CZ20004776A3 - Vstřikovací zařízení paliva pro spalovací motory - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vstřikovacího zařízení paliva pro spalovací motory, s vždy jedním čerpadlem paliva pro každý válec spalovacího motoru, se vstřikovacím ventilem paliva a s potrubím spojujícím vstřikovací ventil paliva s čerpadlem paliva, přičemž na čerpadle paliva je uspořádán elektricky ovládaný řídicí ventil, kterým je řízeno spojení vysokotlaké strany čerpadla paliva s odlehčovačím prostorem, přičemž vstřikovací ventil paliva obsahuje řídicí člen, kterým je řízen alespoň jeden vstřikovací otvor, a který obsahuje osazení ohraničující tlakovou komoru, a přičemž tlaková komora je spojena s potrubím a řídicí člen je pro otevření alespoň jednoho vstřikovacího otvoru nadzvednutelný proti uzavírací síle od sedla ventilu palivem, které je pod tlakem, přiváděným čerpadlem paliva do tlakové komory.

Dosavadní stav techniky

Takové vstřikovací zařízení paliva je známé z odborné literatury, například z publikace Fachbuch Dieselmotor-Management, 2. vydání, nakladatelství Vieweg, str. 299. Toto vstřikovací zařízení paliva má pro každý válec spalovacího motoru vždy jedno čerpadlo paliva, jeden vstřikovací ventil paliva a potrubí, které spojuje vstřikovací ventil paliva s čerpadlem paliva. Na čerpadle paliva je uspořádán elektricky ovládaný řídicí ventil, kterým je řízeno spojení vysokotlaké strany čerpadla paliva s odlehčovačím prostorem. Vstřikovací ventil paliva obsahuje, jak je běžně známo, řídicí člen, který ovládá alespoň jeden vstřikovací otvor, a který obsahuje

• · ···«··· • ·· · · * · · · · ··· osazení ohraničující tlakovou komoru, přičemž tlaková komora je spojena s potrubím a řídicí člen je pro otevření alespoň jednoho vstřikovacího otvoru nadzvednutelný proti uzavírací síle od sedla ventilu palivem, které je pod tlakem, přiváděným čerpadlem paliva do tlakové komory. Řídicím ventilem je možno řídit okamžik a dobu trvání otevření vstřikovacího ventilu paliva, přičemž okamžik otevření se určí tak, že řídicím ventilem se vysokotlaká strana čerpadla paliva oddělí od odlehčovacího prostoru, a proto na vstřikovací ventil paliva působí vysoký tlak vytvářený v čerpadle paliva. Pro uzavření vstřikovacího ventilu paliva se řídicím ventilem otevře vysokotlaká strana čerpadla paliva a spojí $ odlehěovacím prostorem, takže ve vstřikovacím ventilu paliva již nepůsobí vysoký tlak, který by způsobil otevření vstřikovacího ventilu paliva. Řídicí ventil je potrubím oddělen a je uspořádán od vstřikovacího ventilu paliva relativně daleko, takže při otevření spojení vysokotlaké strany čerpadla paliva s odlehčovacím prostorem tlak v tlakové komoře vstřikovacího ventilu paliva klesne se zpožděním a vstřikovací ventil paliva se uzavře rovněž se zpožděním, takže okamžik uzavření a tím i doba otevření otvoru vstřikovacího ventilu paliva mohou být stanoveny jen nepřesně. Krátkodobé otevření vstřikovacího ventilu paliva pro předběžné vstříknutí proto může být realizováno v důsledku zpožděné změny tlaku ve vstřikovacím ventilu paliva jen obtížně. Ovlivňování průběhu otvíracího zdvihu řídicího členu vstřikovacího ventilu paliva, aby bylo možno dosáhnout určitého průběhu množství vstřikovaného paliva v průběhu otevření vstřikovacího ventilu paliva, je možno u známých vstřikovacích zařízení paliva realizovat rovněž obtížně.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje vstřikovací zařízení paliva pro spalovací motory, s vždy jedním čerpadlem paliva pro každý válec spalovacího motoru, se vstřikovacím ventilem paliva a s potrubím spojujícím vstřikovací ventil paliva s čerpadlem paliva, přičemž na čerpadle paliva je uspořádán elektricky ovládaný řídicí ventil, kterým je řízeno spojení vysokotlaké strany čerpadla paliva s odlehčovacím prostorem, přičemž vstřikovací ventil paliva obsahuje řídicí člen, kterým je řízen alespoň jeden vstřikovací otvor, a který obsahuje osazení ohraničující tlakovou komoru, a přičemž tlaková komora je spojena s potrubím a řídicí člen je pro otevření alespoň jednoho vstřikovacího otvoru nadzvednutelný proti uzavírací síle od sedla ventilu palivem, které je paliva do tlakové komorv. nodle

- J ' A vstřikovacího druhý řídicí nacházej ícího ventil, se ve pod tlakem, přiváděným čerpadlem wnálezn iehož podstatou ie že u uspořádán elektricky ovladatelný řízeno spojení objemu paliva s odlehčovacím paliva je kterým je vstřikovacím ventilu paliva prostorem.

Vstřikovací zařízení paliva podle vynálezu má výhodu oproti výše uvedenému známému provedení v tom, že druhým řídicím ventilem je zajištěno uzavření vstřikovacího ventilu paliva bez zpoždění. Tímto druhým řídicím ventilem je kromě toho možné dosáhnout krátké doby otevření vstřikovacího ventilu paliva, jaké je například zapotřebí pro předběžné vstříknutí. Navíc je možno tímto druhým řídicím ventilem ovlivňovat otevírací zdvih řídicího členu.

V závislých nárocích jsou uvedena výhodná provedení vstřikovacího zařízení paliva podle vynálezu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr.

znázorňuje schematicky • 9 vstřikovací zařízení paliva a obr. 2 ve zvětšeném měřítku v podélném řezu vstřikovací ventil paliva vstřikovacího zařízení paliva.

Příklady provedení vynálezu

Vstřikovací zařízení paliva pro spalovací motory, znázorněné na obr. 1, je vytvořeno jako takzvaný systém s čerpadlem, potrubím a tryskou. Vstřikovací zařízení paliva obsahuje pro každý válec spalovacího motoru vždy jedno čerpadlo 10 paliva, jeden vstřikovací ventil 12 paliva a jedno potrubí 14 spojující vstřikovací ventil 12 paliva s čerpadlem 10 paliva. Čerpadlo 10 paliva je poháněno například vačkou 16 vačkového hřídele spalovacího motoru. Čerpadlo 10 paliva obsahuje píst 20 těsně vedený ve válci 18. kterým se při jeho zdvihovém pohybu vyvolaném vačkou 16 stlačuje palivo ve válci v

18. Čerpadlo 10 paliva je napájeno neznázorněným způsobem, například prostřednictvím dopravního čerpadla, palivem ze zásobní nádrže, tvořící takzvaný odlehčovací prostor 22.

Na čerpadle 10 paliva je uspořádán první řídicí ventil 24. kterým je řízeno spojení vysokotlaké strany čerpadla 10 paliva s odlehčovacím prostorem 22. Jako odlehčovací prostor 22 může sloužit buď zásobní nádrž paliva nebo prostor, který je s ní spojen. První řídicí ventil 24 je ovladatelný elektricky a je s výhodou spojen s elektrickým řídicím zařízením 26, Když je první řídicí ventil 24 uzavřen, je vysokotlaká strana čerpadla 10 paliva oddělena od odlehčovacího prostoru 22. takže v potrubí 14 a ve vstřikovacím ventilu 12 paliva panuje vysoký tlak. Když je první řídicí ventil 24 otevřen, je vysokotlaká strana čerpadla 10 paliva spojena s odlehčovacím prostorem 22 a v potrubí 14 a ve vstřikovacím ventilu 12 paliva se nemůže vytvořit vysoký tlak, protože palivo nemůže odtékat do odlehčovacího prostoru 22 otevřeným prvním řídicím ventilem 24. První řídicí ventil 24 může jako ovladač obsahovat například elektromagnet nebo piezoelektrický ovladač. Podle vynálezu je u vstřikovacího ventilu 12 paliva do potrubí 14 nebo do vstřikovacího ventiiu 12 paliva integrován elektricky ovladatelný druhý řídicí ventil 28. kterým je rovněž řízeno spojení s odlehčovacím prostorem 22. například se zásobní nádrží.

Nyní bude podle obr. 2 popsán podrobněji vstřikovací ventil 12. paliva. Tento vstřikovací ventil 12 paliva obsahuje těleso 30 ventilu, které může být provedeno jako vícedílné, a v němž je axiálně posuvně veden řídicí člen 32 ve tvaru pístu. Těleso 30 ventilu je na svém konci přivráceném ke spalovacímu prostoru válce spalovacího motoru opatřeno alespoň jedním, avšak s výhodou více, vstřikovacím otvorem 34. Řídicí člen 32 je na svém konci přivráceném ke spalovacímu prostoru opatřen těsnicí plochou 36. například ve tvaru kužele, která spolupracuje se sedlem 38 ventilu, vytvořeným v tělese 30 ventilu, z něhož vystupují nebo za nímž jsou uspořádány vstřikovací otvory 34. V tělese 30 ventilu je vytvořen prstencový prostor 42 obklopující řídicí člen 32 a spojený s tlakovou komorou 44. Řídicí člen 32 je opatřen osazením 46, které ohraničuje tlakovou komoru 44. Řídicí člen 32 dosedá na uzavírací pružinu 48. kterou je řídicí člen 32. přitlačován k sedlu 38 ventilu. V tělese 30 ventilu je vytvořen kanál 50, který vede z tlakové komory 44 podél řídicího ventilu 32 a uzavírací pružiny 48 a ústí ve vnějším plášti tělesa 30 ventilu. K ústí kanálu 50 je blíže neznázorněným způsobem připojeno potrubí 14 vedoucí od čerpadla 10 paliva.

U příkladného provedení, znázorněného na obr 2, je druhý řídicí ventil 28 uspořádán na vstřikovacím ventilu 12 paliva. V tělese 30. ventilu je vytvořen další kanál 52, spojený s kanálem 50, například u jeho ústí, který vystupuje například z kanálu 50 přibližně radiálně vůči podélné ose 13 vstřikovacího ventilu 12 paliva a potom probíhá přibližně souose s podélnou osou 13. Další kanál 52 může být tvořen

9 99 9 9 například děrami provedenými v tělese 30 ventilu. Tento další kanál 52 ústí v tělese 30 ventilu do rozšířeného prostoru 54. jehož průřez je vůči dalšímu kanáiu 52 rozšířen, přičemž další kanál 52 je ve svém ústí například přibližně kuželovité zkosen, čímž vznikne sedlo 56 ventilu. Protilehle vůči dalšímu kanálu 52 vede z rozšířeného prostoru 54 otvor 58, který je uspořádán přibližně souose s dalším kanálem 52. a jehož průřez může být buď stejný nebo větší než průřez dalšího kanálu 52.

Druhý řídicí ventil 28 obsahuje řídicí člen 60. který je axiálně posuvně veden v otvoru 58 tělesa 30 ventilu, a který svým koncem zasahuje do rozšířeného prostoru 54. Konec řídicího členu 60 zasahující do rozšířeného prostoru 54 je opatřen například kuželovitým zkosením, které tvoří těsnicí plochu 62, kterou řídicí člen 60 spolupracuje se sedlem 56 ventilu. Část řídicího členu 60. vedená v otvoru 58 může být opatřena jedním nebo více zploštěními 64 a/nebo drážkami, takže mezi řídicím členem 60 a otvorem 58 zůstává volný průřez. Na svém konci vyčnívajícím z otvoru 58 a odvráceném od rozšířeného prostoru 54 je řídicí člen 60 opatřen přírubou 66 se zvětšeným průřezem.

Na koncovou část tělesa 30 ventilu, odvrácenou od spalovacího prostoru, je nasazen uzavírací díl 68. Tento uzavírací díl 68 může být například s tělesem 30 ventilu sešroubován nebo jiným způsobem spojen. V uzavíracím dílu 68 je vytvořena komora 70. v níž je uspořádána příruba 66 řídicího členu 60. přičemž mezi touto přírubou 66 a uzavíracím dílem 68 zůstává v komoře 70 volný průřez a za tím účelem je příruba 66 opatřena jedním nebo více otvory nebo drážkami a/nebo uzavírací díl 68 je opatřen jednou nebo více drážkami. Mezi dnem 69 uzavíracího dílu 68 a přírubou 66 řídicího členu 60 je alespoň přibližně souose s řídicím členem 60 uspořádána předepjatá uzavírací pružina 72, kterou je řídicí člen 60 přitlačován k sedlu 56 • ·

ventilu. V uzavíracím dílu 68 je kromě toho uspořádán elektricky ovládaný ovladač 74. kterým je při elektrickém ovládání odtlačován

Ovladač 74 může být vytvořen například jako elektromagnet, přičemž v uzavíracím dílu 68 je uspořádána cívka 73 a jako magnetická kotva slouží příruba 66 řídicího členu 60. Řídicí člen 60 nebo alespoň jeho příruba 66 jsou přitom provedeny z feromagnetického materiálu. Když cívkou 73 elektromagnetu protéká proud, vytváří se tím magnetické pole, kterým je příruba 66 přitahována k cívce 73. čímž se řídicí člen 60 nadzvedne od sedla 56 ventilu. Magnetická síla působící na přírubu 66 řídicího členu 60 je závislá na intenzitě proudu protékajícího cívkou 73, takže změnou intenzity proudu může být ovlivňována magnetická síla působící na přírubu 66 řídicího členu 60. a tudíž i poloha řídicího členu 60. Uzavíracím dílem 6_8. jsou vedena elektrická vedení 75 pro spojení ovladače 74 s řídicím zařízením 26. kterým je ovladač 74 ovládán. Ovladač 74 může být v uzavíracím dílu 68 zalit v izolační zalévací hmota 76. Maximální zdvih řídicího členu 60 je omezen tím, že řídicí člen 60 dosedne svojí přírubou 66 na cívku 73 nebo na zalévací hmotu 76. Dno 69 uzavíracího dílu 68 je opatřeno otvorem 78. který je uspořádán alespoň přibližně souose s uzavírací pružinou 72.. Na vnější straně dna 69 uzavíracího dílu 68 je uspořádáno připojovací hrdlo 79, k němuž je připojeno potrubí 80 vedoucí k odlehčovacímu prostoru 22. například k zásobní nádrži.

Místo elektromagnetu může být jako ovladač 74 použit i piezoelektrický ovladač. Tento piezoelektrický ovladač mění při připojení elektrického napětí svoji délku, čímž může být ovlivňována přestavovací síla způsobující pohyb řídicího členu 60 od sedla 56 ventilu. Piezoelektrický ovladač může působit na řídicí člen 60 buď přímo nebo s výhodou prostřednictvím hydraulického převodu, kterým se relativně malá změna délky piezoelektrického ovladače

• · • · s	9	99 •	99 · · 9	99 9
9	•	• ·
• · ·	9 9	•	9 9	9		9
• ·	9	•	9 9	9	•	•
999 9		• 9	9 9	• ·		• · ·

zvětší. Změnou velikosti napětí připojeného k piezoelektrickému ovladači je možno plynule nastavovat změnu délky piezoelektrického ovladače.

Nyní bude popsán způsob činnosti vstřikovacího ventilu 12 paliva a druhého řídicího ventilu 28.. Když je uzavřen první řídicí ventil 24, vytvoří se čerpadlem 10 paliva v potrubí 14, a proto i ve vstřikovacím ventilu 12 paliva, vysoký tlak. Když je uzavřen druhý řídicí ventil 28, to znamená, když jeho řídicí člen 60. dosedá svou těsnicí plochou 62 na sedlo 56 ventilu, působí vysoký tlak potrubí 14 prostřednictvím kanálu 50 i v tlakové komoře 44. Tlak panující v tlakové komoře 44 působí na osazení 46 řídicího členu 32. a když je tento tlak dostatečně vysoký, způsobí se jím nadzvednutí řídicího členu 32 proti síle uzavírací pružiny 48 od sedla 38 ventilu a tím otevření vstřikovacích otvorů 34, kterými se do spalovacího prostoru vstřikuje palivo. Pro ukončení vstřikování se otevře druhý řídicí ventil 28, to znamená, že jeho řídicí člen 60 se nadzvedne od sedla 56 ventilu. Kanál 50 je potom prostřednictvím dalšího kanálu 52. otevřeného sedla 56 ventilu, rozšířeného prostoru 54, průřezu zbylého mezi řídicím členem 60 a otvorem 58. jakož i prostoru 70. otvoru 78 a hrdla 79, spojen s potrubím 80 vedoucím do odlehčovacího prostoru 22, takže v tlakové komoře 44 se již nemůže vytvořit vysoký tlak, kterým by se vstřikovací ventil 12 paliva otevřel nebo udržoval v otevřeném stavu. Druhým řídicím ventilem 28 se může objem paliva nacházejícího se ve vstřikovacím ventilu 12 paliva, to znamená objem paliva, nacházejícího se v kanálu 50., v tlakové komoře 44. v prstencovém prostoru 42 a v dalším kanálu 52. přímo spojit s odlehčovacím prostorem 22. Tím je zajištěno rychlejší uzavírání a otevírání vstřikovacího ventilu 12 paliva bez zpoždění. To je výhodné zejména pro umožnění předběžného vstříknutí, při němž se krátkodobým otevřením vstřikovacího ventilu 12 paliva vstříkne jen nepatrné množství paliva.

4 4 44 4	4	44 4	4 4 4 4 4	4	44 4	4 4
4 4 4 4·	4 ·	4	* 4	4	4
• 4	4	•	4 4	4	4
··· 4		4 4	4 4		• 4	4 4

Okamžik začátku vstřikování je možno nastavit například prvním řídicím ventiiem 24 tak, že se tento první řídicí ventil 24. uzavře. Okamžik konce vstřikování se nastaví druhým řídicím ventilem 28 tak, že tento druhý řídicí ventil 28. se uzavře. První řídicí ventil 24 se otevře buď současně s druhým řídicím ventilem 28 nebo krátce po něm, takže druhým řídicím ventilem 28 má odtéci jen nepatrné množství paliva a průtočné průřezy v něm mohou být provedeny relativně malé. Druhým řídicím ventilem 28 je kromě toho možné ovlivňovat při otevřeném vstřikovacím ventilu 12 paliva v závislosti na čase množství vstřikovaného paliva. To se provádí tím, že řídicím členem 60 se uvolní průtočný průřez mezi jeho těsnicí plochou 62 a sedlem 56 ventilu, který je závislý na velikosti zdvihu řídicího členu 60.. Může se udělat například takové opatření, že na začátku vstřikování se druhý řídicí ventil 28 otevře jen trochu, přičemž řídicí člen 60 neprovede svůj celý zdvih, nýbrž jen dílčí zdvih. Toho lze dosáhnout vhodným ovládáním ovladače 74. to znamená menší intenzitou proudu, když je ovladač 74 vytvořen jako elektromagnet, nebo menším napětím, když je ovladač 74 vytvořena jako piezoelektrický ovladač. V tomto případě může otevřeným druhým řídicím ventilem 28 proudit do odlehčovacího prostoru 22 malé množství paliva, takže tlak panující v tlakové komoře 44 vstřikovacího ventilu 12 paliva je nižší než maximální tlak při uzavřeném druhém řídicím ventilu 28. takže vstřikování paliva vstřikovacími otvory 34 se provádí s menším tlakem a s odpovídajícím menším množstvím. V dalším průběhu vstřikování se může druhý řídicí ventil 28 uzavřít, takže v tlakové komoře 44 bude panovat maximální tlak a vstřikování se provede s maximálním množství paliva. Takový průběh vstřikovaného množství paliva s redukovaným množstvím na začátku vstřikování je rovněž označován jako „boot-injection“ (výhodné vstřikování).

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Vstřikovací zařízení paliva pro spalovací motory, s vždy jedním čerpadlem (10) paliva pro každý válec spalovacího motoru, se vstřikovacím ventilem (12) paliva a s potrubím (14) spojujícím vstřikovací ventil (12) paliva s čerpadlem (10) paliva, přičemž na čerpadle (10) paliva je uspořádán elektricky ovládaný řídicí ventil (24), kterým je řízeno spojení vysokotlaké strany čerpadla (10) paliva s odlehčovacím prostorem (22), přičemž vstřikovací ventil (12) paliva obsahuje řídicí člen (32), kterým je řízen alespoň jeden vstřikovací otvor (34), a který obsahuje osazení (46) ohraničující tlakovou komoru (44), a přičemž tlaková komora (44) je spojena s potrubím (14) a řídicí člen (32) je pro otevření alespoň jednoho vstřikovacího otvoru (34) nadzvednutelný proti uzavírací síle od sedla (38) ventilu palivem, které je pod tlakem, přiváděným čerpadlem (10) paliva do tlakové komory (44), vyznačující se tím, že u vstřikovacího ventilu (12) paliva je uspořádán elektricky ovladatelný druhý řídicí ventil (28), kterým je řízeno spojení objemu paliva nacházejícího se ve vstřikovacím ventilu (12) paliva s odlehčovacím prostorem (22).
2. 2. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhý řídicí ventil (28) je uspořádán v potrubí (14).
3. 3. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhý řídicí ventil (28) je uspořádán na vstřikovacím ventilu (12) paliva.
4. 4. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 3, vyznačující se tím, že vstřikovací ventil (12) paliva obsahuje těleso (30) ventilu, v němž je vytvořen alespoň jeden kanál (50) pro spojení tlakové • · komory (44) s potrubím (14), přičemž druhým řídicím ventilem (28) je řízeno spojení kanálu (50) s odlehčovacím prostorem (22).
5. 5. Vstřikovací zařízení paliva podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že druhým řídicím ventilem (28) jsou nastavitelné různě velké průtočné průřezy ve spojení s odlehčovacím prostorem (22).
6. 6. Vstřikovací zařízení paliva podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že druhý řídicí ventil (28) obsahuje elektromagnetický ovladač (74).
7. 7. Vstřikovací zařízení paliva podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že druhý řídicí ventil (28) obsahuje piezoelektrický ovladač (74).
8. 8. Vstřikovací zařízení paliva podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že začátek vstřikování je určen okamžikem uzavření prvního řídicího ventilu (24) a konec vstřikování je určen okamžikem otevření druhého řídicího ventilu (28).
9. 9. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 8, vyznačující se tím, že na konci vstřikování se první řídicí ventil (24) otevře současně s druhým řídicím ventilem (28) nebo krátce po něm.