AT11266U1

AT11266U1 - Kraftstoffversorgungsanlage für common-rail schweröl-einspritzsysteme

Info

Publication number: AT11266U1
Application number: AT0800610U
Authority: AT
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2010-07-15
Also published as: JP2012503142A; JP5270760B2; WO2010040163A2; CN102177333B; CN102177333A; EP2331809B1; US8839764B2; KR101230323B1; WO2010040163A3; BRPI0920307A2; RU2468243C1; US20110192376A1; EP2331809A2; KR20110059598A

Abstract

Bei einer Kraftstoffversorgungsanlage für Common-Rail Schweröl-Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen mit einem Tank (1), einer Vorförderpumpe (3) zum Fördern von Schweröl vom Tank (1) zu einer Hochdruckpumpe (5), wobei die Hochdruckpumpe (5) über wenigstens eine Hochdruckleitung (12) mit einem Hochdruckspeicher (Rail) (6) verbunden ist, der wenigstens einen Einspritzinjektor (8) speist, und weiters mit einem Spülventil (9), das über eine eigene Hochdruckleitung (15) an den Hochdruckspeicher angeschlossen ist, um wenigstens eine Teilmenge des Schweröls über eine Rückführungsleitung in den Tank (1) abzusteuern, weist das Spülventil (9) ein zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung bewegliches Ventilglied (28), einen Hochdruckanschluss für eine mit einem Schweröl-Hochdruckspeicher (Rail) (6) in Verbindung stehende Hochdruckleitung (15), einen Niederdruckanschluss für eine Rückführungsleitung und Betätigungsmittel zum Betätigen des Ventilglieds (28) auf, wobei der Ventilsitz (29) des Ventilglieds (28) als Schiebesitz ausgebildet ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 11 266 U1 2010-07-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage für Common-Rail Schweröl-Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen mit einem Tank, einer Vorförderpumpe zum Fördern von Schweröl vom Tank zu einer Hochdruckpumpe, wobei die Hochdruckpumpe über wenigstens eine Hochdruckleitung mit einem Hochdruckspeicher (Rail) verbunden ist, der wenigstens einen Einspritzinjektor speist, und weiters mit einem Spülventil, das über eine eigene Hochdruckleitung an den Hochdruckspeicher angeschlossen ist, um wenigstens eine Teilmenge des Schweröls über eine Rückführungsleitung in den Tank abzusteuern.

[0002] Aus Kostengründen werden bei sehr großen Dieselmotoren, insbesondere bei Schiffsdieselmotoren, minderqualitative Kraftstoffe wie beispielsweise Schweröl eingesetzt. Aufgrund der besonderen physikalischen Eigenschaften von Schwerölen müssen für den Betrieb mit Schweröl besondere Vorkehrungen getroffen werden. Beispielsweise ist die Viskosität von Schweröl wesentlich höher als von normalem Dieselkraftstoff, sodass eine Erwärmung auf mehr als 80°C erforderlich ist, damit das Schweröl überhaupt gepumpt werden kann.

[0003] Die hohe Viskosität von Schweröl bedingt, dass auch während des Motorstillstands immer Kraftstoff im Leitungssystem im Kreis gepumpt werden muss, um das Festwerden von Schweröl in den Leitungen zu verhindern.

[0004] Zu diesem Zweck ist in Common-Rail Schweröl-Einspritzsystemen der eingangs genannten Art ein Spülventil vorgesehen, welches während des Betriebs des Motors geschlossen ist und dabei die hochdruckseitigen Teile des Treibstoffsystems und damit auch das Rail gegenüber einer niederdruckseitigen Treibstoffrückführleitung, durch welche Treibstoff in den Tank rückgeführt werden kann, verschließt. Bei Stillstand des Motors kann nun dieses Spülventil geöffnet werden, sodass Treibstoff von der Hochdruckseite durch die Hochdruckleitungen und das Rail durch das Ventil zur Niederdruckseite und in der Folge in den Tank im Kreis geführt wird, wobei der Treibstoff durch einen Vorwärmer auf einer entsprechenden Temperatur gehalten wird, sodass ein Festwerden des Schweröls in den Leitungen verhindert wird.

[0005] Neben der Möglichkeit, eine Kreislaufströmung zur Temperierung des Kraftstoffs im System zu erzeugen, besitzt das Spülventil gleichzeitig auch die Funktion eines Notstoppventils. Durch geeignete Ansteuerung des Spülventils kann im Notfall der Systemdruck sehr schnell abgesenkt werden, ohne dass die Einspritzinjektoren selbst deaktiviert werden müssen.

[0006] Die bisher bekannt gewordenen Ausführungen von derartigen Spülventilen waren Ventile mit einem herkömmlichen Ventilsitz, bei welchen ein kegelstumpfförmiges Ventilglied auf einen Ventilsitz gepresst wurde, wobei die Dichtwirkung durch eine entsprechend starke Flächenpressung erreicht wurde. Nachteilig war bei diesen Ausbildungen, dass mit zunehmender Betriebsdauer des Spülventils Probleme mit der Dichtheit auftraten: Partikel können den Kegelsitz vorschädigen und erosive Eigenschaften des Kraftstoffs den Sitz völlig zerstören. Ein weiterer Verschleißmechanismus sind Mikrobewegungen, welche von der Betätigung des Spülventils herrühren. Durch den Verschleiß am Ventilsitz wird die vorhandene Flächenpressung reduziert, und es kommt zu Undichtheit.

[0007] Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kraftstoffversorgungsanlage der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass Verschleißerscheinungen am Spülventil bzw. deren Auswirkungen reduziert werden und Lebensdauer und Betriebssicherheit eines Spülventils in einer derartigen Kraftstoffversorgungsanlage verbessert werden.

[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kraftstoffversorgungsanlage der eingangs genannten Art dahingehend weitergebildet, dass der Ventilsitz des Ventilglieds als Schiebesitz ausgebildet ist. Bei einer solchen Ausbildung eines Spülventils wird die Dichtwirkung nicht durch das Anpressen einer Dichtfläche auf einen Ventilsitz erreicht, sondern durch eine erhöhte Überdeckungslänge der dichtenden Flächen, zwischen denen ein enger Spalt verbleibt. Bei dieser Konstruktion treten kleine permanente Leckagen auf. Werden Partikel kurzfristig zwischen den Dichtflächen eingeklemmt, können diese zwar zu Beschädi- 1/7 österreichisches Patentamt AT 11 266 U1 2010-07-15 gungen führen, da die Dichtwirkung aber aufgrund des engen Spalts und der Überdeckungslänge zustande kommt, wird durch diese Beschädigung die Dichtwirkung nicht beeinträchtigt. Mittels des Vorwärmers kann der Treibstoff jeweils vordem Einspeisen in die Schwerölleitungen vorgewärmt werden, sodass die Leitungen und weiteren Bauteile auf einer entsprechenden Temperatur gehalten werden können, um ein übermäßiges Ansteigen der Viskosität in den Stillstandszeiten des Motors zu vermeiden.

[0009] Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage dahingehend weitergebildet, dass das Ventilglied in einer Ventilhülse verschieblich geführt ist und eine durch einen Rücksprung gebildete Steuerkante aufweist, die zur Öffnung des Ventils in den Bereich der radial in die Ventilhülse mündenden Hochdruckleitung verschiebbar ist und zum Schließen des Ventils aus der Mündung der Hochdruckleitung unter Ausbildung einer Überdeckung von Ventilglied und Ventilhülse verschiebbar ist. Dabei wirken die am Außenmantel des Ventilglieds und am Innenmantel der Ventilhülse angeordneten Dichtflächen miteinander zusammen und weisen eine große Überdeckungslänge auf, sodass bei geschlossenem Ventil nur äußerst geringe Leckagemengen auftreten. Zum Öffnen des Ventils wird nun das Ventilglied derart verschoben, dass die durch den Rücksprung gebildete Steuerkante in den Bereich der Mündung der Hochdruckleitung gelangt und der Kraftstoff über den von der Steuerkante begrenzten, mit geringerem Durchmesser ausgebildeten Bereich des Ventilglieds abfließen kann. Beim Öffnen des Ventils wird somit ein ringförmiger Durchflussquerschnitt freigegeben bzw. vergrößert. Die Größe des Rücksprungs am Ventilglied bestimmt dabei den ringförmigen Durchflussquerschnitt und damit die Durchflussmenge, wobei eine Ausbildung derart getroffen werden kann, dass die Durchflussmenge ausreicht, um die Viskosität des in den Leitungen befindlichen Schweröls entsprechend gering zu halten.

[0010] Zur Erhöhung der Durchflussmenge durch das Spülventil kann die Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dahingehend weitergebildet sein, dass die Hochdruckleitung in eine ringförmige Nut der Ventilhülse mündet. In diesem Fall führt ein Zurückziehen des Ventilglieds in den Bereich der radial in die Ventilhülse mündenden Hochdruckleitung unmittelbar zu einer relativ großen Durchflussmenge.

[0011] Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage dahingehend weitergebildet, dass die maximale Überdeckung wenigstens dem 0,1 bis 0,5-fachen des Ventilglieddurchmessers entspricht, sodass durch die Wahl einer ausreichend großen Überdeckungslänge der dichtenden Flächen die erfindungsgemäß gewünschte Unempfindlichkeit des Spülventils gegenüber Verschleißerscheinungen erreicht werden kann.

[0012] In besonders einfacher Weise ist die Erfindung dahingehend weitergebildet, dass die Betätigungsmittel als pneumatische Mittel ausgebildet sind, sodass die bisher zum Einsatz gelangenden Betätigungssysteme für Spülventile auch bei den erfindungsgemäßen Spülventilen eingesetzt werden können, wobei in besonders einfacher Weise die Erfindung dahingehend weitergebildet ist, dass eine mit Druckmedium, insbesondere Druckluft, beaufschlagbare Leitung in einen von einer quer zur Verschieberichtung verlaufenden Fläche des Ventilglieds begrenzten Raum mündet. Die quer zur Verschieberichtung verlaufende Fläche des Ventilglieds bildet dabei in einem geeigneten Zylinder einen Kolben aus, der durch den Druck des eingespeisten Druckmediums gegen die Kraft einer Feder verschoben werden kann, wodurch die Betätigung des Ventilglieds ausgelöst wird. Zu diesem Zweck ist mit Vorteil eine das Ventilglied im Schließsinne beaufschlagende Druckfeder vorgesehen.

[0013] Um einen automatischen Betrieb der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage zu gewährleisten, ist die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage mit Vorteil dahingehend weitergebildet, dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die mit dem Spülventil zum Öffnen des Ventils beim Stillstand der Brennkraftmaschine zusammenwirkt.

[0014] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage, Fig. 2 einen Schnitt durch ein Spülventil nach dem Stand der Technik und Fig. 3 ein Spülventil der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungsanlage. 2/7

Claims

österreichisches Patentamt AT 11 266 U1 2010-07-15 [0015] In Fig. 1 ist ein Common-Rail Schweröl-Einspritzsystem schematisch dargestellt. Vom Tank 1 wird von einer Vorförderpumpe 3 Kraftstoff, der im Vorwärmer 2 erwärmt wurde, über einen Kraftstofffilter 4 und Kraftstoffleitungen 11 zumindest einer Hochdruckpumpe 5 zugeführt, wo der Kraftstoff auf Systemdrücke von höher als 1400 bar verdichtet wird. Der verdichtete Kraftstoff gelangt über Hochdruckleitungen 12 in zumindest ein Rail 6, das unter anderem mit zumindest einem Druckbegrenzungsventil 13 und einem Raildrucksensor 7 ausgestattet ist. Der Druck im Rail 6 wird durch Regelung der von der Hochdruckpumpe 5 in die Hochdruckleitung 12 geförderten Kraftstoffmenge durch das Steuergerät 10 eingestellt. Vom Rail 6 ausgehend gelangt der Kraftstoff über einen Durchflussbegrenzer 18 über die Hochdruckleitung 14 in den Einspritzinjektor 8, der ebenfalls vom Steuergerät 10 angesteuert wird. Die zur Funktion des Einspritzinjektors 8 erforderliche Kraftstoffsteuermenge gelangt über die Niederdruckleitungen 17 wieder zurück in den Tank 1. Um auch während des Stillstands des Motors eine Zirkulation des Kraftstoffs im Leitungssystem gewährleisten zu können, führt vom Rail 6 ausgehend eine weitere Hochdruckleitung 15 zu einem Spülventil 9, das angesteuert vom Steuergerät 10 eine Teilmenge des Kraftstoffs direkt in Niederdruckleitungen 16 absteuern kann, die direkt zurück zum Tank 1 führen. [0016] Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Spülventil 9 nach dem Stand der Technik. Das Spülventil besteht aus einem Körper 20, einer Ventilhülse 23, einem Ventilglied 28, einem Gehäuse 30, einer Feder 25 und einem Deckel 24. Im Gehäuse 30 ist ein Druckluftanschluss 27 vorgesehen, der mit dem von Gehäuse 30 und Kolben 26 gebildeten Druckraum 31 in Verbindung steht und der zur Ventilhülse 23 hin mit einem O-Ring 26 abgedichtet ist. Liegt am Druckluftanschluss 27 kein Druck an, so drückt die Feder 25, die sich am mit dem Gehäuse 30 fest verbundenen Deckel 24 und am Kolben 26 abstützt, das Ventilglied 28 in den in der Ventilhülse 23 ausgebildeten Ventilsitz 29. Wird der Druck der Luft im Druckraum 31 erhöht, drückt dieser das Ventilglied 28 gegen die Kraft der Feder 25 aus dem Ventilsitz 29 und Kraftstoff, der in der Hochdruckleitung 15 mit Systemdruck ansteht, wird in die Niederdruckleitung 16 abgesteuert, sodass durch die Nachförderung der Hochdruckpumpe 5 eine Kraftstoffzirkulation erzeugt wird. [0017] Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungsanlage. Das Ventil 9 ist in Form eines Schiebesitzventils ausgebildet: Das Ventilglied 28 besitzt eine Steuerkante 33, die in Zusammenspiel mit der in der Ventilhülse 23 angeordneten Steuerkante 32 den Durchfluss durch das Ventil freigibt oder sperrt. Im Ruhezustand drückt die Feder 25 das Ventilglied 28 gegen das Gehäuse 30, sodass zwischen Ventilhülse 23 und Ventilglied 28 nur ein minimaler Spalt frei bleibt, der eine geringfügige Leckagemenge erlaubt. Wird der Druckraum 31 über die Druckluftleitung 27 mit Druckluft beaufschlagt, drückt der Luftdruck das Ventilglied 28 in Richtung des Deckels 24. Sobald die Steuerkante 33 am Ventilglied 28 die Steuerkante 32 der Ventilhülse 23 passiert, wird ein deutlich größerer Durchflussquerschnitt freigegeben und die Absteuermenge steigt stark an. Ansprüche 1. Kraftstoffversorgungsanlage für Common-Rail Schweröl-Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen mit einem Tank (1), einer Vorförderpumpe (3) zum Fördern von Schweröl vom Tank (1) zu einer Hochdruckpumpe (5), wobei die Hochdruckpumpe (5) über wenigstens eine Hochdruckleitung (12) mit einem Hochdruckspeicher (Rail) (6) verbunden ist, der wenigstens einen Einspritzinjektor (8) speist, und weiters mit einem Spülventil (9), das über eine eigene Hochdruckleitung (15) und einen eigenen Anschluss an den Hochdruckspeicher angeschlossen ist, um wenigstens eine Teilmenge des Schweröls über eine Rückführungsleitung in den Tank (1) abzusteuern, wobei das Spülventil (9) ein zwischen einer Öff-nungs- und einer Schließstellung bewegliches Ventilglied (28), einen Hochdruckanschluss für eine mit einem Schweröl-Hochdruckspeicher (Rail) (6) in Verbindung stehende Hochdruckleitung (15), einen Niederdruckanschluss für eine Rückführungsleitung und Betätigungsmittel zum Betätigen des Ventilglieds (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (29) des Ventilglieds (28) als Schiebesitz ausgebildet ist. 3/7 österreichisches Patentamt AT 11 266 U1 2010-07-15
2. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (28) in einer Ventilhülse (23) verschieblich geführt ist und eine durch einen Rücksprung gebildete Steuerkante (33) aufweist, die zur Öffnung des Ventils (9) in den Bereich der radial in die Ventilhülse (23) mündenden Hochdruckleitung verschiebbar ist und zum Schließen des Ventils aus der Mündung der Hochdruckleitung (12) unter Ausbildung einer Überdeckung von Ventilglied (28) und Ventilhülse (23) verschiebbar ist.
3. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckleitung (15) in eine ringförmige Nut der Ventilhülse (23) mündet.
4. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Überdeckung wenigstens dem 0,1 bis 0,5-fachen des Ventilglieddurchmessers entspricht.
5. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel als pneumatische Mittel ausgebildet sind.
6. Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Druckmedium, insbesondere Druckluft, beaufschlagbare Leitung (27) in einen von einer quer zur Verschieberichtung verlaufenden Fläche des Ventilglieds (28) begrenzten Raum mündet.
7. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Ventilglied (28) im Schließsinne beaufschlagende Druckfeder (25) vorgesehen ist.
8. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Tank (1) und Vorförderpumpe (3) ein Vorwärmer zum Vorwärmen des Schweröls angeordnet ist.
9. Kraftstoffversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (10) vorgesehen ist, die mit dem Spülventil (9) zum Öffnen des Ventils beim Stillstand der Brennkraftmaschine zusammenwirkt. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 4/7