschlusskörpern auf. Die beiden Verschlusskörpern 21, 22 sind fest über eine Ventilstange 23 miteinander verbunden und über einen Nocken 24 auf der Welle 15 entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 25 betätigbar. Der Verschlusskörper 21 schließt in der in 2 dargestellten Position die Druckfluid führende Leitung 19 gegenüber der Druckfluidleitung 6 ab. Gleichzeitig befindet sich der Verschlusskörper 22 in der Offenstellung, in der die Druckfluidleitung 6 entlüftet wird. Bei Drehung des Nockens 24 wird die Ventilstange 25 angehoben. Dies hat zur Folge, dass der Verschlusskörper 22 schließt und der Verschlusskörper 21 öffnet, so dass Druckfluid zum Kraftstoffventil fließen kann.
Das Kraftstoffventil 5 weist eine Ventilstange 26 mit zwei Verschlusskörpern 27, 28 auf. In der gezeigten Schließstellung sperrt der Verschlusskörper 27 die Kraftstoffleitung 4 ab. Gleichzeitig ist der Verschlusskörper 28 von seinem Sitz abgehoben, so dass eine Zuleitung 29 zum Zylinder druckentlastet ist. Durch eine Bohrung 30 in der Ventilstange 26 kann sich in dieser Stellung Druck oberhalb der Ventilstange 26 aufbauen. Dieser Druck steht auch über eine Bohrung 31 in einem gehäusefesten Teil an einer Ventilkugel 32 an. Die Ventilkugel 32 ist dabei durch ein unter der Wirkung einer Druckfeder 33 stehendes Ventilsteuerglied 34 in der Schließstellung gehalten. Das Ventilsteuerglied 34 steht in an sich bekannter nicht dargestellter Weise mit einem in einem Gehäuse 35 untergebrachten Hubmagneten in Verbindung. Der Hubmagnet wird durch die Steuerungselektronik angesteuert.
Das Ventilsteuerglied 34 trägt einen Druckteller 36, der einen Druckraum 37 in Öffnungsrichtung abschließt. Der Druckraum 37 ist über die Leitung 6 mit Druckfluid beaufschlagbar.
Bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine, bei dem die Kraftstoffventile 5 elektronisch angesteuert werden, sind die Trennkupplungen 10, 14, 17 geöffnet. Bleibt die Brennkraftmaschine durch Ausfall der Steuerungselektronik stehen, so werden die Trennkupplungen 14, 17 geschlossen.
Wenn die Brennkraftmaschine durch Ausfall der Elektronik stehen bleibt, wird in bekannter Weise mittels der Steuereinheit 16 nacheinander Anlassluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine geführt, wie durch die Pfeile 38 in 1 angedeutet. Gleichzeitig beginnt sich die Kurbelwelle 13 der Brennkraftmaschine zu drehen und treibt dabei über das Getriebe 12 bei geschlossener Kupplung 14 die Welle 15 an, die zur Steuereinheit 7 führt. Die Trennkupplung 10 wird bei Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl der Kurbelwelle 13 geschlossen. Über die Ventile gemäß 2 der Steuereinheit 7 werden daher in der vorbestimmten Reihenfolge die Druckfluidleitungen 6 an die Leitung 19 des Druckfluidspeichers 8 angeschlossen und beaufschlagen daher die Druckräume 37 der Kraftstoffventile 5. Der Druckteller 36 jedes Kraftstoffventils hebt dabei das Ventilsteuerglied 34 an, so dass sich die Ventilkugel 32 unter dem Druck oberhalb der Ventilstange 26 von ihrem Sitz abheben kann. Der Druck über der Ventilstange 26 baut sich daher ab. Infolge der Verbreiterung des oberen Teiles der Ventilstange kann der in der Kraftstoffleitung 4 anstehende Druck die Ventilstange 26 anheben und daher den Verschlusskörper 27 von seinem Sitz abheben. Nunmehr kann Kraftstoff von der Kraftstoffleitung 4 zur Zuleitung 29 zum Zylinder fließen. Dreht sich die Welle 15 mit dem Nocken 24 weiter, so bewirkt die Rückstellfeder 25 ein Schließen des Ventiles. Gleichzeitig wird über den Verschlusskörper 22 die Druckfluidleitung 6 entlastet, so dass die Druckfeder 33 die Ventilkugel 32 über das Ventilsteuerglied 34 wieder in die Schließstellung bringt. Anschließend baut sich wieder Druck über der Ventilstange 26 auf, so dass diese den Verschlusskörper 27 wieder in die geschlossene Stellung überführt, so dass der Kraftstoffzufluss zu dem Zylinder beendet wird. Anschließend steuert die Welle 15 nacheinander die weiteren Ventile der Steuereinheit 7 für die anderen Druckfluidleitungen 6 auf.
Läuft die Brennkraftmaschine so wird die Trennkupplung 17 geöffnet, so dass hier keine Anlassluft mehr zugeführt wird. Die Trennkupplung 10 bleibt geschlossen, so dass die Pumpe 9 den Druck im Druckfluidspeicher 8 aufrechterhält. Ist die elektronische Steuerung der Kraftstoffventile 5 wieder hergestellt, so werden die Trennkupplungen 10, 14, 17 wieder geöffnet.
Wenngleich sich die Verwendung von Druckluft zum Notbetrieb anbietet, weil dieser in der Regel zum Anlassen benutzt wird, ist es doch möglich, auch eine Flüssigkeit als Druckfluid zu verwenden.

Claims

Brennkraftmaschinenanlage mit einer Kraftstoff unter hohem Druck aufnehmenden Druckspeicherleitung (2), von der zu jedem Zylinder (1) eine Kraftstoffleitung (4) abgeht, die ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffventil (5) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kraftstoffventil (5) alternativ zum Öffnen mittels eines Druckfluids beaufschlagbar ist.
Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Druckfluidleitung (6) zwischen einem Druckfluidspeicher (8) und je einem Kraftstoffventil (5) ein in Abhängigkeit von der Stellung der Kurbelwelle (13) der Brennkraftmaschine gesteuertes Druckfluidventil (21-23) angeordnet ist.
Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid Druckluft ist.
Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckfluidspeicher (8) gleichzeitig der Speicher für die Anlassdruckluft ist.
Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Druckfluidventil (21-23) mittels einer in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle (13) der Brennkraftmaschine bringbare Nockenwelle (15) betätigbar ist.
Brennkraftmaschinenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Druckfluid ventil zwei wechselweise in Schließstellung stehende Verschlusskörper (211 22) aufweist, von denen der eine Verschlusskörper zwischen je einer Druckfluidleitung (6) und einer gemeinsamen Zuleitung (19) vom Druckfluidspeicher (8) sowie der andere Verschlusskörper (22) zwi- schen jeder Druckfluidleitung (6) und einer Entlüftung angeordnet sind.
Brennkraftmaschinenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verschlusskör- per (21, 22) fest miteinander verbunden sind und unter der Wirkung einer den der Druckfluidleitung (6) zugeordneten Verschlusskörper (21) in Schließstellung haltenden Feder stehen.
Brennkraftmaschinenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckfluidspeicher (8) mittels einer Pumpe (9) mit Druckfluid versorgbar ist.
Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (9) mittels einer mit der Kurbelwelle (13) in Antriebsverbindung bringbaren Welle (11) antreibbar ist.
Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (9) mittels eines Motors, vorzugsweise eines Elektromotors, antreibbar ist.
Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (15) und die Welle (11) einzeln mittels je einer Trennkupplung (10, 14) von der Kurbel- welle (13) abkuppelbar sind.
Kraftstoffventil für eine Brennkraftmaschinenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem elektronisch angesteuerten, die Öffnungsbewegung durch Anheben eines Ventilsteuergliedes (34) entgegen der Wirkung einer Schließfeder (33) einleitenden Druckmagneten (35), dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ventilsteuerglied (34) ein Druckteller (36) verbunden ist, der einen mit dem Druckfluid beaufschlagbaren Druckraum (37) in Öffnungsrichtung abschließt.