PL201492B1 - Zawór odcinający w układzie paliwowym - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest zawór odci- naj acy (4) w uk ladzie paliwowym, zawieraj acy korpus (5), w którym usytuowana jest komora (6) paliwa posiadaj aca wlot (7) i wylot (8), element uruchamiaj acy (9) umieszczony ruchomo w tej komorze paliwa, przy czym w zale zno sci od jego po lo zenia paliwo albo przep lywa przez zawór odcinaj acy (4), albo przep lyw paliwa jest uniemo zliwiony, oraz element si lowy, powodu- j acy si le dzia laj ac a przeciwnie wobec g lówne- go kierunku przep lywu paliwa na element uru- chamiaj acy (9). Element uruchamiaj acy (9) zawiera ponadto pomocniczy element uru- chamiaj acy (12) ruchomy wzgl edem niego. PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 201492 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 354189 ^{(51) Int.Cl.}

F02M 59/46 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 28.05.2002 (54)

Zawór odcinający w układzie paliwowym

(30) Pierwszeństwo: 27.06.2001,FI,20011379	(73) Uprawniony z patentu: WARTSILA TECHNOLOGY OY AB,Helsinki,FI
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 30.12.2002 BUP 27/02	(72) Twórca(y) wynalazku: Kai Lehtonen,Vaasa,FI
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2009 WUP 04/09	(74) Pełnomocnik: Twardowska Aleksandra, Jan Wierzchoń & Partnerzy

⁽⁵⁷⁾ Przedmiotem wynalazku jest zawór odcinający (4) w układzie paliwowym, zawierający korpus (5), w którym usytuowana jest komora (6) paliwa posiadająca wlot (7) i wylot (8), element uruchamiający (9) umieszczony ruchomo w tej komorze paliwa, przy czym w zależności od jego położenia paliwo albo przepływa przez zawór odcinający (4), albo przepływ paliwa jest uniemożliwiony, oraz element siłowy, powodujący siłę działającą przeciwnie wobec głównego kierunku przepływu paliwa na element uruchamiający (9). Element uruchamiający (9) zawiera ponadto pomocniczy element uruchamiający (12) ruchomy względem niego.

PL 201 492 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zawór odcinający w układzie paliwowym zawierający korpus, w którym usytuowana jest komora paliwa z wlotem i wylotem, element uruchamiający oraz element siłowy powodujący powstanie siły działającej na element uruchamiający.

Obecnie układ wtryskowy z tak zwanym wspólnym przewodem (common rail) jest zwykle stosowany w połączeniu z silnikami spalinowymi. W takim układzie paliwo pod ciśnieniem wtrysku jest wprowadzane do komory spalania silnika przez sterowanie zaworem wtryskowym. Jeżeli zawór wtryskowy jest uszkodzony, powstaje sytuacja, w której paliwo może wyciekać w sposób niekontrolowany do komory spalania cylindra. Aby tego uniknąć, publikacje US 3 780 716 i WO 95/17594 proponują zawór odcinający do ograniczania objętościowego natężenia przepływu paliwa. W zaworze odcinającym usytuowana jest cylindryczna komora, która ponadto zawiera tłok wyposażony w sprężynę działającą na ten tłok w kierunku przeciwnym do przepływu paliwa w sytuacji wtrysku. Podczas normalnego działania ilość paliwa potrzebna do każdego wtrysku odpowiada objętości wypieranej przez ruch tłoka. Jeżeli z jakiegoś powodu zawór odcinający jest nieszczelny, tłok porusza się do swego położenia skrajnego, w którym odcina przepływ.

W publikacji GB 2317922 zaproponowano również inny zawór odcinający ograniczający obję tościowe natężenie przepływu. W początkowej sytuacji ciśnienie działa na mniejsze pole powierzchni po stronie doprowadzania paliwa, a w takim przypadku przy określonym ciśnieniu siła jest oczywiście mniejsza, ponieważ jest proporcjonalna do pola powierzchni, na które działa ciśnienie. Jednakże problemem takiego rozwiązania jest wymaganie bezwzględnej szczelności, a w konsekwencji rozwiązanie to jest bardzo wrażliwe na jakość paliwa. Jeżeli powierzchnia uszczelniająca o tym mniejszym polu powierzchni przecieka, rozwiązanie to nie działa i ciśnienie jest doprowadzane do całego pola powierzchni, a tłok może poruszyć się do drugiego skrajnego położenia, zamykając przepływ. Zwłaszcza w dużych silnikach elektrowni i okr ętów paliwo może być takie, że przedstawione rozwiązanie nie działa wystarczająco niezawodnie.

Ponadto znane zawory odcinające przepływ mają zwykle problemy związane również z sytuacjami, w których lepkość paliwa jest wysoka, np. kiedy wykorzystuje się ciężki olej napędowy i/lub kiedy temperatura paliwa jest przed rozruchem mniejsza niż normalna temperatura pracy. W konsekwencji wyrównanie ciśnienia paliwa na tłoku nie następuje wystarczająco szybko i tłok może poruszać się do swego drugiego położenia skrajnego i zamknąć połączenie wtryskowe.

Celem przedmiotowego wynalazku jest zatem opracowanie zaworu odcinającego do układu paliwowego, dzięki któremu unika się niedogodności stanu techniki. Celem niniejszego wynalazku jest zwłaszcza opracowanie zaworu odcinającego, dzięki któremu można uniknąć niezamierzonego zamknięcia przy fazie rozruchu.

Przedmiotem wynalazku jest zawór odcinający w układzie paliwowym, zawierający korpus, w którym usytuowana jest komora paliwa z wlotem i wylotem, element uruchamiają cy umieszczony w komorze paliwowej dla poruszania pomiędzy pierwszą a drugą pozycją ograniczającą oraz element siłowy powodujący powstanie siły działającej na element uruchamiający, przeciwnej do kierunku głównego przepływu paliwa i skierowanie elementu uruchamiającego w kierunku jego pierwszej pozycji ograniczającej, przy czym elementy uruchamiające dalej zawierają pomocniczy element uruchamiający umieszczony ruchomo względem elementu uruchamiającego, charakteryzujący się tym, że pomocniczy element uruchamiający jest umieszczony ruchomo względem elementu uruchamiającego zapobiegając przepływowi paliwa z połączenia wlotu z wylotem, gdy element uruchamiający jest w drugiej pozycji ograniczającej.

Korzystnie, gdy zarówno element uruchamiający, jak i pomocniczy element uruchamiający zawierają w sekcji komory paliwa, po stronie wlotu pierwszy obszar ograniczający wymienioną komorę oraz drugi obszar, odpowiednio, i że drugi obszar utworzony przez pomocniczy element uruchamiający jest mniejszy niż pierwszy obszar utworzony przez element uruchamiający.

Korzystnie, gdy pomocniczy element uruchamiający jest ruchomy w celu zamykania i otwierania przepływu pomiędzy wlotem a wylotem.

Korzystnie, gdy pomocniczy element uruchamiający ma uszczelniającą powierzchnię do zamykania połączenia przepływowego pomiędzy wlotem a wylotem.

Korzystnie, gdy element siłowy oddziałuje na pomocniczy element uruchamiający oddziałując na położenia względne elementu uruchamiającego oraz pomocniczego członu uruchamiającego.

PL 201 492 B1

Korzystnie, gdy komora paliwa jest cylindryczna, i że element uruchamiający zawiera tłok, którego średnica jest zasadniczo zgodna ze średnicą komory paliwa, przy czym w tłoku tym wykonany jest otwór równoległy do jego osi wzdłużnej, i że w pomocniczym elemencie poruszającym umieszczony jest ruchomo w otworze w zespole tłokowym.

Korzystnie, gdy powierzchnia współpracująca z powierzchnią uszczelniającą pomocniczego elementu uruchamiającego jest połączona z wylotem.

Korzystnie, gdy powierzchnia współpracująca z powierzchnią uszczelniającą pomocniczego elementu uruchamiającego jest umieszczona na lub w połączeniu z elementem uruchamiającym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, gdzie:

Figura 1 przedstawia zawór odcinający według wynalazku zastosowany do układu wtrysku paliwa.

Figura 2 przedstawia zawór odcinający według wynalazku w swym położeniu podstawowym.

Figura 3 przedstawia zawór odcinający z fig. 2 podczas wtrysku.

Figura 4 przedstawia zawór odcinający z fig. 2 w drugim skrajnym położeniu.

Figura 5 przedstawia zamknięty zawór odcinający z fig. 2.

Figura 6 przedstawia inny zawór odcinający według wynalazku.

Poniżej opisano przykładowe wykonanie rozwiązania według wynalazku.

P r z y k ł a d.

Zawór odcinający do układu paliwowego według wynalazku zawiera korpus, w którym usytuowana jest komora paliwa, posiadająca wlot i wylot, element uruchamiający umieszczony ruchomo w tej komorze paliwa, przy czym w zależ ności od położenia tego elementu uruchamiającego paliwo albo przepływa przez zawór odcinający, albo też przepływ paliwa jest uniemożliwiony, oraz element wytwarzający siłę działającą na element uruchamiający w kierunku przeciwnym do głównego kierunku przepływu paliwa. Element uruchamiający zawiera pomocniczy element uruchamiający umieszczony ruchomo względem niego.

Zarówno element uruchamiający jak i pomocniczy element uruchamiający zawierają po stronie wlotu do komory paliwowej pierwsze pole powierzchni i odpowiednio drugie pole powierzchni ograniczające wymienioną komorę, przy czym drugie pole powierzchni utworzone przez pomocniczy element uruchamiający jest mniejsze niż pierwsze pole powierzchni utworzone przez element uruchamiający. Pomocniczy element uruchamiający jest skonstruowany tak, by był ruchomy w celu zamykania i otwierania połączenia przepływowego pomiędzy wlotem a wylotem. W tym celu pomocniczy element uruchamiający jest wyposażony w powierzchnię uszczelniającą.

Umieszczony w elemencie uruchamiającym element wytwarzający siłę skierowaną w przeciwnym kierunku niż główny kierunek przepływu paliwa, wytwarza siłę działającą również na pomocniczy element uruchamiający, a to powoduje zakończenie ruchu posuwisto-zwrotnego elementu uruchamiającego względem pomocniczego elementu uruchamiającego, inaczej mówiąc, mają one korzystnie wspólny element wytwarzający siłę.

Komora paliwa w zaworze odcinającym jest korzystnie cylindryczna, a element uruchamiający zawiera tłok. którego średnica zasadniczo odpowiada średnicy komory paliwa, przy czym w tłoku tym wykonany jest otwór przebiegający w kierunku jego osi wzdłużnej, a w tym otworze umieszczony jest ruchomo pomocniczy element uruchamiający.

Powierzchnia współpracująca z powierzchnią uszczelniającą pomocniczego elementu uruchamiającego jest połączona z wylotem lub z elementem uruchamiającym w zależności od sposobu realizacji zaworu odcinającego.

Dzięki wynalazkowi osiągnięto kilka korzyści. Po pierwsze, działanie tego rozwiązania jest niezawodne przy rozruchu silnika. Ciśnienie pracy pomocniczego elementu uruchamiającego zaworu odcinającego można łatwo dobrać według potrzeb, a działanie zaworu odcinającego zależy zasadniczo jedynie od ciśnienia. Ponadto jakość paliwa ma tylko niewielki wpływ na działanie, a ewentualne cząstki zanieczyszczeń w paliwie nie mają wpływu na pracę przy rozruchu.

Jak pokazano schematycznie na fig. 1, odcinający zawór 4 według wynalazku może być przeznaczony do układu wtrysku paliwa ze wspólnym przewodem (common rail). Taki układ wtrysku paliwa ze wspólnym przewodem jest znany i nie będzie tu szczegółowo objaśniany. Układ wtrysku paliwa ze wspólnym przewodem zawiera jako swe podstawowe składniki wspólny przewód magazynowy 1, w którym usytuowane jest paliwo pod wysokim ciśnieniem przeznaczone do wtryskiwania do silnika, przy czym z tym wspólnym przewodem połączony jest płynowo wtryskowy zawór 2. Od wspólnego przewodu 1 poprowadzony jest paliwowy kanał 3, 31 do zaworu wtryskowego 2, który dozuje paliwo do każdego cylindra (nie pokazano). W przewodzie wspólnym podczas działania utrzymywane jest ci4

PL 201 492 B1 śnienie, które zapewnia odpowiednie ciśnienie wtrysku we wtryskowym zaworze 2. Każdy wtryskowy zawór 2 zawiera element sterujący (nie pokazano) do niezależnego sterowania wtrysku. W paliwowym kanale 3, 31 umieszczony jest odcinający zawór 4, którego działanie jest objaśnione na podstawie fig. 2-5.

Zawór odcinający jest przedstawiony w swym stanie początkowym na fig. 2. Zawór odcinający zawiera korpus 5, w którym usytuowana jest cylindryczna komora 6 paliwa. W połączeniu z komorą paliwa umieszczony jest wlot 7 i wylot 8 paliwa. W komorze 6 korpusu 5 wpasowany jest człon uruchamiający 9, który korzystnie stanowi zespół tłokowy itp. W zależności od położenia zespołu tłokowego 9 paliwo albo przepływa przez zawór odcinający, albo przepływ paliwa jest wstrzymany. Zawór odcinający 4 zawiera ponadto sprężynę 10 pod działaniem której zespół tłokowy 9 jest w sytuacji przedstawionej na fig. 1 oparty o odsadzenie 5 korpusu 5. W normalnych warunkach działania pomiędzy wtryskami zawór odcinający 4 jest w położeniu pokazanym na fig. 2.

Kiedy podczas normalnego działania zawór wtryskowy 2 rozpoczyna wtrysk, na zaworze odcinającym 3 powstaje różnica ciśnienia, inaczej mówiąc pomiędzy wlotem 7 w wylotem 8, a wtedy zespół tłokowy 9 podnosi się i przemieszcza, aż do zakończenia wtrysku i wyrównania różnicy ciśnień. Sytuacja ta jest przedstawiona na fig. 3. W tej sytuacji ilość paliwa wtryskiwanego jest równoważna objętości wypieranej przez ruch zespołu tłokowego 9 w komorze 6.

Pomocniczy człon poruszający, to znaczy pomocniczy tłok 12, jest umieszczony ruchomo w połączeniu z zespołem tłokowym 9. Zespół tłokowy 9 zawiera w sekcji po stronie wlotu 7 do komory 6 obszar 9 ograniczający tę komorę 6, po czym działa ciśnienie w komorze i w czasie normalnego działania pomocniczy tłok 12 porusza się wraz z zespołem tłokowym 9 bez ruchu posuwisto-zwrotnego pomiędzy tymi dwoma elementami.

W przypadku, gdy zawór odcinający 2 przecieka lub nie zamyka z jakiegoś powodu po wtrysku, ciśnienie we wspólnym przewodzie 1 spycha tłokowy zespół 9 wraz z pomocniczym tłokiem 12 do drugiego skrajnego położenia przedstawionego na fig. 4. W tym położeniu tłokowego zespołu 9 dopływ do wtryskowego zaworu 2 jest silnie ograniczony, ponieważ cały przepływ przechodzi przez przewód dławiący 11. Ten przewód dławiący łączy sekcje komory 6 po różnych stronach zespołu tłokowego. Różnica ciśnienia na zespole tłokowym 9 wzrasta, a kiedy osiągnie określoną wartość graniczną, wówczas pomocniczy tłok 12 porusza się względem tłokowego zespołu 9, a uszczelniające powierzchnie 13, 13' powodują zamknięcie i odcinają przepływ, przy czym sytuacja ta jest pokazana na fig. 5. Powierzchnia 13' współpracująca z powierzchnią uszczelniającą 13 pomocniczego tłoka 12 jest połączona z wylotem 8. Działanie to przebiega tak, że pomocniczy tłok 12 zawiera obszar 12' ograniczający przestrzeń w sekcji komory 6 po stronie wlotu 7, a obszar ten jest mniejszy niż analogiczny obszar 9. tłokowego zespołu 9. W takim przypadku ma miejsce głównie wspólny ruch tłokowego zespołu 9 i pomocniczego tłoka 12, a tylko wtedy, gdy różnica ciśnienia przekroczy określoną wartość graniczną, pomocniczy tłok 12 porusza się w zespole tłokowym. W konsekwencji, ciśnienie poruszające pomocniczy tłok 12 jest skierowane tylko na obszar określony przez jego średnicę, przy czym ruch ten wymaga większego ciśnienia niż ciśnienie umożliwiające ruch całego zespołu tłokowego 9.

Zawór odcinający 4 według wynalazku działa po uruchomieniu silnika, np. przy stosowaniu paliwa ciężkiego, następująco. Kiedy obieg paliwa jest uruchomiony przed rozruchem silnika, ciśnienie po niskociśnieniowej stronie układu paliwowego działa na wlot 7. W tej początkowej sytuacji strona wylotu 8 jest prawie pozbawiona ciśnienia lub nawet napełniona powietrzem. W następnej fazie zespół tłokowy 9 zaworu odcinającego 4 porusza się do położenia przedstawionego na fig. 4, inaczej mówiąc, do drugiego skrajnego położenia. Można przykładowo założyć, że ciśnienie po niskociśnieniowej stronie układu paliwowego wynosi w przybliżeniu 7 bar. Zawór odcinający 4 może mieć przykładowo takie wymiary, że różnica ciśnienia potrzebna do przemieszczenia pomocniczego tłoka 12 do położenia z fig. 5 wynosi 25 bar. Oznacza to w praktyce, że zawór odcinający 4 zostaje otwarty i umożliwia napełnienie sekcji po stronie wylotu 9 i sekcji następującej za nią z układu wtryskowego i wyrównanie ciśnienia pomiędzy wlotem 7 i wylotem 8. Kiedy ciśnienie pomiędzy wlotem a wylotem jest wystarczająco wyrównane, zespół tłokowy 9 zaworu odcinającego porusza się do położenia przedstawionego na fig. 2 i silnik można bez problemów uruchomić. Dzięki temu przewód dławiący 11 może mieć wymiary zależne tylko od żądanej prędkości powrotu zespołu tłokowego 9 (w normalnej sytuacji podczas działania silnika). Jeżeli nastąpi przykładowo pęknięcie przewodu rurowego po stronie wylotu 8 zaworu odcinającego, gdy silnik pracuje, wówczas zawór odcinający natychmiast zamyka się.

Inny przykład wykonania zaworu odcinającego przedstawiono na fig. 6. Ten przykład wykonania pod innymi względami odpowiada przykładowi wykonania przedstawionemu na fig. 2-5, ale pomocniPL 201 492 B1 czy tłok 12 został wykonany inaczej, by działał z zespołem tłokowym 9 sam jako element odcinający przepływ. W tym przykładzie wykonania w otworze zespołu tłokowego usytuowana jest śruba 12 itp. tak, że kanał 11 przechodzący przez tę śrubę uchodzi z drugiej jej strony w stosunku do zespołu tłokowego komory paliwowej 6 do sekcji po stronie wylotu 8, a z drugiego swego końca względem zespołu tłokowego komory paliwowej 6 do sekcji po stronie wlotu 7. Jeśli teraz różnica ciśnienia na zespole tłokowym 9 przewyższy określoną wartość graniczną, śruba 12 porusza się w kierunku do wylotu, a wówczas uszczelniające powierzchnie 13, 13' stykają się ze sobą. W pokazanym przypadku ten ruch ma się właśnie rozpocząć. W przykładzie wykonania według fig. 6 powierzchnia 13' współpracująca z powierzchnią uszczelniającą 13 tłoka pomocniczego jest przeznaczona do połączenia z zespołem tłokowym 9.

Claims (8)

Zastrzeżenia patentowe

1. Zawór odcinający w układzie paliwowym, zawierający korpus, w którym usytuowana jest komora paliwa z wlotem i wylotem, element uruchamiający umieszczony w komorze paliwowej dla poruszania pomiędzy pierwszą a drugą pozycją ograniczającą oraz element siłowy powodujący powstanie siły działającej na element uruchamiający, przeciwnej do kierunku głównego przepływu paliwa i skierowanie elementu uruchamiającego w kierunku jego pierwszej pozycji ograniczającej, przy czym elementy uruchamiające dalej zawierają pomocniczy element uruchamiający umieszczony ruchomo względem elementu uruchamiającego, znamienny tym, że pomocniczy element uruchamiający (12) jest umieszczony ruchomo względem elementu uruchamiającego (9) zapobiegając przepływowi paliwa z połączenia wlotu (7) z wylotem (8), gdy element uruchamiający (9) jest w drugiej pozycji ograniczającej.

2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że zarówno element uruchamiający (9), jak i pomocniczy element uruchamiający (12) zawierają w sekcji komory paliwa (6), po stronie wlotu (7) pierwszy obszar (9) ograniczający wymienioną komorę oraz drugi obszar (12'), odpowiednio, i że drugi obszar (12') utworzony przez pomocniczy element uruchamiający (12) jest mniejszy niż pierwszy obszar (9') utworzony przez element uruchamiający (9).

3. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pomocniczy element uruchamiający (12) jest ruchomy w celu zamykania i otwierania przepływu pomiędzy wlotem (7) a wylotem (8).

4. Zawór według zastrz. 3, znamienny tym, że pomocniczy element uruchamiający (12) ma uszczelniającą powierzchnię (13) do zamykania połączenia przepływowego pomiędzy wlotem (7) a wylotem (8).

5. Zawór według zastrz. 4, znamienny tym, że element siłowy (10) oddziałuje na pomocniczy element uruchamiający (12) oddziałując na położenia względne elementu uruchamiającego (9) oraz pomocniczego członu uruchamiającego (12).

6. Zawór według zastrz. 5, znamienny tym, że komora paliwa (6) jest cylindryczna, i że element uruchamiający (9) zawiera tłok, którego średnica jest zasadniczo zgodna ze średnicą komory paliwa (6), przy czym w tłoku tym wykonany jest otwór równoległy do jego osi wzdłużnej, i że w pomocniczym elemencie poruszającym umieszczony jest ruchomo w otworze w zespole tłokowym.

7. Zawór według zastrz. 4, znamienny tym, że powierzchnia współpracująca (13') z powierzchnią uszczelniającą pomocniczego elementu uruchamiającego (12) jest połączona z wylotem (8).

8. Zawór według zastrz. 4, znamienny tym, że powierzchnia współpracująca (13') z powierzchnią uszczelniającą pomocniczego elementu uruchamiającego (12) jest umieszczona na lub w połączeniu z elementem uruchamiającym (9).