DE102010031390A1

DE102010031390A1 - Saugventil einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010031390A1
Application number: DE102010031390A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hamann; Karin Steinicke
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: JP2012021525A; CN102338011A; DE102010031390B4; FI20115746A0; KR20120007958A; FI20115746L; CN102338011B; KR101687036B1; JP5518797B2

Abstract

Saugventil (1) einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine, über welches Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in einen Pumpenraum (5) einer Hockdruckpumpe (3), über welche Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in einen Hochdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage förderbar ist, saugbar ist, mit einem mit einem Ventilsitz (9) zusammenwirkenden Ventilkörper (8), wobei der Ventilkörper (8) für einen Ansaugvorgang, bei welchem Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in den Pumpenraum (5) der Hockdruckpumpe gelangt, mehrere Ansaugbohrungen (10), die mit einem radial äußeren Anschnitt (13) des Ventilkörpers (8) zusammenwirken, freigibt, und wobei der Ventilkörper (8) für einen Fördervorgang, bei welchem Kraftstoff aus dem Pumpenraum (5) der Hockdruckpumpe in den Hochdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage gelangt, die Ansaugbohrungen (10) verschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Saugventil einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 10 2004 060 003 A1 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 10 2004 060 003 A1 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 10 2004 060 003 A1 eine oder 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. Bei der Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage nach DE 10 2004 060 003 A1 ist jeder Hochdruckpumpe jeweils ein Saugventil und ein Förderventil zugeordnet, wobei über das jeweilige Saugventil Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in einen Pumpenraum der jeweiligen Hockdruckpumpe saugbar ist, und wobei über das Förderventil Kraftstoff aus dem Pumpenraum der jeweiligen Hockdruckpumpe in Richtung auf das Druckspeichersystem förderbar ist.
Bei aus der Praxis bekannten Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlagen sind die einer Hochdruckpumpe zugeordneten Ventile, also das Saugventil und das Förderventil, auf unterschiedlichen Achsen nebeneinander positioniert. Dies wird durch die Bauform der bislang bekannten Saugventile vorgegeben und wirkt sich nachteilig auf die Bauteilkosten aus. Weiterhin bereitet das nebeneinander Anordnen von Saugventil und Förderventil insbesondere bei hohen Drücken Dichtheitsprobleme.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein neuartiges Saugventil einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine zu schaffen. Dieses Problem wird durch ein Saugventil gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß gibt der Ventilkörper für einen Ansaugvorgang, bei welchem Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in den Pumpenraum der Hockdruckpumpe gelangt, mehrere Ansaugbohrungen, die mit einen radial äußeren Anschnitt des Ventilkörpers zusammenwirken, frei, wobei der Ventilkörper für einen Fördervorgang, bei welchem Kraftstoff aus dem Pumpenraum der Hockdruckpumpe in den Hochdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage gelangt, die Ansaugbohrungen verschließt.
Die konstruktive Ausführung des erfindungsgemäßen Saugventils erlaubt es, die einer Hochdruckpumpe zugeordneten Ventile, also das einer Hochdruckpumpe zugeordnete Saugventil sowie Förderventil, entlang einer Achse koaxial zueinander zu platzieren. Hiermit können einerseits Kostenvorteile realisiert werden, andererseits können Dichtheitsprobleme bei hohen Drücken vermieden werden.
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 einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage im Bereich eines Saugventils nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und eines Förderventils; und
2: einen schematisierten Ausschnitt aus einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage im Bereich eines Saugventils nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und eines Förderventils.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Saugventil einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine.
Eine Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage verfügt 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 oder jede Hochdruckpumpe der Pumpeinrichtung Kraftstoff über ein Saugventil aus dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich ansaugt und über ein Förderventil dem Druckspeichersystem zuführt. Ausgehend vom Druckspeichersystem ist der Kraftstoff über Injektoren in Zylinder einspritzbar.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage im Bereich eines erfindungsgemäßen Saugventils 1 sowie eines koaxial zum Saugventil 1 angeordneten Förderventils 2, die beide einer Hochdruckpumpe 3 einner Pumpeinrichtung der Kraftstoffversorgungsanlage zugeordnet sind, wobei von der Hochdruckpumpe 3 ein Pumpenzylinder 4 gezeigt ist, der einen Pumpenraum 5 der Hochdruckpumpe 3 definiert und eine Ausnehmung 6 zur Aufnahme des erfindungsgemäßen Saugventils 1 aufweist.
Das Saugventil 1 dient dem Ansaugen von Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in den Pumpenraum 5 der Hochdruckpumpe 3, wobei vom Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in 1 Niederdruckzulaufleitungen 7 gezeigt sind.
Beim Ansaugen des Kraftstoffs aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage, also bei einem Ansaugvorgang, ist ein Ventilkörper 8 des Saugventils 1 von einem Ventilsitz 9 des Saugventils 1 abgehoben und gibt dann Ansaugbohrungen 10, über welche die Niederdruckzulaufleitungen 7 mit dem Pumpenraum 5 der Hochdruckpumpe 3 koppelbar sind, frei.
Dann, wenn der Ventilkörper 8 gegen den Ventilsitz 9 gedrückt ist, versperrt derselbe die Ansaugbohrungen 10, sodass dann Kraftstoff aus dem Pumpenraum 5 der Hochdruckpumpe 3 über das Förderventil 2 in Richtung auf ein Druckspeichersystem 11 des Hochdruckbereichs der Kraftstoffversorgungsanlage gefördert werden kann, wobei der Kraftstoff ausgehend vom Pumpenraum 5 der Hochdruckpumpe 3 in Richtung auf das Förderventil 2 über eine Förderbohrung 12 gefördert werden kann. Beim Fördern des Kraftstoffs aus dem Pumpenraum 5 der Hochdruckpumpe 3 in Richtung auf das Förderventil 2, also während eines Fördervorgangs, sind, wie bereits erwähnt, die Ansaugbohrungen 10 vom Ventilkörper 8 des Saugventils 1 verschlossen.
Beim erfindungsgemäßen Saugventil 1 wirkt der Ventilkörper 8 mit mehreren Ansaugbohrungen 10 zusammen, die einem radial äußeren Abschnitt 13 des Ventilkörpers 8 zugeordnet sind bzw. mit diesem radial äußeren Abschnitt 13 des Ventilkörpers 8 des Saugventils 1 zusammenwirken. Bei einem Ansaugvorgang gibt der radial äußere Abschnitt 13 des Ventilkörpers 8 die Ansaugbohrungen 10 frei, bei einem Fördervorgang hingegen versperrt der radial äußere Abschnitt 13 die Ansaugbohrungen 10.
Die Förderbohrung 12, über welche während eines Fördervorgangs Kraftstoff aus dem Pumpenraum 5 der Hochdruckpumpe 3 in Richtung auf das Förderventil 2 förderbar ist, ist in etwa in der Mitte der Ansaugbohrungen 10 und damit in der radialen Mitte des Ventilkörpers 8 positioniert.
Gemäß 1 sind die Ansaugbohrungen 10 sowie die Förderbohrung 12 in etwa in einer Ebene positioniert bzw. münden in etwa in einer Ebene in der Ausnehmung 6 des Pumpenzylinders 4, in welcher der Ventilkörper 8 des Saugventils 1 axial verschiebbar gelagert ist.
Gemäß 1 verfügt der Ventilkörper 8 des Saugventils 1 über eine mittige, axiale Ausnehmung 14, die von Kraftstoff durchströmbar ist und über welche beim Fördervorgang der Pumpenraum 5 der Hochdruckpumpe 3 mit der Förderbohrung 12, die zum Förderventil 2 führt, koppelbar ist.
Ferner sind gemäß 1 in den Ventilkörper 8 des Saugventils 1 sich in radialer Richtung erstreckende Ausnehmungen 15 eingebracht, über die die mittige, axiale Ausnehmung 14 des Ventilkörpers 8 mit der Ausnehmung 6 des Pumpenzylinders 4, in welcher der Ventilkörper 8 des Saugventils 1 axial verschiebbar gelagert ist, gekoppelt ist. Über diese radialen Ausnehmungen 15 kann beim Fördervorgang Kraftstoff in die Ausnehmung 6 gelangen, um den Ventilkörper 8 gegen den Ventilsitz 9 zu drücken und das Verschließen der Ansaugbohrungen 10 zu unterstützen.
Dann, wenn beim Ansaugvorgang der Ventilkörper 8 vom Ventilsitz 9 unter Freigabe der Ansaugbohrungen 10 abgehoben ist, gelangt der Kraftstoff über die Ansaugbohrungen 8 und die mittige, axiale Ausnehmung 14 des Ventilkörpers 8 in den Pumpenraum 5 der Hochdruckpumpe 3.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist dem Ventilkörper 8 ein Federelement 16 zu geordnet, welches im Ausführungsbeispiel der 1 als innen liegendes Federelement 16 ausgebildet ist, welches in der mittigen, axialen Ausnehmung 14 des Ventilkörpers 8 des Saugventils 1 positioniert ist.
Das Federelement 16 drückt während des Fördervorgangs den Ventilkörper 8 des Saugventils 1 gegen den Ventilsitz 9, um die Ansaugbohrungen 10 zu verschließen, wobei, wie bereits erwähnt, beim Fördervorgang dieses Verschließen der Ansaugbohrungen 10 durch den Kraftstoff, der durch die radialen Ausnehmungen 15 des Ventilkörpers 8 in die Ausnehmung 6 des Pumpenzylinders 4 strömt, unterstützt wird.
Zum Öffnen bzw. Freigeben der Ansaugbohrungen 10 während eines Ansaugvorgangs wird der Ventilkörper 8 entgegen der Federkraft des Federelements 16 vom Ventilsitz 9 abgehoben.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Saugventils, in welcher das dem Ventilkörper 8 zugeordnete Federelement 16 als außen liegendes Federelement ausgebildet ist, welches den Ventilkörper 8 radial außen umschließt und demnach nicht innerhalb der mittigen, axialen Ausnehmung 14 positioniert ist, sondern vielmehr innerhalb der Ausnehmung 6 im Pumpenzylinder 4 der Hochdruckpumpe 3.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der 2 und dem Ausführungsbeispiel der 1 besteht darin, dass im Ausführungsbeispiel der 2 an den Ansaugbohrungen 10 benachbart zum Ventilkörper 8 umlaufende Nuten 17 ausgebildet sind. Mit diesen Nuten 17 kann verhindert werden, dass es bei einer Verdrehung des Ventilkörper 8 durch Sitzeinschläge an den Ansaugbohrungen 10 zu Undichtheiten kommt, wodurch auf eine Verdrehsicherung für den Ventilkörper 8 verzichtet werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Saugventils 1 ist es möglich, wie 1 und 2 entnommen werden kann, das einer Hochdruckpumpe 3 zugeordnete Saugventil 1 sowie das der Hochdruckpumpe 3 zugeordnete Förderventil 2 entlang einer Achse und damit koaxial zueinander zu positionieren. Hierdurch können Bauteilkosten verringert werden, weiterhin können Dichtheitsprobleme bei hohen Drücken vermieden werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass infolgedessen, dass mehrere Ansaugbohrungen 10 vorhanden sind, ein größerer Ansaugquerschnitt zur Verfügung steht, wodurch für das Saugventil 1 ein kleinerer Hub realisiert werden kann. Hierdurch ist es letztendlich möglich, den Verschleiß solcher Saugventile 1 zu verringern und deren Standzeit zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

1: Saugventil
2: Förderventil
3: Hochdruckpumpe
4: Pumpenzylinder
5: Pumpenraum
6: Ausnehmung
7: Niederdruckzulaufleitung
8: Ventilköper
9: Ventilsitz
10: Ansaugbohrung
11: Druckspeichersystem
12: Förderbohrung
13: Abschnitt
14: Ausnehmung
15: Ausnehmung
16: Federelement
17: Nut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004060003 A1 [0002]

Claims

Saugventil einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Common-Rail Kraftstoffversorgungsanlage einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine, über welches Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in einen Pumpenraum einer Hockdruckpumpe, über welche Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in einen Hochdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage förderbar ist, saugbar ist, mit einem mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (8) für einen Ansaugvorgang, bei welchem Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage in den Pumpenraum (5) der Hockdruckpumpe gelangt, mehrere Ansaugbohrungen (10), die mit einem radial äußeren Anschnitt (13) des Ventilkörpers (8) zusammenwirken, freigibt, und dass der Ventilkörper (8) für einen Fördervorgang, bei welchem Kraftstoff aus dem Pumpenraum (5) der Hockdruckpumpe in den Hochdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage gelangt, die Ansaugbohrungen (10) verschließt.
Saugventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderbohrung (12), über die für den Fördervorgang Kraftstoff aus dem Pumpenraum (5) der Hockdruckpumpe in den Hochdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage gelangt, in etwa in der Mitte der Ansaugbohrungen (10) und damit in etwa in der radialen Mitte des Ventilkörpers (8) positioniert ist.
Saugventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderbohrung (12) und die Ansaugbohrungen (10) in einer Ebene in eine Ausnehmung (6) im Pumpenzylinder (4) der Hockdruckpumpe, in welcher der Ventilkörper (8) verschiebbar gelagert ist, münden.
Saugventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (8) eine mittige, axiale Ausnehmung (14) aufweist, über die der Pumpenraum (5) der Hockdruckpumpe mit der Förderbohrung (12) und den Ansaugbohrungen (10) koppelbar ist.
Saugventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (8) mindestens eine radiale Ausnehmung (15) aufweist, über die der Pumpenraum (5) der Hockdruckpumpe mit einer Ausnehmung (6) des Pumpenzylinders, in welcher der Ventilköper (8) verschiebbar gelagert ist, koppelbar ist.
Saugventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede radiale Ausnehmung (15) sich ausgehend von der mittigen, axialen Ausnehmung (14) in radialer Richtung durch den Ventilkörper (8) erstreckt.
Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilkörper (8) ein Federelement (16) zugeordnet ist, welches den Ventilkörper zum Verschließen der Ansaugbohrungen (10) gegen den Ventilsitz drückt.
Saugventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement ein innen liegendes Federelement (16) ist, welches in einer von Kraftstoff durchströmten, mittigen, axialen Ausnehmung (14) des Ventilkörpers (8) positioniert ist.
Saugventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (16) ein außen liegendes Federelement ist, welches den Ventilkörper (8) außen umschließt ist.
Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ansaugbohrungen (10) benachbart zum Ventilkörper (8) eine umlaufende Nut (17) ausgebildet ist.
Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe koaxial zu einem Förderventil positioniert ist.