CS203507B1 - Akumulační vstřikovací zařízení vznětového motoru - Google Patents

Description

Vynález se týká akumulačního vstřikovacího zařízení vznětového motoru, skládajícího se z vysokotlakého pístového čerpadla, jehož píst je do výtlaku poháněn vačkou a vracen pístovou pružinou a jehož pracovní prostor je plněn palivem dopravovaným podávacím čerpadlem přes čistič paliva potrubím do plnicího kanálu, odkrývaného v dolní úvrati pístem, nad nímž je uspořádán zpětný ventil, dále z vysokotlakého potrubí spojujícího vysokotlaké pístové čerpadlo s tlakovým akumulátorem, umístěným co nejblíže u vstřikovače se zavřenou tryskou známého provedení, a z rozváděče šoupátkového nebo ventilového typu, elektromagneticky ovládaného a opatřeného odpadním potrubím.

K docílení minimálního obsahu škodlivin ve výfukových plynech vznětových motorů, stejně jako ke zlepšení ekonomie přeměny energie, je třeba vstřikovat palivo do spalovacího prostoru s podstatně vyššími vstřikovacími tlaky nežli je u dnešních motorů běžné a zejména řídit předstih vstřiku popřípadě i průběh výstřiku tak, aby byly za všech provozních podmínek motoru vytvořeny optimální podmínky pro spalování paliva.

U známých provedení popřípadě návrhů vstřikovacího zařízení se vysokých vstři2 kovacích tlaků dosahuje obvykle dvěma způsoby. U prvého způsobu se používá víceválcového vysokotlakého čerpadla, dopravujícího palivo o vysokém tlaku do tlakového akumulátoru, v němž je tlak paliva udržován na potřebné výši redukčním ventilem, kterým odchází přebytek paliva zpět do palivové nádrže. Tlakový akumulátor, společný pro všechny vstřikovače víceválcového motoru, je spojen se vstřikovací vysokotlakými trubkami. Začátek výstřiku a jeho trvání jsou řízeny elektromagneticky řízeným ventilem nebo šoupátkem, umístěným v každém vstřikovaní.

U druhého způsobu se k docílení vysokého vstřikovacího tlaku používá tlakového multiplikátoru, k němuž se palivo přivádí obvykle elektromagneticky řízeným ventilem od vysokotlakého zubového čerpadla. Působením relativně nízkého tlaku paliva, dopravovaného tímto čerpadlem, na plochu většího pístu multiplikátoru vzniká velká síla působící na píst o menším průměru, kterým se stlačuje palivo na vysoký vstřikovací tlak. Pracovní prostor menšího pístu je plněn palivem dopravovaným obvykle druhým zubovým čerpadlem.

Nevýhodou těchto vstřikovacích systémů je, že jsou značně složité, prostorově náročné a hlavně, že vyžadují velký příkon potřebný k pohonu buď víceválcového vysokotlakého čerpadla popřípadě zmíněných zubových čerpadel, což nepříznivě snižuje mechanickou účinnost motoru. Příčinou vysokého příkonu uvedených zařízení je, že se vysoká, přibližně konstantní tlaková hladina paliva v tlakovém akumulátoru udržuje ať už pístovým či zubovým čerpadlem nejen v průběhu vlastních výstřiků paliva do motoru, ale trvale, tedy i v údobích mezi jednotlivými výstřiky, která jsou podstatně delší nežli vlastní výstřik paliva.

Vynález si klade za úkol vytvořit jednoduché, provozně spolehlivé a prostorově nenáročné vystřikovací zařízení, které by při nízkém potřebném příkonu umožňovalo vstřikování paliva s vysokými vstřikovacími tlaky.

Tento úkol je podle vynálezu vyřešen tím, že mezí tlakový akumulátor, spojený vysokotlakým potrubím s vysokotlakým pístovým čerpadlem, jehož píst je prostřednictvím pístového zvedáku a jeho kladky v kontaktu s povrchem vačky, a vstřikovač je vřazen rozváděč, opatřený prostředky k alternativnímu propojování tlakového akumulátoru, výtlačného kanálu vstřikovače a odpadního potrubí.

Podle dalšího význaku jsou základní kružnice vačky a její vrcholová kružnice o větším poloměru a soustředné se základní kružnicí propojeny plynulými oblouky s co největšími poloměry křivosti, přičemž se vrcholová kružnice rozprostírá v rozmezí 15° až 60° otočení vačky.

Jiným význakem je, že píst vstřikovacího čerpadla je hladký, zalapovaný ve svém vedení a jeho čelo odkrývá v dolní úvrati nejméně jeden radiální plnicí kanál, spojený plnicím potrubím s čističem paliva a podávacím čerpadlem, přičemž mezi pracovní prostor nad pístem a vysokotlaké potrubí je zařazen zpětný ventil, tlačený pružinou do svého sedla směrem k pracovnímu prostoru a pracovní prostor je s prostorem nad zpětným ventilem propojen škrticím kanálkem.

Dalším význakem je, že výtlačný kanál ve vstřikovací je propojen rozváděčem s tlakovým akumulátorem při současném odpojení odpadního potrubí od výtlačného kanálu i od tlakového akumulátoru v údobí, kdy se kladka pístového zvedáku dotýká povrchu vačky v rozmezí její vrcholové kružnice.

Posledním význakem je, že odpadní potrubí spojuje rozváděč s palivovou nádrží.

Hlavní výhodou akumulačního vstřikovacího zařízení podle vynálezu je, že díky velkým poloměrům křivosti na vačce, může vysokotlaké čerpadlo velmi jednoduché konstrukce při celkově malých rozměrech a vysoké životnosti pracovat s vysokými tlaky dopravovaného paliva.

Další základní výhodou je, že k pohonu vysokotlakého čerpadla je třeba jen malého příkonu, ve srovnání s dříve uvedenými známými konstrukcemi, neboť se před vlastním výstřikem paliva z trysky stlačuje na vysoký tlak vždy pouze takový objem paliva v tlakovém akumulátoru u každého vstřikovače, kterému odpovídá maximální cyklová dodávka, požadovaná motorem.

Další výhodou je, že vlastní tlakový akumulátor představuje v podstatě prostou tlakovou nádobu bez jakýchkoliv pojistných či regulačních orgánů, které by mohly být zdrojem poruch.

Akumulační vstřikovací zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na připojeném obrázku.

Píst 11 vysokotlakého pístového čerpadla 1 je do výtlaku poháněn vačkou 12, hnanou od nenakresleného motoru ozubenými koly, řetězem, popřípadě ozubeným řemenem. Po povrchu vačky 12 se odvaluje kladka 131 pístového zvedáku 13. Zpětný pohyb pístu 11 obstarává pístová pružina 14. Povrch vačky 12 je tvořen vrcholovou kružnicí mezi body C — Do poloměru R, která přechází plynule na obou stranách oblouky mezi body C — A a D — A v bodě A na základní kružnici 121 o poloměru r.

Hladký píst 11 je těsně zalapován ve válci 15. Při své poloze v dolní úvrati a odkrývá plnicí kanál 16, spojený potrubím 31 s palivovým čističem 3.

Mezi pracovním prostorem 151 a vysokotlakým potrubím je upraven zpětný ventil 17, zatížený pružinou 171, který umožňuje průtok paliva pouze ve směru z pracovního prostoru 151 do vysokotlakého potrubí 18. Prostory nad a pod zpětným ventilem 17 jsou trvale propojeny škrticím kanálkem 172.

Nízkotlaké podávači čerpadlo 2 známého provedení je spojeno sacím potrubím 21 s palivovou nádrží 4 a potrubím 22 s čističem paliva 3.

Vysokotlaké potrubí 18 je napojeno na tlakový akumulátor 5. Mezi tlakový akumulátor 5 a vstřikovač 8 je vřazen rozváděč 6, k němuž je připojeno odpadní potrubí 7, ústící buď do palivové nádrže 4, popřípadě je připojené k sacímu potrubí 21.

Rozváděč 6, obsahující nejméně jedno šoupátko popřípadě ventil, řízené nejméně jedním elektromagnetem (posledně jmenované součásti nejsou na obrázku detailně znázorněny) přivedením elektrického proudu popřípadě jeho přerušením, bud propojuje tlakový akumulátor 5 s výtlačným kanálem 81 vstřikovače 8 při současně přerušeném jejich spojení s odpadním potrubím 7, popřípadě propojuje výtlačný kanál 81 vstřikovače 8 s odpadním potrubím 7 při současně přerušeném jejich spojení s tlakovým akumulátorem 5. Přívod resp. přerušení elektrického proudu do rozváděče 6 zajišťuje nehekreslené regulační ústrojí, které není předmětem tohoto vynálezu.

Výtlačný kanál 81 ve vstřikovací 8 navazuje na kanál 82 v tělese 83 zavřené trysky známého provedení, jejíž diferenciální jehla 84, zalapovaná v tělese 83 a tlačená prostřednictvím tlačného čepu 85 předepnutou pružinou 86 do sedla 831, uzavírá přístup paliva k výstřikovým otvorům 832, ústícím do spalovacího prostoru nenakresleného motoru. Prostor 87, v němž je uložena pružina 86, je utěsněn proti vnějšímu okolí.

Na obrázku je vačka 12 nakreslena v poloze, kdy se píst 11 nachází v dolní úvrati. Čelo pístu 11 odkrývá plnicí kanál, čímž je pracovní prostor 151 plněn palivem, nasávaným podávacím čerpadlem 2 sacím potrubím 21 z palivové nádrže 4 a tlačeným potrubím 22 přes čistič paliva 3 a dále potrubím 31, spojeným s plnicím kanálem 16. Nenakreslený přepouštěcí ventil, upravený například v podávacím čerpadle 2 udržuje přibližně konstantní tlak paliva dopravovaného podávacím čerpadlem 2. Tento tlak zpravidla nepřekračuje hodnotu několika desetin MPa.

Při otáčení vačky 12 ve smyslu naznačeném šipkou P se odvaluje kladka 131 pístového zvedáku 13 po jejím povrchu z bodu A směrem k bodu C. Při dotyku kladky 131 s bodem B je čelo pístu 11 v poloze b, při níž se přeruší spojení pracovního prostoru 151 s plnicím kanálem 16. Při dalším otáčení vačky 12 se vytlačuje palivo z pracovního prostoru 151 přes zpětný ventil 17 do vysokotlakého potrubí 18, kterým je vedeno do uzavřeného tlakového akumulátoru 5, v němž se stlačuje.

Při dalším otáčení vačky 121 z bodu C do bodu D, kdy se kladka 131 odvaluje po vrcholové kružnici o poloměru R, je píst 11 v klidu v horní úvrati c, d, a zpětný ventil 17 sedí ve svém sedle. V tomto údobí dojde působením elektrického proudu přivedeného z nenakresleného regulačního ústrojí do rozváděče 6, k propojení výtlačného kanálu 81 vstřikovače 8 s tlakovým akumulátorem 5. Proto palivo, stlačené ve vysokotlakém potrubí 18 a v akumulátoru 5, expanduje vysokotlakým kanálem 81 a kanálem 82 pod jehlu 84, kde tlakem na její diferenciální plochu jehlu 84 zvedne ze sedla 831 proti tlaku předepnuté pružiny 86 a proti tlaku paliva uzavřeného v prostoru 87 vstřikovače 8, a proudí výstřikovými otvory 832 trysky do spalovacího prostoru nenakresleného motoru. Zvednutím jehly 84 se zvýší tlak paliva, uzavřeného v prostoru 87.

V průběhu popsané expanze paliva z výstřikových otvorů 832 klesá tlak paliva v tlakovém akumulátoru 5, ve výtlačném kanálu 81, v kanálu 82 i ve vysokotlakém potrubí 18. Dalším impulzem elektrického proudu, vedeného z nenakresleného regulačního ústrojí do rozváděče 6, dojde ještě přéd tím nežli kladka 131 dosáhne bodu D na vačce 12, k propojení výtlačného kanálu 81 popřípadě i akumulátoru 5 s odpadním potrubím 7. Od tohoto okamžiku klesá prudce tlak paliva ve výtlačném kanálu 81, v kanále 82, popřípadě i v akumulátoru 5 a výtlačném potrubí 18.

Jakmile tlak paliva v prostoru pod zalepovanou částí jehly 84 klesne na zavírací tlak trysky, vrátí se jehla 84 působením předepnuté pružiny 86 a tlaku paliva v uzavřeném prostoru 87 do sedla 831, čímž se ukončí výstřik paliva z výstřikových otvorů 832 trysky. Tlak paliva ve výtlačném kanálu 81, v kanálu 82 a v prostoru pod zalapovanou částí jehly 84, popřípadě i v akumulátoru 5 a výtlačném potrubí 8, klesne na nízký popřípadě až na atmosferický tlak a na této hodnotě zůstane až do následujícího výstřlku. Propojení výtlačného kanálu 81 s odpadním potrubím umožní také v údobí mezi jednotlivými výstřiky expanzi paliva z prostoru 87 vůlí kolem zalapované jehly 84.

Velikost cyklová dodávky paliva vystřikovaného výstřikovými otvory 832 se řídí velikostí doby, po kterou je propojen výtlačný kanál 81 s tlakovým akumulátorem 5. Delší době tohoto propojení odpovídá větší cyklová dodávka a naopak.

Začátek výstřiku paliva z výstřikových otvorů 832, čili také předstih vstřiku je určen okamžikem propojení výtlačného kanálu 81 s tlakovým akumulátorem 5.

Předstih vstřiku a velikost cyklové dodávky paliva mohou tedy být řízeny rozváděčem 6 působením nenakresleného regulačního ústrojí, vysílajícího do rozváděče 6 elektrické impulzy, jimiž jsou uváděny do činnosti prostředky k propojování akumulátoru 5, výtlačného kanálu 81 a odpadního potrubí 7. Toto regulační ústrojí může proto optimalizovat zmíněné základní parametry výstřiku s ohledem na otáčky motoru a jeho zatížení, popřípadě s ohledem na další veličiny jako jsou například kouřivost motoru, teplota výfukových plynů, průběh spalovacího tlaku v motoru, obsah škodlivin ve výfukových plynech a podobně.

Po překročení bodu D na vačce 12 se kladka 131 odvaluje po oblouku mezi body D, A působením pístové pružiny 14. Přitom se píst 11 snižuje a zvětšuje nad sebou objem pracovního prostoru 151, kde nastane prudký pokles tlaku až na tlak nasycených par paliva. Po překročení bodu E na vačce 12 kladkou 131, snižuje se čelo pístu 11 pod polohu e a odkrývá plnicí kanál 16, kterým se naplní pracovní prostor 151 novým palivem, dopravovaným sem podávacím čerpadlem 2. V údobí valení kladky 131 z bodu E do bodu B na vačce 12 dojde proto k úplnému vyplnění pracovního prostoru 151 palivem a k vyrovnání tlaku paliva v tomto prostoru, a vlivem škrticího kanálu 172 i ve vysokotlakém potrubí 18 a v tlakovém akumulátoru 5, na vždy stejnou výši, určenou nenakresleným přepouštěcím ventilem, upraveným například v podávacím čerpadle 2.

PŘEDMĚT

Claims (5)

1. PŘEDMĚT

   1. Akumulační vstřikovací zařízení vznětového motoru, skládající se z vysokotlakého pístového čerpadla, jehož píst je do výtlaku poháněn vačkou a vracen pístovou pružinou a jehož pracovní prostor je plněn palivem dopravovaným podávacím čerpadlem přes čistič paliva a potrubím do plnicího kanálu odkrývaného v dolní úvrati pístem, nad nímž je uspořádán zpětný ventil, dále z vysokotlakého potrubí spojujícího vysokotlaké pístové čerpadlo s tlakovým akumulátorem, umístěným co nejblíže u vstřikovače se zavřenou tryskou a konečně z rozváděče šoupátkového nebo ventilového typu, elektromagneticky ovládaného a opatřeného odpadním potrubím, vyznačující se tím, že mezi tlakový akumulátor (5), spojený vysokotlakým potrubím (18) s vysokotlakým pístovým čerpadlem (lj, jehož píst (11) je prostřednictvím pístového zvedáku (13) a jeho kladky (131) v kontaktu s povrchem vačky (12), a vstřikovač (8) je vřazen rozváděč (6), opatřený prostředky k alternativnímu propojování tlakového akumulátoru (5), výtlačného kanálu (81) vstřikovače (8) a odpadního potrubí (7).
2. 2. Akumulační vstřikovací zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že základní kružnice (121) vačky (12) a její vrcholová kružnice, která má větší poloměr než základní kružnice (121) a je s ní soustředná, jsou propojeny plynulými oblouky s

   VYNALEZU maximálně možnými poloměry křivosti, přičemž vrcholová kružnice je vytvořena v rozmezí 15° až 60° otočení vačky (12).
3. 3. Akumulační vstřikovací zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že píst (11) vysokotlakého čerpadla (1) je hladký, zalapovaný ve svém vedení (15] a jeho čelo (111] odkrývá v dolní úvrati (a) nejméně jeden radiální plnicí kanál (16), spojený plnicím potrubím (31) s čističem paliva (3) a podávacím čerpadlem (2), přičemž mezi pracovní prostor (151) nad pístem (11) a vysokotlaké potrubí (18) je zařazen zpětný ventil (17), tlačený pružinou (171) do svého sedla směrem k pracovnímu prostoru (151) a pracovní prostor (151) je s prostorem nad zpětným ventilem (17) propojen škrticím kanálkem (172).
4. 4. Akumulační vstřikovací zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že výtlačný kanál (81) ve vstřikovací (8) je propojen rozváděčem (6j s tlakovým akumulátorem (5) při současném odpojení odpadního potrubí (7) od výtlačného kanálu (81) i od tlakového akumulátoru (5) v údobí, kdy se kladka (131) pístového zvedáku (13) dotýká povrchu vačky (12) v rozmezí její vrcholové kružnice.
5. 5. Akumulační vstřikovací zařízení podle bodů 1 až 4 vyznačující se tím, že odpadní potrubí (7) spojuje rozváděč (6) s palivovou nádrží (4).

   1 list výkresů

   Severografia, n. p., závod 7, Most