CH667698A5

CH667698A5 - Einrichtung zum betrieb einer kolbenbrennkraftmaschine mit einem brennstoff relativ hoher viskositaet.

Info

Publication number: CH667698A5
Application number: CH1892/85A
Authority: CH
Inventors: Karol Galuska
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1985-05-03
Filing date: 1985-05-03
Publication date: 1988-10-31
Also published as: IT1191726B; DE3516253A1; NO861728L; IT8620064A0; DK191586A; DK191586D0; JPS61252864A; CN86102587A; IT8620064A1; GB2175045A; GB8610994D0; NO164678B; NO164678C; DK168022B1; JPH0672581B2; CN1006485B; GB2175045B

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem vorgewärmten Brennstoff relativ hoher Viskosität, insbesondere Schweröl, mit mindestens einem Einspritzventil pro Zylinder der Brennkraftmaschine, welches Einspritzventil an eine Druckleitung einer Brennstoffpumpe angeschlossen ist, die über eine Saugleitung an eine Speiseleitung eines Brennstoffzuführsystems angeschlossen ist, wobei das Einspritzventil eine an einen Brennstoffzuführkanal angeschlossene, in einen Brennraum des Zylinders gerichtete Düse zum Einspritzen des Brennstoffes sowie einen der Düse zugeordneten Strömungskanal und zwei mit diesem kommunizierende Verbindungskanäle enthält, die je an eine Zuführleitung bzw. eine Rückführleitung eines Wärmeübertragungssystems anschliessbar sind.

Bei einer bekannten Einrichtung der genannten Art ist das Wärmeübertragungssystem als vom Brennstoffzuführsystem vollständig getrennter Kreislauf ausgebildet, wobei als Wärmeübertragungsmittel zum Kühlen bzw. zum Beheizen des Einspritzventils Wasser verwendet wird (DE-AS 1 246 317).

Einrichtungen dieser Art erfordern einen eigenen, für sich zu überwachenden und zu wartenden Kühl- oder Heizkreislauf und dementsprechend einen zusätzlichen Betriebsaufwand sowohl beim Beheizen des Einspritzventils während der Stillstandszeiten des Motors als auch beim Kühlen des Einspritzventils während des Betriebs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere in dieser Hinsicht verbesserte Einrichtung der eingangs genannten Art in einer gegenüber bisherigen Ausführungen vereinfachten und entsprechend kostengünstigeren Anordnung zu schaffen, welche zugleich einen geringeren Regelaufwand als bisherige Anordnungen erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Brennstoffzuführsystem eine an eine Überströmleitung der Brennstoffpumpe angeschlossene Rücklaufleitung enthält, und dass die Zuführleitung des Wärmeübertragungssystems parallel zur Saugleitung der Brennstoffpumpe an die Speiseleitung des Brennstoffzuführsystems angeschlossen ist, während die Rückführleitung des Wärmeübertragungssystems an die Rücklaufleitung des Brennstoffzuführsystems angeschlossen ist.

Durch die erfindungsgemässe Anordnung wird eine besonders einfache Ausführung des Einspritzsystems der Kolbenbrennkraftmaschine erhalten, da das Einspritzventil sowohl beim Stillstand des Motors als auch während des Betriebs vom gleichen Medium - dem vorgewärmten Brennstoff - in voneinander getrennten Kanälen durchströmt wird. Die Kolbenbrennkraftmaschine wird dadurch auf besonders einfache Weise durch den vorhandenen Brennstoff bei Stillstand betriebsbereit gehalten, und durch den gleichen Brennstoff wird während des Betriebs die Einhaltung der vorbestimmten Betriebstemperatur der Einspritzdüse gewährleistet.

Eine bedeutende Vereinfachung des Aufbaus der Ein-spritzanlage kann nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erzielt werden, dass der der Rückführleitung des Wärmeübertragungssystems zugeordnete Verbindungskanal des Einspritzventils mit einem im Einspritzventil vorgesehenen Überströmkanal verbunden ist, der an eine zur Düse führende Bohrung anschliesst und der zum Aufnehmen und Abführen einer jeweils aus dieser Bohrung austretenden, aus Leckverlusten resultierenden Brennstoffmenge bestimmt ist. Bei dieser Ausführungsform werden somit vier Funktionen des Einspritzventils - Brennstoffzufuhr und Leckageabfuhr sowie Zufuhr und Abfuhr des Wärmeübertragungsmittels - durch lediglich drei Brennstoffanschlüsse am Einspritzventil gewährleistet.

Bei einer Einrichtung mit einer im Wärmeübertragungssystem enthaltenen Heizvorrichtung und einer Kühlvorrichtung für das Wärmeübertragungsmittel kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine wesentliche Vereinfachung des Wärmeübertragssystems dadurch erzielt werden, dass die Heizvorrichtung und die Kühlvorrichtung in Serie geschaltet in einem gemeinsamen Zweig der Zuführleitung des Wärmeübertragungssystems angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Ausführungsform eine Umstellung von einer Beheizung auf eine Kühlung des das Wärmeübertragungssystem durchströmenden Brennstoffs und umgekehrt jeweils innerhalb einer ausreichend kurzen Zeitspanne wirksam wird.

Dabei kann eine konstruktiv und wartungsmässig besonders einfache, raumsparende Ausführungsform dadurch erzielt werden, dass die Heizvorrichtung und die Kühlvorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

Weitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden

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Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schema einer einer Gruppe von Einspritzventilen zugeordneten, erfindungsgemäss ausgebildeten Einspritzanlage einer Kolbenbrennkraftmaschine;

Fig. 2 eines der Einspritzventile nach Fig. 1 in einer grösseren Darstellung und in einem Schnitt entsprechend der Linie II-II in Fig. 3 ;

Fig. 3 das Einspritzventil nach Fig. 2 in einer Draufsicht, und

Fig. 4 das Einspritzventil in einem Schnitt entsprechend der Linie IV-IV in Fig. 3.

Die Einspritzanlage nach Fig. 1 enthält einen Behälter 1 für einen in bekannter, nicht dargestellter Weise aufbereiteten und vorgewärmten Brennstoff hoher Viskosität, wie Schweröl, sowie ein Brennstoffzuführsystem 2 und ein Wärmeübertragungssystem 3 für eine Gruppe von nach dieser Darstellung vier Einspritzventilen 4 eines nicht dargestellten Zylinders einer Kolbenbrennkraftmaschine. Je nach Bauart der Brennkraftmaschine kann auch eine andere Anzahl von Einspritzventilen, z.B. ein einziges Einspritzventil, pro Zylinder vorgesehen sein. Das Brennstoffzuführsystem 2 enthält eine an den Behälter 1 angeschlossene Speiseleitung 5 mit einer Umwälzpumpe 6, eine Brennstoffpumpe (Einspritzpumpe) 7 und eine in den Behälter 1 zurückführende Rücklaufleitung 8, welche mit einem Manometer 9 und einem auf einen vorbestimmten Brennstoffdruck einstellbaren Drosselventil 9 versehen sein kann. Die Brennstoffpumpe 7 enthält einen in einem Zylinder 10 dichtend geführten Kolben 11, der über eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle der Dieselbrennkraftmaschine in Fig. 1 auf- und abwärts bewegt wird.

Entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 ist ein Zylinderraum 10a der Brennstoffpumpe 7 über ein Saugventil 12 und eine Saugleitung 13 an die Speiseleitung 5 sowie über ein Druckventil 14 und eine beheizte Druckleitung 15 an einen Verteiler 16 angeschlossen, von den Druckleitungen 15a zu je einem Brennstoff-Anschlussnippel 17 eines der Einspritzventile 4 führen. Der Zylinderraum 10a ist ferner über ein Überströmventil 18 und eine Überströmleitung 20 an die Rücklaufleitung 8 angeschlossen.

In der Saugleitung 13 und in der Überströmleitung 20 sind Absperrventile 21 angeordnet. Das Saugventil 12 und das Überströmventil 18 sind in bekannter Weise je zwischen einer Durchflussstellung und einer Sperrstellung verstellbar. Bei offenèm Saugventil 12 und geschlossenem Überströmventil 18 wird durch eine Abwärtsbewegung des Kolbens 11 jeweils eine entsprechende Brennstoffmenge angesaugt und bei geschlossenem Saugventil 12 und geschlossenem Überströmventil 18 durch eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 11 über die Druckleitungen 15 und 15a in die Einspritzventile 4 gefördert. Durch Öffnendes Überströmventils 18 wird die Förderung des Brennstoffes zu den Einspritzventilen 4 beendet. Die Saugleitung 13 und die Überströmleitung 20 sind durch einen in der Brennstoffpumpe 7 ausgebildeten Bypasskanal 22 verbunden, der bei geschlossenen Ventilen 12,14 und 18 eine Zirkulation des Brennstoffs ermöglicht.

Die Einspritzventile 4 sind ferner zueinander parallel an eine mit einem Absperrventil 21 versehene Zweigleitung 24a einer zweiten Zuführleitung 24 für den bei dieser Anordnung als Wärmeübertragungsmittel dienenden Brennstoff und an eine mit einem Rückschlagventil 30 versehene Zweigleitung 25a einer entsprechenden Rückführleitung 25 des Wärmeübertragungssystems 3 angeschlossen. Die Zuführleitung 24 ist parallel zur Saugleitung 13 an die Speiseleitung 5 des

Brennstoffzuführsystems 2 angeschlossen und enthält eine Heizvorrichtung 26 sowie eine Kühlvorrichtung 27. Die Heizvorrichtung 26 und die Kühlvorrichtung 27 sind hintereinander geschaltet und können entsprechend der Darstel-s lung nach Fig. 1 in einem gemeinsamen Gehäuse 28 untergebracht sein. Von der Zuführleitung 24 führen weitere Zweigleitungen 24b, 24c, 24d... je zu einer zusätzlichen, nicht dargestellten Gruppe von je einem weiteren Zylinder zugeordneten Einspritzventilen, welche über entsprechende Zweig-lo leitungen 25b, 25c, 25d... an die Rückführleitung 25 angeschlossen sind. Jede der zusätzlichen Gruppen von Einspritzventilen kann über eine eigene Brennstoffpumpe 7 an die Speiseleitung 5 angeschlossen sein. Die Rückführleitung 25 ist parallel zur Überströmleitung 20 an die Rücklaufleitung 8 15 des Brennstoffzuführsystems 2 angeschlossen.

Die Heizvorrichtung 26 kann an ein vorhandenes, nicht dargestelltes Dampfheizsystem einer Brennstoffaufbereitungsanlage angeschlossen sein. Die Kühlvorrichtung 27 kann an ein entsprechendes, zur Kühlung der Kolben, der 20 Zylinder und/oder der Ladeluft vorhandenes Wasser- oder Ölkühlsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen sein.

Wie in der Fig. 2 bis 4 dargestellt, weisen die Einspritzventile 4 je einen Ventilkörper 31 auf, welcher durch Schrauben 32 in einem Zylinderkopf 33 befestigt ist, der einen Brenn-25 räum 34 der nicht weiter dargestellten Dieselbrennkraftmaschine nach oben abschliesst. Der Ventilkörper 31 besteht aus einem oberen Teil 35, einem unteren Teil 36 und einer dieser Teile verbindenden Überwurfmutter 37. Der untere Teil 36 enthält einen in den Brennraum 34 ragenden Düsenkörper 30 38, der einen mit einer kegeligen Sitzfläche einer Ventilnadel 40 zusammenwirkenden Ventilsitz 38' und mehrere in den Brennraum 34 gerichtete Düsenöffnungen 41 zum Einspritzen des Brennstoffs aufweist.

Die Ventilnadel 40 ist in einer zentralen Bohrung 39 des 35 unteren Teils 36 des Ventilkörpers 31 axial verschiebbar geführt und ist über eine Stossstange 40a und einen Federteller 42 an einer Druckfeder 43 abgestützt, unter deren Wirkung das untere Ende der Ventilnadel 40 an den Ventilsitz 38' angepresst wird.

40 Der Anschlussnippel 17 der Druckleitung 15a ist in eine zur zentralen Bohrung 39 parallele Bohrung 44 des Ventilkörpers 31 eingeschraubt und mit einem verjüngten Kopfteil 17a dichtend an die Grundfläche der Bohrung 44 angepresst. Die Stirnfläche des Kopfteils 17a umgibt die Mündung eines 45 Brennstoffzuführkanals 45, welcher sich im wesentlichen in Längsrichtung des Ventilkörpers 31 bis zu einem die Düsennadel 40 umgebenden Ringraum 46 erstreckt, der gegen den Brennraum 34 hin durch die zusammenwirkenden Sitzflächen des Düsenkörpers 38 und der Ventilnadel 40 begrenzt so ist.

An die Zweigleitung 24a der Zuführleitung 24 des Wärmeübertragungssystems 3 sind Nippel 47 angeschlossen, die je am oberen Teil 35 des betreffenden Ventilkörpers 31 in eine Bohrung 48 eingeschraubt sind. Diese mündet in den ss zwischen dem Kopfteil 17a des Anschlussnippels 17 und der Wand der Bohrung 44 gebildeten, gegen den Brennstoffzuführkanal 45 abgedichteten Ringraum. An diesen Ringraum ist ein Verbindungskanal 50 angeschlossen, der sich im wesentlichen in Längsrichtung des Ventilkörpers 31 bis zu 60 einem den Düsenkörper 38 umgebenden ringförmigen Strömungskanal 51 fortsetzt. Der Strömungskanal 51 ist über einen im wesentlichen parallel zur zentralen Bohrung 39 verlaufenden zweiten Verbindungskanal 52 mit einem das obere Ende der Stossstange 40a und die Druckfeder 43 umge-65 benden, erweiterten Abschnitt 39a der zentralen Bohrung 39 verbunden, in den im oberen Teil 35 des Ventilkörpers 31 eine im wesentlichen radiale Bohrung 53 mündet. In die Bohrung 53 ist eine Nippel 54 eingeschraubt, an den die Zweiglei-

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tung 25a der Rückführleitung 25 des Wärmeübertragungssystems 3 angeschlossen ist.

Während des Betriebs wird der aufbereitete und vorgewärmte Brennstoff in bekannter Weise über die Brennstoffpumpe 7 taktweise und unter einem Druck von z.B. 1000 bar über die beheizte Druckleitung 15 in die Ringkanäle 46 der Einspritzventile 4 gefördert, wobei jeweils die Ventilnadel 40 gegen die Wirkung der Druckfeder 43 vom Ventilsitz 38' abgehoben und der Brennstoff durch die Düsenöffnungen 41 in den Brennraum 34 eingespritzt wird. Der Einspritzvorgang wird jeweils durch Öffnen des Überströmventils 18 unterbrochen, indem wegen des abfallenden Brennstoffdrucks die Ventilnadel 40 an den Ventilsitz 38' des Düsenkörpers 38 angepresst wird. Aufgrund des hohen Brennstoffdrucks und des Spiels zwischen der Ventilnadel 40 und der sie führenden Wand der Bohrung 39 kann jeweils eine geringe Brennstoffmenge (Leckage) aus dem unteren Teil 36 in den oberen Teil 35 des Ventilkörpers 31 gepresst werden. Dieser Leckbrennstoff kann über die an den erweiterten Abschnitt 39a der Bohrung 39 angeschlossene Zweigleitung 25a in den Behälter 1 zurückgeführt werden.

Während des Betriebs wird der Düsenkörper 38 durch den unter einem Druck von z.B. 5 bar über die Zuführleitung 24 und den Verbindungskanal 50 zugeführten und über den Verbindungskanal 52 und die Rückführleitung 25 abgeführten Brennstoff gekühlt. Dabei kann der auf die erforderliche Einspritztemperatur von z.B. 140°C vorgewärmte Brennstoff beim Durchströmen der Kühlvorrichtung 27 auf eine Temperatur ti = ca. 100°C abgekühlt und im Einspritz-s ventil 4 auf eine Temperatur t2 = ca. 110°C-130°C erwärmt werden. Wie in der Fig. 1 angedeutet, kann die Temperatur des Düsenkörpers 38 durch ein Regulierventil 21a beeinflusst werden, welches durch eine lastabhängige Mengenregulierung des die Kühlvorrichtung 27 durchströmenden Kühlme-l« diums die Einstellung entsprechenden Temperatur ti des aus der Kühlvorrichtung 27 austretenden Brennstoffs ermöglicht. Bei entsprechenden Betriebsverhältnissen kann die Kühlvorrichtung 27 auch abgeschaltet und der im Wärmeübertragungssystem 3 zirkulierende Brennstoff ungekühlt is zur Kühlung des Düsenkörpers 38 verwendet werden. Um während Stillstandszeiten der Dieselbrennkraftmaschine, etwa während des Hafenaufenthalts eines Schiffes, eine ständige Betriebs- und Manövrierbereitschaft zu gewährleisten, können die Einspritzventile 4 durch den im Wärmeübertragungssystem 3 zirkulierenden, vorgewärmten Brennstoff ständig auf der für die Einspritzung des Brennstoffs erforderlichen Temperatur gehalten werden. Die Vorwärmung des Brennstoffs kann auf bekannte Weise, etwa im Behälter 1, und/oder durch Zuschalten der Heizvorrichtung 26 erfolgen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Einrichtung zum Betrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem vorgewärmten Brennstoff relativ hoher Viskosität, insbesondere Schweröl, mit mindestens einem Einspritzventil (4) pro Zylinder der Brennkraftmaschine, welches Einspritzventil an eine Druckleitung (15) einer Brennstoffpumpe (7) angeschlossen ist, die über eine Saugleitung ( 13) an eine Speiseleitung (5) eines Brennstoffzuführsystems (2) angeschlossen ist, wobei das Einspritzventil (4) eine an einen Brennstoffzuführkanal (45) angeschlossene, in einen Brennraum (34) des Zylinders gerichtete Düse (38) zum Einspritzen des Brennstoffs sowie einen der Düse (38) zugeordneten Strömungskanal (51) und zwei mit diesem kommunizierende Verbindungskanäle (50 und 52) enthält, die je an eine Zuführleitung (24) bzw. eine Rückführleitung

(25) eines Wärmeübertragungssystems (3) anschliessbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzuführsystem (2) eine an eine Überströmleitung (20) der Brennstoffpumpe (7) angeschlossene Rücklaufleitung (8) enthält, und dass die Zuführleitung (24) des Wärmeübertragungssystems (3) parallel zur Saugleitung (13) der Brennstoffpumpe (7) an die Speiseleitung (5) des Brennstoffzuführsystems (2) angeschlossen ist, während die Rückführleitung (25) des Wärmeübertragungssystems (3) an die Rücklaufleitung (8) des Brennstoffzuführsystems (2) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der der Rückführleitung (25) des Wärmeübertragungssystems (3) zugeordnete Verbindungskanal (52) des Einspritzventils (4) mit einem im Einspritzventil (4) vorgesehenen Überströmkanal verbunden ist, der an eine zur Düse (38) führende Bohrung (39) anschliesst und der zum Aufnehmen und Abführen einer jeweils aus dieser Bohrung (39) austretenden, aus Leckverlusten resultierenden Brennstoffmenge bestimmt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer im Wärmeübertragungssystem (3) enthaltenen Heizvorrichtung (26) und einer Kühlvorrichtung (27) für das Wärmeübertragungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung

(26) und die Kühlvorrichtung (27) in Serie geschaltet in einem gemeinsamen Zweig der Zuführleitung (24) des Wärmeübertragungssystems (3) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (26) und die Kühlvorrichtung (27) in einem gemeinsamen Gehäuse (28) angeordnet sind.