DE3707271C1

DE3707271C1 - Valve arrangement for a gas separator

Info

Publication number: DE3707271C1
Application number: DE19873707271
Authority: DE
Inventors: Mechtilde Dipl-Ing Schmid
Original assignee: Mannesmann Kienzle GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1987-03-06
Publication date: 1988-05-19
Also published as: FR2611812A1; GB8804258D0; GB2202034A; SU1575949A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für einen Gasabscheider, in welchem ein von einem Schwimmer gesteuertes Ventil angeordnet ist und dessen Tank in einem mit Mitteln zur Kraftstoffverbrauchsmessung ausgerüsteten Betriebssystem eines Dieselmotors der Aufnahme der von der Einspritzpumpe rückfließenden Kraftstoffüberschußmenge dient, wobei in einer mit der Gasaustrittsöffnung versehenen Ventilkammer ein der Gasaustrittsöffnung zugeordneter Sitz für eine Ventilkugel ausgebildet ist.The invention relates to a valve arrangement for a Gas separator in which a float-controlled Valve is arranged and its tank in one with means for Operating system equipped with a fuel consumption measurement Diesel engine receiving from the injection pump backflowing excess fuel quantity is used, in a with the gas outlet valve chamber provided one of the Seat assigned to the gas outlet opening for a valve ball is trained.

Das Betriebssystem eines Dieselmotors sieht vor, daß erheblich mehr Kraftstoff von der Kraftstofförderpumpe in Umlauf gesetzt wird als von der Einspritzpumpe verbraucht werden kann. Die relativ große, im allgemeinen zum Kraftstoffvorratstank rückfließende Kraftstoffüberschußmenge dient der Kühlung und hat gleichzeitig eine Spülfunktion hinsichtlich Gasblasenansammlungen in der Einspritzpumpe.The operating system of a diesel engine provides that considerably more fuel circulating from the fuel delivery pump is set as can be consumed by the injection pump. The relatively large one, generally related to the fuel storage tank excess fuel flow back serves for cooling and has at the same time a flushing function with regard to gas bubble accumulation in the injection pump.

Soll in einem solchen Betriebssystem der Kraftstoffverbrauch gemessen werden, so ist es üblich, die Kraftstoffüberschußmenge in die Saugleitung zwischen der Kraftstofförderpumpe und dem Kraftstoffvorratstank zurückzuspeisen und das Mengenmeßgerät in die Saugleitung zwischen der Einspeisestelle und dem Kraftstoffvorratstank einzuschalten.In such an operating system, fuel consumption should be be measured, it is common for the amount of excess fuel into the suction line between the fuel pump and the Feed the fuel tank back and the flow meter in the suction line between the feed point and the Switch on the fuel tank.

Ein solcher Kraftstoffkreislauf hat zur Folge, daß sich einerseits der umlaufende Kraftstoff erheblich erwärmt und somit die Kühlfunktion für die Einspritzpumpe verloren geht, andererseits eine Entgasung der Kraftstoffüberschußmenge im Kraftstofftank nicht mehr erfolgen kann. Bei Cammins-Motoren, aber auch bei Verteilereinspritzpumpen und Membranförderpumpen ist die Gasanreicherung im Kraftstoffrückflußstrom besonders hoch, so daß es wenigstens bei diesen Systemen unerläßlich ist, einen zusätzlichen Tank für die Gasabscheidung vorzusehen. Dabei bietet es sich für das Einspeisen der Kraftstoffüberschußmenge in die Saugleitung an, die Saugleitung durch den Sockel dieses Gasabscheiders hindurchzuführen und zwischen dem Tankraum und dem betreffenden, der Saugleitung zugeordneten Kanal im Sockel des Gasabscheiders ein Ventil vorzusehen, welches von einem in dem Gasabscheider angebrachten Schwimmer gesteuert wird. Such a fuel cycle has the consequence that on the one hand, the circulating fuel heats up considerably and thus the cooling function for the injection pump is lost, on the other hand degassing the excess fuel in the fuel tank can no longer be done. With Cammins engines, but also with Distributor injection pumps and diaphragm delivery pumps is the Gas enrichment in the fuel return flow is particularly high, so that at least with these systems, it is essential to provide an additional tank for gas separation. Here it is ideal for feeding in excess fuel into the suction line, the suction line through the base of this Pass gas separator and between the tank room and the relevant channel in the base assigned to the suction line of the gas separator to provide a valve which from a in the float attached to the gas separator is controlled.

Die Forderung, den Aufwand für eine derartige Hilfseinrichtung, insbesondere deren Bauvolumen, so gering wie möglich zu halten, andererseits die Tatsache, daß der Kraftstoffrückfluß oft schwallartig erfolgt und durch einen bis zu 15%igen Gasanteil zum Teil in schaumiger Phase auftritt, aber auch daß ein Austritt von Kraftstoff bei Schräglage oder beim Umstürzen des Fahrzeuges vermieden werden muß, bedingen, daß der Gasaustritt nicht ohne weiteres ins Freie erfolgen kann, sondern daß der Gasabscheider mit dem Kraftstoffvorratstank über eine Gasleitung zu verbinden ist. Dabei kann die Gasleitung ohne zusätzlichen Aufwand mit der beim Betrieb ohne Kraftstoffverbrauchsmessung für den Kraftstoffrücklauf vorgesehene Tanköffnung verbunden werden.The requirement, the effort for such Auxiliary device, especially its volume, as low as to keep possible, on the other hand the fact that the Fuel reflux is often gushing and through to 15% gas content occurs in part in a foamy phase, but also that an escape of fuel at an inclined position or must be avoided if the vehicle overturns, that the gas leakage does not take place outdoors can, but that the gas separator with the fuel storage tank is to be connected via a gas line. The Gas pipeline with no additional effort when operating without Fuel consumption measurement for the fuel return provided tank opening are connected.

Wie bereits erwähnt, erwärmt sich bei dem gewählten Betriebssystem der umlaufende Kraftstoff erheblich, so daß in den meisten Fällen eine Kühlanordnung vorgesehen werden muß, die wenn sie optimal wirksam sein soll, einen von dem Kraftstoffkreislauf fluidisch unabhängigen und von einer separaten Pumpe geförderten Kühlkreislauf zwischen einem Wärmetauscher und dem Kraftstoffvorratstank umfaßt. Durch diesen Kühlkreislauf ist die bei dem gewählten Betriebssystem freie Tanköffnung belegt, so daß für die vorgesehene Gasleitung am Kraftstoffvorratsbehälter eine zusätzliche Bohrung angebracht werden muß, was, abgesehen vom Aufwand, Zulassungsprobleme aufwirft.As already mentioned, the selected one warms up Operating the circulating fuel considerably, so that in in most cases a cooling arrangement must be provided, which, if it is to be optimally effective, one of those Fuel circuit fluidically independent of one separate pump pumped cooling circuit between one Includes heat exchanger and the fuel storage tank. By this cooling circuit is the one for the selected operating system free tank opening occupied so that for the intended gas line an additional hole is drilled in the fuel tank must become what, apart from the effort, approval problems poses.

Um dieses Problem zu vermeiden, wäre es denkbar, die Gasleitung mit der Rückleitung des Kühlkreislaufes zu verbinden, was jedoch ohne Rückschlagventil in der Gasleitung zu Fehlmessungen führen würde. Ein derartiges flüssigkeitsdichtes Rückschlagventil würde jedoch in dem Gasabscheider einen Überdruck aufbauen, der die Funktion des Gasabscheiders, d. h. die Entgasung, und die des schwimmergesteuerten Einspeiseventils,, d. h. eine druckfreie Einspeisung des rückfließenden Kraftstoffs in die Saugleitung, stark beeinträchtigen würde.To avoid this problem, it would be conceivable that Connect the gas line to the return line of the cooling circuit but what to do without a check valve in the gas line Would lead to incorrect measurements. Such a liquid-tight Check valve would however be in the gas separator Build up excess pressure, which the function of the gas separator, d. H. the degassing, and that of the float-controlled feed valve ,, d. H. a pressure-free feed of the refluxing fuel into the suction line.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde lag, bestand somit darin, eine Ventilanordnung zu schaffen, welche unter Vermeidung der aufgezeigten Probleme einerseits eine rückwirkungsfreie Entgasung gestattet, andererseits einen Austritt von Kraftstoff aus dem Gasabscheider verhindert.The object on which the present invention was based was therefore to create a valve assembly, which under Avoiding the problems shown on the one hand non-reactive degassing allowed, on the other hand one Prevents fuel from escaping from the gas separator.

Die Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß die Ventilkugel in der Ventilkammer frei beweglich ist, daß der Ventilkugel ein ebenfalls frei beweglicher Rollkörper hohen spezifischen Gewichts zugeordnet ist, daß in der Ventilkammer dem Ventilsitz gegenüberliegend eine dem Rollkörper zugeordnete Senkung derart ausgeformt ist, daß der Rollkörper bei einer bestimmten Neigung der Tankachse zur Vertikalen an der Senkungswand abrollt und die Ventilkugel in den Ventilsitz drückt.The solution to this problem provides that the valve ball that the valve ball is freely movable in the valve chamber also freely movable roll body high specific Weight is assigned to the valve seat in the valve chamber opposite a depression associated with the rolling element is shaped such that the rolling body at a certain Inclination of the tank axis to the vertical on the subsidence wall rolls off and presses the valve ball into the valve seat.

Die gefundene Lösung hat, abgesehen davon, daß die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst wird, den Vorteil, daß sie keinen zusätzlichen Montageaufwand beim Einbau der einzelnen Komponenten des Kraftstoffverbrauchsmeßsystems erfordert, daß sie mit relativ geringem Aufwand realisiert werden kann und in den Gasabscheider integrierbar ist.Apart from the fact that the task is solved in full, the advantage that they have no additional assembly effort when installing the individual components of the fuel consumption measuring system requires that they be implemented with relatively little effort can be and can be integrated into the gas separator.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenIn the following the invention is based on the attached Drawings explained in more detail. Show it

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines für Kraftstoffverbrauchsmessung eingerichteten Betriebssystems eines Dieselmotors mit Kühlkreislauf und Gasabscheidung, Fig. 1 is a schematic representation of a set up for fuel consumption measurement system, operating a diesel engine with a cooling circuit and gas separation,

Fig. 2 eine Teildarstellung eines Gasabscheiders gemäß der Einzelheit A in Fig. 1 mit einem Schnitt der erfindungsgemäßen Ventilanordnung Fig. 2 is a partial view of a gas separator according to detail A in Fig. 1 with a section of the valve assembly according to the invention

Fig. 3 eine Funktionsskizze bei Normalfunktion des Gasabscheiders Fig. 3 is a functional sketch with normal operation of the gas separator

Fig. 4 eine Funktionsskizze bei Normallage des Gasabscheiders und überschwungenem Kraftstoffpegel, Fig. 4 is a functional diagram in normal position of the gas separator and überschwungenem fuel level,

Fig. 5 eine Funktionsskizze in gekippter Lage des Gasabscheiders, Fig. 5 is a functional diagram in the tilted position of the gas separator,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer Konstruktionsvariante der Ventilanordnung. Fig. 6 is a sectional view of a construction variant of the valve arrangement.

Die schematische Darstellung Fig. 1 zeigt ein Betriebssystem für einen Dieselmotor mit einem Kraftstoffvorratstank 1, einer aus dem Kraftstoffvorratstank 1 herausführenden Saugleitung 2, in die ein Vorfilter 3, ein Mengenmeßgerät 4, dem ein in Störfällen betätigbarer, plombierter Bypass 5 parallelgeschaltet ist, und ein Rückschlagventil 6 eingefügt sind. Die Saugleitung 2 ist mit einem Kraftstoffkreislauf 7 verbunden, in welchem ausgehend von einer Kraftstofförderpumpe 8 über einen Hauptfilter 9 die Einspritzpumpe 10 - die Einspritzdüsen sind mit 11 bezeichnet - ein Rückschlagventil 12 und ein Gasabscheider 13 eine bestimmte, gegenüber der "verbrauchten" Einspritzmenge im allgemeinen relativ große Kraftstoffüberschußmenge in Umlauf gehalten wird. Mit 14 ist ein Wärmetauscher bezeichnet, durch welchen einerseits der Kraftstoffkreislauf 7, andererseits ein von einer Förderpumpe 15 betriebener und aus dem Kraftstoffvorratstank gespeister Kühlkreislauf 16 geführt sind.The schematic illustration of Fig. 1 shows an operating system for a diesel engine with a fuel storage tank 1, one leading out of the fuel storage tank 1 the suction line 2, in which a pre-filter 3, a quantity measuring 4, which an actuable in accidents, plumbed bypass 5 is connected in parallel, and a Check valve 6 are inserted. The suction line 2 is connected to a fuel circuit 7 , in which, starting from a fuel feed pump 8 via a main filter 9, the injection pump 10 - the injection nozzles are denoted by 11 - a check valve 12 and a gas separator 13 generally have a certain, compared to the "consumed" injection quantity relatively large excess amount of fuel is kept in circulation. 14 denotes a heat exchanger, through which the fuel circuit 7 , on the one hand, and a cooling circuit 16, which is operated by a feed pump 15 and fed from the fuel storage tank, are guided.

Eine bevorzugte Bauform des Gasabscheiders 13, der im wesentlichen einen Tank darstellt, wird gebildet von einem Deckel 17, einer vorzugsweise zylindrischen Hülse 18 und einem in Fig. 2 nicht gezeichneten Sockel, die mittels geeigneter Schraubverbindungen unter Zwischenlage von Dichtungen, von denen eine mit 19 bezeichnet ist, miteinander verbunden sind. Mit 20 ist in Fig. 2 ein Schwimmer bezeichnet, welcher der Steuerung des im Sockel angeordneten Ventils dient, welches einem in dem Sockel ausgebildeten und mit der Saugleitung 2 in Verbindung stehenden Kanal zugeordnet ist. Da die Konstruktion des Gasabscheiders 13 in diesem Bereich nicht erfindungswesentlich ist, ist auf deren Darstellung verzichtet worden. Es wird jedoch auf die DE-OS 35 12 191 verwiesen, in der ein derartiger Gasabscheider beschrieben ist.A preferred design of the gas separator 13, which substantially represents a tank is formed by a cover 17, a preferably cylindrical sleeve 18 and a not shown in Fig. 2 base, which by means of suitable screw with the interposition of seals, of which one 19 is referred to, are interconnected. 2 with 20, a float in FIG. Denotes that the control of the valve is arranged in the base, which is a formed in the base and associated with the suction line 2 communicating channel. Since the construction of the gas separator 13 is not essential to the invention in this area, it has not been shown. However, reference is made to DE-OS 35 12 191, in which such a gas separator is described.

Der am Deckel 17 befestigte Schlauchanschlußstutzen 21 dient dem Anschließen des von der Einspritzpumpe 10 ausgehenden Rückflußzweiges des Kraftstoffkreislaufs 7. Der gasbeladene Kraftstoff trifft auf eine Prallkuppel 22, wobei ein an der Prallkuppel 22 ausgebildeter Kiel 23 ein Spritzen und somit ein zusätzliches Gasaufnehmen vermeidet und gleichzeitig eine weitgehende Verteilung des Kraftstoffs über die Prallkuppel 22 bewirkt. Der von der Prallkuppel 22 abströmende Kraftstoff fließt zunächst in dem Ringraum 24 zwischen der außen liegenden Hülse 18 und einer innen liegenden Hülse 25 abwärts, steigt in einem weiteren, nicht dargestellten Ringraum wieder auf, um in einen inneren Raum 26, in dem sich der Schwimmer 20 befindet, überzulaufen. Durch diesen verlängerten Strömungsweg und das großflächige Verteilen auf der Prallkuppel 22 wird eine optimale Entgasung erzielt. Mit 27 ist ein an der Prallkuppel 22 angeformter Stutzen bezeichnet, durch dessen Öffnung 28 das in den Raum 26 austretende Gas in die im Deckel 17 vorgesehene Freisparung 29 entweicht.The hose connection piece 21 attached to the cover 17 serves to connect the return branch of the fuel circuit 7 starting from the injection pump 10 . The gas-laden fuel strikes a baffle dome 22 , a keel 23 formed on the baffle dome 22 avoiding splashing and thus additional gas absorption and at the same time causing the fuel to be largely distributed over the baffle dome 22 . The fuel flowing out of the impact dome 22 initially flows downward in the annular space 24 between the outer sleeve 18 and an inner sleeve 25 , rises again in a further annular space, not shown, in order to enter an inner space 26 in which the float is located 20 is to overflow. This extended flow path and the large-scale distribution on the baffle dome 22 achieve optimal degassing. With 27 a molded on the baffle dome 22 is designated, through the opening 28, the gas emerging in the space 26 escapes into the recess 29 provided in the cover 17 .

Die Freisparung 29 ist, wie die Fig. 2 ferner zeigt, durch eine Bohrung 30 mit der Ventilkammer 31 der erfindungsgemäßen Ventilanordnung verbunden. Die Ventilkammer 31 wird gebildet einerseits von einer in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel konischen Senkung 32, andererseits von einer ebenfalls konischen Senkung 33, die in einem mit dem Deckel 17 verbindbaren Schraubeinsatz 34 vorgesehen ist und in eine Öffnung 35 ausläuft, die zweckmäßigerweise mit einem geeigneten Staubschutz versehen dem Gasaustritt in die Atmosphäre dient. In der Ventilkammer 31 befindet sich eine erste Kugel 36 hohen spezifischen Gewichts - es sind in diesem Zusammenhang unter Verzicht auf eine allseitige Funktion auch andere Rollkörper sowie entsprechende Senkungsformen denkbar - und eine weitere, als Hohlkugel ausgebildete Ventilkugel 37, deren spezifisches Gewicht kleiner ist als das spezifische Gewicht von Dieselöl. Beide Kugeln 36 und 37 sind im Ventilraum 31 frei beweglich; die Senkung 33 dient der Ventilkugel 37 als Ventilsitz, die Kugel 36 wird in der Normallage des Gasabscheiders 13, d. h. in der erforderlichen Einbaulage, durch die Schwerkraft in der Senkung 32 gehalten.The cutout 29 is, as FIG. 2 also shows, connected to the valve chamber 31 of the valve arrangement according to the invention by a bore 30 . The valve chamber 31 is formed on the one hand by a conical countersink 32 in the preferred exemplary embodiment, and on the other hand by a likewise conical countersink 33 which is provided in a screw insert 34 which can be connected to the cover 17 and which runs out into an opening 35 which is expediently provided with a suitable dust protection serves to release gas into the atmosphere. In the valve chamber 31 there is a first ball 36 of high specific weight - other rolling elements and corresponding counterbore forms are also conceivable in this context, without a function on all sides - and a further valve ball 37 designed as a hollow ball, the specific weight of which is smaller than that specific weight of diesel oil. Both balls 36 and 37 are freely movable in the valve chamber 31 ; the depression 33 serves the valve ball 37 as a valve seat, the ball 36 is held in the depression 32 in the normal position of the gas separator 13 , ie in the required installation position, by gravity.

Während mit der Funktionsskizze Fig. 3 eine nochmalige vergrößerte Darstellung der Ventilanordnung in der Normalfunktion des Gasabscheiders 13 dargestellt ist - der Pfeil S zeigt die Richtung der Schwerkraft an - ist mit der Funktionsskizze Fig. 4 eine Situation dargestellt, in der ein Überschwingen des Kraftstoffpegels im Tank des Gasabscheiders 13, und zwar in der Normallage des Tanks, erfolgt. Die Ventilkugel 37 ist auf das in die Ventilkammer 31 eingedrungene Dieselöl aufgeschwommen und schließt das Ventil. Im Gegensatz hierzu zeigt die Funktionsskizze Fig. 5 eine gekippte Lage des Gasabscheiders 13. Dabei ist die Kugel 36 entlang der Wand der Senkung 32 in eine stabile Lage gerollt, bei der sie einerseits noch einen gewissen Abstand a von der Wand der Senkung 33 aufweist, andererseits die Ventilkugel 37 unter der Wirkung der Schwerkraft in den Ventilsitz in der Senkung 33 drückt.While the functional sketch in FIG. 3 shows another enlarged representation of the valve arrangement in the normal function of the gas separator 13 - the arrow S indicates the direction of gravity - the functional sketch in FIG. 4 shows a situation in which an overshoot of the fuel level in the Tank of the gas separator 13 , namely in the normal position of the tank. The valve ball 37 has floated onto the diesel oil that has entered the valve chamber 31 and closes the valve. In contrast to this, the functional sketch in FIG. 5 shows a tilted position of the gas separator 13 . The ball 36 is rolled along the wall of the counterbore 32 into a stable position, in which on the one hand it is still a certain distance a from the wall of the counterbore 33 , and on the other hand the valve ball 37 under the effect of gravity in the valve seat in the counterbore 33 presses.

Die Fig. 6 zeigt eine Konstruktionsvariante, bei der die Gestaltung des Ventilraumes 31 variiert ist, insbesondere die Senkung 32 einen anderen Winkel aufweist und der konische Ventilsitz in einem Teil 38 ausgebildet ist, welches in den Deckel 17 eingepreßt ist. Fig. 6 shows a design variant in which the design of the valve chamber is varied 31, in particular the reduction 32 has a different angle, and the conical valve seat is formed in a part 38 which is press-fitted in the cover 17.

Selbstverständlich sind auch die Durchmesser der Kugeln 36 und 37 in Abstimmung mit den Ventilraumkonturen variierbar bzw. müssen entsprechend der gewünschten Ansprechneigung variiert werden. Entscheidend ist, daß die beiden Kugeln beim Neigen der Tankachse sozusagen als Keilgetriebe wirksam sind oder, anders betrachtet, in der Schließstellung der Ventilanordnung eine Gesperrefunktion gegeben ist, derart daß sich die Kugel höheren spezifischen Gewichts 36 unter der Wirkung der Schwerkraft S einerseits an der Wand der Senkung 32, andererseits an der Ventilkugel 37 abstützt.Of course, the diameters of the balls 36 and 37 can also be varied in coordination with the valve chamber contours or must be varied in accordance with the desired tendency to respond. It is crucial that the two balls are effective as a wedge gear when tilting the tank axis or, viewed differently, a locking function is given in the closed position of the valve arrangement, so that the ball of higher specific weight 36 under the action of gravity S on the one hand on the wall the depression 32 , on the other hand, is supported on the valve ball 37 .

Claims

1.Valve arrangement for a gas separator, in which a valve controlled by a float is arranged and the tank of which, in an operating system of a diesel engine equipped with means for measuring fuel consumption, serves to receive the excess fuel quantity flowing back from the injection pump, one of which in a valve chamber provided with the gas outlet opening Seat assigned to the gas outlet opening is designed for a valve ball,
characterized,
that the valve ball ( 37 ) is freely movable in the valve chamber ( 31 ),
that the valve ball ( 37 ) is also associated with a freely movable rolling body of high specific weight and
that in the valve chamber ( 31 ) opposite the valve seat, a depression associated with the rolling element is formed such that the rolling element, at a certain inclination of the tank axis to the vertical, rolls on the depression wall and presses the valve ball ( 37 ) into the valve seat.

2. Valve arrangement according to claim 1, characterized in that the valve ball ( 37 ) is designed as a hollow ball.

3. Valve arrangement according to claim 1, characterized in that the rolling body as a ball ( 36 ) and the countersink associated with the rolling body ( 32 ) are conical.

4. Valve arrangement according to claim 1, characterized in
that the depression ( 32 ) in the cover ( 17 ) of the gas separator ( 13 ) is formed and
that the valve seat and the gas outlet opening ( 35 ) are formed in a screw insert ( 34 ) which can be connected to the cover ( 17 ) and axially assigned to the depression ( 32 ).