DE102004057955A1

DE102004057955A1 - Kraftstoffversorgungsanlage mit einer mittels Speicherdeckel verschlossenen Druckspeicherleitung

Info

Publication number: DE102004057955A1
Application number: DE102004057955A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Vogel; Ludwig Maier; Hakan Yalcin; Christian Graspeuntner; Walter Walkner
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-01
Also published as: FI20051217A; KR20060060614A; CN1818368B; JP2006153014A; CN1818368A; FI20051217A0

Abstract

Um bei einer Kraftstoffversorgungsanlage in Form eines Common-Rail-Systems, die mindestens einen Druckspeicherraum in einer Druckspeichereinheit, die mindestens an einer Stirnseite mittels eines Speicherdeckels verschließbar ist, umfasst, wobei in diesem Speicherdeckel hinsichtlich der Kraftstoffzuführung und -weiterleitung alle Funktionseinheiten integriert sind, die Zugänglichkeit zu den Funktionseinheiten zu erleichtern und dennoch den Vorteil der Dämpfung von Druckamplituden auf die Funktionseinheiten insbesondere des 3/2-Wege-Ventils im Speicherdeckel und der Druckleitung beizubehalten, wird vorgeschlagen, dass der Speicherdeckel zweiteilig aus den beiden Modulen in Form eines Dichtelements und einer Steuereinheit aufgebaut ist, derart, dass das Dichtelement im Dichtverbund mit der Speichereinheit angeordnet ist und die Steuereinheit innerhalb der Druckleitung zwischen dem Dichtelement und dem zu versorgenden Brennstoffinjektor beliebig platzierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage in Form eines Common-Rail-Systems zur Versorgung von Brennstoffinjektoren für die Zylinder einer Brennkraftmaschine über eine Druckleitung, die mindestens einen Druckspeicherraum in einer Druckspeichereinheit, die mindestens an einer Stirnseite mittels eines Speicherdeckels verschließbar ist, umfasst, wobei im Speicherdeckel hinsichtlich der Kraftstoffzuführung und -weiterleitung alle Funktionseinheiten integriert sind.

Aus der DE 101 57 135 A1 ist beispielsweise eine solche Kraftstoffversorgungsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.

Dabei ist bereits angesprochen, dass die Anwendung eines Common-Rail-Systems bei einer Großdieselbrennkraftmaschine wegen der dabei erforderlichen Länge der Druckspeichereinheit bzgl. eines konstanten Speicherdrucks für alle Zylinder entlang der Motorachse problematisch ist. Aus diesem Grunde ist bereits eine Druckspeichereinheit aus mindestens zwei separaten, mittels Verbindungsleitungen miteinander verbundenen Speichereinheiten realisiert worden, wobei die Speichereinheiten jeweils an mindestens zwei Brennstoffinjektoren anschließbar und mit Hochdruckpumpen beaufschlagbar sind. Durch das Vorsehen von Speicherdeckeln jeweils an beiden Stirnseiten, in diese hinsichtlich der Kraftstoffzuführung und -weiterleitung alle Funktionseinheiten integriert sind, ist die Nachrüstung an bestehenden Motortypen mit Common-Rail-Einspritzsystemen deutlich vereinfacht worden.

Dabei befinden sich wie gesagt alle Funktionseinheiten wie Mengenbegrenzungsventil im Speicherdeckel, so dass ein modularer Aufbau einfach möglich wird und des weiteren die Betriebssicherheit erhöht ist, da die Speichereinheit und somit die gesamte Druckspeichereinheit frei sind von äußeren Kräften, die von Halterungen und hydraulischen Anschlüssen herrühren, die nunmehr durch die modular ausgebildeten Speicherdeckel aufgenommen werden.

Von der jeweiligen Speichereinheit aus gelangt der Kraftstoff über einen Durchflussbegrenzer in einen derartigen Speicherdeckel, wobei dieser mehrere Funktionseinheiten beinhaltet. So lässt sich beispielsweise über ein 3/2-Wege-Ventil, welches direkt geschaltet oder indirekt über ein elektromagnetisch angesteuertes 2/2-Wege-Ventil betätigt wird, die Einspritzung steuern. Vom 3/2-Wege-Ventil gelangt der Kraftstoff bekanntlich dann zum Anschluss einer Druckleitung und über diese zum jeweiligen Brennstoffinjektor, der beispielsweise aus einem konventionellen Nadelventil besteht.

Wie bereits erwähnt, enthält ein solcher Speicherdeckel mindestens ein 3/2-Wege-Ventil (inkl. eventuell eines 2/2-Wege-Ventils zur Steuerung des 3/2-Wege-Ventils), ein Mengenbegrenzungsventil, sämtliche Hydraulikanschlüsse, die Halterung für das gesamte Speicherelement an der Brennkraftmaschine und die Fixierung und Abdichtung des rohrförmigen Speicherkörpers.

Durch die vorteilhafte Kombination von federbelasteten Kraftstoffinjektoren mit der im Speicherdeckel angeordneten 3/2-Wege-Ventilen ist die Ausrüstung bestehender Motortypen mit Common-Rail-Einspritzsystem deutlich vereinfacht und durch den direkten Anbau des Speicherdeckels an der Druckspeichereinheit werden die Druckschwingungen, die bei den Funktionseinheiten, insbesondere des 3/2-Wege-Ventils von herkömmlichen Common-Rail-Einspritzsystemen besonders bei Einspritzende auftreten, vermieden.

Jedoch ist insbesondere bei so komplex aufgebauten Speicherdeckeln eine gewisse Gefahr des Verschleißes einiger Bauteile gegeben.

In solchen Fällen muss zumindest der komplette Speicherdeckel, in manchen Fällen mitsamt der kompletten Speichereinheit entfernt bzw. ersetzt werden.

Beim Austauschen des Speicherdeckels werden die Hochdruck-Dichtflächen zwischen Speichereinheit und Speicherdeckel getrennt, was im Servicefall eine erneute Dichtheitsprüfung erforderlich macht oder ein Undichtheitsrisiko birgt. Insgesamt ist die Montage/Demontage der Funktionseinheiten des bisherigen Speicherdeckels im Hochdruckverband doch vergleichsweise aufwendig.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffversorgungsanlage in Form eines Common-Rail-Systems mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 vorzusehen, bei dieser zwar der Vorteil der Dämpfung von Druckamplituden auf die Funktionseinheiten des Speicherdeckels insbesondere des 3/2-Wege-Ventils und der Druckleitung beibehalten wird, aber dennoch die voranbeschriebenen Nachteile eines solchen Speicherdeckels beseitigt sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Dadurch, dass der Speicherdeckel nunmehr zweiteilig aus den beiden Modulen in Form eines Dichtelements und einer Steuereinheit aufgebaut ist, derart, dass das Dichtelement im Dichtverbund mit der Speichereinheit angeordnet ist und die Steuereinheit hinsichtlich der Druckleitung zwischen dem Dichtelement und dem zu versorgenden Brennstoffinjektor beliebig platzierbar ist, d.h. durch die konstruktive Trennung der Steuereinheit inkl. aller Funktionseinheiten vom Dichtelement des Speicherdeckels und der räumlichen Trennung der beiden Module, d.h. der Platzierung der Steuereinheit zwischen der Speichereinheit und dem Brennstoffinjektor werden die positiven Effekte, wie die voranbeschriebene Dämpfung von Druckamplituden insbesondere am Einspritzende beibehalten und die voranbeschriebenen negativen Effekte beseitigt.

Insbesondere ist durch die räumliche Trennung der Steuereinheit vom Dichtelement die Zugänglichkeit zur Steuereinheit wesentlich verbessert, so dass die Montage/Demontage derselben im Hochdruckverbund sehr erleichtert ist.

Letztendlich wird noch durch die Möglichkeit, dass verschiedene Einbaupositionen, d.h. Platzierungen der Steuereinheit im Rahmen der Vorgabe, dass die räumliche Trennung von Druckelement und Steuereinheit bei einem Durchmesser der Druckleitung von ca. 7 mm mit 0 mm bis 2000 mm bemessen ist, vorgesehen werden können, die an der Hochdruck-Speichereinheit direkt mit dem Dichtelement verbunden, oder zwischen Hochdruck-Speichereinheit und Brennstoffinjektor in der Speicherleitung oder direkt am Brennstoffinjektor oder sogar im Brennstoffinjektor integriert sein kann, eine optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums erreicht.

In keinem Fall wird beim Austausch einer Steuereinheit bzw. einer Funktionseinheit der Steuereinheit das Dichtelement von den Dichtflächen einer zugehörigen Hochdruck-Speichereinheit getrennt, das Undichtheitsrisiko wird minimiert.

Durch die oben spezifizierte Maßgabe der räumlichen Trennung von Dichtelement und Speicherdeckel kann auch im Extremfall der Beabstandung von 2000 mm der Vorteil der Dämpfung von Druckamplituden insbesondere im 3/2-Wege-Ventil und in der Druckleitung beibehalten werden, da die Steuereinheit sich immer noch ausreichend nahe am Dichtelement natürlich bei bestimmtem Durchmesser der Druckleitung befindet.

Weiterhin ist eine bestmögliche hydraulische Abstimmung der Kraftstoffversorgungsanlage durch Vor- bzw. Nachschalten von hydraulischen Volumen in den Druckleitungen möglich, so dass eine Einspritzverlaufsformung, eine Mehrfacheinspritzung oder ähnliches möglich wird.

Dies hat natürlich verschiedene positive Auswirkungen auf die Brennkraftmaschine, wie sanftere Verbrennung und Verbesserung Ihrer Laufkultur, geringerer Verbrauch und Verringerung der Emissionen.

Weiterhin wird eine getrennte, optimierte Bauteilfertigung erreicht, die die Hochdruckspeichereinheiten, die Druckleitungen, Dichtelement und Steuereinheit, sowie die Brennstoffinjektoren umfasst. Die Fertigungsmöglichkeiten sind verbessert und jene Ausführung ist die Demontage der Steuereinheit unter Umständen ohne Demontage der Druckleitungen möglich.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von verschiedenen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1: eine Frontansicht auf einen erfindungsgemäßen Speicherdeckel mit der Speichereinheit, die am Dichtelement einer Hochdruck-Speichereinheit angeordnet ist,
2: eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Speicherdeckels gemäß der 1, so dass die Trennfuge zwischen den beiden modularen Bauteilen sichtbar ist,
3: die Anordnung einer Speichereinheit des erfindungsgemäßen Speicherdeckels am Brennstoffinjektor und
4: die Anordnung einer Speichereinheit des erfindungsgemäßen Speicherdeckels in der Druckleitung zwischen dem Dichtelement und einem Brennstoffinjektor.
Die Druckspeichereinheiten sind bekanntlich aus rohrähnlichen Bauteilen mit oder ohne Einbauten ausgestaltet, mittels Speicherdeckel 3 gemäß der 1 bis 4 jeweils an den Stirnseiten abgedichtet und jeweils etwa auf Höhe der Zylinderköpfe entlang der nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet.
Jede Speichereinheit ist mittels mindestens einer Druckleitung 2 mit mindestens einem in der Regel elektronisch kontrollierten Brennstoffinjektor 1 verbunden.
Im bevorzugten Fall ist für zwei zu bedienende Zylinder je eine Speichereinheit vorgesehen. Bei ungeraden Zylinderzahlen bedient eine Speichereinheit, die beliebig platziert werden kann, nur einen Zylinder. Je nach Motortyp und Anwendungsfall werden die einzelnen untereinander verbundenen Speichereinheiten von zwei bis sechs Hochdruckpumpen gefüllt.
Wie eingangs erwähnt, gelangt von der jeweiligen Speichereinheit der Kraftstoff über einen Durchflussbegrenzer in die Speicherdeckel 3, wobei ein Speicherdeckel 3 mehrere Funktionseinheiten umfasst. So lässt sich über ein 3/2-Wege-Ventil, welches direkt geschaltet oder indirekt über ein elektromagnetisch angesteuertes 2/2-Wege-Ventil betätigt wird, die Einspritzung steuern. Auf das Funktionsprinzip der einzelnen Funktionseinheiten wird hier nicht näher eingegangen, da diese zumindest im eingangs beschriebenen Stand der Technik dem Fachmann hinreichend bekannt sind.
Gemäß den 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Speicherdeckel 3 aus zwei getrennten Bauteilen, nämlich einem Dichtelement 4 und einer Steuereinheit 5 mit allen voranbeschriebenen Funktionseinheiten aufgebaut.
Jeweils ein Dichtelement 4 dichtet eine Stirnseite eines hier nicht gezeigten Hochdruck-Speicherelements ab, wofür es mittels mehrerer Schrauben 7 mit dem rohrähnlichen Bauteil des Hochdruck-Speicherelementes fest verbunden ist. Dem Dichtelement 4 wiederum ist eine Steuereinheit 5 aufgesetzt und im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls mittels Schrauben 8 am Dichtelement 4 fixiert.
Wie bereits erwähnt, enthält die Steuereinheit 5 mindestens ein 3/2-Wege-Ventil (inkl. eventuell eines 2/2-Wege-Ventils zur Steuerung des 3/2-Wege-Ventils), ein Mengenbegrenzungsventil, sämtliche Hydraulikanschlüsse, während das Dichtelement 4 die Halterung 6 für das gesamte Speicherelement an der Brennkraftmaschine und die Fixierung und Abdichtung des rohrförmigen Speicherkörpers des Speicherelementes umfasst.
Gemäß der 3 und 4 kann eine Steuereinheit 5 optional auch in der Druckleitung 2 zwischen dem Dichtelement 4 und dem zugehörigen Brennstoffinjektor 1 (4) oder eben auch am Brennstoffinjektor 1 angeordnet werden (3).
Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage eignet sich für alle Typen von Großdieselmotoren, insbesondere für schwerölbetriebene Brennkraftmaschinen.

Claims

Kraftstoffversorgungsanlage in Form eines Common-Rail-Systems zur Versorgung von Brennstoffinjektoren für die Zylinder einer Brennkraftmaschine über Druckleitungen, die mindestens einen Druckspeicherraum in einer Druckspeichereinheit, die mindestens an einer Stirnseite mittels eines Dichtelementes verschließbar ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement als Speicherdeckel (3) ausgebildet ist, der zweiteilig aus den Modulen eines Dichtelementes (4) und einer Steuereinheit (5) aufgebaut ist, derart, dass das Dichtelement (4) im Dichtverbund mit der Speichereinheit fest verbunden ist und die Steuereinheit (5) hinsichtlich der Druckleitung (2) zwischen dem Dichtelement (4) und dem zu versorgenden Brennstoffinjektor (1) beliebig platzierbar ist und in der Steuereinheit (5) hinsichtlich der Kraftstoffzuleitung und -weiterleitung alle Funktionseinheiten integriert sind.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspeichereinheit aus mehreren separaten, mittels Förderleitungen miteinander verbundenen Druckspeicherräumen aufgebaut ist und an jedem Druckspeicherraum jeweils mindestens ein Brennstoffinjektor über einen Speicherdeckel (3) aus Dichtelement (4) und Steuereinheit (5) anschließbar ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspeicherräume so ausgelegt sind, dass sie jeweils ein Speichervolumen zur Versorgung zweier Brennstoffinjektoren (1) aufweisen und jeweils an beiden Stirnseiten mittels eines zweiteiligen Speicherdeckels (3) aus Dichtelement (4) und Steuereinheit (5) verschlossen sind.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) des Speicherdeckels (3) am Zylinderkopf und bezüglich der Druckleitung (2) zwischen dem Dichtelement (4) und dem Brennstoffinjektor (1) direkt vor dem Brennstoffinjektor (1) angeordnet ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) des Speicherdeckels (3) direkt am Dichtelement (4) angeordnet ist und die Druckleitung (2) aus der Steuereinheit (5) tritt und am Injektor (1) endet.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) in der Druckleitung (2) zwischen dem Dichtelement (4) und dem Brennstoffinjektor (1) angeordnet ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) des Speicherdeckels (3) im Brennstoffinjektor (1) integriert ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bemessung der räumlichen Trennung des Dichtelements (4) von der Steuereinheit (5) bei einem Durchmesser der Druckleitung (2) von ca. 7 mm 0 mm bis 2000 mm beträgt.