CZ20021156A3

CZ20021156A3 - Vstřikovací ventil paliva

Info

Publication number: CZ20021156A3
Application number: CZ20021156A
Authority: CZ
Inventors: Joerg Heyse
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2003-09-17
Also published as: CN1386170A; EP1307652A1; KR20020037059A; DE10038097A1; JP2004506138A; RU2002110093A; WO2002012720A1; US20030019465A1

Description

Vstřikovací ventil paliva

Oblast techniky

Vynález se týká vstřikovacího ventilu paliva, zejména vstřikovacího ventilu paliva vyčnívajícího přímo do spalovacího prostoru spalovacího motoru, s buditelným ovladačem, s uzavíracím .tělesem ventilu ovládaným ovladačem, s pevným sedlem yentilu spolupůsobícím k otevírání a zavírání ventilu s uzavíracím tělesem ventilu, s výstupem paliva vytvořeným ve vstřikovací oblasti, která je tvořena alespoň jedním výstupním otvorem uspořádaným za sedlem, ventilu, a s mrtvým prostorem vytvořeným za sedlem ventilu a před vstřikovací oblastí tvořenou alespoň jedním výstupním otvorem.

Dosavadní stav techniky

V provozu motorů vzniká všeobecně při přímém vstřikování paliva_ do spalovacího prostoru spalovacího motoru, zejména při přímém vstřikování benzínu, popřípadě vstřikování paliva pro Dieselový motory, problém, že se na špičce vstřikovacího ventilu vyčnívající do spalovacího prostoru a odvrácené od směru proudění tvoří z usazenin paliva karbon, popřípadě se na špičce ventilu usazují částice sazí vytvořené ve frontě plamene. U dosud známých vstřikovacích ventilů vyčnívajících do spalovacího prostoru je proto během jejich životnosti nebezpečí negativního ovlivňování parametrů rozstřikování (například statické průtočné množství, úhel paprsku, velikost kapiček, tvar a rozměry paprsku), které může vést k poruchám chodu spalovacího motoru, popřípadě až k výpadku vstřikovacího ventilu.

• 4 ' · · • · 4 • ···· ·' Φ:·

444 4 ·.

a« <· #♦ * · ♦ ♦ · · »4

4 · 4 • 4 ♦

4*4

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje vstřikovací ventil paliva, zejména vstřikovací ventil paliva vyčnívající přímo do spalovacího prostoru spalovacího motoru, s buditelným ovladačem, s uzavíracím tělesem ventilu ovládaným ovladačem, s pevným sedlem ventilu spolupůsobícím k otevírání a zavírání ventilu s uzavíracím tělesem ventilu, s výstupem paliva vytvořeným ve vstřikovací oblasti, která je tvořena alespoň jedním výstupním otvorem uspořádaným za sedlem .ventilu^ a s mrtvým prostorem vytvořeným za sedlem ventilu ,a před vstřikovací oblastí tvořenou alespoň jedním výstupním otvorem, podle vynálezu, jehož podstatou je, že v alespoň jedné součásti ohraničující mrtvý objem je upraveno zařízení k akumulaci plynu spalovacího prostoru s přímým přístupem k mrtvému objemu.

Vstřikovací ventil paliva podle vynálezu má výhodu, že jsou jmenované negativní jevy tvorby karbonu (usazování sazí), zejména na špičce ventilu s jejími výstupními otvory vyčnívajícími do spalovacího prostoru, omezeny, popřípadě odstraněny. Vytvořením zařízení k akumulování plynu spalovacího prostoru s přístupem k mrtvému prostoru, ležícímu mezi koncem jehly ventilu a vstřikovací oblastí obsahující výstupní otvory, se mohou usazeniny karbonu ve výstupních otvorech prakticky vyloučit. Vztlakem plynné fáze vůči kapalné fázi setrvává plyn v zařízení k akumulování plynu prostoru spalování.

Tímto způsobem se může funkce ventilu a parametry rozstřikování stabilně zachovávat také u vstřikovacích ventilů paliva pro přímé vstřikování paliva do spalovacího prostoru po celou dobu jejich dlouhé životnosti.

>

4 ·«·« • 4 *·» »:·

4 4 44

4 4

4 4 44 ·· 4,4

4 4 ·« 444

4' 4^: · •44

4444

Opatřeními navozenými ve vedlejších nárocích jsou možná další výhodná provedení a zlepšení vstřikovacího ventilu paliva uvedeného v hlavním nároku.

Výhodné je, vytvořit na konci jehly ventilu přivráceném k výstupním otvorům, popřípadě na uzavíracím tělesu ventilu na jeho povrchu přivráceném k mrtvému objemu, jedno nebo více slepých vrtání. Přitom lze zajistit, že slepé otvory mají přístup k mrtvému objemu a že objem plynu odpovídající vztlakové síle nemůže uniknout z objemu akumulovaného plynu.

Přehled obrázků na výkresech

Příklad provedení vynálezu je zjednodušeně znázorněn na výkresech a je blíže vysvětlen v následujícím popisu. Na výkresech znázorňuj e obr. 1 část vstřikovacího ventilu paliva a obr. 2 schematický řez výstupním otvorem se sloupcem kapaliny, který se v něm nachází a odtrhává.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je jako příklad provedení znázorněna část ventilu ve formě vstřikovacího ventilu pro vstřikovací zařízení paliva zážehových motorů se stlačováním palivové směsi. Vstřikovací ventil má nosič 1_ sedla ventilu ve tvaru trubky, ve kterém je vytvořen souose s podélnou osou 2_ ventilu podélný otvor 3_. V podélném otvoru 3. je uspořádána například trubkovitá jehla 5_ ventilu, která je na svém výstupním konci 6 pevně spojena s například kulovým uzavíracím tělesem 7. ventilu, jehož obvod má například pět zploštění 8. k úpravě proudění paliva.

• toto • ··· • to ···.·, ·>

·· «·«· •

• · to * to • to · toto a ·· ♦·· ·»

• toto·

Ovládání vstřikovacího ventilu se děje známým způsobem například elektromagneticky. K axiálnímu pohybu jehly 5_ ventilu a tím k otevírání vstřikovacího ventilu proti síle neznázorněné zpětné pružiny, popřípadě k zavírání vstřikovacího ventilu, slouží schematicky naznačený elektromagnetický obvod s magnetickou cívkou 10, kotvou 11 a jádrem 12. Kotva 11 je spojena s koncem jehly 5. ventilu, odvráceným od uzavíracího tělesa 7. ventilu, například prostřednictvím laserem vytvořeného svaru, a je vyrovnána na jádro 12.

K vedení uzavíracího tělesa 7. ventilu během jeho axiálního pohybu slouží vodicí otvor 15 tělesa 16 sedla ventilu, které je těsnicím svarem montováno do výstupního konce nosiče 1_ sedla ventilu, odvráceného od jádra 12, do podélného otvoru 3_, probíhajícího souose s podélnou osou 2 ventilu. Těleso 16 sedla ventilu je provedeno například ve tvaru kalíšku, přičemž část 17 pláště tělesa 16 sedla ventilu přechází ve směru ke kotvě 11 do límce 18 přiléhajícího na nosič 1_ sedla ventilu. Těleso 16 sedla ventilu má na straně protilehlé límci 18 část 19 dna, které je například konvexně klenuté.

Hloubka zasunutí tělesa 16 ventilu určuje velikost zdvihu jehly 5_ ventilu, protože koncová poloha jehly 5. ventilu při nebuzené magnetické cívce 10 je určena dosednutím uzavíracího tělesa 7. ventilu na směrem k výstupu kuželově se zužující, popřípadě nepatrně klenutě vytvořenou, plochu 22 sedla ventilu na části 1 9 dna tělesa 16 sedla ventilu. Druhá koncová poloha jehly 5. ventilu při buzené magnetické cívce 10 je určena například dosednutím kotvy 11 na jádro 12. Dráha mezi těmito oběma koncovými polohami jehly 5_ ventilu tím představuje zdvih. Kulové uzavírací těleso 7 ventilu spolupůsobí s plochou 22 sedla ventilu tvaru komolého kuželu, popřípadě klenutého tvaru, tělesa 16 sedla ventilu, která je vytvořena φφ φφ ►, ·.· » *·♦· φ»

Φ· ·»·♦ φ φ φ φ φ ΦΦΦ » φ φ φ φ φ φφ ΦΦΦ mezi vodicím otvorem 15 a několika výstupními otvory 23, vytvořenými v centrální oblasti části 19 dna tělesa 16 sedla ventilu. Část 19 dna tvoří vstřikovou oblast vstřikovacího ventilu paliva.

Vstřikovací ventil paliva je proveden zejména jako takzvaný víceotvorový ventil, který je vhodný zejména k přímému vstřikování paliva do neznázorněného spalovacího prostoru. Přitom jsou v části 19 dna tělesa 16 sedla ventilu vytvořeny alespoň dva, ale také čtyři nebo ještě zřetelně více výstupních otvorů 23 například erodováním, laserovým vrtáním nebo děrováním. Pro žádoucí vyplnění spalovacího prostoru palivem svírají například osy výstupních otvorů⁵ 23 s podélnou osou 2 ventilu rozdílné úhly, přičemž se například všechny výstupní otvory 23 ve směru proudění vzdalují od podélné osy 2 ventilu.

K tvorbě karbonu jsou silně náchylné zejména víceotvorové ventily pro přímé vstřikování paliva do spalovacího prostoru, jejichž výstupní otvory jsou přímo ve styku s atmosférou spalovacího prostoru. V nepříznivém případě se mohou takové výstupní otvory na svém obvodu zmenšovat usazeninami karbonu tak, že již nelze v přijatelné míře dávkovat a odměřovat požadované vstřikované množství.

Vstřikovacím ventilem paliva podle vynálezu se má v oblasti výstupních otvorů 23 ve značné míře zamezit narůstání karbonových usazenin spalovacího prostoru a tím i značným změnám vstřikovaných množství během životnosti ventilu.

Proto.že jsou uzavírací těleso 7. ventilu a klenutá část 19 dna tělesa 16 sedla ventilu tvarovány s různými poloměry, existuje při zavřeném vstřikovacím ventilu paliva uvnitř prstencové obvodové plochy 22 sedla ventilu v oblasti vstřikovacích otvorů 23 mezi ·»·· 1 · • «

uzavíracím tělesem 7 ventilu a částí 19 dna uzavřený meziprostor, který představuje mrtvý objem 25. K zamezení karbonových usazenin ve výstupních otvorech 23 se má podle vynálezu dít v mrtvém objemu 25 akumulace plynu. Dříve než bude popsán tento funkční princip akumulace plynu, je třeba v následujícím krátce objasnit vznik karbonových usazenin.

Podle obr. 2, který schematicky znázorňuje výstupní otvor 23, budou následně vysvětleny průtočné pochody a tvorba karbonu. Když se uzavírací těleso 7. ventilu na konci procesu vstřikování tlačí zpět na plochu 22 sedla ventilu, průtok výstupními otvory 23 sď náhle zastaví. Oblastí těsnicího sedla u plochy 22 sedla ventilu již tedy do mrtvého objemu 25 nepřetéká palivo.

Sloupec 27 kapaliny, který bezprostředně před zavřením ventilu ještě vytéká z výstupních otvorů 23, má na základě své hmoty jistou setrvačnost. V důsledku setrvačnosti se podtlak ve sloupci 27 kapaliny uvnitř výstupního otvoru 23, vznikající v důsledku zavírání ventilu a s tím spojeného zastavení průtoku v oblasti těsnicího sedla, od výstupní úrovně 28 výstupního otvoru 23 směrem proti proudění zvětšuje. Uvnitř sloupce 27 kapaliny se v určitém místě 29 tlak sníží pod úroveň tlaku par kapaliny. Na tomto místě 29 se nárazově vytvoří parní fáze, čímž se část 30 sloupce 27 kapaliny, nacházející se za tímto místem 29 a poháněná setrvačností, od zbylé kapaliny odtrhne.

Uvnitř vstřikovacího otvoru 23 se vytvoří meniskus kapaliny, na kterém je hranice fází mezi kapalinou a plynem obklopujícím ventil. Při přímém vstřikování paliva přímo do spalovacího prostoru jsou všechny komponenty nacházející se bezprostředně u spalovacího prostoru vystaveny extrémnímu tepelnému působení a rovněž tak ventil pro přímé vstřikování, zejména výstupní otvory 23 vyčnívající do spalovacího prostoru. Během spalování se mohou zejména na výše • 0

0 • · 0

0 0000

0000 • 0 • ·00 • 0 <

0 • 0 ·00 • 00 00 ·0·« vysvětlené hranici fází tvořit zbytky karbonu, které se usazují na stěně vstřikovacího otvoru 23 a vedou k již vysvětleným nevýhodám, které mají být odstraněny. U známých ventilů tak vznikají v určité hloubce výstupních otvorů 23 prstencové usazeniny karbonu, které otvor nepříznivě zužují.

Při vytvoření vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu se mohou vstřikovací otvory 23 úplně vyprazdňovat, pročež se uvnitř vstřikovacích otvorů 23 nemohou tvořit žádné karbonové usazeniny. Podle vynálezu se proto bezprostředně u mrtvého objemu 25 vytvoří zařízení pro akumulaci plynu. V příkladu provedení znázorněném na obr. 1 je toto zařízení k akumulaci plynu provedeno jako centrální slepé vrtání 33 v uzavíracím tělesu X ventilu na jeho povrchu přivráceném k mrtvému objemu 25. Slepé vrtání 33 je plněno plynem spalovacího prostoru, popřípadě vzduchem rozpuštěným v palivu. Vztlakem plynné fáze proti kapalné fázi setrvává plyn ve slepém vrtání 33.

Při otevírání ventilu nadzvednutím uzavíracího tělesa 7 ventilu od plochy 22 sedla ventilu se zvyšuje tlak v mrtvém prostoru 25., čímž se stlačuje objem plynu ve slepém vrtání 33.. Plyn je přitom vtlačován hlouběji do slepého vrtání 33. Při zavírání ventilu tlak kapaliny opět klesá a objem plynu uvnitř slepého vrtání 33 se opět zvětšuje. Protože je přítok další kapaliny do mrtvého prostoru 25 při zavřeném ventilu zastaven, nastává setrvačností právě ještě vytékající kapaliny podtlak v kapalné fázi. Tím se může objem plynu slepého vrtání 33 ještě více zvětšit, takže zčásti dospěje do mrtvého prostoru 25. Tímto způsobem vytlačený objem kapaliny může vytéci z výstupního otvoru 23..

Zatímco se v mrtvém prostoru 25 opět nastavuje tlaková rovnováha, vtahuje se setrvávající objem kapaliny kontrakcí plynné *· ·· • · · · ·· · • · · • · α > ···· • · ···· · ·· ···· • · ·· • · ··· • · · · • · · •9 ··· ι · ·

4· ···· fáze z výstupních otvorů 23 opět zpátky do mrtvého prostoru 25.. Výstupní otvory 23 se zcela naplní plynem spalovacího prostoru. Sloupec kapaliny z výstupních otvorů 23 zcela zmizí. Tímto způsobem již ve výstupním otvoru 23 také neexistuje meniskus sloupce 27 kapaliny, pročež se ve výstupním otvoru 23 nyní nemůže tvořit nepříznivá prstencová usazenina karbonu.

Na konci jehly ventilu přivráceném k výstupním otvorům 23, popřípadě na uzavíracím tělesu 7. ventilu, může být také místo jednotlivého slepého vrtání 33 vytvořeno vedle sebe několik menších slepých vrtání 33. Při stejném objemu akumulovaného plynu je^?průřez jednotlivých slepých vrtání 33 menší a tím se ve slepých vrtáních 33 výhodně zvětšuje kapilární účinek. Akumulovaný plyn tak může být průtočnými silami kapaliny ještě méně vypuzován ze slepých vrtání 33.

Špička jehly ventilu, popřípadě uzavírací těleso 7. ventilu, nejsou výlučně součásti vstřikovacího ventilu paliva, na kterých mohou být vytvořena slepá vrtání 33 podle vynálezu. Spíše je jen třeba zajistit, aby měla slepá vrtání 33 přístup k mrtvému objemu 25., a aby-nemohl objem plynu, odpovídající vztlakové síle, uniknout z objemu akumulovaného plynu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vstřikovací ventil paliva, zejména vstřikovací ventil paliva vyčnívající přímo do spalovacího prostoru spalovacího motoru, s buditelným ovladačem (10, 11, 12), s uzavíracím tělesem (7) ventilu ovládaným ovladačem (10, 11, 12), s pevným sedlem (22) ventilu spolupůsobícím k otevírání a zavírání ventilu s uzavíracím tělesem (7) ventilu, s výstupem paliva vytvořeným ve vstřikovací oblasti·; která je tvořena alespoň jedním výstupním otvorem-(23) uspořádaným za sedlem (22) ventilu, a s mrtvým prostorem (25) vytvořeným za sedlem (22) ventilu a před vstřikovací oblastí tvořenou alespoň jedním výstupním otvorem (23), vyznačující se tím, že v alespoň jedné součásti ohraničující mrtvý objem (25) je upraveno zařízení (33) k akumulaci plynu spalovacího prostoru s přímým přístupem k mrtvému objemu (25).
2. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že zařízení (33) k akumulaci plynu spalovacího prostoru je provedeno takovým způsobem, že akumulovaný plyn odpovídající vztlakové síle nemůže uniknout z objemu akumulace plynu.
3. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zařízení k akumulaci plynu spalovacího prostoru je tvořeno slepým vrtáním (33) na součásti ohraničující mrtvý objem (25).
4. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zařízení k akumulaci plynu spalovacího prostoru je tvořeno několika slepými vrtáními (33) na alespoň jedné součásti ohraničující mrtvý prostor (25).
5. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že konci jehly ventilu odvráceném od směru proudění a přivráceném ke vstřikovacím otvorům (23), popřípadě na uzavíracím tělesu (7) ventilu na jeho povrchu přivráceném k mrtvému prostoru (25), je upraveno alespoň jedno slepé vrtání (33).
6. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 5, vyznačující se tím, že uzavírací těleso (7) ventilu je provedeno ve tvaru koule a má alespoň jedno slepé vrtání (33) válcového tvaru.
7. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 6, vyznačující se tím, že alespoň jedno slepé vrtání (33) probíhá podél podélné osy (2) ventilu.
8. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vstřikovací oblast, jako část (19) dna tělesa (16) ventilu majícího sedlo (22) ventilu, mající alespoň jeden výstupní otvor (23), je konvexně klenutá.

~
9. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vstřikovací ventil paliva vyčnívá do spalovacího prostoru zážehového spalovacího motoru.
10. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že vstřikovací ventil paliva vyčnívá do spalovacího prostoru vznětového spalovacího motoru.