CZ20011136A3 - Injektor pro vstřikování paliva ve vstřikovacím systému s vysokotlakým zásobníkem paliva - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká injektoru pro vstřikování paliva ve vstřikovacím systému s vysokotlakým zásobníkem paliva spalovacího motoru, který má těleso injektoru se vstupem paliva, spojené s centrálním vysokotlakým zásobníkem paliva vně tělesa injektoru a s tlakovou komorou uvnitř tělesa injektoru, z něhož je vstřikováno palivo pod vysokým tlakem v závislosti na poloze řídicího ventilu, který je určen k tomu, aby jehla axiálně vratně pohyblivá v podélném otvoru injektoru byla nadzdvihávána od sedla proti síle pružiny uložené v úložné komoře, když je tlak v tlakové komoře větší než tlak, v řídicí komoře, která je vstupním škrticím ústrojím spojena se vstupem paliva.

Dosavadní stav techniky

Ve vstřikovacích systémech, označovaných jako vstřikovací systémy common-rail, dopravuje vysokotlaké čerpadlo palivo do centrálního vysokotlakého zásobníku paliva, označovaného jako common-rail. Z vysokotlakého zásobníku paliva vedou vysokotlaká potrubí k jednotlivým injektorům, které jsou přiřazeny válcům motoru. Injektory jsou elektronickou jednotkou motoru ovládány jednotlivě. Ve vysokotlakém zásobníku paliva a v řídicím ventilu panuje stejný vysoký tlak. Když je řídicí ventil otevřen, nadzdvihne se jehla proti předpínací síle pružiny od svého sedla a palivo pod vysokým tlakem se vstřikuje do spalovacího prostoru.

• · · · · · ·· ·· ·· • · · ··· ·· • ··· · ···· · · .·

U známých injektorů, jako například ve spise DE 197 24 637 Al, jsou v trysce použity relativně dlouhé jehly. Při provozu působí na tyto jehly v důsledku vysokých tlaků a rychle se střídajícího zatížení velmi vysoké síly. Tyto síly způsobují, že jehly se v podélném směru prodlužují a stlačují. To má opět za následek, že zdvih jehly trysky se mění v závislosti na silách, které na ně působí.

Úkolem vynálezu je vytvořit injektor pro vstřikovací systémy, s vysokotlakým zásobníkem paliva, který při použití běžných vstřikovacích trysek umožní podstatně větší rychlosti pohybu jehly trysky. Kromě toho by měl mít injektor podle vynálezu jednoduchou konstrukci a měl by být levně vyrobitelný.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje injektor pro vstřikování paliva ve vstřikovacím systému s vysokotlakým zásobníkem paliva spalovacího motoru, který má těleso injektorů se vstupem paliva, spojené s centrálním vysokotlakým zásobníkem paliva vně tělesa injektorů a silákovou komorou uvnitř tělesa injektorů, z něhož je vstřikováno palivo pod vysokým tlakem v závislosti na poloze řídicího ventilu, který je určen k tomu, aby jehla axiálně vratně pohyblivá v podélném otvoru injektorů byla nadzdvihávána od sedla proti síle pružiny uložené v úložné komoře, když je tlak v tlakové komoře větší než tlak v řídicí komoře, která je vstupním škrticím ústrojím spojena se vstupem paliva, podle vynálezu, jehož podstatou je, že řídicí komora je tvořena prostorem ve tvaru válce, v němž je s těsnicím účinkem posuvně uložen řídicí čep vytvořený na konci jehly vzdáleném od spalovacího prostoru, přičemž úložná komora je uspořádána v oblasti konce jehly vzdáleného od spalovacího prostoru vně řídicí komory.

• · ·· · ·

V úvahu rovněž připadá umístit pružinu v řídicí komoře. Přitom by však tento způsob uspořádání pružiny mohl nepříznivě působit na funkci injektoru. Aby se dosáhlo akceptovatelných rychlostí pohybu jehly při zavírání, bylo by zapotřebí, aby pružina měla vysokou tuhost, což ovšem vyžaduje umístění pružiny ve velkém prostoru. Tím by se však zvětšil objem řídicí komory a činnost injektoru by se zhoršila. Tím by bylo nepříznivě ovlivněno stanovení okamžiku vstřikování a délka vstřikování. Dále by se zvětšil potřebný řídicí průtok, takže celková účinnost by se snížila a existovalo by nebezpečí nadměrného ohřevu paliva.

Řešení podle vynálezu má však tu výhodu, že řídicí komora a úložná komora pro pružinu mohou být zkombinovány na konci jehly vzdáleném od spalovacího prostoru, aniž by objem řídicí komory závisel na objemu prostoru, v němž je umístěna pružina. Proto je možné vytvořit pružinu s vysokou tuhostí, která zaručí dobré zavírání jehlou. Tím je možno přesně stanovit dobu vstřikování a okamžik vstřikování. Injektorem podle vynálezu je možno při otevření a zavření uskutečnit rychlosti pohybu jehly, které jsou větší než 1 m/s. Vzhledem k řídicímu čepu posuvně uloženému v řídicí komoře může být průměr jehly zvolen libovolně. Vzájemným oddělením funkčního rozměru, který může být například 3 mm, a výrobního rozměru, který může být například 4 mm, se výrobní náklady sníží.

Podle zvláštního provedení vynálezu ústí vstup paliva do úložné komory, přičemž na jehle je mezi úložnou komorou a tlakovou komorou vytvořeno alespoň jedno zploštění. Tímto zploštěním se vytvoří průtočné spojení mezi úložnou komorou a tlakovou komorou, kterým může proudit palivo určené ke vstřikování ze vstupu paliva do tlakové komory. Spojovací otvor do tlakové komory, který je upraven u známých injektorů, proto může odpadnout.

Podle dalšího zvláštního provedení vynálezu je řídicí komora vytvořena v dílu ventilu, který má středový odtokový otvor paliva s odtokovým škrticím ústrojím a sedlem ventilu. Středovým odtokovým otvorem paliva se vytvoří spojení mezi řídicí komorou a odlehčovacím prostorem. Sedlo ventilu spolupracuje s řídicím členem dvoucestného dvoupolohového ventilu, který řídí průběh vstřikování injektoru podle vynálezu.

Podle dalšího zvláštního provedení vynálezu je vstupní škrticí ústrojí integrováno do jehly. Vstupní škrticí ústrojí může mít formu otvoru nebo drážky. Z výrobních a/nebo cenových důvodů se dává přednost jednomu nebo druhému provedení.

Podle dalšího zvláštního provedení vynálezu je vstupní škrticí ústrojí uspořádáno ve středovém otvoru v jehle, který je radiálním otvorem spojen s úložnou komorou.

Podle dalšího zvláštního provedení vynálezu je jehla vedena řídicím čepem. V důsledku použití funkčního principu podle vynálezu nedochází v neovládaném stavu k žádnému prosakování ve vedení, což představuje další podstatnou výhodu řešení podle vynálezu.

Podle dalšího zvláštního provedení vynálezu je jehla ventilu vedena na svém konci bližším ke spalovacímu prostoru. Toto přídavné vedení jehly zvyšuje zajištění činnosti a životnost injektoru.

Podle ještě dalšího zvláštního provedení vynálezu je na jehle vytvořeno osazení, které tvoří doraz pro pružinový talíř. Pružinový talíř tvoří operu pružiny a současně vymezuje zdvih jehly. Volbou vhodné tloušťky pružinového talíře je možno nastavit jak předpínací sílu pružiny, tak i zdvih jehly.

• ···

Přehled obrázků na výkresech

Další výhody, znaky a podrobnosti vynálezu vyplynou z následujícího popisu, v němž jsou s odkazem na přiložené výkresy podrobně popsány různé příklady provedení vynálezu. Přitom znaky uvedené v nárocích a v popisu mohou být z hlediska vynálezu podstatnými buď jednotlivě nebo v libovolné kombinaci. Přitom na výkresech — obr. 1 znázorňuje v podélném řezu první příkladné provedení injektorů podle vynálezu se vstupním škrticím ústrojím v díle ventilu, obr.

druhé příkladné provedení v podélném řezu podle vynálezu se vstupním škrticím ústrojím v jehle, příkladné podélném řezu třetí drážkou v jehle, řezu čtvrté příkladné drážkou a odděleným vedením jehly.

provedení provedení inj ektoru injektorů injektorů

Příklady provedení vynálezu

Injektor podle prvního příkladného provedení podle vynálezu, znázorněný v podélném řezu na obr. 1, obsahuje těleso X injektorů. Těleso 1 injektorů obsahuje těleso 2 trysky, které svým dolním volným koncem zasahuje do spalovacího prostoru spalovacího motoru, do něhož je vstřikováno palivo. Těleso 2 trysky je svou horní čelní plochou vzdálenou od spalovacího prostoru prostřednictvím upínací matice 5. axiálně upnuto k přidržovacímu tělesu 4. Uvnitř přidržovacího tělesa 4 je vytvořen obvodový výstupek 26. Na tento obvodový výstupek 26 dosedá díl 3 ventilu svým nákružkem.

V tělese 2 trysky je vytvořen axiální podélný otvor 6.. V tomto podélném otvoru 6 je axiálně posuvně vedena jehla 8.. Na špičce 9

jehly £ je vytvořena těsnicí plocha, která spolupracuje se sedlem trysky, vytvořeným na tělese 2 trysky. Když špička 9 jehly 8. dosedá svou těsnicí plochou na sedlo, je vstřikovací otvor 10 v tělese 2 trysky uzavřen. Když se špička 9 jehly 8. od sedla nadzdvihne, dojde ke vstříknutí paliva pod vysokým tlakem vstřikovacím otvorem 10 do spalovacího prostoru spalovacího motoru.

Počínaje špičkou 9 má jehla 8 tři oblasti s různými průměry c£, d.2 a dj. Průměr d.2 je největší a průměry d]_ a d.3. jsou u znázorněného příkladného provedení stejně velké, avšak mohou mít i různou velikost. Konec jehly 8. vzdálený od spalovacího prostoru, který má průměr d.3, tvoří řídicí čep 12, který je veden axiálně posuvně ve středovém otvoru 14 v díle 3. ventilu.

Středový otvor 14 a čelní plocha řídicího čepu 12 jehly 8 vzdálená od spalovacího prostoru ohraničují řídicí komoru 15. Řídicí komora 15 je odtokovým otvorem 16 paliva spojena s (neznázorněným) odlehčovacím prostorem. V odtokovém otvoru £6 paliva je upraveno odtokové škrticí ústrojí 17. Pomocí členu £8 řídicího ventilu může být odtokový otvor 16 paliva otevřen nebo uzavřen.

Vstupním škrticím ústrojím 19 může proudit palivo do řídicí komory 15. Vstupní škrticí ústrojí 19 spojuje řídicí komoru 15 s úložnou komorou 20. v níž je uložena pružina 21. Úložná komora 20 je spojena se vstupem 24 paliva, kterým se do úložné komory 20. přivádí palivo pod vysokým tlakem z (neznázorněného) potrubí. Pružina 21 se svým jedním koncem opírá o obvodový výstupek 26. přidržovacího tělesa 4 a svým druhým koncem o pružinový talíř 22.. Předpínací síla pružiny 21 se přenáší z pružinového talíře 22 na jehlu 8.. Za tím účelem je na jehle 8. mezi řídicím čepem 12 s průměrem d.3 a oblastí jehly 18 s průměrem d.2 vytvořeno osazení 23.

·· · ·♦ · ♦ · · · ·· • · · ··· · · • ··· · · ♦·· · ·

V oblasti jehly 8. s průměrem d₂ je vytvořeno zploštění 2.5. Toto zploštění 25 tvoří spojení mezi úložnou komorou 20 a tlakovou komorou 27. která tvoří zásobník paliva. Když je odtokový otvor 1.6 paliva členem 18 řídicího ventilu uzavřen, panuje v řídicí komoře 15 i v tlakové komoře 27 stejný tlak jako v tlakovém zásobníku paliva. Předpínací síla pružiny 21 potom slouží k tomu, aby špička 9 jehly 8. zůstala dosednuta do příslušného sedla v tělese 2 trysky. V této poloze jehly £ ke vstřikování nedochází.

Když člen 18 řídicího ventilu otevře odtokový otvor 16 paliva, poklesne tlak v řídicí komoře 15. V tlakové komoře 27 panuje i nadále tlak stejný jako ve vysokotlakém zásobníku paliva. Tím se způsobí, že jehla 8. se svou špičkou 9 nadzdvihne od sedla a palivo může být vstřikováno do spalovacího prostoru spalovacího motoru. Když člen 18 řídicího ventilu opět uzavře odtokový otvor 16 paliva, tlak v řídicí komoře 15 stoupne, což způsobí dosednutí špičky 9 jehly

8. do sedla.

Díl 3. ventilu a člen 18 řídicího ventilu tvoří servoventil. Tento servoventil může být proveden jako jednočinný nebo dvojčinný ventil. Jako ovladač může být použit magnet nebo piezoelektrický ovladač. U příkladného provedení, znázorněného na obr. 1, se vstupní škrticí ústrojí 19 nachází v díle 3. ventilu. Z výrobních a cenových důvodů však může být vstupní škrticí ústrojí 19 vytvořeno i v jiné součásti, například v jehle 8.. Důležité přitom je, aby se pružina 21 nacházela mimo řídicí komoru 15. Předpínací síla, popřípadě zdvih, může být nastavena tloušťkou pružinového talíře 22. Místo jednoho zploštění 25 je možno na jehle 8. provést i více zploštění. Průtokový průřez vytvořenými těmito zploštěními je stejný jako průřez vstupního otvoru známé trysky.

·· ····

Když nedochází ke vstřikování, je jehla 8 tlakem paliva ve vysokotlakém zásobníku tlačena do sedla. Součet sil vytvořených řídicí komorou 15 a pružinou 21 způsobuje zatlačení jehly 8 do sedla. Vstřikování se zahájí odlehčením tlaku v řídicí komoře 15. Jehla 8. se nadzdvihne od sedla a na konci svého zdvihu dosedne pružinovým talířem 22 na díl 3. ventilu. Rychlost otevírání a uzavírání se při pevném poměru odtok/vstup určí průřezem řídicího Čepu 12, jehož objem působí jako přídavný zdroj (při otevírání) nebo jímka (při zavírání). Aby se výslednice sil mezi sedlem pro jehlu 8. a řídicím čepem 12 neposunula do jedné strany, musel by se u známých vstřikovacích systémů s vysokotlakým zásobníkem paliva s tlačnou tyčí průměr jehly zmenšit z hodnoty 4 mm na asi 3 až 3,5 mm. Problematická je přitom snadnost výroby a cena. Výhoda vynálezu spočívá v tom, že hydraulicky účinný průměr je nezávislý na geometricky předem daném průměru jehly 8.. Jakmile člen 1 8 řídicího ventilu opět uzavře odtokový otvor 16 paliva, stoupne tlak v řídicí komoře 15 a jehla 8. opět dosedne do sedla.

Příkladné provedení, znázorněné na obr. 2, odpovídá prakticky prvnímu příkladnému provedení, znázorněnému na obr. 1. Pro zjednodušení jsou stejné díly označeny stejnými vztahovými značkami. Aby se kromě toho zabránilo opakování, výslovně se poukazuje na výše uvedený popis prvního příkladného provedení. V následujícím textu budou popsány pouze rozdíly mezi oběma příkladnými provedeními. Stejně bude postupováno při popisu příkladných provedení, znázorněných na obr. 3 a 4.

U druhého příkladného provedení, znázorněného na obr. 2, není vstupní škrticí ústrojí 29 uspořádáno v díle 1 ventilu, nýbrž v jehle 8..

Palivo pod vysokým tlakem proudí radiálním otvorem 31 a axiálním středovým otvorem 30 opatřeným vstupním škrticím ústrojím 29 do řídicí komory 15.

·· «··· • · • ···

U příkladného provedení, znázorněného na obr. 3, má vstupní škrticí ústrojí formu axiální drážky 35 vytvořené na řídicím čepu 12.. Touto axiální drážkou 35 proudí palivo pod vysokým tlakem z oblasti zploštění 25 na jehle 8. do řídicí komory 15.

U příkladného provedení, znázorněného na obr. 4, je na rozdíl od předcházejícího třetího příkladného provedení vytvořeno přídavné vedení 38 na konci jehly 8. bližším ke spalovacímu prostoru. Průtočné spojení z tlakové komory 27 ke špičce 9 jehly zajišťuje více zploštění 39.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Injektor pro vstřikování paliva ve vstřikovacím systému s vysokotlakým zásobníkem paliva spalovacího motoru, který má těleso (1) injektoru se vstupem (24) paliva, spojené s centrálním vysokotlakým zásobníkem paliva vně tělesa (1) injektoru a s tlakovou komorou (27) uvnitř tělesa (1) injektoru, z něhož je vstřikováno palivo pod vysokým tlakem v závislosti na poloze řídicího ventilu (18), který je určen k tomu, aby jehla (8) axiálně vratně pohyblivá v podélném otvoru (6) injektoru byla nadzdvihávána od sedla proti síle pružiny (21) uložené v úložné komoře (20), když je tlak v tlakové komoře (27) větší než tlak v řídicí komoře (15), která je vstupním škrticím ústrojím (19) spojena se vstupem (24) paliva, vyznačující se tím, že řídicí komora (15) je tvořena prostorem ve tvaru válce, v němž je s těsnicím účinkem posuvně uložen řídicí čep (12) vytvořený na konci jehly (8) vzdáleném od spalovacího prostoru, přičemž úložná komora (20) je uspořádána v oblasti konce jehly (8) vzdáleného od spalovacího prostoru vně řídicí komory (15).
2. 2. Injektor podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstup (24) paliva ústí do úložné komory (20), přičemž na jehle (8) je mezi úložnou komorou (20) a tlakovou komorou (27) vytvořeno alespoň jedno zploštění (25).
3. 3. Injektor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že řídicí komora (15) je vytvořena v dílu (3) ventilu, který má středový odtokový otvor (16) paliva s odtokovým škrticím ústrojím (17) a sedlem ventilu.
4. 4. Injektor podle nároku 3, vyznačující se tím, že vstupní škrticí ústrojí (19) je tvořeno otvorem v dílu (3) ventilu, který spojuje řídicí komoru (15) s úložnou komorou (20).

   • ·
5. 5. Injektor podle nároku 3, vyznačující se tím, že vstupní škrticí ústrojí (30, 31, 35) je integrováno do jehly (8).
6. 6. Injektor podle nároku 5, vyznačující se tím, že vstupní škrticí ústrojí (29) je uspořádáno ve středovém otvoru (30) v jehle (8), který je radiálním otvorem (31) spojen s úložnou komorou (20).
7. 7. Injektor podle nároku 5, vyznačující se tím, že vstupní škrticí ústrojí je tvořeno axiální drážkou (35) probíhající v podélném směru jehly (8), vytvořenou na řídicím čepu (12).
8. 8. Injektor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že jehla (8) je vedena řídicím čepem (12).
9. 9. Injektor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že jehla (8) je vedena na svém konci (38) bližším ke spalovacímu prostoru.
10. 10. Injektor podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že na jehle (8) je vytvořeno osazení (23), které tvoří doraz pro pružinový talíř (22).