CZ20021231A3

CZ20021231A3 - Vstřikovací ventil paliva

Info

Publication number: CZ20021231A3
Application number: CZ20021231A
Authority: CZ
Inventors: Hubert Stier; Guenther Hohl; Norbert Keim
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2003-09-17
Also published as: EP1309793B1; KR20020037068A; JP5064638B2; JP2004506129A; RU2271462C2; CZ298154B6; KR100756204B1; US20030047627A1; DE10039083A1; US7086614B2; WO2002012711A1; DE50108761D1; EP1309793A1

Description

Vstřikovací ventil paliva

Oblast techniky

Vynález se týká vstřikovacího ventilu paliva pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů, s magnetickou cívkou, s kotvou zatěžovanou zpětnou pružinou v zavíracím směru a s jehlou ventilu, nacházející se v silovém spojení s kotvou, k ovládání uzavíracího tělesa ventilu, které spolu s plochou sedla ventilu tvoří těsné dosednutí, přičemž kotva naráží plochou kotvy na straně vstupu na vnitřní pól.

Dosavadní stav techniky

Ze spisu DE 196 26 576 Al je známý vstřikovací ventil paliva, který má v oblasti magnetické kotvy zúžení škrticího druhu. Palivo se přitom vede tak, že protéká zúžením škrticího druhu s průtočnými komponenty směrovanými směrem od odstřikovacího otvoru. Na jehlu ventilu nebo na kotvu silově spojenou s jehlou ventilu tím působí alespoň částečně kompenzovaná protisíla.

U vstřikovacího ventilu známého z výše uvedeného spisu je nepříznivá komplikovaná konstrukce, která vyžaduje vysoký náklad na zhotovení součástí.

U výše uvedeného vstřikovacího ventilu paliva se dále nemohou optimalizovat zavírací časy cíleným použitím dynamického tlaku paliva působícího na kotvu, přičemž by se měly zlepšit také otevírací časy vstřikovacího ventilu paliva, protože zpětná pružina • ·' musí mít k utěsnění vstřikovacího ventilu paliva proti tlaku spalovacího prostoru velkou zavírací sílu.

U již známých vstřikovacích ventilů jsou v oblasti vhodného místa vytvořeny šroubovité drážky nebo šroubovitá vrtání. Škrcením průtoku paliva v oblasti těchto šroubovitých drážek nebo šroubovitých vrtání vznikají složky síly působící na jehlu ventilu v zavíracím směru. To může negativně ovlivňovat chování ventilu.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje vstřikovací ventil paliva pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů, s magnetickou cívkou, s kotvou zatěžovanou zpětnou pružinou v zavíracím směru a s jehlou ventilu, nacházející se v silovém spojení s kotvou, k ovládání uzavíracího tělesa ventilu, které spolu s plochou sedla ventilu tvoří těsné dosednutí, přičemž kotva naráží plochou kotvy na straně vstupu na vnitřní pól, podle vynálezu, jehož podstatou je, že na ploše kotvy na straně vstupu je vytvořeno škrticí místo, které je tvořeno prstencovým zvýšením na ploše kotvy na straně vstupu a/nebo na dorazové ploše kotvy na vnitřním pólu na straně výstupu.

Vstřikovací ventil paliva podle vynálezu má přednost, že se na jedné straně mohou hydraulické síly využít ke zkrácení zavíracího času vstřikovacího ventilu paliva, protože se škrticím místem, vloženým mezi kotvu a vnitřní pól, vytvoří nepatrný dynamický tlak na kotvu, na druhé straně se odrazové chování, ovlivňované při procesu zavírání hydraulickými silami, zlepší tlumením na dorazu kotvy.

Opatřeními navozenými ve vedlejších nárocích jsou možné další výhodné vývoje vstřikovacího ventilu paliva ohlášeného v hlavním nároku.

Zvýšení na škrticím místě má výhodně klínový tvar, takže se znemožní hydraulické ulpívání kotvy na dorazu.

Je také výhodné, že vrtání v kotvě, použitá k redukci škrcení, lze na požadovaném místě vždy jednoduše vytvořit.

Redukce škrcení je zvláště jednoduše proveditelná centrálním vybráním kotvy, protože se při výrobě kotvy musí centrální vyhřáni vrtat pouze v o málo větším průměru.

Výhodné je také vytvoření zvýšení na dorazové ploše kotvy na vnitřním pólu, protože se tím nemusí měnit tvar kotvy.

Také umístění osazení, jako škrticího místa, na ploše vnitřního pólu na výstupní straně je výhodné, protože zvláště tuto variantu provedení lze jednoduše vyrobit.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení vynálezu jsou zjednodušeně znázorněny na výkresech a jsou blíže vysvětleny v následujícím popisu. Na výkresech znázorňuje obr. 1 příklad provedení vstřikovacího ventilu paliva podle stavu techniky ve schematickém řezu, obr. 2 schematický detail II prvního příkladu provedení vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu označený na obr. 1, • · obr. 3A schematický řez druhým příkladem provedení vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu s vrtáními k redukci škrcení, obr. 3B schematický řez třetím a čtvrtým příkladem provedení vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu s vrtáními k redukci škrcení a obr. 3C schematický řez pátým a šestým příkladem provedení vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu s dorazovou redukcí škrcení.

Příklady provedení vynálezu

Dříve než budou popsány příklady provedení vstřikovacího ventilu 1_ paliva podle vynálezu podle obr. 2 a 3A až C, je třeba k lepšímu pochopení vynálezu nejdříve krátce vysvětlit již známý vstřikovací ventil £ paliva znázorněný na obr. 1, který je ohledně podstatných součástí konstrukčně shodný s ventilem použitým v příkladech provedení opatření podle vynálezu.

Vstřikovací ventil 1_ paliva je proveden ve formě vstřikovacího ventilu paliva pro vstřikovací zařízení paliva pro zážehové spalovací motory se stlačováním palivové směsi. Vstřikovací ventil 1_ paliva je vhodný zejména k přímému vstřikování paliva do neznázorněného spalovacího prostoru spalovacího motoru.

Vstřikovací ventil £ paliva má těleso 2. trysky, ve kterém je vedena jehla 3_ ventilu. Jehla 3_ ventilu je v účinném spojení s uzavíracím tělesem 4 ventilu, které spolupůsobí s plochou 6. sedla ventilu uspořádanou na tělesu 5_ sedla ventilu k těsnému dosednutí. U vstřikovacího ventilu 1_ paliva se v příkladu provedení jedná o dovnitř se otevírající vstřikovací ventil £ paliva, který disponuje odstřikovacím otvorem 7_. Těleso 2_ trysky je těsněním 8_ utěsněno vůči vnějšímu pólo 9. magnetické cívky 10. Magnetická cívka 10 je zapouzdřena v tělesu 11 cívky a je navinuta na nosiči 12 cívky, který přiléhá k vnitřnímu pólu 13 magnetické cívky 10. Vnitřní pól 13 a vnější pól 9. jsou vzájemně magneticky odděleny a opírají se spojovací součást 29. Magnetická cívka 10. je buzena přes vedení 19 elektrickým proudem přiváděným přes elektrický nástrčný kontakt 17. Nástrčný kontakt 17 je obklopen opláštěním 18 z plastu, které může být vstřikově odlito na vnitřním pólu 1 3.

Jehla 3. ventilu je vedena ve vedení 14 jehly trysky, které je provedeno ve tvaru kotouče. K nastavení zdvihu slouží v páru vytvořený stavěči kotouč 15. Na druhé straně stavěcího kotouče 1 5 se nachází kotva 20. Ta je silově spojena přes první přírubu 21 s jehlou 3_ ventilu, která je spojena s první přírubou 21 svarem 22. O první přírubu 21 se opírá zpětná pružina 23, která je v předložené formě konstrukce vstřikovacího ventilu 1_ paliva předepjata vložkou 24.

Druhá příruba 31, která je spojena s jehlou 3_ ventilu svarem 33, slouží jako spodní doraz kotvy. Pružný vložený kroužek 32, který přiléhá na druhou přírubu 31, zabraňuje odrazům při zavírání vstřikovacího ventilu 1_ paliva.

Kanály 30a až 30c paliva, probíhající vedením 14 jehly trysky, kotvou 20 a tělesem 5. sedla ventilu, vedou palivo, které se přivádí centrálním přívodem 16 paliva a filtruje filtračním elementem 25., k odstřikovacímu otvoru 7_. Vstřikovací ventil 1_ paliva je vůči dále neznázorněnému vedení paliva utěsněn těsněním 28.

V klidovém stavu vstřikovacího ventilu 1_ je kotva 20. zatěžována zpětnou pružinou 23 proti směru jejího zdvihu tak, že uzavírací těleso 4 ventilu je drženo na sedlu 6. ventilu v těsnicím dosednutí. Při buzení vytváří magnetická cívka 10 magnetické pole,

které pohybuje kotvou 20 proti síle zpětné pružiny 23 ve směru zdvihu, přičemž zdvih je předem dán pracovní štěrbinou 27 existující v klidové poloze mezi vnitřním pólem 13 a kotvou 20. Kotva 20 unáší přírubu 21, která je svařena s jehlou 3. ventilu, rovněž ve směru zdvihu. Zavírací těleso 4 ventilu, nacházející se v účinném spojení s jehlou 3_ ventilu, se nadzvedne od plochy 6. sedla ventilu a odstřikuje se palivo, vedené přes kanály 3 0a až 30c paliva k odstřikovacímu otvoru T_.

Když se vypne proud pro cívku, odpadne po dostatečném odbourání magnetického pole kotva 20 tlakem zpětné pružiny 23 od vnitřního pólu 13, čímž se příruba 21, která je v účinném spojení s jehlou 3_ ventilu, pohybuje proti směru zdvihu. Jehla 3. ventilu se tím pohybuje ve stejném směru, čímž uzavírací těleso 4 ventilu dosedne na plochu 6. sedla ventilu a vstřikovací ventil 1_ paliva se uzavře.

Na obr. 2 je znázorněn detail prvního příkladu provedení vstřikovacího ventilu 1_ paliva podle vynálezu. Popisovaný detail II je označen na obr. 1.

Obr. 2 znázorňuje oblast u kotvy 20, která se, když se vstřikovací ventil J_ paliva nachází v klidové poloze, opírá o zjednodušeně naznačenou druhou přírubu 31. Druhá příruba 31 je pomocí svaru 33 v účinném spojení s jehlou 3_ ventilu. Na přívodní straně kotvy 20 se nachází první příruba 21, která se opírá o zpětnou pružinu 23. Také první příruba 21 je pomocí svaru 22 v účinném spojení s jehlou 3. ventilu.

Ke škrcení toku paliva podle vynálezu je kolem kotvy 20 na ploše 34 kotvy na straně přívodu vytvořeno nepatrně stupňovité zvýšení 35. Zvýšení 35 probíhá prstencově na ploše 34 kotvy na • · 9

9 9

9*9

9 9 9 9

9

9999 9 straně vstupu. Tím se škrtí tok paliva obtékajícího kotvu 20. Síla škrticího účinku je přitom závislá kromě jiného na ploše 46. obklopené zvýšením 35. Škrticí efekt škrticího místa 36 u zvýšení 3 5 zesiluje již existující škrticí efekt, který je vyvolán boční škrticí štěrbinou 26 u vnější strany pláště kotvy 20.·

Škrcením toku paliva vzniká u kotvy 20 nepatrný dynamický tlak. Tento dynamický tlak vede k tomu, že se kotva 20 při vypnutí proudu budícího magnetickou cívku 10 může rychleji uvolnit od vnitřního pólu 13. To je zesíleno zmenšením dorazové plochy kotvy, která zůstává omezena na zvýšení 35. Tím se redukují adhezní síly mezi kotvou 20 a vnitřním pólem 13. Úhrnem vedou oba efekty ke zkrácení zavírací doby ventilu. Toho se může využít k slabšímu dimenzování zpětné pružiny 23. Z toho opět vyplývá zlepšené otevírací chování vstřikovacího ventilu 1. paliva, protože magnetická síla, která je směrována proti síle zpětné pružiny 23, může kotvu 20. snadněji táhnout ve směru k vnitřnímu pólu 13.

Zvýšení 35 je na obr. 2 znázorněno zveličeně. Zvýšení 35 je přitom v průřezu pravoúhlé nebo mírně klínové, aby se zamezilo hydraulickému ulpívání kotvy 20 na vnitřním pólu 13. K dosažení popsaného jevu postačuje zvýšení 35 již o několik gm oproti jinak plochým způsobem probíhající ploše 34 kotvy na straně vstupu. Pro výrobu zvýšení 35 jsou myslitelné různé způsoby, jako například napařování vrstvy kovu nebo také vyfrézování prohloubení v ploše 34 kotvy na straně vstupu.

Provoz vstřikovacího ventilu £ paliva se škrticím místem 36 toho druhu podléhá relativně silným výkyvům. Škrticí účinek je silně ovlivněn geometrickými, hydraulickými a tepelnými parametry, protože se například teplotou ovlivňuje viskozita a tím rychlost toku paliva. V důsledku toho může systém zaujímat různé provozní stavy.

·

Je-li například hydraulické tlumení tak silné, že kotva 20 nenaráží na vnitřní pól 13, je provoz balistický. To je sice z hlediska dynamiky žádoucí, ale těžko kontrolovatelný provozní stav. Naráží-li kotva 20 na vnitřní pól 13 zpomaleně, prodlužuje se doba otevírání vstřikovacího ventilu £ paliva.

K omezení rušivých parametrů se může zavést cílená redukce škrcení systému. Přitom se škrticí účinek zmenší zejména vrtáními v kotvě 20. a tím se redukuje hydraulická zavírací síla. Při dostačující redukci škrcení systém nepřechází do balistického provozu.

Obr. 3A znázorňuje schematizovaný detail druhého příkladu provedení vstřikovacího ventilu £ paliva podle vynálezu. Zvýšení 3 5 přitom není vytvořeno na ploše 34 kotvy na straně vstupu, nýbrž na dorazové ploše 37 kotvy na straně výstupu, na vnitřním pólu 1 3. Pokud zůstává vzdálenost škrticího místa od jehly 3. ventilu, popřípadě plocha 46 uzavřená zvýšením 35 stejná, nemění se ani účinek dynamického tlaku.

K cílenému zmenšení škrticího efektu je v kotvě 20 vytvořeno vrtání 38. Vrtání 38. je přitom uspořádáno tak, že se nachází uvnitř plochy uzavřené prstencovým zvýšením 35, takže škrticí efekt se zmenší menším množstvím paliva, které protéká škrticím místem 3 6. Tím se mohou na jedné straně zmenšit rušivé faktory, na druhé straně se ale vždy ještě využívá hydraulická síla na ploše 34 kotvy na vstupní straně.

Na obr. 3B je, podobným způsobem jako na obr. 3A, znázorněn detail třetího a čtvrtého příkladu provedení k cílené redukci škrcení systému.

to to to to toto ·«·· • to · to * · to ·

to to · to to toto·· · · toto to

Tak může být opatření k redukci škrcení, realizované v předchozím případě provedení jako vrtání 38, provedeno jako drážce podobné rozšíření centrálního vybrání 39 kotvy 20, jak je to znázorněno na obr. 3B v oblasti vlevo od jehly 3. ventilu. Tento příklad provedení má zejména výhodu, že drážka k redukci škrcení může být vyrobena bez velkého nákladu s centrálním vybráním 3 9 kotvy 20, aniž by se musela provést v kotvě 20 další vrtání 38.

Čtvrtý příklad provedení, znázorněný na obr. 3B vpravo, je proveden rovněž ve formě drážce podobného vybrání 40 v jehle 3. ventilu. Také tento příklad provedení se vyznačuje jednoduchým způsobem výroby, vybrání 40 v jehle 3. ventilu se může například provést soustružením nebo frézováním, zejména se zaoblenými hranami 44, které jsou příznivé z hlediska proudění.

Obr. 3C znázorňuje detail pátého a šestého příkladu provedení vstřikovacího ventilu 1_ paliva podle vynálezu, vždy s takzvanou dorazovou redukcí škrcení.

V příkladu provedení, znázorněném na obr. 3C vlevo, je kotva 20 provedena tak, že na ploše 34 kotvy na straně vstupu, je vytvořeno prohloubení 41, například ve tvaru radiálně probíhající drážky, které je uzavřeno okrajovým zvýšením 42, které probíhá prstencově na vnějším okraji 45 plochy 34 kotvy na straně vstupu. Škrticí účinek škrticího místa 3 6, vytvořeného mezi okrajovým zvýšením 42 a s ním se doplňujícím osazením 43 vnitřního pólu 13, se zeslabuje obnosem závislým na délce prohloubení 41. Také zde je hrana 47, přivrácená k prohloubení 47, z hlediska proudění příznivě zkosena nebo zaoblena.

Tím se redukuje zejména délka škrticí štěrbiny 36 u zvýšení 42. a osazení 43, aniž by se účinná plocha 46 pro dynamický tlak zřetelně

·♦· to »

zmenšila. V provozu má toto uspořádání tendenci k setrvání v balistické oblasti.

Na obr. 3C vpravo je znázorněn šestý příklad provedení vstřikovacího ventilu £ paliva podle vynálezu, který má rovněž dorazovou redukci škrcení.

Principiálně je tento příklad provedení podobný příkladu popsanému podle obr. 3A, ovšem vrtání 3 8 se nenachází uvnitř prstencového zvýšení 35, nýbrž je v kotvě 20 posunuto radiálně dále směrem vně. Tím se opět redukuje délka škrticí štěrbiny 36.

Vynález se neomezuje na znázorněné příklady provedení a je realizovatelný také v četných jiných konstrukcích vstřikovacích ventilů paliva.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

W. 3Ί2Λο

1. Vstřikovací ventil paliva (1) pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů, s magnetickou cívkou (10), s kotvou (20) zatěžovanou zpětnou pružinou (23) v zavíracím směru a s jehlou (3) ventilu, nacházející se v silovém spojení s kotvou (20), k ovládání uzavíracího tělesa (4) ventilu, které spolu s plochou (6) sedla ventilu tvoří těsné dosednutí, přičemž kotva (20) naráží plochou (34) kotvy na straně vstupu na vnitřní pól (13), vyznačující se tím, že na ploše (34) kotvy na straně vstupu je vytvořeno škrticí místo (36), které je tvořeno prstencovým zvýšením (35) na ploše (34) kotvy na straně vstupu a/nebo na dorazové ploše (37) kotvy na vnitřním pólu (13) na straně výstupu.
2. Vstřikovací paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že poblíž škrticího místa (36) jsou na kotvě (20) upraveny prostředky k redukci škrcení (38, 39, 40, 41).
3. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zvýšení (35) je vytvořeno klínově nebo pravoúhle.
4. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že škrticí účinek škrticího místa (36) je redukován vrtáním (38) v kotvě (20).
5. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 4, vyznačující se tím, že vrtání (38) ústí uvnitř plochy (46) uzavřené zvýšením (35).

·* * .* · *· »· • ti · · ti ti tititi ti ti ti titititi ti ti ti titititi titi ti titititi tititi ti ti ti tititi tititi • ••ti ti titi ti ·· tititi
6. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že škrticí účinek škrticího místa (36) je redukován centrálním vybráním (39) kotvy (20).
7. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že škrticí účinek škrticího místa (36) je redukován vybráním (40) jehly (3) ventilu.
8. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že vybrání (39, 40) na kotvě (20) a na jehle (3) ventilu jsou provedeny podobné drážce.
9. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že vybrání (40) jehly (3) ventilu má zaoblené nebo zkosené hrany (44).
10. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 4, vyznačující se tím, že vrtání (38) leží vně plochy (46) obklopené zvýšením (35).
11. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že osazení (43) je vytvořeno na dorazové ploše (37) kotvy na vnitřním pólu (13) na straně výstupu.
12. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 11, vyznačující se tím, že kotva (20) má na ploše (34) na straně vstupu, prohloubení (41).
13. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 12, vyznačující se tím, že prohloubení (41) je obklopeno okrajovým zvýšením (42).

V «***. * w ”^w 7 • · 0 0 0 · • · · · · · · ·
14. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 13, vyznačující se tím, že okrajové zvýšení (42) má na straně přivrácené k prohloubení (41) zaoblenou hranu (47).
15. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 14, vyznačující se tím, že škrticí místo (36) je vytvořeno mezi okrajovým zvýšením (42) a osazením (43).