CS261858B2 - Injection pump for internal combustion engine - Google Patents

Description

Vynález se týká vstřikovacích čerpadel pro motory s vnitrním spalováním, opatřených ústrojím pro regulování okamžiku vytlačování paliva z čerpadla ke vstřikovací trysce. Vynález se zejména týká vstřikovacího čerpadla obsahujícího přívodní komoru na palivo, která může být plněna palivem přes přívodní otvory, a která má objem proměnlivý posunem výtlačného pístu v této komoře, přičemž tento píst je opatřen hlavou se šroubovitou příčnou plochou, je vratně pohyblivý po přímkové dráze mezi polohou dolní úvratě a horní úvratě, a je uzpůsoben pro uzavírání přívodních otvorů na začátku každého zdvihu к horní úvrati.

Jsou známa čerpadla tohoto typu, vybavená ústrojím umožňujícím seřizovat okamžik vytlačování paliva ke vstřikovací trysce. Tato ústrojí obsahují v zásadě akumulační komoru pro nashromáždění předem určeného množství paliva vytlačeného pístem po uzavření přívodních otvorů. V této komoře je kluzně uložen píst, který postupně ustupuje tak, jak se výtlačný píst posouvá dopředu, čímž je bráněno, aby se v této akumulační komoře vytvořil tlak dostatečný к otevření výstupní klapky čerpadla. К tomu dochází teprve tehdy, když píst akumulační _e komory dosáhl své krajní zasunuté polohy. Aby okamžik vytlačování paliva ke vstřikovací trysce byl seřiditelný, je třeba, aby krajní poloha pístu byla měnitelná.

Regulační ústrojí pro dosažení měnitelnosti této polohy je složité a náročné na prostor. Složitost ještě více vzrůstá tehdy, musili regulace být závislá na určitých parametrech motoru.

Uvedené nedostatky odstraňuje vynález, jehož podstatou je vstřikovací čerpadlo pro motor s vnitřním spalováním, obsahující přívodní komoru paliva opatřenou přívodními otvory a mající proměnlivý objem posunem pístu v této komoře, přičemž píst je opatřen šroubovitým vybráním pro přerušení výtlaku, je vratně pohyblivý po přímkové dráze mezi dolní úvrati a horní úvrati a je uzpůsoben pro uzavírání přívodních otvorů na začátku každého zdvihu směřujícího к horní úvrati, a regulační ústrojí pro regulování okamžiku výtlaku paliva z čerpadla ke vstřikovací trysce, které se podle vynálezu vyznačuje tím, že regulační ústrojí je tvořeno obtokovým kanálem spojujícím přívodní komoru s prostorem spojeným se zdrojem paliva plněného do komory, volně pohyblivou klapkou uloženou na vstupu kanálu do přívodní komory pro uzavírání a otevírání tohoto kanálu, a ovládacím ústrojím pro zabraňování klapce uzavírat kanál po dobu určenou v závislosti na úhlové poloze otáčivého ústrojí motoru, přičemž smysl uzavírání klapky odpovídá smyslu toku tekutiny v obtokovém kanálu při výtlakové fázi pístu.

Podle výhodného znaku vynálezu ovládací ústrojí klapky obsahuje hydraulický obvod opatřený šoupátkovým ústrojím a elektric ký obvod obsahující snímač úhlové polohy otáčivého ústrojí motoru. Šoupátkové ústrojí může být tvořeno elektromagnetickým šoupátkem. Stejně tak může být tvořeno i piezoelektrickým šoupátkem s nejméně dvěma průchody.

Hydraulický obvod s výhodou obsahuje zdroj tekutiny tlaku nižšího než 5 . 10⁵ Pa, zejména čerpadlo nebo zásobník, a zdroj tekutiny tlaku vyššího než 100 . 10⁵ Pa, zejména čerpadlo nebo zásobník, přičemž tyto zdroje jsou střídavě spojeny vždy jeden s pracovní komorou ovládacího pístu klapky pomocí šoupátka.

Podle dalšího znaku vynálezu obsahuje ovládací ústrojí klapky solenoid nabuditelný elektrickým signálem ze snímače úhlových poloh otáčivého ústrojí motoru.

Do obvodu signálu ze snímače je s výhodou vřazeno zpožďovací ústrojí opatřené řídicí jednotkou, napojenou na snímač parametrů chodu motoru. Snímač parametrů Chodu motoru je s výhodou tvořen otáčivým ústrojím ve formě kotouče, pevně osazeného na klikovém hřídeli motoru.

Podle dalšího provedení vynálezu obsahuje ovládací ústrojí klapky přerušovací ústrojí pro udržování trvale otevřené polohy klapky v případě velmi vysokých rychlostí motoru.

Takto řešené čerpadlo umožňuje zajistit regulování okamžiku vytlačování paliva ke vstřikovací trysce při jednoduché konstrukci a bez zvláštních nároků na prostor. Čerpadlo je jednoduché, i když seřizování okamžiku vytlačování paliva musí být závislé na různých parametrech motoru.

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popise na příkladě provedení s odvoláním na připojený výkres, znázorňující axiální řez vstřikovacím čerpadlem podle vynálezu se schematickým vyznačením ovládací soustavy regulačního ústrojí.

Vstřikovací čerpadlo znázorněné na obrázku sestává v podstatě z válcovitého dutého tělesa 1, v němž je uložen s možností axiálního posuvu píst 2, opatřený hlavou se šroubovitou příčnou plochou 3. Píst 2 je posuvný uvnitř tělesa 1 vratným přímočarým pohybem, a to mezi polohou dolní úvratě a horní úvratě. Těleso 1 vymezuje nad výtlačnou plochou 4 pístu 2 přívodní komoru 5 paliva. Tato komora se plní palivem pomocí otvorů 6 ve stěně válcovitého dutého tělesa 1, umístěných v blízkosti polohy dolní úvratě pístu 2, takže jsou uzavíratelné pístem na začátku jeho vzestupného pohybu. Na obrázku je schematicky vyznačeno vypouštěcí ústrojí 7, určené к otevírání nebo uzavírání výtlačného kanálu 8 pro palivo, kterým je palivo vytlačováno z přívodní komory a tedy i ze vstřikovacího čerpadla к vstřikovací trysce. Z obrázku je dále patrné, že popsaná část čerpadla je obklopena pláštěm 9, vymezujícím vnitřní prstencovitý prostor 10_? do něhož ústí přívodní otvory 6,

Tento prostor 10 je spojen s vnějškem kanálem 11, který zajišťuje jeho plnění palivem.

Čerpadlo je opatřeno regulačním ústrojím pro regulaci okamžiku výtlaku paliva ke vstřikovací trysce výtlačným kanálem 8. Toto regulační ústrojí je v zásadě tvořeno klapkou 13 pro otevírání a uzavírání obtokového kanálu 14, určeného ke spojování přívodní komory 5 s prostorem 10. Klapka 13 je opatřena Ovládacím pístem 15, kluzně a těsně uloženým ve válcovitém vybrání 18, vytvořeném v horní části čerpadla. Část vybrání 16, která je uložena nad pístem 15, je spojena s ovládacím ústrojím 17 pracujícím na hydraulickém principu a zahrnujícím šoupátkové ústrojí 18 ve formě elektromagnetického šoupátka, umožňujícího spojit horní část vybrání 16 střídavě s nízkotlakým zdrojem 19 hydraulické kapaliny a s relativně vysokotlakým zdrojem 20 hydraulické kapaliny.

Ovládací elektrický obvod 21 elektromagnetického šoupátka zahrnuje snímač 23, zpožďovací ústrojí 24 a přerušovací ústrojí 25 pro udržování trvale otevřené polohy klapky v případě maximálních otáček, sériově zapojené. Snímač 23 spolupůsobí s prvkem 26, tvořícím součást otáčivého ústrojí 27 ve formě kotouče, spojeného s neznázorněným klikovým hřídelem. Zpožďovací ústrojí 24 slouží pro zpožďování elektrických signálů, vyvíjených snímačem 23, v závislosti na jednom nebo více parametrech motoru, jako je tlak předního vzduchu motoru, poloha ozubené tyče palivových čerpadel nebo maximální tlak spalovacího cyklu, nebo ještě rychlost motoru. Je-li snímač 23 přímo tvořen kotoučem otáčivého ústrojí 27, pevně osazeného ve formě kotouče na klikovém hřídeli motoru, pracuje jako snímač úhlové polohy motoru. Zpožďovací ústrojí 24 je opatřeno řídicí jednotkou 30, napojenou na snímač 23 parametrů chodu motoru.

Informativně může nízkotlaký zdroj 19 poskytnout kapalinu pod tlakem 0,1 až 0,5 MPa. Tlak hydraulické kapaliny poskytovaný relativně vysokotlakým zdrojem 20 může řádově dosáhnout hodnoty 2 MPa.

Nyní bude vysvětlena funkce popsaného vstřikovacího čerpadla a zejména ústrojí pro regulaci okamžiku vytlačování paliva ke vstřikovací trysce.

Při posunu pístu 2 к poloze jeho horní úvratě píst uzavírá přívodní otvory 6 a pokračuje ve svém vzestupném chodu. Během tohoto prvního údobí vzestupného chodu pístu 2 je elektromagnetické šoupátko šoupátkového ústrojí 18 v poloze, v níž kapalina pocházející z vysokotlakého zdroje 20 působí na píst 15 klapky 13. Tato klapka 13 je v důsledku toho udržována v otevřené poloze. To znamená, že přívodní komora 5 čerpadla je spojena obtokovým kanálem 14 s prostorem 10. Palivo vytlačované pístem 2 tedy uniká do prostoru 10. Tlak v přívodní komoře 5 zůstává na relativně nízké hodnotě, nedostatečné к tomu, aby se mohlo otevřít vypouštěcí ústrojí 7 ve výtlačném kanálu 8 vedoucím ke vstřikovací tiysce.

V daném okamžiku, určeném průchodem prvku 26 kotouče otáčivého ústrojí 27 před snímačem 23, je к elektromagnetickému šoupátku šoupátkového ústrojí 18 vyslán elektrický signál a šoupátko mění svou polohu. Píst 15 klapky přestává být vystaven působení kapaliny pod vysokým tlakem, pocházející ze zdroje 20, nýbrž na něj působí pouze nízkotlaká kapalina z nízkotlakého zdroje 19. Pokles tlaku nad pístem 15 má za následek uzavření klapky 13. Jelikož píst 2 pokračuje ve svém zdvihu к poloze horní úvratě, tlak v přívodní komoře 5 stoupá a vyvolává otevření vypouštěcího ústrojí 7. To znamená, že začíná vytlačování paliva ke vstřikovací trysce. Toto vytlačování končí, až se příčná šroubovitá plocha 3 dostane před přívodní otvor 6.

Klapka 13 se znovu otevírá při sestupu výtlačného pístu 2 к poloze jeho dolní uvratě, když jsou přívodní otvory 6 znovu uzavřeny, a to účinkem podtlaku takto vytvářeného v přívodní komoře 5. Toto otevírání klapky 13 při sestupu výtlačného pístu 2 přispívá к dobrému plnění přívodní komory 5 mezi výtlaky paliva. Přetlak nad pístem 15 klapky 13 potom klapku zablokovává v otevřené poloze.

Okamžik vyvinutí ovládacího elektrického signálu snímačem 23 pro ovládání elektromagnetického šoupátka šoupátkového ústrojí 18 může být zvolen relativně blízko okamžiku začátku vytlačování, určeného spolupůsobením pístu 2 a přívodních otvorů 6. Aby se potom mohl okamžik začátku vytlačování, následující po uzavření klapky 13, měnit v poměrně širokém rozpětí, stačí zavést prostřednictvím zpožďovacího ústrojí 24 zpoždění mezi okamžik vyvinutí signálu snímačem 23 a okamžik poklesu tlaku nad pístem 15 klapky 13. Toto zpoždění může být voleno v závislosti na rychlosti motoru, na tlaku předního vzduchu motoru, na poloze ozubené tyče vstřikovacího čerpadla, na maximálním tlaku spalovacího cyklu, nebo v závislosti na jakémkoli jiném parametru motoru.

Zařízení podle vynálezu může rovněž fungovat v případě maximálních zvýšených otáček motoru. Stačí v tomto případě zabránit tomu, aby tlak nad pístem 15 klapky 13 mohl poklesnout.

V případě selhání systému regulace podle vynálezu je možno systém vyřadit z provozu odpojením hydraulického obvodu od vysokotlakého zdroje 20 hydraulické kapaliny. Okamžik vytlačování paliva ke vstřikovací trysce je pak určen spolupůsobením výtlačného pístu 2 s přívodními otvory 6, takže motor pracuje s předstihem, který je samozřejmě větší a který je určován mechanicky. V takovém případě dovolují při krátkodobé zastávce mechanické prostředky tento předstih posunout zpět, čímž se zajistí, že mo- tor pokračuje v otáčení, i když je předstih fixní.

Z popisu vynálezu vyplývá, že opatření podle vynálezu dovoluje seřizovat okamžik vstřikování, nebo jinak řečeno předstih vstřikování, ve značném rozpětí hodnot, aniž by konstrukce použitých prostředků byla složitá nebo náročná na prostor. Kromě toho je výhodné, že konec vytlačování paliva je určován průchodem šroubovité plochy 3 před přívodními otvory 6, a nikoliv otevíráním klapky 13. Při otevírání klapka 13 naopak nemusí překonávat velký tlak.

Význačným znakem vynálezu je to, že pohyblivé části zařízení se pohybují pouze při nízkých tlacích, což je důležité především z hlediska proveditelnosti.

Je užitečné připomenout, že cílem seřizování okamžiku vytlačování paliva je hlavně optimalizace podmínek chodu motoru za účelem snížení měrné spotřeby regulováním maximálního tlaku cyklu seřizováním okamžiku vstřiku.

Je třeba poznamenat, že popsané a zná zorněné zařízení může být podrobeno řadě obměn, aniž by se opustila myšlenka vynálezu. Na místo elektromagnetického šoupátka je možno použít jakéhokoli vhodného prvku s více průchody, například piezoelektrického šoupátka.

Ovládací píst 15 klapky 13 nemusí být nutně uložen ve válcovitém vybrání 16 těsně. Těsnost není nezbytná, použije-li se jako hydraulické kapaliny v hydraulickém systému sestávajícího z ovládacího ústrojí 17 a tlakových zdrojů 19, 20 nafty. I v případě, kdy se v hydraulickém systému použije oleje, je možné malé netěsnosti tolerovat. Je možné též hydraulický obvod zcela vypustit a ovládat klapku přímo elektrickým signálem, například pomocí solenoidu.

Vynález se tedy neomezuje na popsané a zobrazené provedení, které slouží jako příklad. Zahrnuje všechny prostředky, které tvoří technické ekvivalenty popsaných prostředků, jakož i jejich kombinace, pokud jsou provedeny a použity v rámci myšlenky vynálezu dané definicí jeho předmětu.

Claims (9)

1. Vstřikovací čerpadlo pro motor s vnitřním spalováním, obsahující přívodní komoru paliva opatřenou přívodními otvory a mající proměnlivý objem posunem pístu v této komoře, přičemž píst je opatřen šroubovitým vybráním pro přerušení výtlaku, je vratně pohyblivý po přímkové dráze mezi dolní úvratí a horní úvratí a je uzpůsoben pro uzavírání přívodních otvorů na začátku každého zdvihu směřujícího к horní úvrati, a regulační ústrojí pro regulování okamžiku výtlaku paliva z čerpadla ke vstřikovací trysce, vyznačené tím, že regulační ústrojí je tvořeno obtokovým kanálem (14) spojujícím přívodní komoru (5) s prostorem (10) spojeným se zdrojem paliva plněného do komory, volně pohyblivou klapkou (13) uloženou na vstupu kanálu (14) do přívodní komory pro uzavírání a otevírání tohoto kanálu, a ovládacím ústrojím (17) pro zabraňování klapce uzavírat kanál po dobu určenou v závislosti na úhlové poloze otáčivého ústrojí (27) motoru, přičemž smysl uzavírání klapky (13) odpovídá smyslu toku tekutiny v obtokovém kanálu (14) při výtlakové fázi pístu (2).

2. Vstřikovací čerpadlo podle bodu 1, vyznačené tím, že ovládací ústrojí (17) klapky (13) obsahuje hydraulický obvod opatřený šoupátkovým ústrojím (18) a elektrický obvod obsahující snímač (23) úhlové polohy otáčivého ústrojí (27) motoru.

3. Vstřikovací čerpadlo podle bodu 2, vyznačené tím, že šoupátkové ústrojí (18) je tvořeno elektromagnetickým šoupátkem.

VYNALEZU

4. Vstřikovací čerpadlo podle bodu 2, vyznačené tím, že šoupátkové ústrojí (18) je tvořeno piezoelektrickým šoupátkem s nejméně dvěma průchody.

5. Vstřikovací čerpadlo podle bodu 2, vyznačené tím, že hydraulický obvod obsahuje zdroj (19) tekutiny tlaku nižšího než 5 . 10⁵ Pa, zejména čerpadlo nebo zásobník, a zdroj (20) tekutiny tlaku vyššího než 100 . 10⁵ Pa, zejména čerpadlo nebo zásobník, přičemž tyto zdroje jsou střídavě spojeny vždy jeden s pracovní komorou ovládacího pístu (15) klapky (13) pomocí šoupátka (18).

6. Vstřikovací čerpadlo podle bodu 1, vyznačené tím, že ovládací ústrojí (17) klapky (13) obsahuje solenoid nabuditelný elektrickým signálem ze snímače (23) úhlových poloh otáčivého ústrojí (27) motoru.

7. Vstřikovací čerpadlo podle kteréhokoli z předchozích bodů, vyznačené tím, že do obvodu signálu ze snímače (23) je vřazeno zpožďovací ústrojí (24) opatřené řídicí jednotkou (30), napojenou na snímač parametrů chodu motoru.

8. Vstřikovací čerpadlo podle bodu 7, vyznačené tím, že snímač parametrů chodu motoru je tvořen otáčivým ústrojím (27) ve formě kotouče, pevně osazeného na klikovém hřídeli motoru.

9. Vstřikovací čerpadlo podle bodů 1 až 8, vyznačené tím, že ovládací ústrojí (17) klapky (13) obsahuje přerušovací ústrojí (25) pro udržování trvale otevřené polohy klapky v případě velmi vysokých rychlostí motoru.