CZ20021538A3 - Ventil k řízení kapalin a jeho použití - Google Patents

Description

Vynález se týká ventilu k řízení kapalin s piezoelektrickým ovladačem, s převodníkem k převádění zdvihu piezoelektrického ovladače, s elementem zpětného nastavení a s elementem ventilu. Vynález se dále týká použití tohoto ventilu.

Dosavadní stav techniky

Ventily k řízení kapalin jsou známé v různých provedeních. Ze spisu US-4022166 je například znám piezoelektrický vstřikovací ventil paliva, u kterého se řízení článku ventilu děje piezoelektrickým elementem. Zdvih piezoelektrického elementu se přitom přenáší přes páku bezprostředně na jehlu ventilu. K držení jehly ventilu a páky vždy v jejich výchozí poloze slouží dvě zpětné pružiny. Na základě tohoto provedení se dvěma zpětnými pružinami, ktere jsou vzájemně spojeny pákou, vzniká útvar velmi citlivý na chvění, který není vhodný zejména pro vysokotlaké vstřikování, protože chvění mohou přejít ve kmitání.

Dále jsou známé injektory, které používají k převádění zdvihu piezoelektrického ovladače hydraulický převodník. Taková řešení však mají všeobecně relativně komplikovanou konstrukci a sestávají z velkého množství dílů. Protože piezoelektrické ovladače mají jen velmi malou schopnost zdvihu, je cena známých mechanických nebo hydraulických převodníků relativně vysoká.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje ventil k řízení kapalin s piezoelektrickým ovladačem, s převodníkem k převádění zdvihu piezoelektrického ovladače, s elementem zpětného nastavení a s elementem ventilu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že převodník je vytvořen jako výkyvná páka a element ventilu je integrován do výkyvné páky.

Ventil podle vynálezu je výhodný tím, že má velmi jednoduchou konstrukci a lze jej levně vyrobit. Vytvořením převodníku jako výkyvné páky a integrací elementu ventilu do výkyvné páky má ventil křížení tekutin podle vynálezu jen malý počet součástí. Tím se dosahuje zvláště kompaktní konstrukce ventilu podle vynálezu. Tím je zajištěna maximální tuhost systému od ovladače až k sedlu ventilu, přičemž je počet kontaktních oblastí mezi jednotlivými součástmi minimální. Převodníkem se dále mohou vyrovnávat eventuálně vznikající tolerance zdvihu systému. Protože je převodník uspořádán v prostoru ventilu plněném palivem, je zajištěno dobré mazání, z čehož vyplývá malé opotřebení.

Podle výhodného provedení předloženého vynálezu jsou výkyvná páka a element ventilu vytvořeny jako jeden díl. Řečeno jinými slovy, element ventiluje integrován bezprostředně do výkyvné páky. Tím se může minimalizovat počet jednotlivých součástí, protože není potřebný separátní element ventilu. Geometrické provedení části výkyvné páky, která slouží jako element ventilu, může být přitom libovolné. Přitom je třeba dbát jen na to, aby byly k dispozici dostačující utěsňující vlastnosti na sedle ventilu. Část výkyvné páky, sloužící jako element ventilu, může být vytvořena například ve tvaru poloviny koule nebo kuželu.

9 99 ·9 9 9 9· · 9 · 9 9 9 • · 9 · 9 9 9

Podle jiného výhodného provedení vynálezu je element ventilu vytvořen jako separátní koule, která je ovladatelná výkyvnou pákou.

Ve výkyvné páce je s výhodou vytvořeno vybrání k uložení elementu ventilu. Vybrání lze přitom vytvořit buď takovým způsobem, že je element ventilu uspořádán pevně ve vybrání (například prostřednictvím lisovaného uložení), nebo tak, že je element ventilu uspořádán ve vybrání volně. Při volném uspořádání elementu ventilu ve vybrání je samozřejmě zajištěno, že při otevírání ventilu je dráha výkyvné páky omezena, takže volný element ventilu nemůže opustit své místo.

Element zpětného nastavení působí s výhodou bezprostředně na výkyvnou páku. Jako element zpětného nastavení je s výhodou použita pružina, jako například šroubovitá pružina. Zvláště výhodné je přitom vytvořit uložení pružiny ve výkyvné páce. Toto uložení lze vytvořit například vybráním uspořádaným ve výkyvné páce, ve kterém je umístěn konec pružiny.

Aby měl převodník vytvořený jako výkyvná páka co nejmenší prostorovou vůli, je s výhodou uspořádán ve vodicím pouzdru. Během provozu je pak převodník veden v tomto vodicím pouzdru. Vodicí pouzdro lze přitom vyrobit jednoduše předem s velmi malými tolerancemi součásti. Tím má převodník jen minimální vůli, čímž má celkový systém maximální tuhost.

Podle jiného výhodného provedení předloženého vynálezu je element ventilu vytvořen jako dvousedlový ventil. Obě sedla jsou přitom jsou s výhodou uspořádána na pákové straně výkyvné páky. Ventil přitom může být proveden takovým způsobem, že může zaujímat tři polohy, totiž první polohu ve které element ventilu dosedá na první sedlo ventilu a toto uzavírá, druhou polohu, ve které •a 0 0 0 0 0 »· 0 9 9 99 • 0 0 0 0» 0 000

element ventilu dosedá na druhé sedlo ventilu a toto uzavírá, a třetí polohu, ve které element ventilu nedosedá na žádné z obou sedel, takže obě sedla ventilu jsou otevřená (střední poloha).

Výkyvná páka je s výhodou spojena s piezoelektrickým ovladačem přes táhlo. To umožňuje, že se ventil může udržovat jednoduchým způsobem ve střední poloze.

Aby bylo možno u dvousedlového ventilu element ventilu jednoduše integrovat do výkyvné páky, je ve výkyvné páce výhodně vytvořen průchozí otvor, ve kterém je uložen separátní element ventilu, jako například kulička.

Ventil podle vynálezu se s výhodou používá k řízení kapalin ve vstřikovacích zařízeních systému se společným vysokotlakým zásobníkem paliva.

Vynálezem je vytvořen ventil k řízení kapalin, který se na základě malého počtu součástí a kompaktní konstrukce vyznačuje* maximální tuhostí systému. Tím se může proces vstřikování, zejména při vstřikování paliva u vstřikovacích systémů se zásobníkem, provádět přesněji a může se dále zlepšovat.

Přehled obrázků na výkresech

V následujícím popisu jsou blíže vysvětleny příklady provedení vynálezu. Na výkresech znázorňuje obr. 1 schematický řez částí řídicího ventilu pro vstřikovací ventil paliva podle prvního příkladu provedení předloženého vynálezu, ft ft ftftftft obr. 2 schematický řez částí řídicího ventilu pro vstřikovací ventil paliva podle druhého příkladu provedení předloženého vynálezu, obr. 3 schematický řez částí řídicího ventilu pro vstřikovací ventil paliva podle třetího příkladu provedení předloženého vynálezu, obr. 4 schematický řez částí řídicího ventilu pro vstřikovací ventil paliva podle čtvrtého příkladu provedení předloženého vynálezu, obr. 5 graficky nastavení trysky vstřikovacího ventilu paliva v závislosti na poloze řídicího ventilu a obr. 6 graficky polohu řídicího ventilu znázorněného na obr. 4 v závislostí na čase.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn řídicí ventil pro vstřikovací ventil paliva vstřikovacího systému se společným vysokotlakým zásobníkem paliva (systém common-rail). Řídicí ventil 1. obsahuje piezoelektrický ovladač 2, mechanický převodník vytvořený jako výkyvná páka 3. a šroubovitou pružinu 4 použitou jako element zpětného nastavení. Výkyvná páka je přitom uspořádána v prostoru 25 ventilu.

Výkyvná páka má, jak je znázorněno na obr. 1, část 5_ tvaru polokoule, která je vytvořena jako element ventilu. Část 5. tvaru polokoule přitom uzavírá sedlo 6 ventilu. Výkyvná páka 3. je dále otočně uložena ve dvou bodech, totiž na prvním ložisku 9. a druhém ložisku 10. Výkyvná páka 3. se přitom otáčí kolem pomyslného bodu P, který leží ve středu vzdálenosti mezi oběma ložisky 9. a 10. Výkyvná páka 3. má dále dosedací plochu 13, na kterou dosedá píst 8_, který je spojen s piezoelektrickým ovladačem 2. Část 5. výkyvné páky

3. uzavírá výstup z řídicího prostoru 18, ve kterém je uspořádán řídicí

9 S9 »«·· ·· ·· * · « · · « « · ii « *

6· · · · · · · 9 9 9 ········ · · » · • · · · · ě 9 ···

9 9 99 9 99 9999 píst 19. Řídicí píst 19 je spojen k otevírání nebo zavírání jehly vstřikovacího ventilu paliva nepřímo nebo přímo s touto jehlou. Přívod 17 paliva je přes škrcení 16 spojen s řídicím prostorem 18..

Protože piezoelektrický ovladač 2 provádí jen velmi malý zdvih, je tento zdvih přenášen pístem 8. na výkyvnou páku 3_. Převodový poměr výkyvné páky přitom činí a:b, přičemž a je délka ramene páky mezi přímkou A-A vedenou oběma opěrnými polohami na ložiscích 9. a 10 a osou souměrnosti B-B vrtání k řídicímu prostoru 18, který se částí 5_ výkyvné páky 3 zavírá, popřípadě otevírá. Délka b je přitom vzdálenost mezi osou A-A a osou C-C, kterou tvoří osa souměrnosti pístu 8., který tlačí na výkyvnou páku 3_.

Následně bude popsána funkce řídicího ventilu podle prvního příkladu provedení. Když se má vstřikovat palivo, které přes přívod 17 paliva působí vysokým tlakem na vstřikovací jehlu injektoru, aktivuje se piezoelektrický ovladač 2. tak, že provádí zdvih ve směru pístu. Tento zdvih piezoelektrického ovladače 2 se přenáší pístem 8. na první rameno b výkyvné páky % Tím se výkyvná páka 3_ otáčí kolem bodu P na ose A-A, takže část 5. výkyvné páky se nadzdvihne proti síle šroubovité pružiny 4 od sedla 6. ventilu. Tím se vytvoří spojení řídicího prostoru 18 přes škrcení 15 s prostorem 25, ve kterém je uspořádána výkyvná páka. Řídicí prostor 1 8 je přes škrcení 16. spojen rovněž s přívodem 17 paliva. Je-li nyní řídicí ventil v otevřeném stavu, proudí palivo přes škrcení 1 5 do prostoru 25. Tím klesá tlak v části řídicího prostoru 18, čímž se řídicí píst 19 pohybuje ve směru k výkyvné páce 3_. Tím se jehla ventilu injektoru nadzvedne od svého sedla, takže se do spalovacího prostoru může vstřikovat palivo.

Když se piezoelektrický ovladač 2. deaktivuje, nastaví se výkyvná páka 3. pružinou 4 zpětného nastavení opět do své výchozí «· ··>« polohy, takže část 5_ výkyvné páky 3. opět dosedne na sedlo 6 ventilu. Tím stoupne tlak v řídicím prostoru 18, čímž se řídicí píst 19. pohybuje opačným směrem. Tím jehla ventilu opět utěsňuje sedlo injektorů a vstřikování paliva je ukončeno.

Integrovaným vytvořením výkyvné páky s částí 5_, která otevírá a zavírá sedlo 6. ventilu, vzniká velmi kompaktní konstrukce s malým počtem součástí. Dále se tím může vytvořit řídicí ventil jako velmi tuhý systém, takže se v porovnání se stavem techniky může zlepšit zejména přesnost vstřikování.

Na obr. 2 je znázorněn druhý příklad provedení řídicího ventilu pro injektor ke vstřikování paliva. Stejné, popřípadě funkčně stejné díly jsou označeny stejně jako v prvním příkladu provedení. Protože druhý příklad provedení v podstatě odpovídá prvnímu příkladu provedení, budou v následujícím detailně vysvětleny jen rozdíly.

Na rozdíl od prvního příkladu provedení je výkyvná páka 3. druhého příkladu provedení vytvořena takovým způsobem, že má vybrání 11, ve kterém je uspořádán separátní element 5_ ventilu. Jak je znázorněno na obr. 2, je element 5_ ventilu vytvořen jako ventilová kulička. Ventilová kulička je ve vybrání 11 výkyvné páky 3. uspořádána volně.

Jak je dále znázorněno na obr. 2, je výkyvná páka 3. uložena jen v místě ložiska 9.. Bod otáčení výkyvné páky 3. se tím nachází v části dotyku ložiska 9. a výkyvné páky 3_ na přímce A-A.

Ke zvýšení tuhosti systému jsou na bočních stěnách prostoru 25 vytvořena dvě vyčnívající vyklenutí 23 a 24, mezi nimiž je uspořádána výkyvná páka 3_. Tato vyklenutí 23 a 24 slouží k vedení • to toto-·· • to · to to to to' výkyvné páky 3. a dále zvyšují tuhost systému. Pákový převod výkyvné páky 3. je určen délkou obou ramen a:b a může se podle případu použití měnit změnou délky ramen. K tomu je třeba do injektorů jednoduše montovat jen jinou výkyvnou páku 3_, jejíž bod uložení na ložisku 9_je přesunut vlevo nebo vpravo.

Funkce injektorů znázorněného na obr. 2 v podstatě odpovídá funkci injektorů v prvním příkladu provedení, takže lze odkázat na popis prvního příkladu použití.

.· Na obr. 3 je znázorněn řídicí ventil pro injektor ke vstřikování paliva podle třetího příkladu provedení předloženého vynálezu. Stejné, popřípadě funkčně stejné díly jsou označeny stejně jako v obou v předchozím popsaných příkladů provedení. Protože třetí příklad provedení v podstatě odpovídá druhému příkladu provedení, budou následně detailně popsány jen rozdíly.

Na rozdíl od druhého příkladu provedení nejsou u třetího příkladu provedení vytvořena vyklenutí 23 a 24. Místo nich je k vedení výkyvné páky 3. ve třetím příkladu provedení použito vodicí pouzdro 20. Protože se může pouzdro 20 předem jednoduše vyrábět a přitom může splňovat vysoké požadavky na tolerance, může se tuhost systému ještě dále zlepšit. Jinak odpovídá třetí příklad provedení druhému příkladu provedení, takže se může upustit od dalšího popisu.

Na obr. 4 je znázorněn ventil k řízení kapalin podle třetího příkladu provedení předloženého vynálezu. Stejné, popřípadě funkčně stejné díly jsou označeny stejně jako v obou v předchozím popsaných příkladů provedení.

Čtvrtý příklad provedení předloženého vynálezu je vytvořen jako dvousedlový ventil. Tento ventil je opatřen prvním sedlem 6 fr · fr · frfr frfrfrfr frfr frfr frfrfrfr frfr fr frfrfrfr frfrfrfr frfr · fr.fr fr fr frfr frfrfr fr· ·· fr · frfrfrfr frfrfr frfrfr • fr frfr frfr fr frfr frfr·· ventilu a druhým sedlem 7. ventilu, a tato sedla se mohou otevírat nebo zavírat vždy společným elementem 5. ventilu.

Jak je znázorněno na obr. 4, je výkyvná páka 3. ventilu vytvořena takovým způsobem, že má průchozí otvor 14. V tomto průchozím otvoru 14 je prostřednictvím lisovaného uložení upevněn element 5. ventilu vytvořený jako koule. Výkyvná páka 3. je otočně uložena na prvním ložisku 9_. Jako zařízení zpětného nastavení slouží opět šroubovitá pružina 4, která působí přes píst 22 na výkyvnou páku 3.. Jak je znázorněno na obr. 4, je pružina 4 uspořádána takovým způsobem, že se nachází na společné ose C-C s pístem 8_, kterým se přenáší zdvih piezoelektrického ovladače 2 na výkyvnou páku 3_. Pákový poměr obnáší jako v předchozích příkladech a:b.

Dále jsou v tělesu uspořádána dvě vyčnívající vyklenutí 23 a 24, která slouží k vedení výkyvné páky 3_.

V zavřeném stavu je ventil na sedle 6_ uzavřen. Je-li ovládán piezoelektrický ovladač 2_, pohybuje se ventil proti síle pružiny 4. přes výkyvnou páku 3_ od sedla 6. ventilu k sedlu 7_ ventilu tak, že se sedlo 7_ ventilu uzavře. Zpětným tažením piezoelektrického ovladače 2 prostřednictvím předepínací pružiny (není znázorněna) se výkyvná páka 3. táhlem 21 tvaru písmene U, které je pevně spojeno s pístem 8_ a obklopuje pravé rameno výkyvné páky 3_, opět nadzdvihne od sedla

7. ventilu, takže je k dispozici otvor procházející od vedení 26 k řídicímu prostoru 18. Tím může tekutina proudit od řídicího prostoru 1 8 k vedení 26, takže v řídicím prostoru 1 8 vzniká podtlak a řídicí píst 19 se pohybuje ve směru elementu 5_ ventilu a jehla ventilu, spojená například s řídicím pístem 19, se nadzdvihne od svého sedla k umožnění vstřikování paliva. Zpětné nastavení ventilu 1_ se děje opět pružinou 4, takže element 5_ opět dosedá na sedlo 6. ventilu.

»· ·*·Φ »9 · «Μ » • · ·· ♦

····

Na obr. 5 a 6 je znázorněn zdvih řídicího ventilu £ (obr. 6) a zdvih vstřikovacího ventilu (obr. 5) v závislosti na čase. Jak je znázorněno na obr. 6, je ve výchozím stavu ventilu 1_ sedlo 6 ventilu zavřeno. Když se nyní piezoelektrický ovladač 2 aktivuje, zavírá ventil 1_ krátkodobě sedlo 7., přičemž poté, na základě výše vysvětleného zpětného nastavení piezoelektrického ovladače, zaujímá střední polohu mezi sedlem 6. a sedlem 7_, ve které působí na řídicí píst 19 podtlak. V důsledku tohoto podtlaku se ve střední poloze řídicího ventilu otevírá jehlový ventil vstřikovacího ventilu, jak je znázorněno na obr. 5, ke vstřikování paliva do spalovacího prostoru. Po deaktivaci piezoelektrického ovladače 2_ zaujímá řídicí ventil opět svou základní polohu na sedle 6. ventilu, čímž je také ukončeno vstřikování paliva (srov. obr. 5 a 6).

Na obr. 5 je před vlastním vstřikováním znázorněn ještě malý zdvih jehly, který teoreticky vzniká v mezičase mezi otevřením sedla ventilu 6. a zavřením sedla 7_ ventilu. Na základě setrvačnosti systému to však v praxi nemá žádný význam, zejména proto, že také spínací časy řídicího ventilu jsou velmi krátké.

Předložený vynález se týká ventilu k řízení kapalin. Ventil obsahuje piezoelektrický ovladač 2, převodník, který převádí zdvih piezoelektrického ovladače 2, element zpětného nastavení a element 5_ ventilu. Převodník je přitom vytvořen jako výkyvná páka 3_ a element 5_ ventilu je integrován do výkyvné páky, čímž je dosaženo velké tuhosti systému při minimálním počtu dílů.

Předcházející popis příkladů provedení podle předloženého vynálezu slouží jen k ilustraci a nikoli k omezení vynálezu. V rámci vynálezu jsou možné různé změny a modifikace, aniž by byl došlo k vybočení z rozsahu vynálezu jakož i jeho ekvivalentů.

Claims (10)

1. Ventil k řízení kapalin s piezoelektrickým ovladačem (2), s převodníkem k převádění zdvihu piezoelektrického ovladače (2), s elementem (4) zpětného nastavení a s elementem (5) ventilu, vyznačující se tím, že převodník je vytvořen jako výkyvná páka (3) a element (5) ventiluje integrován do výkyvné páky (3).

2. Ventil k řízení kapalin podle nároku 1, vyznačující se tím, že výkyvná páka (3) a element (5) ventilu jsou vytvořeny jako jeden díl.

3. Ventil k řízení kapalin podle nároku 1, vyznačující se tím, že element (5) ventilu je vytvořen jako koule.

4. Ventil k řízení kapalin podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že výkyvná páka (3) má vybrání (11) pro uložení elementu (5) ventilu.

5. Ventil k řízení kapalin podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že element (4) zpětného nastavení působí, bezprostředně na výkyvnou páku (3).

6. Ventil k řízení kapalin podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že převodník je uspořádán ve vodicím pouzdru (20).

7. Ventil k řízení kapalin podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že element (5) ventilu je vytvořen jako dvousedlový ventil.

·· 0·' Η 000» »0 ·» • 0 0 · · 0 0 0 0 0 0 »00· · » 0 0 0 0 0 00 ··· »0 0 0 0 0 00·· ··· 000 • 0 00 ·· 0 00 0000

8. Ventil k řízení kapalin podle nároku 7, vyznačující se tím, že výkyvná páka (3) je přes táhlo (21) spojena s piezoelektrickým ovladačem (2).

9. Ventil k řízení kapalin podle nároku. 7 nebo 8, vyznačující se tím, že ve výkyvné páce (3) je vytvořen průchozí otvor (14), ve kterém je uložen separátní element (5) ventilu.

10. Použití ventilu křížení kapalin podle jednoho z nároků 1 až 9 ve vstřikovacím zařízení vstřikovacího systému paliva se společným vysokotlakým zásobníkem paliva.