DE102009015528B4 - Ventileinheit einer Kraftstoffversorgungsanlage - Google Patents

Ventileinheit einer Kraftstoffversorgungsanlage Download PDF

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Abstract

Ventileinheit einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem Grundkörper (11) aus Stahl, der ein Gleichdruckentlastungsventil (15) in einer Ausnehmung (14) aufnimmt, wobei das Gleichdruckentlastungsventil ein von einem Federelement (19) beaufschlagtes Betätigungselement (20) aufweist, welches eine Ventilkugel (21) des Gleichdruckentlastungsventils (15) gegen einen Ventilsitz (22) des Gleichdruckentlastungsventils drückt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (22) des Gleichdruckentlastungsventils von einem separaten Einsatz (25) aus Stahl gebildet ist, wobei die Anlasstemperatur des Stahls des separaten Einsatzes (25) größer als die Anlasstemperatur des Stahls des Grundkörpers (11) ist, wobei der Ventilsitz (24) eine Rauhigkeit Ra von weniger als 0,8 aufweist und die Ventilkugel (21) aus einem Werkstoff mit einer gegenüber Stahl erhöhten Festigkeit und einem gegenüber Stahl verringerten spezifischen Gewicht besteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Zylindern einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer mit Schweröl betriebenen Schiffsdieselbrennkraftmaschine, muss Kraftstoff zur Verfügung gestellt werden, wobei hierzu eine Kraftstoffversorgungsanlage dient. Eine Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine verfügt über den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnete Injektoren, die auch als Einspritzventile bezeichnet werden, wobei mithilfe der Injektoren der Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt werden kann. Zusätzlich zu den Injektoren verfügt eine Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine über mindestens eine Kraftstoffpumpe, um den in die Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoff in Richtung auf die Injektoren zu fördern.
  • Als Stand der Technik ist beispielsweise die DE 39 04 518 A1 zu nennen. Die Druckschrift offenbart eine Ventileinheit einer Kraftstoffversorgungsanlage mit einem Grundkörper, der ein Gleichdruckentlastungsventil in einer Ausnehmung aufnimmt, wobei das Gleichdruckentlastungsventil ein von einem Federelement beaufschlagtes Betätigungselement aufweist, welches eine Ventilkugel des Gleichdruckentlastungsventils gegen einen Ventilsitz drückt, wobei dieser Ventilsitz von einem separaten Einsatz gebildet ist. Als Werkstoff für diese Ventileinheit kommt gehärteter Stahl in Frage.
  • Weiterhin ist aus der EP 1 701 032 A1 bereits eine keramische Ventilkugel für ein Rückschlagventil einer Kraftstoffhochdruckpumpe bekannt.
  • Zudem ist als Stand der Technik noch die DE 103 53 314 A1 zu nennen, in dieser für ein Rückschlagventil in einer Kraftstoffhochdruckpumpe die Verringerung der Oberflächenrauheit empfohlen wird.
  • Zwischen einem Injektor einer Kraftversorgungsanlage und einer Kraftstoffpumpe derselben ist eine in 1 gezeigte, aus dem Stand der Technik beispielhaft bereits bekannte Ventileinheit 10 positioniert. Die in 1 gezeigte Ventileinheit 10, die, wie bereits ausgeführt, zwischen einer Kraftstoffpumpe und einem Injektor einer Kraftstoffversorgungsanlage positioniert ist, verfügt über einen Grundkörper 11 aus Stahl, wobei in einer ersten Ausnehmung 12 des Grundkörpers 11 ein Kraftstoffförderventil 13 und in einer zweiten Ausnehmung 14 des Grundkörpers 11 ein Gleichdruckentlastungsventil 15 positioniert ist. An einen ersten Anbindungsbereich 16 des Grundkörpers 11 kann eine nicht gezeigte Kraftstoffpumpe und an einen zweiten Anbindungsbereich 17 des Grundkörpers 11 ein ebenfalls nicht gezeigtes Kraftstoffeinspritzventil bzw. ein Injektor angeschlossen werden.
  • Das Gleichdruckentlastungsventil 15 dient der Aufrechterhaltung eines Kraftstoffmindestdrucks in zum Kraftstoffeinspritzventil bzw. Injektor führenden Kraftstoffleitungen 18 der Ventileinheit 10.
  • Nach dem Stand der Technik der 1 umfasst das Gleichdruckentlastungsventil 15 der Ventileinheit 10 ein von einem Federelement 19 beaufschlagtes Betätigungselement 20, wobei das Betätigungselement 20 eine Ventilkugel 21 des Gleichdruckentlastungsventils 15 gegen einen Ventilsitz 22 drückt, der von dem Grundkörper 11 der Ventileinheit 10 bereitgestellt wird.
  • Bei der in 1 gezeigten, aus dem Stand der Technik bekannten Ventileinheit 10 ist der Grundkörper 11 aus einem Stahl gefertigt. Ebenso ist die Ventilkugel 21 des Gleichdruckentlastungsventils 15 aus einem Stahl hergestellt.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Ventileinheit einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die zu geringerem Verschleiß neigt.
  • Dieses Problem wird nach der Erfindung, durch eine Ventileinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Hiernach ist der Ventilsitz des Gleichdruckentlastungsventils von einem separaten Einsatz aus Stahl gebildet, wobei die Anlasstemperatur des Stahls des separaten Einsatzes größer als die Anlasstemperatur des Stahls des Grundkörpers ist. Der Ventilsitz weist dabei eine Rauhigkeit Ra von weniger als 0,8 auf. Die Ventilkugel besteht zudem aus einem Werkstoff mit einer gegenüber Stahl erhöhten Festigkeit und einem gegenüber Stahl verringerten spezifischen Gewicht.
  • Damit kann der Verschleiß solcher Ventileinheiten gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert werden. Hierdurch können längere Standzeiten für die Ventileinheiten und damit längere Wartungsintervalle für eine Kraftstoffversorgungsanlage realisiert werden. Ferner erlaubt es die Erfindung nach dem Stand der Technik ausgebildete Ventileinheiten bei einer Instandsetzung in erfindungsgemäße Ventileinheiten umzubauen.
  • 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: eine aus dem Stand der Technik bekannte Ventileinheit einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine; und
    • 2 eine erfindungsgemäße Ventileinheit einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ventileinheit 23 einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer mit Schweröl betriebenen Schiffsdieselbrennkraftmaschine, wobei zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ventileinheit 23 der 2 für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden wie im Zusammenhang der mit der in 1 gezeigten, aus dem Stand der Technik bekannten Ventileinheit 10.
  • Nach der hier vorliegenden Erfindung wird ein Ventilsitz 24 für die Ventilkugel 21 des Gleichdruckentlastungsventils 15 von einem separaten Einsatz 25 bereitgestellt, der ebenso wie der Grundkörper 11 aus Stahl gefertigt ist. Die sogenannte Anlasstemperatur des Stahls des separaten Einsatzes 25 ist größer als die Anlasstemperatur des Stahls des Grundkörpers 11. Bei der Anlasstemperatur handelt es sich um eine Temperatur einer Wärmebehandlung, bei welcher der Stahlwerkstoff des Grundkörpers 11 sowie Stahlwerkstoff des separaten Einsatzes 25 gezielt erwärmt wird, um alle Eigenschaften für den gewünschten Einsatz gezielt zu beeinflussen. Details des Anlassens von Stahlwerkstoffen sind dem hier angesprochenen Fachmann geläufig und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung.
  • Die Anlasstemperatur des Stahls des separaten Einsatzes 25 ist größer als die maximale Betriebstemperatur des Kraftstoffs im Bereich des Gleichdruckentlastungsventils 15, wobei die Anlasstemperatur des Stahls des Einsatzes 25 vorzugsweise um mindestens 200°C, insbesondere um mindestens 250°C, größer ist als die maximale Betriebstemperatur des Kraftstoffs im Bereich des Gleichdruckentlastungsventils 15. Die Anlasstemperatur des Stahls des Grundkörpers 11 entspricht in etwa der maximalen Betriebstemperatur des Kraftstoffs im Bereich des Gleichdruckentlastungsventils 15.
  • Der Ventilsitz 24 für die Ventilkugel 21 weist eine Rauhigkeit Ra von weniger als 0,8 µm auf. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher der Ventilsitz 24 für die Ventilkugel 21 des Gleichdruckentlastungsventils 15 eine Rauhigkeit Ra zwischen 0,2 µm und 0,6 µm, insbesondere zwischen 0,3 µm und 0,5 µm, aufweist.
  • Bevorzugt beträgt die Rauhigkeit Ra des Ventilsitzes 24 für die Ventilkugel 21 in etwa 0,4 µm.
  • Die Ventilkugel 21 des Gleichdruckentlastungsventils 15 ist aus einem speziellen Werkstoff gefertigt, nämlich aus einem Werkstoff, der gegenüber Stahl eine erhöhte Festigkeit jedoch ein geringeres spezifisches Gewicht aufweist. Besonders bevorzugt ist eine Variante, in welcher die Ventilkugel 21 aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist.
  • Hierdurch kann der Verschleiß solcher Ventileinheiten im Bereich des Gleichdruckentlastungsventils 15 gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden.
  • Die Erfindung eignet sich sowohl zum Einsatz bei Neubauteilen als auch zur Umkonstruktion bestehender Bauteile. So ist es möglich, bereits im Feld genutzte Ventileinheiten 10 der 1 in eine erfindungsgemäße Ventileinheit 23 der 2 umzubauen, wozu lediglich die Ausnehmung 14, die der Aufnahme des Gleichdruckentlastungsventils 15 dient, derart ausgeweitet werden muss, dass der separate Einsatz 25 zusammen mit dem Betätigungselement 20, der Ventilkugel 21 und dem Federelement 19 des Gleichdruckentlastungsventils 15 in der Ausnehmung 14 Aufnahme findet.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Grundkörper 11 am zweiten Anbindungsbereich 17 für das Kraftstoffeinspritzventil bzw. den Injektor mit einer Flächenrücknahme im Bereich von 0,01 mm bis 0,05 mm versehen, um so eine bessere Abdichtung im Hochdruckbereich zwischen Grundkörper 11 und Kraftstoffeinspritzventil bzw. Injektor zu gewährleisten.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Ventileinheit
    11
    Grundkörper
    12
    Ausnehmung
    13
    Kraftstoffförderventil
    14
    Ausnehmung
    15
    Gleichdruckentlastungsventil
    16
    Anbindungsbereich
    17
    Anbindungsbereich
    18
    Kraftstoffleitung
    19
    Federelement
    20
    Betätigungselement
    21
    Ventilkugel
    22
    Ventilsitz
    23
    Betätigungselement
    24
    Ventilsitz
    25
    Einsatz

Claims (9)

  1. Ventileinheit einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem Grundkörper (11) aus Stahl, der ein Gleichdruckentlastungsventil (15) in einer Ausnehmung (14) aufnimmt, wobei das Gleichdruckentlastungsventil ein von einem Federelement (19) beaufschlagtes Betätigungselement (20) aufweist, welches eine Ventilkugel (21) des Gleichdruckentlastungsventils (15) gegen einen Ventilsitz (22) des Gleichdruckentlastungsventils drückt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (22) des Gleichdruckentlastungsventils von einem separaten Einsatz (25) aus Stahl gebildet ist, wobei die Anlasstemperatur des Stahls des separaten Einsatzes (25) größer als die Anlasstemperatur des Stahls des Grundkörpers (11) ist, wobei der Ventilsitz (24) eine Rauhigkeit Ra von weniger als 0,8 aufweist und die Ventilkugel (21) aus einem Werkstoff mit einer gegenüber Stahl erhöhten Festigkeit und einem gegenüber Stahl verringerten spezifischen Gewicht besteht.
  2. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlasstemperatur des Stahls des separaten Einsatzes (25) größer als die maximale Betriebstemperatur des Kraftstoffs im Bereich des Gleichdruckentlastungsventils (15) ist.
  3. Ventileinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlasstemperatur des Stahls des separaten Einsatzes (25) um mindestens 200°C, vorzugsweise um mindestens 250°C, größer als die maximale Betriebstemperatur des Kraftstoffs im Bereich des Gleichdruckentlastungsventils (15) ist.
  4. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlasstemperatur des Stahls des Grundkörpers (11) in etwa der maximalen Betriebstemperatur des Kraftstoffs im Bereich des Gleichdruckentlastungsventils (15) entspricht.
  5. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (24) eine Rauhigkeit Ra zwischen 0,2 und 0,6, insbesondere zwischen 0,3 und 0,5, aufweist.
  6. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkugel (21) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
  7. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (25) zusammen mit dem Betätigungselement (20), der Ventilkugel (21) und dem Federelement (19) in der Ausnehmung (14) des Grundkörpers (11) positioniert ist.
  8. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) weiterhin ein Kraftstoffförderventil (13) in einer separaten Ausnehmung (12) aufnimmt.
  9. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) einen ersten Anbindungsbereich (16) für eine Kraftstoffpumpe und einen zweiten Anbindungsbereich (17) für eine Kraftstoffeinspritzventil bzw. einen Injektor aufweist.
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