DE102006049224A1

DE102006049224A1 - Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006049224A1
Application number: DE102006049224A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Maier; Wolfgang Wagner; Hakan Yalcin
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: JP5232435B2; JP2008101618A; CN101165336A; CN101165336B; KR101343678B1; FI20070698A0; KR20080035446A; DE102006049224B4; FI20070698A; FI123417B

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 der Brennkraftmaschine 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 und wobei das Druckspeichersystem über abhängig vom Einspritztakt zeitweise unter Hochdruck stehende Hochdruckkraftstoffleitungen mit den Injektoren verbunden ist. Erfindungsgemäß ist zumindest der oder jeder permanent unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitung (10), welche die Pumpeinrichtung mit dem Druckspeichersystem verbindet, eine Ummantelung (15) zugeordnet, die eine Wandstärke aufweist, dass dieselbe insbesondere im Falle eines Leitungsbruchs der jeweiligen Hochdruckkraftstoffleitung einem definierten Notbetriebsdruck standhält.

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.
Die Baugruppen des Hochdruckbereichs einer solchen Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage sind im Betrieb einem hohen Arbeitsdruck ausgesetzt, der bis zu 2000 bar betragen kann. Hieraus folgt, dass an die Abdichtung insbesondere der permanent unter Hochdruck stehenden Bauteile einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage hohe Anforderungen gestellt werden.
Dies gilt um so mehr bei Schiffsdieselbrennkraftmaschinen, da die Baugruppen einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage einer Schiffsdieselbrennkraftmaschinen neben dem hohen Arbeitsdruck weiteren Belastungen ausgesetzt sind, so z. B. großen Vibrationsbeanspruchungen sowie großen thermischen Beanspruchungen. Dies kann insbesondere im Bereich der permanent unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitungen, welche die Pumpeinrichtung mit dem Druckspeichersystem einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage verbinden, zu einem Leitungsbruch und damit zu massiven Leckagen führen. Auch können die Dichtstellen an den Leitungsenden aufgrund von Schwingungen und Temperatureinfluss versagen und somit ebenfalls massive Leckagen verursachen.
Das Auftreten massiver Leckagen an den permanent unter Hochdruck stehenden Bauteilen einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage kann dazu führen, dass der Druck im Hochdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage unterhalb eines zum Öffnen der Injektoren benötigten Öffnungsdrucks absinkt, wodurch dann keine Einspritzungen mehr in die Zylinder der Brennkraftmaschine möglich sind. Dies führt zum sofortigen Stillstand der Brennkraftmaschine, wodurch z.B. bei Schiffen, die lediglich eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Kraftstoffversorgungsanlage aufweisen, eine Manövrierunfähigkeit verursacht kann.
Um dem Problem massiver Leckagen im Hochdruckbereich einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage Rechnung zu tragen, ist es aus der EP 1 143 140 B1 bereits bekannt, Hochdruckpumpen über zwei Hochdruckkraftstoffleitungen mit einem Druckspeichersystem zu verbinden, wobei Enden der Hochdruckkraftstoffleitungen Absperrorgane zugeordnet sind, die bei einem Leitungsbruch eine betroffene Hochdruckkraftstoffleitung absperren und so einem Druckabfall im Hochdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage entgegenwirken. Durch das Vorsehen redundanter Reserveleitungen zwischen einer Hochdruckpumpe und einem Druckspeichersystem einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage wird jedoch ein aufwendiger konstruktiver Aufbau der Kraftstoffversorgungsanlage bewirkt.
Weiterhin wird hierdurch auch der von Kraftstoffversorgungsanlagen benötigte Bauraum an Brennkraftmaschinen vergrößert.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige eine Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich eine neuartige Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
Dieses Problem wird durch eine Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist zumindest der oder jeder permanent unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitung, welche die Pumpeinrichtung mit dem Druckspeichersystem verbindet, eine Ummantelung zugeordnet, die eine solche Wandstärke aufweist, dass dieselbe insbesondere im Falle eines Leitungsbruchs der jeweiligen Hochdruckkraftstoffleitung einem definierten Notbetriebsdruck standhält.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, zumindest der oder jeder permanent unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitung, welche die Pumpeinrichtung der Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage mit dem Druckspeichersystem derselben verbindet, eine Ummantelung zuzuordnen, wobei diese Ummantelung eine Wandstärke aufweist, so dass dieselbe einem definierten Notbetriebsdruck standhält. Dieser definierte Notbetriebsdruck ist größer als der zum Öffnen der Injektoren benötigte Öffnungsdruck, so dass bei einem Leitungsbruch einer permanent unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitungen ein Notbetrieb der Brennkraftmaschine aufrechterhalten werden kann.
Obwohl die Ummantelung von Hochdruckkraftstoffleitungen aus der DE 37 39 937 C2 prinzipiell bekannt ist, wird mit der hier vorliegenden Erfindung erstmals vorgeschlagen, eine solche Ummantelung derart auszuführen, dass dieselbe einem Notbetriebsdruck standhält, um so einen Notbetrieb der Brennkraftmaschine aufrechtzuerhalten.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Wandstärke der Ummantelung derart bemessen, dass dieselbe einem definierten Notbetriebsdruck von mindestens 400 bar, insbesondere von mindestens 800 bar, standhält.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt ein Abstand zwischen einer Innenwand der Ummantelung und einer Außenwand der jeweils ummantelten Baugruppe der Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage zwischen 0,1 mm und 0,2 mm.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Pumpeinrichtung der Kraftstoffversorgungsanlage derart steuerbar, dass im Falle einer detektierten Leckage einer permanent unter Hochdruck stehenden, ummantelten Baugruppe der Kraftstoffversorgungsanlage ein Arbeitsdruck des Hochdruckbereichs auf den definierten Notbetriebsdruck reduzierbar ist.
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 Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine.
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 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, der bis zu 2000 bar betragen kann. Ausgehend vom Druckspeichersystem ist der Kraftstoff über Injektoren in Zylinder einer Brennkraftmaschine einspritzbar, wobei jeder Injektor mit dem Druckspeichersystem über mindestens eine Hochdruckkraftstoffleitung verbunden ist, die abhängig vom Einspritztakt der Brennkraftmaschine zeitweise unter Hochdruck steht.
Um bei massiven Leckagen im Hochdruckbereich einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage ein Absinken des Arbeitsdrucks unterhalb eines zum Öffnen der Injektoren und damit zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Zylinder der Brennkraftmaschine benötigten Öffnungsdrucks zu vermeiden, wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, zumindest der oder jeder permanent unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitung, welche die Pumpeinrichtung des Hochdruckbereichs der Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage mit dem Druckspeichersystem desselben verbindet, eine Ummantelung zuzuordnen, die eine Wandstärke aufweist, dass dieselbe einem definierten Notbetriebsdruck standhält, der größer als der Öffnungsdruck der Injektoren ist. Hierdurch kann bei einem Leitungsbruch einer permanent unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitung ein Absinken des Arbeitsdrucks unterhalb des Öffnungsdrucks der Injektoren vermieden werden und ein Notbetrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage gewährleistet werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung ist auch dem permanent unter Hochdruck stehenden Druckspeichersystem eine derartige Ummantelung zugeordnet, die dem definierten Notbetriebsdruck standhält.
Vorzugsweise ist allen permanent unter Hochdruck stehenden Baugruppen der Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage eine derartige Ummantelung zugeordnet, die dem Notbetriebsdruck standhält, wobei der Notbetriebsdruck mindestens 400 bar, insbesondere mindestens 800 bar, beträgt.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage im Bereich eines Endes einer permanent unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitung 10, wobei das in 1 dargestellte Ende der Hochdruckkraftstoffleitung 10 über ein Anschlussstück 11 und ein Druckstück 12 mit einem Druckspeichersystem 13 der Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage verbunden ist. Die Hochdruckkraftstoffleitung 10 weist ein Druckrohr 14 und eine Ummantelung 15 auf, wobei im Sinne der hier vorliegenden Erfindung die Ummantelung 15 eine Wandstärke aufweist, dass dieselbe im Falle eines Bruchs des Druckrohrs 14 und damit im Falle einer massiven Leckage des Druckrohrs 14 dem definierten Notbetriebsdruck standhält. Gegebenenfalls wird hierzu die Ummantelung 15 aus einem Werkstoff mit einer hohen Festigkeit hergestellt.
Die Ummantelung 15 ist derart ausgeführt, dass zwischen einer Innenwand der Ummantelung 15 und einer Außenwand des Druckrohrs 14 der Hochdruckkraftstoffleitung ein Abstand zwischen 0,1 mm und 0,2 mm besteht. Der Innendurchmesser der Ummantelung 15 ist demnach nur geringfügig größer gewählt als der Außendurchmesser des Druckrohrs 14 der Hochdruckkraftstoffleitung.
Ein von der Innenwand der Ummantelung 15 und der Außenwand des Druckrohrs 14 definierter Strömungskanal dient im regulären Betrieb der Kraftstoffversorgungsanlage bei ungebrochenem Druckrohr 14 der Rückführung geringer Kraftstoffleckagen in den Kraftstofftank und damit in den Niederdruckbereich der Kraft stoffversorgungsanlage, wobei hierzu gemäß 1 eine Leckagerückführleitung 16 in das Druckspeichersystem 13 integriert ist.
Um im Falle eines Bruchs des Druckrohrs 14 und damit massiver Leckagen den Notbetriebsdruck aufrechterhalten zu können, ist in die Leckagerückführleitung 16 eine als Drossel ausgebildete Absperreinrichtung 17 integriert, die bei massiven Leckagen einen Rückstau bewirkt und so den Notbetriebsdruck bereitstellt. Die Absperreinrichtung 17 trennt demnach die Hochdruckkraftstoffleitung 10 vom Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung ist die Pumpeinrichtung des Hochdruckbereichs der Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage derart steuerbar, dass im Falle einer detektierten, massiven Leckage einer permanent unter Hochdruck stehenden Baugruppe des Hochdruckbereichs ein Arbeitsdruck des Hochdruckbereichs auf den definierten Notbetriebsdruck reduzierbar ist. Hierzu ist die Förderleistung der Pumpeinrichtung reduzierbar. Die Detektion einer solchen massiven Leckage kann über eine Druckmessung, über eine Durchflussmessung in der Leckagerückführleitung oder über eine Bestimmung der Förderleistung der Pumpeinrichtung erfolgen.

10: Hochdruckkraftstoffleitung
11: Anschlussstück
12: Druckstück
13: Druckspeichersystem
14: Druckrohr
15: Ummantelung
16: Leckagerückführleitung
17: Absperreinrichtung

Claims

Kraftstoffversorgungsanlage, nämlich Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage, einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Schiffsdieselbrennkraftmaschine, 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, und wobei das Druckspeichersystem über abhängig vom Einspritztakt zeitweise unter Hochdruck stehende Hochdruckkraftstoffleitungen mit den Injektoren verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der oder jeder permanent unter Hochdruck stehenden Hochdruckkraftstoffleitung (10), welche die Pumpeinrichtung mit dem Druckspeichersystem verbindet, eine Ummantelung (15) zugeordnet ist, die eine Wandstärke aufweist, dass dieselbe insbesondere im Falle eines Leitungsbruchs der jeweiligen Hochdruckkraftstoffleitung (10) einem definierten Notbetriebsdruck standhält.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch dem permanent unter Hochdruck stehenden Druckspeichersystem eine Ummantelung zugeordnet ist, die eine Wandstärke aufweist, dass dieselbe dem definierten Notbetriebsdruck standhält.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine solche Ummantelung allen permanent unter Hochdruck stehenden Baugruppen der Kraftstoffversorgungsanlage zugeordnet ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Notbetriebsdruck größer als der Öffnungsdruck der Injektoren ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Ummantelung (15) derart bemessen ist, dass dieselbe einem definierten Notbetriebsdruck von mindestens 400 bar standhält.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Ummantelung (15) derart bemessen ist, dass dieselbe einem definierten Notbetriebsdruck von mindestens 800 bar standhält.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen einer Innenwand der Ummantelung und einer Außenwand der jeweils ummantelten Baugruppe der Kraftstoffversorgungsanlage zwischen 0,1 und 0,2 mm beträgt.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung der Kraftstoffversorgungsanlage derart steuerbar ist, dass im Falle einer detektierten Leckage einer permanent unter Hochdruck stehenden, ummantelten Baugruppe der Kraftstoffversorgungsanlage, ein Arbeitsdruck des Hochdruckbereichs auf den definierten Notbetriebsdruck reduzierbar ist, wobei hierzu insbesondere die Förderleistung der Pumpeinrichtung reduzierbar ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Kraftstoffversorgungsanlage, der durch die Ummantelung den Notbetriebsdruck aufrechterhalten kann, vom Niederduckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage durch mindestens eine Absperreinrichtung getrennt ist.
Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Absperreinrichtung als Drossel ausgebildet ist.