DE69913005T2

DE69913005T2 - Steuer- und Sicherheitsventil für Brennstoffversorgungssystem

Info

Publication number: DE69913005T2
Application number: DE69913005T
Authority: DE
Inventors: Kai Lehtonen
Original assignee: WAERTSILAE TECHNOLOGY HE Oy AB; Wartsila Technology Oy AB
Current assignee: WAERTSILAE TECHNOLOGY HE Oy AB; Wartsila Technology Oy AB
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2019-06-08
Also published as: DE69913005D1; FI981306A; US6209523B1; EP0964153B1; FI107830B; EP0964153A2; DE69911849T2; ATE251715T1; DK0964153T3; DE69911849D1; JP4291918B2; ATE254720T1; FI981306A0; EP0964153A3; DK1288490T3; JP2000027729A; EP1288490A1; EP1288490B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuer- und Sicherheitsventilanordnung eines Brennstoffversorgungssystems, wobei die Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeführt ist.
In bekannten Druckeinspritzsystemen oder Sammelrohrsystemen zur Brennstoffversorgung in Verbrennungsmotoren besteht Bedarf an unterschiedlich ausgeführten Ventilanordnungen. Insbesondere wenn Schweröl oder dergleichen als Brennstoff verwendet wird, muß die Viskosität des Brennstoffs vor dem Starten des Motors ausreichend herabgesetzt werden, damit der Brennstoff in einen Zylinder eingespritzt werden kann. Diese Reduzierung der Brennstoffviskosität wird in der Praxis dadurch erreicht, daß der Brennstoff im Brennstoffversorgungssystem umgewälzt wird, damit er sich erwärmt. Bekannte Sammelrohrsysteme erfordern auch eine Ventilfunktion, um die verwendeten Drücke zu begrenzen, sowie ein Ventil, um das System beim Stoppen des Motors oder in einer Notfallsituation drucklos zu machen. Die Realisierung dieser Funktionen erfordert normalerweise drei unterschiedliche Ventilfunktionen, für die jeweils ein separates Ventil benötigt wird.
In der US-A-5537980 wird ein Hochdruck-Brennstoffeinspritzsystem beschrieben, das darauf abzielt, Brennstoffleckagen aus Brennstoffeinspritzventilen dadurch zu verhindern, daß der Druck eines Brennstoffspeichers herabgesetzt wird. Ein Drucksicherheitsventil öffnet sich jedoch nur, wenn der Motor noch läuft.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue Ventilanordnung bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Konstruktion vorteilhaft ist, und mittels der die vorstehend erwähnten Ventilfunktionen mindestens teilweise in eine gemeinsame Konstruktion integriert werden können, um eine kompakte Einheit zu erhalten, die hinsichtlich ihrer Kosten vorteilhaft ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, daß die Ventilanordnung in Brennstoffversorgungssystemen angewendet werden kann, in denen insbesondere Schweröl als Brennstoff verwendet wird.
Die Aufgaben der Erfindung können durch die Steuer- und Sicherheitsventilanordnung nach Anspruch 1 und nach den anderen Ansprüchen erfüllt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Steuer- und Sicherheitsventilanordnung in der erwähnten Ausführung dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel ein Ventilelement beinhalten, das in seiner geschlossenen Position die Rückflußleitung schließt und sich in der Ventilkammer befindet, daß die erste Steueranordnung ein Führungselement umfaßt, das unter dem Einfluß eines mittels eines Vorsteuerventils gesteuerten Steuerdrucks zwischen einer das Ventilelement schließenden Position und einer das Ventilelement öffnenden Position bewegbar ist, und daß die zweite Steueranordnung eine Ventilfeder umfaßt, gegen deren Kraft das Ventilelement gedrückt werden kann. Eine solche Anordnung ermöglicht es, die in Sammelrohrsystemen erforderlichen unterschiedlichen Ventilfunktionen durch Verwendung gemeinsamer Konstruktionen zu realisieren. Eine platzsparende kompakte Konstruktion wird ebenfalls erreicht.
Der Steuerdruck kann vorteilhafterweise hydraulisch realisiert werden, wobei die erste Steueranordnung beispielsweise Teil eines Servoölkreislaufs des Motors ist, der allgemein in jedem Fall benötigt wird, um den Betrieb von Brennstoffeinspritzventilen zu steuern.
Die Federkraft und die Vorspannung der Ventilfeder bestimmen in geeigneter Weise den Ventilöffnungsdruck in Übereinstimmung mit dem Grenzwert.
Die Ventilfeder kann vorteilhafterweise gegenüber dem Führungselement an seinem dem Ventilelement gegenüberliegenden Ende so abgestützt sein, daß das Führungselement durch die Ventilfeder auf das Ventilelement einwirkt.
Das Führungselement kann mit einem Wellenteil ausgestattet sein, das im Falle einer Schrauben- oder Spiralfeder innerhalb der Ventilfeder angeordnet ist. In diesem Fall kann das Ende des Führungselements an der Seite des Ventilelements mit einer drehbaren Mutter ausgestattet sein, um die Vorspannung der Ventilfeder einzustellen. Die Ventilfeder und das Führungselement können sich in diesem Fall in einer zweiten Kammer befinden, die mittels des Ventilelements von der Ventilkammer getrennt ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft unter besonderer Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben; die einzige darin abgebildete Figur ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung.
In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 1 eine gemeinsame Druckspeichereinheit, die in einem Brennstoffversorgungssystem eines Motors enthalten ist und von der aus Brennstoff in einer bekannten Weise in mindestens zwei Zylinder des (nicht dargestellten) Motors eingespritzt wird. Eine Ventileinheit 3 mit einer Ventilkammer 4 ist mittels Schrauben 2 an der gemeinsamen Druckspeichereinheit 1 befestigt. Ein Druckraum 1a in der Druckspeichereinheit 1 ist mittels eines Kanals 5 mit der Ventilkammer 4 und von der Ventilkammer 4 aus durch einen Kanal 6 und ein Rohr 7 mit einem (nicht dargestellten) Brennstofftank verbunden. Zusätzlich zu dieser Rückflußleitung steht der Druckraum 1a über eine Brennstoffversorgungsleitung und dazugehörige Pumpmittel usw. natürlich in Verbindung mit dem Brennstofftank. Da diese Teile jedoch nicht die vorliegende Erfindung betreffen, sind sie in den Zeichnungen nicht dargestellt und auch nicht im Detail beschrieben. Wenn der Motor läuft, weist der Druck im Druckraum 1a typischerweise eine Größenordnung von beispielsweise 1200 Bar auf.
Die Ventileinheit 3 beinhaltet ein einzelnes Ventilelement 17, das sich in der Ventilkammer 4 befindet und normalerweise die Verbindung des Druckraums 1a über die Rückflußleitung zum Brennstofftank schließt. Für das Ventilelement 17 sind zwei separate Steueranordnungen vorgesehen. Die erste Steueranordnung umfaßt ein Führungselement 18, das in einer Kammer 19 der Ventileinheit 3 angeordnet ist. Das Führungselement 18 ist zwischen Positionen, in denen das Ventil unter dem Einfluß des vom Vorsteuerventil 11 gesteuerten Steuerdrucks in einer analogen Weise zu der Ausführungsform nach 1 geöffnet bzw. geschlossen wird, bewegbar. In der Figur befindet sich das Führungselement 18 in seiner Schließposition, in der es gegen Schultern 19a in der Kammer 19 gedrückt wird. In seiner (nicht dargestellten) Öffnungsposition wird das Führungselement 18 nicht gegen die Schultern 19a gedrückt.
Die zweite Steueranordnung beinhaltet eine Ventilfeder 20, von der ein Ende über ein plattenähnliches Element 21 auf das Ventilelement 17 einwirkt. Das andere Ende der Ventilfeder 20 ist gegenüber dem Führungselement 18 abgestützt. Somit wirkt das Führungselement 18 durch die Ventilfeder 20 auf das Ventilelement 17 ein. Das Führungselement 18 umfaßt zusätzlich ein Wellenteil 18a, das an seinem vom Element 18 entfernten Ende eine drehbare Mutter 22 besitzt, um die Vorspannung der Ventilfeder 20 einzustellen. Wie in der Figur dargestellt, ist die Ventilfeder eine Schrauben- oder Spiralfeder, und das Wellenteil 18a ist innerhalb der Feder positioniert.
Die durch die Ventilfeder 20 bereitgestellte Steuerung des Ventilelements 17 ist vollkommen unabhängig von anderen Steueranordnungen und kann verwendet werden, um die Druckbegrenzungsfunktion bereitzustellen. Obwohl das Führungselement 18 durch die Ventilfeder 20 nur indirekt mit dem Ventilelement 17 verbunden ist, ist es möglich, eine separate Ventilfunktion durch die Steuerung des Vorsteuerventils 11 bereitzustellen. Wenn sich in der Kammer 19 kein Druck befindet, bewegt sich somit das Führungselement 18 zusammen mit der Feder 20, dem Element 21 und dem Ventilelement 17 in eine Position, in der die Verbindung des Druckraums 1a zum Brennstofftank über die Strömungsleitung 5, die Ventilkammer 4, den Kanal 6 und das Rohr 7 geöffnet wird. Um sicherzustellen, daß der Steuerdruck in der Kammer 19, nachdem diese durch das Vorsteuerventil 11 verbunden wurde, eine Bewegung des Führungselements 18 zurück in seine Schließposition gegen die Schultern 19a bewirken kann, kann der obere Teil der Kammer 19 auch mit kleinen Schultern ausgestattet sein, wie in der Figur dargestellt.
Auf der Grundlage der vorstehenden Beschreibung ist es möglich, den Druck im Druckraum 1a mittels der Ventilfeder 20 zu begrenzen. Zusätzlich kann der Druckraum 1a jederzeit mittels des Vorsteuerventils 11 mit dem Brennstofftank des Motors verbunden werden, u. a. um Brennstoff zwecks Vorerwärmung vor dem Starten des Motors umzuwälzen und das Hochdruck-Brennstoffsystem in einer Notfallsituation sehr schnell oder in einer Normalsituation in Verbindung mit dem Stoppen des Motors drucklos zu machen.
Alle Ventilfunktionen betreffen die gleiche Strömungsleitung, so daß die Wahl des Durchmessers der Strömungsleitung einen Kompromiß zwischen den Anforderungen an die Brennstoffumwälzung einerseits und der Druckbegrenzungsfunktion und, in Verbindung damit, an die Steifigkeit der Ventilfeder und des Platzbedarfs andererseits darstellt. Andererseits wird in diesem Fall lediglich ein Ventilelement benötigt.
Die Erfindung ist nicht auf die Dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern es können innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Ansprüche verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden.

Claims

Steuer- und Sicherheitsventilanordnung in einem Brennstoffversorgungssystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines großen Dieselmotors, in dem Brennstoff aus einem Brennstofftank mindestens zu einer gemeinsamen Druckspeichereinheit (1) gepumpt und von dort aus unter hohem Druck zur Einspritzung in mindestens zwei Zylinder des Motors zugeführt wird, wobei die Druckspeichereinheit (1, 1a) mit dem Brennstofftank durch eine separate Rückflußleitung (5, 6, 7) verbunden ist, die mit Ventilmitteln ausgestattet ist, die eine separate erste und eine zweite Steueranordnung besitzen, die betrieblich voneinander unabhängig sind, so daß die Druckspeichereinheit (1) bei Bedarf mit dem Brennstofftank mittels der ersten Steueranordnung und zusätzlich mittels der zweiten Steueranordnung verbunden werden kann, wenn der Druck in der Druckspeichereinheit (1) einen gewissen ausgewählten Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel ein Ventilelement (17) beinhalten, das in seiner geschlossenen Position die Rückflußleitung (5, 6, 7) schließt und sich in einer Ventilkammer (4) befindet, die erste Steueranordnung ein Führungselement (18) umfaßt, das unter dem Einfluß eines mittels eines Vorsteuerventils (11) gesteuerten Steuerdrucks zwischen einer das Ventilelement (17) schließenden Position und einer das Ventilelement (17) öffnenden Position bewegbar ist, und daß die zweite Steueranordnung eine Ventilfeder (20) umfaßt, gegen deren Kraft das Ventilelement (17) gedrückt werden kann.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck hydraulisch, vorzugsweise als Teil eines Servoölkreislaufs (10) des Motors, bewirkt wird.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft und die Vorspannung der Ventilfeder (20) den Ventilöffnungsdruck in Übereinstimmung mit dem Grenzwert bestimmen.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (20) gegenüber dem Führungselement (18) an dem dem Ventilelement (17) gegenüberliegenden Ende davon so abgestützt ist, daß das Führungselement (18) durch die Ventilfeder (20) auf das Ventilelement (17) einwirkt.
Ventilanordnung nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (18) ein Wellenteil (18a) beinhaltet, das innerhalb der Ventilfeder (20) angeordnet ist und dessen Ende an der Seite des Ventilelements (17) mit einer drehbaren Mutter (22) ausgestattet ist, um die Vorspannung der Ventilfeder (20) einzustellen.
Ventilanordnung nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ventilfeder (20) und das Führungselement (18) in einer zweiten Kammer (19) befinden, die mittels des Ventilelements (17) von der Ventilkammer (4) getrennt ist.