CZ20014193A3

CZ20014193A3 - Způsob a zařízení k ovlivňování průběhu vstřikovacího tlaku u vstřikovacích zařízení vozidel

Info

Publication number: CZ20014193A3
Application number: CZ20014193A
Authority: CZ
Inventors: Nestor Rodriguez-Amaya; Roger Potschin; Ulrich Projahn
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2003-04-16
Also published as: EP1368563A2; CN1527904A; US6688278B2; BR0105315A; DE10014451A1; US20020162528A1; WO2001071177A2; WO2001071177A3; JP2003528252A

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu ; vstřikovacích zařízení^

V^průběhu vstřikovacího tlaku u vozidel, zahrnující vstřikovací zařízení s čerpadlovou částí a s částí vstřikovací trysky, které jsou vzájemně spojeny přes vysokotlaké vedení a v čerpadlové části jsou umístěny řídicí ventily. Vynález se dále týká zařízení k utváření průběhu vstřikovacího tlaku.

Dosavadní stav techniky

Podle postupů používaných dosud k ovlivňování průběhu vstřikovacího tlaku během vstřikování, se objem paliva, vytlačeného pístem čerpadla v čerpadlové části tělesa injektoru, částečně odpouští í přes nepatrně pootevřený řídicí ventil. Bez otevření tohoto řídicího ventilu by vstřikovací tlak kontinuálně stoupal. Tento postup je známý pod zkratkou CCRS (Current Controlled Rate Shaping) a jako jednotky, ovládající řídicí ventily, se při něm používají zejména magnetické ventily.

U jiného řešení, známého podle dosavadního stavu techniky, je upraven magnetický ventil, který slouží pro vytváření tlaku, a další tlakový ventil, který slouží jako dodatečně zařazený ventil pouze k regulaci tlakové hladiny ve fázi vytváření tlaku (Bootphase).

Při využití řešení podle dosavadního stavu techniky je možné regulovat jen jednotlivé fáze průběhu vstřikovacího tlaku. Rozsáhlé

rozvíjení postupů k utváření průběhu vstřikovacího tlaku není na základě v podstatě kompaktní konstrukce vstřikovače možné, protože u načrtnutých řešení se na jedné straně používají magnetické ventily náročné na konstrukční prostor, na straně druhé by byly pro detailnější utváření průběhu vstřikovacího tlaku potřebné další magnetické ventily.

Podstata vynálezu

Uvedené problémy odstraňuje způsob utváření průběhu vstřikovacího tlaku u vstřikovacích zařízení r' ” .? vozidel, zahrnující vstřikovací zařízení s čerpadlovou částí a s částí vstřikovací trysky, které jsou vzájemně spojeny přes vysokotlaké potrubí a v čerpadlové části jsou umístěny řídicí ventily, podle vynálezu, jehož podstatou je, že vstřikovací parametry při fázi předvstřiku, fázi vytváření tlaku a fázi hlavního vstřiku se určují regulací řídicích ventilů ovladačem. Dále tyto problémy odstraňuje zařízení k utváření průběhu vstřikovacího tlaku u vstřikovacího zařízení, například vozidel, přičemž vstřikovací zařízení zahrnuje čerpadlovou část a část vstřikovací trysky, které jsou přes vysokotlaké vedení ve vzájemném spojení, přičemž v čerpadlové části jsou umístěny řídicí ventily, podle vynálezu, jehož podstatou je že řídicí ventily je možné nezávisle na sobě nastavovat pomocí piezoelektrického ovladače do uzavřených a/nebo částečně otevřených poloh, přičemž jednomu z řídicích ventilů je přiřazen rovnotlaký redukční ventil

U způsobu navrženého podle vynálezu a zařízení podle vynálezu je možné určovat jak trvání fáze předvstřiku, tak i trvání fáze vytváření tlaku regulací pomocí ovladače. Navíc je při použití způsobu podle vynálezu možné během fáze vytváření tlaku zadávat tlaky v různých hodnotách tlakové hladiny. Pro nastavení výšky

přípustných, mechanicky ještě zvládnutelných nejvyšších tlaků na konci fáze hlavního vstřikování to platí analogicky. Vždy podle možností zatížení mechanických komponentů lze omezení tlaku na konci fáze hlavního vstřikování přizpůsobit aktuálním poměrům použití navrhovaného způsobu. Dále je pomocí postupu, navrženého podle vynálezu, možné zajistit nastavení míry regulace, variabilně přizpůsobené poměrům použití. Vždy podle účelu použití může být průběh zmenšování tlaku předvolen tak, že časový bod konce hlavního vstřikování a začátku fáze zmenšování tlaku mohou být přizpůsobeny individuálně.

Způsobem, navrženým podle vynálezu je možné stanovit rozměry čerpadlové části vstřikovacího systému tak, že pro různé velikosti spalovacích motorů lze použít pouze jedno čerpadlo.. Například fáze vytváření tlaku, která navazuje na fázi předvstřiku, může být zahájena nezávisle na dimenzování trysky a pístu čerpadla pomocí regulace ovladače vždy podle účelu použití.

Průběh tlaku ve fázi jeho vytváření je dále nezávislý na zatížení a točivém momentu v momentálním provozním stavu spalovacího motoru a může být například přímo předvolen tak, že tlak ve fázi vytváření tlaku je přesně nad otevíracím tlakem jehly trysky, která je pohyblivě uložena ve pouzdře vstřikovače.

Další výhoda, které je možné dosáhnout pomocí způsobu podle vynálezu, spočívá v tom, že řídicí ventily se pro fázi vytváření tlaku mohou' zasouvat do těsnicího sedla. Tak je možné rozšířit tolerance zdvihu ovladače, což zlevňuje jeho výrobu, protože zajištění proti únikovým ztrátám paliva pod vysokým tlakem je zaručeno řídicím ventilem, umístěným v jeho těsnicí poloze.

Regulace řídicího ventilu pomocí piezoelektrického ovladače dovoluje upustit od magnetických ventilů náročných na montážní prostor, takže injektor může být vytvořen v mimořádně kompaktní konstrukční formě.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže objasněn na základě obrázků, na kterých znamená obr. 1 čerpadlová část vstřikovače, která je pomocí vysokotlakého vedení ve spojení s částí vstřikovací trysky vstřikovače, obr. 2 uspořádání řídicího ventilu v čerpadlové části vstřikovače, obr. 3 půdorys spojovacího prostoru, obr. 4 průběhy tlaku, respektive zdvihu na komponentech vstřikovacího systému, které působí na proces vstřikování, obr. 5 dráha zdvihu jehly trysky a průběh utváření průběhu vstřikovacího tlaku vynesené na časové ose v postavení proti sobě.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje čerpadlovou část vstřikovače, která je spojena s částí vstřikovací trysky vstřikovače, přičemž je mezi nimi vřazeno vysokotlaké vedení.

Čerpadlová část 1_ je přes vysokotlaké vedení 3_ ve spojení s částí vstřikovací trysky vstřikovače. V čerpadlové části J_je upraven čerpací prostor 4_ s pístem 5_. Vysokotlakému vedení 3. jsou přiřazeny dva řídicí ventily 8_, respektive 10, zařazené za čerpacím prostorem 4_. Na každý řídicí ventil 8_ a 10 působí jeden zásobník 12 nebo 1 3 energie, přičemž zásobníky 12 nebo 13 energie jsou sladěny na požadovanou otevírací charakteristiku obou řídicích ventilů 8_, respektive 10. Řídicí ventily 8., respektive 10 jsou spojeny s každým z tlakových prostorů s nízkou tlakovou hladinou, do kterých může být odváděno nadbytečné odpouštěné palivo. Jako takové tlakové prostory s nízkým tlakem se uplatňují například zásobní nádrže motorového vozidla.

Jednomu z řídicích ventilů 8_, respektive 10, znázorněných na obr. 1, je přiřazen rovnotlaký redukční ventil 7, který je upraven ve zpětném vedení od druhého řídicího ventilu 10 do nízkotlakého prostoru 6_, to znamená do přívodu k palivové nádrži. Alternativně je zde možné si představit, že rovnotlaký redukční ventil 7 je zařazen před řídicím ventilem 10. Tak je na základě nižšího tlakového namáhání možné vytvořit řídicí ventil 10 v jednodušší formě provedení. Na oba řídicí ventily 8_, respektive 10 působí vždy jeden separátní zásobník 12 nebo 13 energie, kterým je možné nastavovat otevírací charakteristiku prvního, popřípadě druhého řídicího ventilu 8, nebo 10. Nad oběma řídicími ventily 8_ a 10 je upraven spojovací prostor 11. Nad spojovacím prostorem 11 je upraven ovladač 9 přednostně vytvořený jako piezoelektrický ovladač s extrémně rychlými spínacími časy - kterým mohou být regulovány řídicí díly prvního, respektive druhého řídicího ventilu 8_, respektive 10. Použití piezoelektrického ovladače místo magnetických ventilů umožňuje vytvoření čerpadlové části vstřikovače vstřikovacího systému mimořádně kompaktním způsobem.

Vysokotlaké vedení 3., směřující od čerpadlové části i. k části 2 vstřikovací trysky 2, pro dopravu paliva pod vysokým tlakem, ústí do řídicího prostoru 1 5, který obsahuje jehlu 14 trysky vstřikovače. Hrot jehly 14 trysky tvoří trysku 16, která ústí do odpovídajícího spalovacího prostoru spalovacího motoru.

Obr. 2 znázorňuje uspořádání řídicího ventilu v čerpadlové části vstřikovače.

Pohyb pístu 5. působí zvýšení tlaku nestlačitelného palivového média. Palivo pod vysokým tlakem je přes přítokové vedení 18 ve spojení s komorami řídicích ventilů 8., respektive 10, které tyto ventily obklopují. Každý z řídicích ventilů 8_, respektive 10, je opatřen zásobníkem energie, s jehož pomocí může být řídicí ventil 8_, respektive 10, udržován za předpětí otevřený. Řídicí komora řídicího dílu druhého řídicího ventilu 1 0 i e spojena s rovnotlakým redukčním ventilem ]_, přes jehož předpětí může být udržována variabilní míra regulace. Jak díly pístu, tak i duté prostory, do kterých mohou být uloženy zásobníky energie 12, 13 obou řídicích ventilů 8_, respektive 10, jsou přes odtoková vedení 17, respektive 20 ve spojení s nízkotlakým prostorem 6, například se zásobní nádrží, do které může být přebytečné palivo odváděno.

Jak je znázorněno na obr. 1, mohou být řídicí díly řídicích ventilů 8., 10 uváděny regulací přes ovladač 9. do různých dílčích otevřených poloh. V aktuální otevřené poloze nebo v dílčí otevřené poloze' nebo uzavřené poloze - například druhého řídicího ventilu 10, regulovatelného ovladačem 9. - může pak určité množství paliva, odpovídající uvolněnému otevřenému průřezu, při rovněž předem volitelnému časovému úseku, odtéci do zásobní nádrže 6., čímž lze vstřikovací tlak odpovídajícím způsobem moderovat.

Obr. 3 znázorňuje půdorys uspořádání podle obr. 2.

Kompaktní způsob konstrukce čerpadlové části 1_ a části 2 vstřikovací trysky vychází z průběhu vysokotlakého vedení 3. mezi prvním a druhým řídicím ventilem 8_, respektive 10. V nastíněném příkladu jsou znázorněny řídicí komory, obklopující řídicí ventily 8_, respektive 10. Také spojovací vedení 21 od druhého řídicího ventilu 10 k rovnotlakému redukčnímu ventilu 7. je patrné z uvedeného znázornění. Diky relativní poloze vysokotlakého vedení 3_, patrné z půdorysu, obou řídicích ventilů 8., 10 i rovnotlakého redukčního ventilu ]_, ie možná kompaktní konstrukce vstřikovače.

Obr. 4 znázorňuje aktuální průběh zdvihu a tlaku na komponentech, které působí na průběh vstřikování u spalovacího motoru. Tyto komponenty je možné rozdělit do fáze 28 předvstřiku a do fáze 29, respektive 30 vytváření tlaku a hlavního vstřiku. Přímé vyobrazení průběhu zdvihu ovladače 9., znázorněné na prvním grafu 22, představuje tlak, který se nastavuje ve spojovacím prostoru 11, viz graf 23.

Na níže znázorněných grafech 24, respektive 25 jsou na časové ose vyneseny nastavované dráhy zdvihu řídicích ventilů 8., 1 0. Prvním řídicím ventilem 8. ^se potom upravuje fáze předvstřiku a navazující základní fáze 29 vytváření tlaku i fáze 30 hlavního vstřiku. Oblast oscilace řídicího dílu v prvním řídicím ventilu 8_, ležící v grafu 24 mezi koncem fáze 28 předvstřiku a začátkem fáze 29 vytváření tlaku, je znázorněna výkyvem čáry.

Z grafu 25 znázorňujícího dráhu zdvihu řídicího dílu v druhém řídicím ventilu 10 vyplývá, že řídicí díl tohoto řídicího ventilu 1 0 zůstává během fáze 2 8 předvstřiku a fáze 29 vytváření tlaku nečinný, pokud je dráha zdvihu rovna nule. Teprve na začátku fáze 30

hlavního vstřiku se druhý řídicí ventil 10 reguluje pomocí ovladače 9 a přispívá podle požadované hladiny 34,1, 34.2, 34.3 tlaku během fáze 30 hlavního vstřiku ke zvýšení tlaku ve fázi nejvyššího tlaku v procesu vstřikování.

V nejnižším grafu, znázorněném na obr. 4, jsou znázorněny dráha 26 zdvihu jehly trysky a průběh vstřikovacího tlaku 27 během fáze 28 předvstřiku, fáze 29 vytváření tlaku (bootphase) i fáze 30 hlavního vstřiku a fáze 35. zmenšování tlaku. Vzhledem k průběhu 27 vstřikovacího tlaku vyplývá z porovnání průběhů 24 a 25 dráhy zdvihu obou řídicích ventilů 8... respektive 10, že zvýšení tlaku ke konci fáze 30 hlavního vstřiku nastává regulací druhého řídicího ventilu 10 v jeho utěsněné uzavřené poloze, takže obtok k nízkotlakému prostoru 6. - zásobní nádrži - je uzavřen a na trysce 1 6 (obr. 1) vzniká nejvyšší tlak. Zvýšení tlaku během průběhu 27 vstřikování ke konci fáze 30. hlavního vstřikování a jeho hladin 34.1, 34.2, respektive 34.3 (viz obr. 5) je docilováno výlučně druhým řídicím ventilem 10, přičemž zdvih 26 jehly trysky zůstává během fáze 29 vytváření tlaku a fáze 30 hlavního vstřikování konstantní.

Obr. 5 znázorňuje zdvih 26 jehly trysky, vynesený na časové ose, a utváření průběhu 27 vstřikovacího tlaku.

Průběh 27 vstřikovacího tlaku, znázorněný na nejspodnějším grafu na obr. 4, je detailněji zobrazen na obr. 5. Trvání 31 fáze 28. předvstřiku je označeno příslušnou vztahovou značkou. Na fázi 28 předvstřiku navazuje fáze 29 vytváření tlaku, ve které lze podle obr. 5 nastavit různé tlakové hladiny 32,1, 32.2 a 32.3. Díky možnosti nastavování tlakových hladin mohou být s jedním vstřikovačem provedeny nejrůznější druhy konstrukcí spalovacích motorů. Je možné provádět nastavení pro specifická použití, takže konstrukční prvek může být díky možnosti pružné regulace přizpůsobován pomocí ··· ··· ovladače 9. různým možnostem použití, čímž lze drasticky redukovat rozmanitost variant.

Trvání 33 fáze 29 vytváření tlaku je označeno příslušnou vztahovou značkou. Tato fáze 29 vytváření tlaku, označovaná také jako bootphase, přechází do fáze 30 hlavního vstřiku. Ta může vycházeje z tlaku, dosaženého ve fázi 29 vytváření tlaku - vzrůstat prostřednictvím dalšího plynulého tlakového nárůstu 34 na předvolitelnou tlakovou hladinu 34.1, 34.2, respektive 34.3.

Aktuální tlaková hladina 3 4.1, 34,2, respektive 34.3 může být předem nastavena druhým řídicím ventilem 10. Otevřením vedení zpětného toku, ve kterém je uložen rovnotlaký redukční ventil 7_, může palivo odtékat do nízkotlakého prostoru 6_, to znamená do palivové nádrže. Nastavením tlakové hladiny 34.1, 34.2 a 34.3 může být vysoký tlak nastaven podle požadavků, takže mechanické komponenty vstřikovače mohou být chráněny před poškozením nepřípustně vysokými tlaky.

Regulací ovladače, nezávislou na frekvenci otáčení a průběhu zatížení, pomocí piezoelektrického ovladače, lze navíc dosáhnout variabilního průběhu 36 během fáze 35 zmenšování tlaku při přechodu od fáze 30 hlavního vstřiku do fáze 35 zmenšování tlaku. Průběh zmenšování tlaku může být ovlivňováním stoupání 36 přizpůsoben individuálním požadavkům aktuálního účelu použití.

Claims

PATENTOVÉ NÁR

V_g7V0.Arh.ovrC/tov

1. Způsob j /íprůběhu (27) vstřikovacích zařízení. _ / vozidel, zařízení s čerpadlovou částí (1) a s částí (2) vstřikovací trysky, které jsou vzájemně spojeny přes vysokotlaké vedení (3) a v čerpadlové části (1) jsou umístěny řídicí ventily (8, 10), vyznačující se tím, že vstřikovací parametry při fázi (28) předvstřiku, fázi (29) vytváření tlaku a fázi (30) hlavního vstřiku se určují regulací řídicích ventilů (8, 10) ovladačem (9).

\
2. Způsob /ítvářoní-průběhu V3třiktrraeíhe tfa-kj/podle nároku 1, vyznačující se tím, že regulací prvního řídicího ventilu (8) pomocí ovladače (9) se může měnit trvání (31) fáze (28) předvstřiku.
3. Způsob Utváření průběhu vstřikovacího—tla-ky podle nároku 1, vyznačující se tím, že regulací prvního řídicího ventilu (8) pomocí ovladače (9) se určuje trvání (33) fáze (29) vytváření tlaku.
4. Způsob ^tváření průběhu vstřikovacího tlak/ podle nároku 1, vyznačující se tím, že regulací prvního řídicího ventilu (8) se určuje tlaková hladina (32) během fáze (29) vytváření tlaku.
5. Způsob já tváření- průběhu V3třřko vacíherllak-^podle nároku 4, vyznačující se tím, že tlaková hladina (32) se během fáze (29) vytváření tlaku může nastavovat na různé tlakové hladiny (32.1, 32.2, 32.3).
6. Způsob průhěhu vstřikovacího tlak-/ podle nároku 1, vyznačující se tím, že regulací druhého řídicího ventilu (10) pomocí '· 0» · »0 ·· 0 «00 0 0 0 0 0 0 »00

000 0 0 0 0 0

0 »000 0 · 0» » »

0 0 0 0 0 0 0

000 00 »00 0000 00 000 ovladače (9) se reguluje hladina (34) vysokého tlaku při konečné fázi fáze (30) hlavního vstřiku.
7. Způsob /Ifváře ní-průběhu vstřikovacího tlab-i/ podle nárokuó, vyznačující se tím, že hladina (34) vysokého tlaku při fázi (30) hlavního vstřiku se může nastavit na různé tlakové hladiny (34.1, 34.2, 34.3).
8. Způsob yt-tváření -p-růběhu vstři-ko vacHro tlalt^/podle nároku 1, vyznačující se tím, že regulací druhého řídicího ventilu (10) pomocí ovladače (9) se může nastavit omezení tlaku při fázi (30) hlavního vstřiku.
9. Způsob yffrváření průběhu vstři-kovacíhe-tlakij/podle nároku 1, vyznačující se tím, že regulací druhého řídicího ventilu (10) se může v částečně otevřené poloze dosáhnout proměnlivé míry regulace paliva v nízkotlaké oblasti (6).
10. Zařízení k ? ji průběhu (27) vstřikovacího tlaku u vstřikovacího zařízení. ' . vozid-&V přičemž vstřikovací zařízení zahrnuje čerpadlovou část (1) a část (2) vstřikovací trysky, které jsou přes vysokotlaké vedení (3) ve vzájemném spojení, přičemž v čerpadlové části (1) jsou umístěny řídicí ventily (8, 10), vyznačující se tím, že řídicí ventily (8, 10) je možné nezávisle na sobě nastavovat pomocí piezoelektrického ovladače (9) do uzavřených a/nebo částečně otevřených poloh, přičemž jednomu z řídicích ventilů (8, 10) je přiřazen rovnotlaký redukční ventil (7).