CS197483B1 - Vstřikovací čerpadlo, zejména pro vozidlové naftové motory - Google Patents

Description

Předmětem vynálezu je vstřikovací čerpadlo, zejména pro vozidlové naftové motory, s nejméně jednou vstřikovací jednotkou-, jejíž píst je prostřednictvím pístového zvedáku poháněn vlcepalcovou vačkou a pro změnu velikosti dodávky natáčen regulační tyčí, a s nejméně jedním válcovým rozdělovačem, poháněným od Tyčkového hřídele, který současně pohání odstředivý výkonnostní regulátor.

Moderní rychloběžné naftpvé motory, zejména pro motorová vozidla, kladou na vstřikovací čerpadla řadu požadavků, které současné známé konstrukce komplexně nesplňují.

Známá vstřikovací čerpadla s rozdělovačem paliva mají příznivě malé rozměry a váhu, jsou však velmi náročná na výrobu a jsou ekonomicky výhodná jen v případě hromadné výroby, Kromě toho nemohou zajistit některé požadované funkce. Mezi hlavní nevýhody patří jejich malá univerzálnost. Nelze je jednoduše vytvořit pro motory s vidlicovitým uspořádáním válců, zejména pro motory s větším počtem válců.

Známá vstřikovací čerpadla řadová tyto nevýhody nemají, jsou však příliš rozměrná a těžká. Ve výrobě vykazují značnou spotřebu materiálu a vysokou pracnost. K samočinnému řízení předstihu vstřiku jsou vázána na odstředivý regulátor předstihu

197 483

197 483 vstřiku, který je rovněž rozměrný, těžký, drahý a kromě toho vykazuje poměrně malou životnost.

Jeden ze základních nových požadavků, tj. samočinné řízení tvaru zákona výstřiku v závislosti na otáčkách motoru, neplní ani jeden ani druhý ze zmíněných druhů vstřikovacích čerpadel. Zkouškami je prokázáno, že při jmenovitých otáčkách a dodávkách paliva lze zkrácením délky (doby) výstřiku při současném zmenšení předstihu vstřiku výrazně zlepšit všechny parametry motoru, včetně sníženi kouřivosti, toxičnosti výfukových plynů, špičkových spalovacích tlaků i hlučnosti spalování. Toho lze dosáhnout použitím většího průměru pístů ve vstřikovacím čerpadle a zvětšením rychlosti pohybu těchto pístů. U takovéhoto vstřikovacího čerpadla se v oblasti nízkých otáček zkracuje délka výstřiku více než-li na polovinu hodnoty, kterou vykazuje vstřikovací čerpadlo při jmenovitých otáčkách. Takováto příliš krátká délka výstřiku však podstatně zhoršuje parametry motoru v oblasti nízkých otáček, zejména zvyšuje tvrdost spalování, Částečného zlepšení se dociluje přesunutím výstřiku blíže k horní úvrati, což uznámých vstřikovacích čerpadel zajištuje zpravidla hydraulický regulátor předstih vstřiku a u řadových čerpadel dříve zmíněný odstředivý regulátor předstihu vstřiku.

Výrazného zlepšení všech parametrů motoru v celém otáčkovém režimu motoru lze však docílit takovým samočinným řízením zákona výstřiku, při kterém s klesajícími otáčkami se optimální délka (doba) výstřiku, odpovídající jmenovitým otáčkám, a konec výstřiku, vyjádřený ve stupnicích otočení klikového hřídele motoru před horní úvratí motorového čisti, nemění.

Cílem vynálezu je vytvořit vstřikovací čerpadlo,které slučuje výhody známých vstřikovacích čerpadel s rozdělovačem paliva i známých řadových vstřikovacích čerpadel a navíc umožňuje jednoduchým způsobem samočinně řídit optimální délku (dobu) výstřiku v celém otáčkovém režimu motoru, a to bez potřeby hydraulického nebo odstředivého regulátoru předstihu vstřiku.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že válcový rozdělovač je od vačkového hřídele poháněn soukolím a s převodem v poměru 1:2 do pomala a ke střednímu čepu odstředivého výkonnostního regulátoru doléhá spodní rameno výkyvné dvojramenná páky, jejíž horní konec je jednak táhlem sklouben s pákou, nasazenou na hřídeli nesoucím tvarovanou kulisu, jejíhož obvodu se dotýká seřizovači šroub, zašroubovaný do nosu, vytvořeného na regulační tyčí, jednak táhlem je sklouben pákou, nasazenou na otočném šoupátku, uloženém těsně v tělese, kde protíná kolmo k němu vedený kanál, jehož horní konec je trubkou napojen na výtlačnou trubku, vedoucí od vstřikovací jednotky~k válcovému rozdělovači a spodní konec ústi do dutiny ve skříni.

Jiným význakem pak je, že v myšleném průměru kanálu jsou šoupátkem vytvořeny paralelní rovinné ploohy, propojené na jedné straně s obvodovou drážkou.

197 482

Např. pro čtyřválcový naftový motor má vstřikovací čerpadlo jednu vstřikovací jednotku známé konstrukce, používané u řadových čerpadel, poháněnou vačkou se čtyřmi palci. Píst vstřikovacího čerpadla zajištuje při jeho natáčení konstantní začátek a proměnlivý konec výtlaku. Palivo, vytlačované touto jednotkou, je do jednotlivých výtlačných trubek a vstřikovačů rozdělováno jednoduchým válcovým rozdělovačem.

Aby se dosáhlo dokonalého hydraulického vyvážení válcového rozdělovače, což je základní podmínkou jeho dlouhé životnosti a provozní spolehlivosti, je rozdělovač poháněn od vačkového hřídele převodem 1:2 do pomala.

Vstřikavací čerpadlo je vybaveno výkonnostním regulátorem známé konstrukce, zpřevodovaným do rybhla, aby jeho rozměry byly co nejmenší. Od výkonnostního regulátoru, jehož střední čep se při změně otáček plynule posouvá, je známým způsobem odvozena regulace dodávky paliva, přičemž je maximální vysunutí regulační tyče vstřikovacího čerpadla v závislosti na otáčkách samočinně řízení kulisou, jejíž pohyb je odvozen od středního čepu regulátoru.

Na výtlačné potrubí mezi vstřikovací jednotkou a válcovým rozdělovačem je napojeno šoupátko, jehož natáčivý pohyb je rovněž odvozen od středního čepu regulátoru.

S klesajícími otáčkami odkrývá toto šoupátko stále větší úrůřez pro částečný odtok paliva ze zmíněného výtlačného potrubí do skříně vstřikovacího čerpadla. Tvar dříve zmíněné kulisy je takový, že s klesajícími otáčkami dochází k současnému pootáčení pístu směrem rostoucích vytlačovaných dávek paliva, a to tak, aby při zvětšujícím se průtočném průřezu ve zmíněném šoupátku dosahovaly vstřikované dávky paliva do motoru požadovaných hodnot. Touto paralelní činností kulisy a šoupátka se při klesajících otáčkách dosahuje opožďování začátku výstřikua zvětšování délky (doby) výstřiku.

Činnost kulisy i šoupátka lze tak vzájemné sladit, aby se při změně otáček v celém otáčkovém režimu motoru konec výstřiku vzhledem k horní úvratí motorového pístu téměř neměnil.

Příklad provedení vstřikovacího čerpadla podle vynálezu je schematicky znázorněn na připojených výkresech, kde obr. 1 znázorňuje podélný řez vstřikovacím čerpadlem pro čtyřválcový motor, obr. la pohled na vačku v axiálním směru vačkového hřídele; obr. 2 zvětšený osový řez válcovým rozdělovačem; obr. 2a osový pohled na válcový rozdělovač; obr. 2b, 2c a 2d pak řezy yálcovým rozdělovačem; obr. 3 zvětšený pohled na šoupátko v částečném osovém řezu; obr. 3a a 3b pohled na detaily šoupátka.

Ve skříni 1 je uložen píst 2, poháněný od vačkového hřídele 3 s čtyřpalcovou vačkou 31 a natáčený známým mechanizmem od regulační tyče 4 .

Nad plstem 2 je ve skříni £ uložen obyčejný zpětný ventil 5, kuželovitý nebo kuličkový, zatížený pružinou 501.

Ve skříni £ je dále uložen výkonnostní regulátor 6 známé konstrukce, s neznázorněnými radiálně posuvnými, výkyvnými, popřípadě kulovitými závažími, poháněný od

197 483 vačkového hřídele 3 do rychlá ozubenými koly 32 a 82 .

Střední čep 601 regulátoru 6 působí na spodní konec dvojramenné páky 401. otočné na čepu 402. excentricky vytvořeném na hřídeli 403. uloženém otočně ve skříni 1 a opatřeném vně skříně ovládací pákou 404. Horní konec dvojramenné páky 401 působí prostřednictvím pružiny 405 na táhlo 406 , spojené s regulační tyčí

4.

Regulační tyč 4 vybíhá v nos 408, do nějž je zašroubován seřizovači šroub 409, dotýkajíc! se obvodu natáčivé tvarované kulisy 8. nasazené pevně na hřídeli 801, uloženém ve skříni _1, k němuž je připojeno rameno páky 802. skloubené táhlem 803 s horním koncem dvojramenné páky .804, otočné na čepu, uloženém ve skříni 1. Spodní rameno dvojramenné páky 804 je pružinkou 805. připevněnou jedním koncem k táhlu 803 a druhým ke skříni £, stále dotlačováno ke konci středního čepu 601 regulátoru 6 , čímž sleduje jeho pohyb při změně otáček vstřikovacího čerpadla.

K hornímu konci dvojramenné páky 804 je dále táhlem 903 přikloubena páka 902, pevně nasazená na otočném šoupátku 901, uloženém těsné v tělese 9 , umístěném v horní části skříně £, Kanál 904 v tělese 9, jdoucí kolmo k ose šoupátka 901 je horním koncem spojen potrubím 905 s výtlačnou trubkou 503. spojující výtlačný kanál 502 vstřikovací jednotky s tělesem 7 válcového rozdělovače.

Spodní konec kanálu 904 ústi do vnitřního prostoru ve vstřikovacím čerpadlo, jak je patrno na obr. 1.

Těleso 7 válcového rozdělovače, uložené ve skříni £, má osu rovnoběžnou s osou vačkového hřídele 3. Válcový rozdělovač 701 těsně a otočně uložený v tělese 7, nese na svém vnějším konci ozubené kolo 702, zabirajíci do ozubeného kola 33 na vačkovém hřídeli 3 . Převod z vačkového hřídele 3 na válcový rozdělovač je 1:2 do pomala, takže se válcový rozdělovač 701 otáčí polovičními otáčkami než-li vačkový hřídel 3 .

Válcový rozdělovač 701 má asi uprostřed délky vytvořenou po celém obvodu

Z drážkou 703. do níž ústí kanál 704 - viz obr. 2d - k němuž je připojena výtlačná trubka 503, vedouc! od výtlačného kanálu 502 vstřikovací jednotky.

U vstřikovacího čerpadla pro čtyřválcový motor je po každé straně obvodové drážky 703 ve válcovém rozdělovači 701 vytvořeno po jednom radiálním průchozím kanálu 705 a 706. jež jsou navzájem pootočeny o 45°» a propojeny s obvodovou drážkou šikmo vrtanými kanály 707, resp. 708. Při otáčení válcového rozdělovače 701 se radiální průchozí kanál 705 odkrývá postupně proti kanálům 709 a 710, vyvrtaném v tělese 7, k nimž jsou připojeny výtlačné trubky 709* a 710.* vedoucí ke dvěma neznázorněným známým vstřikovačům. Kanály 709 a 710 jsou proti sobě potočeny o 90°, jak je patrno na obr. 2b.

197 483

Analogicky při otáčeni válcového rozdělovače 701 se průchozí kanál 706 odkrývá postupně proti kanálům 711 a 712, vyvrtaným v tělese 7, k nimž jsou připojeny dalši dvě výtlačné trubky 711' a 712'- viz obr. 1, 2a, 2c - vedoucí k dalším dvěma neznázorněným vstřlkovačům. Kanály 711 a 712 jsou proti sobě pootočeny o 90° a rovněž o 90° jsou pootočeny vzhledem ke kanálům 709 a 710-.

Vzájemná vazba vačkového hřídele 3 a válcového rozdělovače 701 je taková, že při každém výtlačném zdvihu pístu 2 - obt. 1 - je jeden z radiálních průchozích kanálů 708 , resp. 706. odkryt proti jednomu z kanálů 709. 710. 711, 712.

Otočné šoupátko 901 je těsně a přitom otočně uleženo v tělese 9. Na jednom jeho konci je k němu připojena výkyvná páka 902; skloubená s táhlem 903. Proti kanálu 904 - obr. 3 a 3a - jsou na otočném šoupátku 901 vytvořeny dvě rovnoběžné plochy 906 a 907» končící na jedné straně v obvodové drážce 908, vytvořené po celém obvodu otočného šoupátka 901«

Palivo se přivádí do vstřikovacího čerpadla potrubím 11 a kanálem 12 vstupuje do praoovnlho prostoru nad píst 2 . Tímtéž kanálem 12 se přebytek paliva z pracovního prostoru odvádí. Známé činnosti vstřikovací jednotky nejsou zde podrobně popisovány. Změna velikosti vytlačenovaného množství paliva se provádí natáčením pístu 2 posuvem regulační tyče 4 . Přitom se začátek výtlaku paliva nemění a konec výtlaku nastává tím později, čímž se dopravuje větší dávka paliva.

Za jednu otáčku vačkového hřídele 3 vykoná píst 2 čtyři výtlačné zdvihy, nebol vačka 31 má čtyři palce. Při výtlačném zdvihu pistu 2 je palivo z prostoru nad pístem 2 vytlačováno přes zpětný ventil 5 výtlačným kanálem 502 a k němu připojeným výtlačným potrubím 503 do tělesa 7 válcového rozdělovače, kde proudí kanálem 704 - obr. 2, 2a, 2b, 2c, 2d - do drážky 703 a odtud jednou z dvojic kanálů 707 a 705. resp. 708 a 706 do jednoho z kanálů 709, 710. resp. 712.

711, proti němuž je právě odkryt jeden z kanálů 705. resp. 706. Vzhledem k popsané vazbě mezi vačkovým hřídelem 3 s čtyřpalcovou vačkou 31 a válcovému rozdělovači 701 dojde za jednu otáčku vačkového hřídele 3 k postupným čtyřem výtlakům paliva, a to např. v pořadí do kanálů 709. 712. 710 a 711. Připojenými výtlačnými trubkami 709f 712^ 710* a 711* - obr. 1, 2a - je pak palivo dále vytlačováno do jednotlivých vstřikovačů.

Při každém výtlačném zdvihu pístu 2, se podle natočení otočného šoupátka 901. nebo menši část vytlačovaného paliva odvádí potrubím 905 - obr. 1, obr. 3 - do horní části kanálu 904 v tělese 9 otočného šoupátka 901. kde proudí mezerou pod rovnoběžnou plochou 907 do spodní části kanálu 904 a odtud do dutiny ve skříni K Tím dojde po krátkém běhu vstřikovacího čerpadla k úplnému vyplnění všech dutin ve skříni 1 a přebytek stálo přibývajícího paliva se odvádí kanálem 13 ve skříni 1 a .k němu připojeným potrubím 14 do neznázorněné palivové nádrže^ Palivo, protéká197 483 jioí takto dutinami ve skříni 1, maže veškeré mechanismy vstřikovacího čerpadla, chladl je a současně kontinuálně odvádí vznikající otěry.

Výkonnostní odstředivý regulátor 6 s posuvným středním čepem 60l. kolem čepu 402 výkyvná dvojramenná páka 401, pružina 405 a táhlo 408, připojené k regulační tyči 4, zajištují výkonnostní regulaci motoru. Pro tuto regulaci je charakteristické, že každé poloze ovládací páky 404, nasazené na hřídeli 403, odpovídá určitý malý rozsah otáček, v němž regulátor samočinně přizpůsobuje velikost vstřikovaných dávek paliva okamžitému zatížení motoru. Přincip výkonnostního regulátoru je dobře znám a není zde proto blíže popisován.

Při jmenovitých otáčkách a jmenovitém výkonu motoru dopravuje vstřikovací čerpadlo jmenovitou dodávku paliva. Poloha celého mechanismu regulátoru za této situace je nakreslena na obr. 1. Pružina 405 dotlačuje horní konec dvojramenné páky 401 k hlavici 407. vytvořené na konci táhla 406. Seřizovači šroub 409 je nastaven tak, že se lehce dotýká obvodu kulisy 8 . Otočné šoupátko 901 je ták natočeno, že umožňuje jen zcela nepatrný, popřípadě vůbec žádný odtok paliva z potrubí 905 do dutiny ve skříni χ.

Začnou-li otáčky vstřikovacího čerpadla klesat, při nezměněné poloze ovládači páky 404, posouvá so střední čep 601 výkonnostního regulátoru 6 vlivem úbytku odstředivých sil, směrem od vstřikovací jednotky. Tento pohyb sleduji obě dvojramenné páky 401 a 804. VliVem velkého pákového převodu dvojramenné páky 401 asi 1:4 - začné se pružina 405 horním koncem dvojramenné páky 401 stlačovat a přitlačovat více seřizovači šroub 409 ke kulise 8. Působením dvojramenné páky 804 se současně natáčí jak kulisa 8, tak i otočné šoupátko 901. Natáčením otočného šoupátka 901 se v něm zvětšuje průtočný průřez, takže větší množství paliva z výtlačné trubky odtéká kanálem 904 do dutiny veu.skříni 1. Aby přitom neklesala velikost dodávek paliva vstřikovaných do motoru, je obvod kulisy 8, tvorován tak, že při jejím zmíněném nátačení dochází současně k posunu regulační tyče 4 směrem rostoucích dávek paliva. Popsaným současným natáčením šoupátka 901 a posuvém regulační tyče 4 dochází při klesajících otáčkách, při přibližně se neměnící velikosti vstřikovaných dávek paliva, k opožďování začátku výstřiku při současném prodlužování délky (doby) výstřiku tak, že konec výstřiku zůstává přibližně nezměněn.

údobí každého účinného výtlaku paliva nachází se palivo o vysokém tlaku jednak v obvodové drážce 703 na válcovém rozdělovači 701, jednak v průchozích kanálech 705 a 706. Tím, že jsou tyto kanály průchozí, nevzniká na válcový rozdělovač 701 žádná radiální sila pocházející od tlaku paliva, takže je válcový rozdělovač 701 dokonale tlakově vyvážen. Tato úprava průchozích kanálů 705 a 706 je umožněna tím, že je válcový rozdělovač 701 poháněn od vačkového hřídele převodem 1:2 do pomala. Dokonalé tlakové vyvážení válcového rozdělovače 701 umožňuje jeho lehké otáčení a zaručuje jeho provozní spolehlivost a vysokou životnost.

197 483

Konec výtlaku paliva nastává poté, co regulační hrana 21 na pístu 2 odkryje kanál 12. V pracovním prostoru nad pístem 2 klesá prudce tlak, takže přetlakem paliva ve výtlačné trubce 503 a působením pružiny 501 se zpětný ventil 5 uzavře. Palivo, stlačené ve výtlačné trubce 503. v kanálech válcového rozdělovače 701 a v příslušné výtlačné trubce vedoucí od válcového rozdělovače 701 ke vstřikovači, expanduje odkrytým průřezem v otočném šoupátku 901 tak dlouho, až klesne na hodnotu tlaku v dutině skříně χ, který se přibližně rovná tlaku atmosférickému.

Na vyobrazeních je schematicky nakresleno vstřikovací čerpadlo pro čtyřválcový motor. Analogicky lze vytvořit vstřikovací čerpadlo této koncepce pro motory s menším i větším počtem válců. Např. pro šestiválcový motor má vstřikovací čerpadlo dvě vstřikovací jednotky s třlpalcovými vačkami a jeden, popřípadě dva, válcové rozdělovače. Tato koncepce je vhodná i pro motory s vidlicovým uspořádáním válců. Např. pro osmiválcový motor má vstřikovací čerpadlo dvě vstřikovací jednotky s čtyřpalcovými vačkami a pro každou řadu motorových válců po jednom válcovém rozdělovači.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1, Vstřikovací čerpadlo, zejména pro vozidlové naftové motory, s nejméně jednou vstřikovací jednotkou, jejíž píst je prostřednictvím pístového zvedáku poháněn vícepalcovou vačkou a pro změnu velikosti dodávky natáčen regulační tyčí, a z nejméně jedním válcovým rozdělovačem, poháněným od vačkového hřídele, který současně pohání odstředivý výkonnostní regulátor, vyznačujíoí se tím, že válcový rozdělovač (701) je od vačkového hřídele (3) poháněn soukolím tvořeným ozubeným kolem (33) a ozubeným kolem (702) s převodem v poměru 1:2 do pomala a ke střednímu čepu (601) odstředivého výkonnostního regulátoru (6) doléhá spodní rameno výkyvné dvojramenné páky (804), jejíž horní konec je jednak táhlem (803) sklouben s pákou (802) nasazenou na hřídeli (801) nesoucím tvarovanou kulisu (8), jejíhož obvodu se dotýká seřizovači šroub (409), zašroubovaný do nosu (408) vytvořeného na regulační tyči (4), jednak táhlem (903) je sklouben s pákou (902) nasazenou na otočném šoupátku (901), uloženém těsně v tělese (9), kde protíná kolmo k němu vedený kanál (904), jehož horní konec je potrubím (905) napojen na výtlačnou trubku (503), vedoucí od vstřikovací jednotky k válcovému rozdělovači (701) a spodní koneo ústí do dutiny ve skříni (1).
2. 2. Vstřikovací čerpadlo podle bodu 1, vyznačující se tím, že v myšleném průmětu kanálu (904) na otočném šoupátku (901) jsou vytvořeny rovnoběžné rovinné plochy (906) a (907) , propojené na jedné straně s obvodovou drážkou (908).