DE19824897A1 - Thermisch gesteuertes Wege-Sitzventil und Kraftstoffversorgungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein thermisch gesteuertes Wege-Sitzventil (1) mit einer Einlaßöffnung (12), einer Auslaßöffnung (16) und einem mit der Auslaßöffnung damit zusammenwirkenden, insbesondere als Ventilscheibe ausgebildeten Schließelement (24). Das Schließelement ist in Schließrichtung (38) von einem Ausdehnungselement (20) beaufschlagt, das mit dem das Wegeventil (1) durchströmenden Medium in thermischem Kontakt steht. Das Ausdehnungselement stützt sich einerseits am Schließelement (24) und andererseits an einem elastischen Element (36) ab.

Description

Die Erfindung betrifft ein thermisch gesteuertes Wege-Sitzventil. Bei einem sol­ chen Ventil ist innerhalb des Ventilgehäuses ein mit dem das Ventil durchströ­ menden Medium in thermischem Kontakt stehend es Ausdehnungselement vor­ handen, das ein Schließelement in Schließrichtung beaufschlagt. Mit einem sol­ chen Ventil soll im Falle einer Erwärmung des Strömungsmediums wenigstens ein Schließelement in seine die Auslaßöffnung schließende Stellung bewegt werden. Das Ausdehnungselement besteht aus oder umfaßt einen Stoff, der sich bei Er­ wärmung derartig ausdehnt, daß er das Schließelement von seiner geöffneten Stellung in seine geschlossene Stellung bewegen kann. Das Ausdehnungsele­ ment ist so ausgelegt, daß der Schließvorgang bei einer bestimmten Temperatur abgeschlossen ist. Das Ausdehnungselement, das sich mit seiner dem Schließ­ element abgewandten Seite an einer Ventilgehäusewand abstützt, muß so ausge­ legt sein, daß seine Ausdehnungsstrecke der Bewegungsstrecke des Schließele­ ments zumindest annähernd entspricht. Wenn die Ausdehnungsstrecke des Aus­ dehnungselements zu groß ist, wird das Schließelement mit unnötig hoher Kraft gegen den mit ihm zusammenwirkenden Ventilsitz gedrückt. Hinzu kommt, daß nach Beendigung des Schließvorgangs sich das Druckmedium weiter erwärmen kann, was zu einer weiteren, Schließelement und Ventilsitz mechanisch stark be­ lastenden Ausdehnung führt.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Wege-Sitzventil vorzu­ schlagen, das in dieser Hinsicht verbessert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wege-Sitzventil nach An­ spruch 1 dadurch gelöst, daß sich das Ausdehnungselement nicht an einer orts­ festen Gehäusewand sondern an einem elastischen Element abstützt. Die Ela­ stizität des elastischen Elements ist dabei so gewählt, daß die Ausdehnung des Ausdehnungselements zunächst auf das Schließelement wirkt. Erst wenn sich dieses in seiner geschlossenen Stellung befindet, wird das elastische Element, etwa in Folge einer weiteren Erwärmung des Strömungsmediums komprimiert. Dadurch wird eine übermäßige und schädliche Krafteinwirkung auf das Schließ­ element und auf den Ventilsitz verhindert. Die genannten Bauteile können dem­ entsprechend gegenüber herkömmlichen Ventilen mit geringerer mechanischer Stabilität ausgebildet sein. Das elastische Element ist nach Anspruch 2 in vorteil­ hafter Weise eine Schraubenfeder. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Ausdeh­ nungselements ist in Anspruch 3 genannt. Danach taucht eine Antriebsstange unter Abdichtung in einen Behälter ein, der mit einem Ausdehnungsmedium gefüllt ist. Das Ausdehnungsmedium kann ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff, vorzugsweise ein Wachs sein. Zweckmäßigerweise ist das Ausdehnungselement entgegen der Schließrichtung mit einer Rückstellfeder beaufschlagt (Anspruch 4). Dadurch ist gewährleistet, daß das Ausdehnungselement bei abgekühltem Strö­ mungsmedium wieder in seine Ausgangsposition gebracht wird. In Anspruch 5 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung für ein 3/2-Wege-Sitzventil angegeben. Ein sol­ ches Ventil ist als Umschaltventil verwendbar, wobei bei Erreichen eines bestimm­ ten Temperaturwertes das Strömungsmedium das Ventil über einen anderen Ausgang verläßt. Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist eine exakte Füh­ rung der Antriebsstange des Ausdehnungselements gewährleistet. Zudem steht ein exakt definierter Stauraum für das elastische Element zur Verfügung. In An­ spruch 9 ist ein Kraftstoffversorgungssystem angegeben, bei dem in vorteilhafter Weise ein erfindungsgemäßes Wege-Sitzventil eingesetzt ist. Besonders vorteil­ haft kann ein solches System für einen Dieselmotor verwendet werden (Anspruch 10).

Die Erfindung wird nun anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestell­ ten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem erfindungsgemäßen 3/2-Wege-Sitzventil, wobei sich das Ventil in einer ersten Schaltstellung befindet,

Fig. 2 das Wege-Sitzventil nach Fig. 1, das sich jedoch in einer zweiten Schaltstellung befindet, und

Fig. 3 eine teilweise aufgebrochene schematische Darstellung eines Ausdeh­ nungselements.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffversorgungssystem für einen Dieselmotor ist ein 3/2-Wege-Sitzventil verwendet. Dieses Ventil 1 umfaßt ein Ventilgehäuse 2, das einen ersten Ventilraum 3 und einen zweiten Ventilraum 4 umfaßt. Die beiden Ventilräume sind durch eine Trennwand 5 voneinander getrennt. In der Trenn­ wand 5 ist eine Durchtrittsöffnung 6 vorhanden, die auf der Seite des ersten Ven­ tilraumes 3 von einem Ventilsitz 7a kragenförmig umgeben ist. Das Ventilgehäu­ se 2 ist im wesentlichen ein Rohrabschnitt, dessen Stirnseiten jeweils mit einem Deckel 8 bzw. mit einem Deckel 9 dicht verschlossen sind. Zur Abdichtung ist zwi­ schen Deckel und dem rohrabschnittsförmigen Gehäuse jeweils ein O-Ring 10 ein­ gelegt. Das Ventilgehäuse ist im Querschnitt im wesentlichen kreisförmig und weist im Bereich des ersten Ventilraumes 3 eine seitlich angeordnete Einlaßöff­ nung 12 auf. An den Rand der Einlaßöffnung 12 ist ein Anschlußstutzen 13 ange­ formt, der im wesentlichen rechtwinklig zur Mittellängsachse 15 des Ventilgehäu­ ses verläuft.

Der in Fig. 1 obere Deckel 8 weist eine erste Austrittsöffnung 16 auf. An die Dec­ kelaußenseite ist ein Anschlußstutzen 17 angeformt, der die Auslaßöffnung kon­ zentrisch umgibt und der koaxial zur Mittellängsachse 15 verläuft. Im Bereich des zweiten Ventilraumes ist eine seitliche zweite Auslaßöffnung 18 vorhanden. An der Außenseite des Ventilgehäuses ist ein T-Rohrstück 19 angeformt.

Innerhalb des Ventilgehäuses ist ein Ausdehnungselement 20 angeordnet, das im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und das sich mit einem ersten Längs­ abschnitt 22 im ersten Ventilraum 3 und mit einem zweiten Längsabschnitt 23 in den zweiten Ventilraum 4 hineinerstreckt. Der erste Längsabschnitt 22 trägt an seinem der ersten Auslaßöffnung 16 zugewandten Ende eine erste Ventilschei­ be 24 und an seinem der Durchtrittsöffnung 6 naheliegenden Ende eine zweite Ventilscheibe 25. Die erste Ventilscheibe 24 wirkt mit einem schürzenartig von der Innenseite des Deckels 8 nach innen vorstehenden Ventilsitz 7b, die zweite Ven­ tilscheibe 25 mit dem die Durchtrittsöffnung 6 umgebenden Ventilsitz 7a zusam­ men. An den ersten Längsabschnitt 22 des Ausdehnungselements 20 schließt sich ein Bereich mit größerem Durchmesser und daran ein weiterer Bereich mit noch größerem Durchmesser an. Zwischen den beiden Bereichen ist eine Radial­ schulter vorhanden, die als Anschlagschulter 26 für eine Rückstellfeder 27 dient. Die Rückstellfeder 27 ist eine Schraubenfeder, die das Ausdehnungselement umfänglich umgibt und die sich an der Trennwand 5 abstützt. Wie aus Fig. 3 er­ sichtlich ist, umfaßt das Ausdehnungselement einen allseits geschlossenen Behäl­ ter 28, dessen zumindest erster Längsabschnitt 22 mit einem verflüssigbaren Wachs 29 gefüllt ist. In der dem Längsabschnitt 22 abgewandten Stirnseite 30 ist koaxial zur Mittellängsachse 15 eine Führungsöffnung 32 vorhanden, über die eine Antriebsstange 33 bis in den mit Wachs 29 gefüllten Teil des Behälters 28 hineinragt. Im Längsabschnitt 23 befindet sich eine Elastomerdichtung 34, die dichtend an der Antriebsstange 33 anliegt und einen Austritt von verflüssigtem Wachs 29 verhindert. Das Freiende der Antriebsstange 33 ist zu einem zylinder­ förmigen Kopf 35 ausgebildet. Mit diesem zylinderförmigen Kopf 35 ragt die An­ triebsstange 33 in eine zylinderförmige, von der Innenseite des unteren Deckels 9 abstehende und koaxial zur Mittellängsachse 15 verlaufende, rohrabschnittsförmi­ ge Führung 41 hinein. In der Führung 41 ist außerdem eine als elastisches Ele­ ment dienende Schraubenfeder 36 angeordnet. Die Schraubenfeder 36 stützt sich einerseits am Deckel 9 und andererseits an der Stirnseite des Kopfes 35 ab. Die Umfangsfläche 46 des Kopfes 35 wirkt mit der Innenfläche 47 der Führung 41 im Sinne einer Gleitpaarung zusammen. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführung­ selement führt eine Erwärmung dazu, daß sich das im Ausgangszustand feste Wachs 29 verflüssigt oder erweicht und sich dabei ausdehnt. Als Folge dieser Ausdehnung wird die Antriebsstange in Richtung des Pfeiles 37 aus dem Behäl­ ter 28 herausbewegt. Im Falle des in Fig. 1 und 2 dargestellten Ventils hat dies die Wirkung, daß zunächst die Schraubenfeder 36 beaufschlagt wird. Das Ausdeh­ nungselement 20 ist im Ventilgehäuse so gelagert, daß die zu seiner Bewegung in die geschlossene Stellung notwendige Kraft geringer ist als die Federkraft der Schraubenfeder 36. Daher werden die beiden Ventilscheiben 24,25 zunächst in Schließrichtung 38 so lange bewegt, bis die Ventilscheibe 24 am Ventilsitz 7b an­ liegt. In dieser Stellung ist die Ventilscheibe 25 vom Ventilsitz 7a abgehoben (Fig. 2). Die sich an der Anschlagschulter 26 abstützende Rückstellfeder 27 wird bei der geschilderten Ausdehnung des Ausdehnungselements 20 komprimiert. Die Rückstellfeder 27 ist schwächer ausgelegt als die als Gegenhalter dienende Schraubenfeder 36. Die Ausdehnung des Ausdehnungselementes 20 ist in aller Regel jedoch noch nicht beendet, wenn sich die Ventilscheibe 24 in ihrer ge­ schlossenen Position befindet. Diese über die Bewegungsstrecke der Ventilschei­ be 24 hinausgehende Ausdehnung wird durch die Kompression der Schraubenfe­ der 36 kompensiert. Wenn sich das das Ventil 1 durchströmende Medium wieder abgekühlt hat, geht das Wachs in seinen festeren und weniger Raumbedarf auf­ weisenden Zustand über. Dadurch entsteht im Behälter 28 ein Unterdruck, der das durch die Schraubenfeder 36 bewirkte Einfahren der Antriebsstange unter­ stützt. Gegen Ende der Expansionsbewegung der Schraubenfeder 36 befindet sich diese im Kräftegleichgewicht mit der Rückstellfeder 27. Diese drückt dann durch Beaufschlagung der Anschlagschulter 26 den Behälter entgegen der Schließrichtung 38 in seine Ausgangslage gemäß Fig. 1.

Abschließend sei noch das in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffversorgungssystem kurz erläutert. Aus einem Kraftstoffbehälter 39 angesaugter Dieselkraftstoff durch­ strömt den Querschenkel 40 des T-Rohrstücks 19. Vom T-Rohrstück 19 gelangt der Dieselkraftstoff in eine Einspritzpumpe 42 und von dort in eine Einspritzlei­ ste 43. Der Ausgang 44 der Einspritzleiste ist mit der Einlaßöffnung des Wege­ ventils 1 verbunden. Bei noch kühlem Dieselkraftstoff befindet sich das Ventil in der in Fig. 1 gezeigten Stellung, d. h. der Kraftstoff gelangt über die erste Aus­ laßöffnung in den Kraftstoffbehälter 39 zurück. Die Federn 36 und 27 sowie das Ausdehnungselement 20 und insbesondere das in ihm enthaltene Wachs 29 sind so ausgelegt. bzw. ausgewählt, daß bei einer Kraftstofftemperatur unterhalb von 74°C die in Fig. 1 gezeigte Stellung eingehalten ist. Oberhalb einer Temperatur von 86°C befindet sich das Ventil 1 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung, wodurch der von der Einspritzleiste 43 zurückfließende Dieselkraftstoff über die Durch­ trittsöffnung 6 und die zweite Auslaßöffnung 18 dem vom Kraftstoffbehälter 39 kommenden Vorlaufstrom 45 beigemengt wird. Bei erhitztem Dieselkraftstoff wird somit der überschüssige Kraftstoff nicht mehr zum Tank zurück, sondern in einen Kurzschlußkreislauf geführt.

Bezugszeichenliste

1

3/2-Wege-Sitzventil

2

Ventilgehäuse

3

Ventilraum

4

Ventilraum

5

Trennwand

6

Durchtrittsöffnung

7

a,

7

b Ventilsitz

8

Deckel

9

Deckel

10

O-Ring

12

Einlaßöffnung

13

Anschlußstutzen

15

Mittellängsachse

16

erste Auslaßöffnung

17

Anschlußstutzen

18

zweite Auslaßöffnung

19

T-Rohrstück

20

Ausdehnungselement

22

erster Längsabschnitt

23

zweiter Längsabschnitt

24

erste Ventilscheibe

25

zweite Ventilscheibe

26

Anschlagschulter

27

Rückstellfeder

28

Behälter

29

Wachs

30

Stirnseite

32

Führungsöffnung

33

Antriebsstange

34

Elastomerdichtung

35

Kopf

36

Schraubenfeder

37

Pfeil

38

Schließrichtung

39

Kraftstoffbehälter

40

Querschenkel

41

Führung

42

Einspritzpumpe

43

Einspritzleiste

44

Ausgang

45

Vorlaufstrom

46

Umfangsfläche

47

Innenfläche

Claims (10)

1. Thermisch gesteuertes Wege-Sitzventil mit

• - einer Einlaßöffnung (12), einer Auslaßöffnung (16), einem mit der Aus­ laßöffnung zusammenwirkenden Schließelement sowie
• - einem das Schließelement in Schließrichtung (38) beaufschlagenden und in thermischem Kontakt mit einem das Wege-Sitzventil durchströmenden Medium stehenden Ausdehnungselement (20),
  dadurch gekennzeichnet,
  daß sich das Ausdehnungselement (20) an einem elastischen Element als Gegenlager abstützt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine Schraubenfeder (36) ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungselement (20) ein mittel- oder unmittelbar am Schließe­ lement befestigter, mit einem Ausdehnungsmedium gefüllter Behälter ist, wo­ bei in der dem Schließelement abgewandten Behälterwand eine in Schließ­ richtung ausgerichtete Antriebsstange (33) unter Abdichtung geführt ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine das Ausdehnungselement (20) entgegen der Schließrichtung (38) beauf­ schlagende Rückstellfeder (27).

5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4,
gekennzeichnet durch

• - einen ersten, eine Einlaßöffnung (12) und eine erste Auslaßöffnung (16) aufweisenden ersten Ventilraum (3),
• - einen vom ersten Ventilraum (3) durch eine Trennwand (5) abgetrennten zweiten, eine zweite Auslaßöffnung (18) aufweisenden zweiten Ventil­ raum (4) und
• - zwei am Ausdehnungselement (20) beabstandet fixierten, vorzugsweise als Ventilscheiben (24,25) ausgebildeten Schließelementen, wobei
• - die erste Ventilscheibe (24) mit der ersten Auslaßöffnung (16) zusam­ menwirkt und vom Ausdehnungselement (20) in Schließrichtung (38) be­ aufschlagt ist,
• - die zweite Ventilscheibe (25) mit einer Durchtrittsöffnung (6) in der Trenn­ wand (5) zusammenwirkt und vom Ausdehnungselement (20) in Schließ­ richtung (38) beaufschlagt ist und
• - sich das Ausdehnungselement (20) über die Durchtrittsöffnung (6) in den zweiten Ventilraum (4) hineinerstreckt und dort mit dem elastischen Ele­ ment zusammenwirkt.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Freiende der Antriebsstange (33) in eine rohrabschnittsförmige, das elastische Element beinhaltende Führung (41) eintaucht, und mit deren In­ nenwand im Sinne einer Gleitführung zusammenwirkt.

7. Ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rückstellfeder (27) an einer quer zur Bewegungsrichtung des Ausdehnungselements (20) bzw. quer zur Schließrichtung (38) erstreckenden Anschlagschulter (26) des Behälters (28) abstützt.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rückstellfeder an der Trennwand (5) abstützt.

9. Kraftstoffversorgungssystem mit einem Wege-Sitzventil nach einem der An­ sprüche 5 bis 8, wobei die Einlaßöffnung (12) mit dem Ausgang (44) einer Einspritzleiste (43), die erste Auslaßöffnung (16) mit einem Kraftstoffbehäl­ ter (39) und die zweite Auslaßöffnung (18) sowohl mit dem Kraftstoffbehäl­ ter (39) als auch mit dem Eingang einer Einspritzpumpe (42) verbunden ist.

10. Verwendung eines Kraftstoffversorgungssystems nach Anspruch 9 für einen Dieselmotor.