DE69911849T2 - Steuer- und Sicherheitsventil für Brennstoffversorgungssystem - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungs- und Sicherheitsventilanordnung eines Kraftstoffzufuhrsystems, wobei die Anordnung in ihrer Ausführung dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht.
- In bekannten Druckeinspritz- oder Rohrsystemen zur Kraftstoffzufuhr in Verbrennungsmotoren besteht die Notwendigkeit, Ventilanordnungen in unterschiedlichen Ausführungen vorzusehen. Insbesondere wenn Schweröl oder dergleichen als Kraftstoff verwendet wird, muß die Viskosität des Kraftstoffs vor dem Starten des Motors ausreichend herabgesetzt werden, damit der Kraftstoff in einen Zylinder eingespritzt werden kann. Diese Reduzierung der Kraftstoffviskosität wird in der Praxis dadurch erreicht, daß der Kraftstoff im Kraftstoffzufuhrsystem umgewälzt wird, um ihn zu erwärmen. Bekannte Sammelrohrsysteme benötigen auch eine Ventilfunktion, um die verwendeten Drücke zu begrenzen, sowie ein Ventil, um das System drucklos zu machen, wenn der Motor abgeschaltet wird oder eine Notfallsituation eintritt. Die Realisierung dieser Funktionen erfordert normalerweise drei unterschiedliche Ventilfunktionen, von denen jede ein separates Ventil notwendig macht.
- In der US-A-5537980 wird ein Hochdruckkraftstoffeinspritzsystem beschrieben, das darauf abzielt, eine Kraftstoffleckage aus den Kraftstoffeinspritzventilen dadurch zu verhindern, daß der Druck eines Kraftstoffsammelbehälters herabgesetzt wird. Ein Überdruckventil öffnet sich jedoch nur bei noch laufendem Motor.
- Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine neue Ventilanordnung bereitzustellen, die in ihrer Konstruktion vorteilhaft ist und mit der die vorstehend erwähnten Ventilfunktionen zumindest teilweise in eine gemeinsame Konstruktion integriert werden können, um eine kompakte Einheit zu erhalten, die hinsichtlich ihrer Kosten vorteilhaft ist. Ein weiteres Ziel besteht darin, die Ventilanordnung in Kraftstoffzufuhrsystemen anwenden zu können, in denen insbesondere Schweröl als Kraftstoff verwendet wird.
- Die Ziele der Erfindung können durch die Steuerungs- und Sicherheitsventilanordnung des Anspruchs 1 und der anderen Ansprüche erreicht werden.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerungs- und Sicherheitsventilanordnung der beschriebenen Ausführung dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel zwei Ventile beinhalten, die betriebswirksam hintereinander in einer gemeinsamen Ventileinheit angeordnet sind, die eine Ventilkammer, durch die die Rückströmungsleitung verläuft, umfaßt, wobei das erste Ventil, das sich in der Ventilkammer befindet, in der Strömungsrichtung unter dem Einfluß eines separaten Steuerungsdrucks durch die erste Steuerungsanordnung und das zweite Ventil in der Strömungsrichtung durch die zweite Steuerungsanordnung gesteuert werden. Das zweite Ventil kann als ein druckeinschränkendes Ventil dienen, das unabhängig vom Betrieb des ersten Ventils arbeitet. Durch eine solche Anordnung ist es möglich, unterschiedliche Ventilfunktionen, wie sie in Sammelrohrsystemen benötigt werden, durch die Verwendung gemeinsamer Konstruktionen zu realisieren.
- Wenn die erste Steuerungsanordnung ein Vorsteuerungsventil umfaßt, vorzugsweise ein Magnetventil, um den Steuerungsdruck zu steuern, kann der Steuerungsdruck je nach Bedarf schnell und präzise zugeschaltet bzw. abgeschaltet werden. In der Praxis kann der Steuerungsdruck vorteilhafterweise hydraulisch realisiert werden, wobei die erste Steuerungsanordnung beispielsweise Teil eines Servoölkreislaufs des Motors sein kann, der allgemein in jedem Fall benötigt wird, um den Betrieb der Kraftstoffeinspritzventile zu steuern.
- Die zweite Steuerungsanordnung kann einfach eine Ventilfeder umfassen, deren Federkraft und Vorspannung den Ventilöffnungsdruck in Übereinstimmung mit dem Grenzwert bestimmen.
- Ein Ventilelement des ersten Ventils ist in geeigneter Weise angeordnet, um die Ventilkammer in zwei voneinander getrennte Teile zu unterteilen, so daß der erste Kammerteil einen Bestandteil der Rückströmungsleitung bildet und der zweite Kammerteil mittels des Vorsteuerungsventils mit dem zu steuernden Druck verbunden ist. Das Ventilelement des ersten Ventils kann zusätzlich eine Kammer umfassen, die entweder mit der Drucksammelbehältereinheit oder mit dem ersten Kammerteil verbunden werden kann. In diesem Fall können ein Ventilelement des zweiten Ventils, eine Sitzfläche für das zweite Ventil und eine Ventilfeder des zweiten Ventils in der Kammer im Ventilelement vorgesehen werden, so daß die Verbindung von der Drucksammelbehältereinheit durch den ersten Kammerteil in den Kraftstofftank hinein normalerweise geschlossen wird.
- Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft unter besonderer Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, die als alleinige Figur eine Schnittansicht einer Ventilanordnung gemäß der Erfindung zeigt.
- In der Figur bezeichnet die Bezugszahl
1 eine gemeinsame Drucksammelbehältereinheit, die Bestandteil eines Kraftstoffzufuhrsystems eines Motors ist, und aus der Kraftstoff in einer bekannten Weise in mindestens zwei Zylinder des (nicht dargestellten) Motors eingespritzt wird. Eine Ventileinheit3 mit einer Ventilkammer4 ist mittels Schraubenbolzen2 an der gemeinsamen Drucksammelbehältereinheit1 befestigt. Ein Druckraum1a in der Drucksammelbehältereinheit1 ist mittels eines Kanals5 mit der Ventilkammer4 und von der Ventilkammer4 aus durch einen Kanal6 und ein Rohr7 mit einem (nicht dargestellten) Kraftstofftank verbunden. Zusätzlich zu dieser Rückströmungsleitung steht der Druckraum1a natürlich über eine Kraftstoffzufuhrleitung und dazugehörige Pumpmittel usw. mit dem Kraftstofftank in Verbindung. Da diese Teile jedoch nicht die vorliegende Erfindung betreffen, wurden sie in den Zeichnungen nicht dargestellt und nicht im Detail beschrieben. Bei laufendem Motor liegt der Druck im Druckraum1a typischerweise in der Größenordnung von 1200 bar. - Die Ventilkammer
4 stellt einen Ventilsitz9 für ein Ventilelement8 eines ersten Ventils bereit, das innerhalb der Ventilkammer4 untergebracht ist. Das Ventilelement8 teilt die Ventilkammer4 in zwei Teile4a und4b auf, die voneinander getrennt sind. Um das Ventil zu steuern, ist der Kammerteil4b mit einem Servoölkreislauf10 des Motors verbunden, so daß der Steuerungsdruck, der normalerweise das Ventil schließt, typischerweise in der Größenordnung von 100 bar liegt. Das Öffnen und Schließen des Ventils findet mittels eines Vorsteuerungsventils11 , vorzugsweise eines Magnetventils, statt. Abhängig von der Betriebsposition des Steuerungsventils11 steht entweder der Kammerteil4b unter dem Steuerungsdruck, wodurch sich das Ventilelement8 in der in der Figur dargestellten geschlossenen Position befindet und das Ventil somit geschlossen ist, oder es liegt kein Druck im Kammerteil4b an, wodurch das Ventil offen ist und der Druckraum1a durch den Kammerteil4a in Verbindung mit dem Rohr7 und damit mit dem (nicht dargestellten) Kraftstofftank steht. - Das Ventilelement
8 beinhaltet eine Kammer12 , die über einen Kanal13 mit dem Kanal5 und weiter mit dem Druckraum1a verbunden sein kann. Die Kammer12 ist auch über einen Kanal14 mit dem Kammerteil4a und über den Kanal6 und das Rohr7 mit dem Kraftstofftank verbunden. Ein anderes Ventil befindet sich in der Kammer12 und weist ein Ventilelement15 auf, das mittels einer Ventilfeder16 gegen einen von der Kammer12 bereitgestellten Ventilsitz12a gedrückt wird. Dieses Ventil steuert das. Schließen des Kanals13 und somit das Schließen der Verbindung des Druckraums1a mit dem Kraftstofftank, wenn der Einfluß des im Druckraum1a vorherrschenden Drucks auf das Ventilelement15 kleiner als die Schließkraft der darauf einwirkenden Ventilfeder16 ist. Dieses Ventil dient dadurch als ein druckbegrenzendes Ventil. Die Federkraft der Ventilfeder16 ist so gewählt, daß sie geringer als die Kraft des Drucks ist, der normalerweise im Kammerteil4b vorherrscht und auf das Ventilelement8 einwirkt, so daß das zweite Ventil vor dem ersten Ventil geöffnet wird. Wie aus der Figur ersichtlich, kann sich jedes Ventil unabhängig vom anderen öffnen. - Auf der vorstehend beschriebenen Grundlage ist es möglich, den Druck im Druckraum
1a mittels der Ventilfeder16 zu begrenzen. Zusätzlich kann der Druckraum1a jederzeit mittels des Vorsteuerungsventils11 mit dem Kraftstofftank des Motors verbunden werden, u. a. um vor dem Starten des Motors Kraftstoff zwecks dessen Vorerwärmung umzuwälzen und um das Hochdruckkraftstoffsystem in einer Notfallsituation sehr schnell oder in einer normalen Situation in Verbindung mit dem Ausschalten des Motors drucklos zu machen. - In der beschriebenen Ausführungsform stehen zwei Strömungsleitungen mit unterschiedlichem Durchmesser zur Verfügung, wodurch zur Kraftstoffumwälzung und für solche Fälle, in denen das Kraftstoffzufuhrsystem schnell drucklos gemacht werden muß, die Strömungsleitung mit dem größeren Durchmesser vorteilhafterweise genutzt werden kann.
- Die Erfindung wird durch die dargestellten Ausführungsformen nicht eingeschränkt, sondern es sind innerhalb des Schutzbereichs der nachstehenden Ansprüche verschiedene Modifizierungen durchführbar.
Claims (7)
- Steuerungs- und Sicherheitsventilanordnung in einem Kraftstoffzufuhrsystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines großen Dieselmotors, in dem Kraftstoff von einem Kraftstofftank zu mindestens einer gemeinsamen Drucksammelbehältereinheit (
1 ) gepumpt und von dort aus unter hohem Druck zur Einspritzung in mindestens zwei Zylinder des Motors zugeführt wird, wobei die Drucksammelbehältereinheit (1 ,1a ) mit dem Kraftstofftank durch eine separate Rückströmungsleitung (5 ,6 ,7 ) verbunden ist, die mit Ventilmitteln mit einer ersten und einer zweiten Steuerungsanordnung ausgestattet ist, die unabhängig voneinander arbeiten, so daß die Drucksammelbehältereinheit (1 ) mit dem Kraftstofftank bei Bedarf mittels der ersten Steuerungsanordnung und zusätzlich mittels der zweiten Steuerungsanordnung verbunden sein kann, wenn der Druck in der Drucksammelbehältereinheit (1 ) einen bestimmten ausgewählten Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel zwei Ventile beinhalten, die betriebswirksam hintereinander in einer gemeinsamen Ventileinheit (3 ), die eine Ventilkammer (4 ) umfaßt, durch die die Rückströmungsleitung (5 ,6 ,7 ) verläuft, angeordnet sind, wobei das erste Ventil, das sich in der Ventilkammer (4 ) befindet, in der Strömungsrichtung durch die erste Steuerungsanordnung unter dem Einfluß eines separaten Steuerungsdrucks und das zweite Ventil in der Strömungsrichtung durch die zweite Steuerungsanordnung gesteuert wird. - Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerungsanordnung ein Vorsteuerungsventil (
11 ), vorzugsweise ein Magnetventil, umfaßt, um den Steuerungsdruck zu steuern. - Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungsdruck hydraulisch realisiert wird, vorzugsweise als ein Teil eines Servoölkreislaufs (
10 ) des Motors. - Ventilanordnung nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerungsanordnung eine Ventilfeder (
16 ,20 ) mit einer Federkraft und einer Vorspannung umfaßt, durch die der Öffnungsdruck in Übereinstimmung mit dem Grenzwert bestimmt wird. - Ventilanordnung nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil in der Strömungsrichtung durch die zweite Steuerungsanordnung so gesteuert wird, daß seine Öffnungskraft geringer als diejenige des ersten Ventils ist.
- Ventilanordnung nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilelement (
8 ) des ersten Ventils vorgesehen ist, um die Ventilkammer (4 ) in zwei voneinander getrennte Teile (4a ,4b ) so zu unterteilen, daß der erste Kammerteil (4a ) einen Teil der Rückströmungsleitung (5 ,6 ,7 ) bildet und der zweite Kammerteil (4b ) mittels der ersten Steuerungsanordnung mit dem zu steuernden Druck verbunden ist. - Ventilanordnung nach Anspruch 6, soweit von einem der Ansprüche 1 bis 3 abhängig, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (
8 ) des ersten Ventils eine Kammer (12 ) umfaßt, die einerseits mit der Drucksammelbehältereinheit (1 ,1a ) und andererseits mit dem ersten Kammerteil (4a ) verbunden sein kann, und daß sich ein Ventilelement (15 ) des zweiten Ventils, eine Sitzfläche (12a ) des zweiten Ventils und eine Ventilfeder (16 ) in der Kammer (12 ) im Ventilelement (8 ) des ersten Ventils befinden, so daß dieses normalerweise die von der Drucksammelbehältereinheit (1 ,1a ) aus durch den ersten Kammerteil (4a ) in den Kraftstofftank hinein verlaufende Verbindung schließt.
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