CZ20021997A3

CZ20021997A3 - Vstřikovací ventil paliva

Info

Publication number: CZ20021997A3
Application number: CZ20021997A
Authority: CZ
Inventors: Guenter Dantes; Detlef Nowak; Joerg Heyse; Michael Klaski
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-12-17
Also published as: JP2004518052A; DE10050053A1; EP1328719A2; DE10050053B4; WO2002031350A2; WO2002031350A3

Description

Vstřikovací ventil paliva

Oblast techniky

Vynález se týká vstřikovacího ventilu paliva, zejména k přímému vstřikování paliva do spalovacího prostoru spalovacího motoru, s uzavíracím tělesem ventilu, které společně s dosedací plochou ventilu, která je vytvořena na tělese sedla ventilu, tvoří těsnicí sedlo, a s vířivým elementem.

Dosavadní stav techniky

Ze spisu DE 197 36 682 Al je známý vstřikovací ventil paliva, který se vyznačuje tím, že na konci ventilu, odvráceném od směru proudu, je upravena vodicí a sedlová oblast, která je vytvořena kotoučovými elementy. Vířivý element je přitom vložen mezi vodicí element a element sedla ventilu. Vodicí element slouží pro vedení axiálně pohyblivé jehly ventilu, která jím prochází, kdežto uzavírací úsek jehly ventilu spolupůsobí s dosedací plochou elementu sedla ventilu. Vířivý element má vnitřní oblast otvorů s větším počtem vířivých kanálů, které nejsou spojeny s vnějším obvodem tohoto vířivého elementu. Celá oblast otvorů se rozprostírá přes kompletní axiální tloušťku vířivého elementu.

Ze spisu DE 198 15 789 Al je dále známý vstřikovací ventil paliva, který se vyznačuje tím, že má na straně po směru proudu vířivý kotouč sedla ventilu, který sestává nejméně z kovového materiálu, má nejméně dva vířivé kanály, které ústí do vířivé komory a u kterého jsou všechny nanášené vrstvy materiálu uspořádány s bezprostřední

vzájemnou přilnavostí pomocí galvanického vylučování kovů (vícevrstvá galvanizace). Vířivý kotouč je do ventilu vestavěn takovým způsobem, že normála jeho plochy probíhá skloněná šikmo k podélné ose ventilu pod úhlem, odchylným od 0°, takže úhel γ paprsku paliva vůči podélné ose ventilu je nastavitelný směrovou orientací vířivého kotouče.

Nevýhodou vstřikovacích ventilů paliva, známých z výše uvedených spisů, je zejména výše výrobních nákladů a tím také jejich cena, vzniklá kombinací velkého množství jednotlivých dílů, které nemohou být do sériových vstřikovacích ventilů paliva integrovány bez značných nákladů. Aby mohl být vstřikovací ventil paliva modifikován pro libovolné možnosti použití, musí být zaváděna nákladná výrobní a montážní opatření. Zejména není běžnými metodami přípravy víření možné buď vůbec nebo pouze neuspokojivě realizovat úhel a a γ paprsku kapaliny, což se projevuje v asymetričnosti a nestejnorodosti paprsku paliva, respektive při dávkování množství paliva.

Podstata vynálezu

Tyto nevýhody odstraňuje vstřikovací ventil paliva, zejména k přímému vstřikování paliva do spalovacího prostoru spalovacího motoru, s uzavíracím tělesem ventilu, které společně s dosedací plochou ventilu, která je vytvořena na tělese sedla ventilu, tvoří těsnicí sedlo, a s vířivým elementem, podle vynálezu, jehož podstatou je, že vířivý element má stočený vícehran, který má spirálovou strukturu a ve spojení s vybráním tělesa sedla ventilu nebo se zásuvným dílem tělesa sedla ventilu tvoří palivové kanály, které vedou palivo po spirálové dráze ve směru k odstřikovacímu otvoru.

Výhodou tohoto ventilu je to, že příprava víření prostřednictvím vířivého elementu, který je proveden ve formě spirálovitě stáčeného vícehranu, zejména čtyřhranu nebo osmihranu, je obzvlášť cenově příznivá a ventil lze snadno montovat. Vícehran tvoří společně se sousedící stěnou spirálovité proudové kanály, podél nichž je palivo vedeno po spirálové dráze, takže vzniká vír.

Prostřednictvím opatření uvedených v dodatkových nárocích jsou umožněna výhodná další provedení vstřikovacího ventilu paliva.

Přitom je výhodné, že vířivý element může být vždy podle způsobu konstrukce libovolně nebo podle počtu stran vícehranu přizpůsoben aktuálním požadavkům, a to, díky palivovým kanálům, které jsou v tomto vířivém elementu vytvořeny.

Výhodné je také sklonění podélné osy vířivého elementu vůči podélné ose vstřikovacího ventilu paliva při použití pro šikmé vstřikování k dosažení vstřikovacího úhlu γ bez obracení směru paprsku paliva.

Na odtokové straně vířivého elementu je výhodným způsobem vytvořena vířivá komora, která je dimenzována tak, že může být vytvořeno homogenní vířivé proudění a minimalizován mrtvý objem.

Uspořádání vířivého elementu v zásuvném dílu, který je možné zasunout do tělesa sedla ventilu, je výhodné v tom, že zásuvný díl a vybrání, ve kterém je tento díl uložen, lze snadno vyrobit.

Intenzita víření uděleného palivu je zvlášť výhodně nastavitelná prostřednictvím stupně stočení vícehranu a z toho vyplývajících rozdílů ve sklonu spirálové struktury vícehranu. Tím je možné homogenizovat vířivé proudění, vytvářené ve vířivé komoře, nejen objemem této vířivé komory, ale také přes směr paprsků paliva, které do vířivé komory vstupují.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení vynálezu jsou blíže vysvětleny v následujícím popisu a podle zjednodušeného znázornění na obrázcích, na kterých znamená obr. IA schématický řez prvním příkladem provedení vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu, obr. IB schématický výřez z prvního příkladu provedení vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu, znázorněného na obr. 1, obr. 1C schématický řez podél čáry TC-IC na obr. IB v pohledu po směru proudu, obr. 2A schématický řez druhým příkladem provedení vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu ve stejné oblasti jako na obr. IB a obr. 2B schématický řez podél čáry IIB-IIB na obr. 2A v pohledu po směru proudu.

Příklady provedení vynálezu

Vstřikovací ventil X paliva, znázorněný na obr. IA, je proveden ve formě vstřikovacího ventilu X pro vstřikovací zařízení paliva zážehových spalovacích motorů pracujících se stlačenou směsí. Vstřikovací ventil 1_ paliva se hodí zejména pro přímé vstřikování paliva do neznázorněného spalovacího prostoru spalovacího motoru.

Vstřikovací ventil i. paliva sestává z tělesa 2 trysky, ve kterém je uspořádána jehla 3. ventilu. Jehla 3_ ventilu je v činném spojení s uzavíracím tělesem 4 ventilu, které spolupůsobí s dosedací plochou 6. ventilu, uspořádanou na tělese 5. sedla ventilu tak, že vytvářejí těsnicí sedlo. Těleso 5. sedla ventilu lze vložit do vybrání tělesa 2 trysky. U vstřikovacího ventilu 1 paliva se v příkladu provedení jedná o vstřikovací ventil 1_ otevírající směrem dovnitř, ve kterém je upraven odstřikovací otvor 7. Těleso 2 trysky je vůči vnějšímu pólu 9 magnetové cívky 10 utěsněno těsněním 8.. Magnetová cívka 10- je zapouzdřena v pouzdře 11 cívky a je navinuta na kostře 12 cívky, která přiléhá na vnitřní pól 13 magnetové cívky IQ. Vnitřní pól 13 a vnější pól 9. jsou vzájemně odděleny mezerou 26 a opírají se o spojovací konstrukční prvek 29. Magnetová cívka 10 je buzena elektrickým proudem, který je možné přivést vedením 19 přes elektrický zástrčkový kontakt 17. Zástrčkový kontakt 17 je obklopen plastovým pláštěm, který může být na vnitřní pól 13 nastříknut.

Jehla 3. ventilu je vedena ve vedení 14 jehly ventilu, které je provedeno ve tvaru kotouče. Pro nastavení zdvihu slouží přidružený nastavovací kotouč 15. Na druhé straně nastavovacího kotouče 15 se nachází kotva 20. Ta je přes první přírubu 21 ve spojení se silovým stykem s jehlou 3. ventilu, které je realizováno svarovým švem 22. O první přírubu 21 se opírá vratná pružina 23., která je v předkládané konstrukční formě vstřikovacího ventilu 1 paliva napínána pouzdrem

24.

Druhá příruba 3 1 která je s jehlou 3_ ventilu spojena přes svarový šev 33. slouží jako spodní zarážka kotvy. Elastický mezikroužek 32., který doléhá na druhou přírubu 31. zabraňuje odrazům při uzavírání vstřikovacího ventilu 1. paliva.

Ve vedení 14 jehly ventilu a v kotvě 20 probíhají palivové kanály 30a a 30b. které palivo, přiváděné centrálním přívodem 16 paliva a filtrované filtračním elementem 25, vedou k odstřikovacímu otvoru 7_. Vstřikovací ventil J_ paliva je pomocí těsnění 28 utěsněn vůči dále neznázorněnému palivovému potrubí.

Na přítokové straně těsnicího sedla je uspořádán vířivý element 34 ve tvaru stočeného vícehranu 35, který je v předkládaném prvním příkladu provedení nasunut na uzavírací těleso 4 ventilu, respektive na jehlu 3. ventilu. Detailní znázornění vířivého elementu 34 je patrné na obr. 1B a IC.

V klidovém stavu vstřikovacího ventilu 1_ paliva působí na kotvu 20 proti směru jejího zdvihu vratná pružina 23 tak, že uzavírací těleso 4 ventilu je drženo na sedle 6. ventilu v těsném dotyku. Při aktivaci magnetové cívky 10 se vytváří magnetické pole, které pohybuje kotvou 20 proti síle vratné pružiny 23 ve směru zdvihu, přičemž zdvih je dán pracovní mezerou 27. která se v klidovém stavu nachází mezi vnitřním pólem 12 a kotvou 20.. Kotva 20 s sebou unáší přírubu 21, která je svařena s jehlou 3_ ventilu, rovněž ve směru zdvihu. Uzavírací těleso 4 ventilu, které je v činném spojení s jehlou 3. ventilu, se zvedá od dosedací plochy 6 ventilu a palivo, vedené přes palivové kanály 30a a 30b a také přes palivový kanál 37 vytvořený ve vířivém elementu 34 k odstřikovacímu otvoru 7, je vystřikováno. Kanály jsou přednostně skloněny vůči podélné ose 36 vstřikovacího ventilu £ paliva pod odstřikovacím úhlem γ..

··*·

Je-li proud do cívky vypnut, odpadá kotva 20 po dostatečném zániku magnetického pole prostřednictvím tlaku vratné pružiny 23 od vnitřního pólu 13, čímž se příruba 21, která je v činném spojení s jehlou 3_ ventilu, pohybuje proti směru zdvihu. Jehla 3_ ventilu se tak pohybuje ve stejném směru, takže uzavírací těleso 4 ventilu dosedá na dosedací plochu 6 ventilu a vstřikovací ventil 1_ paliva uzavírá.

Obr. IB znázorňuje v řezu zvětšený pohled na části na odstřikovací Straně vstřikovacího ventilu 1_ paliva podle vynálezu podle prvního příkladu provedení, popsaného na obr. IA. Znázorněný výřez je na obr. IA označen IB.

Vířivý element 34, který je v předkládaném příkladu provedení vytvořen jako čtyřhran 35 se čtyřmi Stejně dlouhými stranami 48, je nasazen na uzavírací těleso 4 ventilu a/nebo jehlu 3. ventilu. Stočením čtyřhranu 35 vzniká spirálová struktura 3 8, čímž je mezi vnitřní stěnou 40 vybrání 39. tělesa 5. sedla ventilu vymezen palivový kanál 3 7, sloužící jako proudový kanál, který palivu proudícímu k těsnicímu sedlu uděluje díky svému rovněž spirálovému tvaru vířivý pohyb. Pomocí odpovídajícího sklonu odstřikovacího otvoru ]_ vůči podélné ose 36 vstřikovacího ventilu 1. paliva je možné dosáhnout libovolného úhlu x vystřikovaného paprsku.

Na odstřikovací straně vířivého elementu 34 je vytvořena vířivá komora 46, ohraničená tímto vířivým elementem 34, uzavíracím tělesem 5. ventilu a tělesem 5. sedla ventilu. Objem vířivé komory 46 je přitom dimenzován zejména tak, že na jedné straně umožňuje vytvoření homogenního vířivého proudu a na straně druhé minimalizuje mrtvý objem. Vířivý proud může být přitom pomocí tvarování spirálové ·*·♦

»* struktury 3 8 modelován tak, že nezanikne ani v mrtvém čase mezi dvěma vstřikovacími cykly vstřikovacího ventilu X paliva.

Rovnostranný čtyřhran 35 neslouží přitom jen pro vytváření víření, ale také pro vedení jehly 3. ventilu, protože spirálová struktura 38 vířivého elementu 34 přiléhá na vnitřní stěnu 40 vybrání 39 a jehla

3. ventilu je tak v tomto vybrání 39 vedena.

. Obr. 1C znázorňuje řez podél čáry IC-IC na obr. 1B, přičemž již dříve popsané elementy jsou znázorněny ještě jednou.

Výroba spirálové struktury 3 8 vícehranu 3 5 je prováděna ohřevem předem upravené součásti a následným stočením. Z toho důvodu je vícehran 35 upnut například do přidržovacího přípravku a je zkrucován tak dlouho, dokud se spirálová struktura 38 nevytvoří podle požadavku. Průtok k těsnicímu sedlu může být přitom určen volbou vhodného tvaru vícehranu 3 5, přičemž průtok palivovými kanály 37 se zmenšuje se stoupajícím počtem hran 41 vícehranu 35. Průtok je tak největší při použití trojhranu a ubývá přes čtyřhran k pěti a šestihranu.

Síla víření a tím také tvar paprsku paliva jsou závislé na stupni stočeni vícehranu 35. Cím více je vícehran 35 stočen, tím plošší je stoupání spirálové struktury 38, a tím silnější je víření, které je paprsku paliva uděleno při průtoku spirálovými palivovými kanály 37. S ohledem na tření hran 41 na vnitřních stěnách 40 vybrání 39 tělesa X sedla ventilu může být výhodné zaoblení hran 41, jak je patrné na druhém příkladu provedení podle obr. 2B.

Obr. 2A znázorňuje ve stejném pohledu jako na obr. 1B druhý příklad provedení vstřikovacího ventilu X paliva podle vynálezu. Toto provedení se vyznačuje tím, že vířivý element 34 je uspořádán na ·

··< * ···· ···* odtokové straně těsnicího sedla, čímž je jeho velikost minimalizována.

t

Kromě toho je vstřikovací ventil 1_ paliva podle druhého příkladu provedení vytvořen jako šikmý vstřikovací ventil 1_, takže odstřikovací úhel χ lze nastavovat lépe než sklonem odstřikovacího otvoru ]_. Podélná osa 42 vířivého elementu 34 je přitom skloněna vůči podélné ose 36 vstřikovacího ventilu 1. paliva pod úhlem χ. Tím odpadá obracení paprsku paliva, čímž jsou odstraněny nesourodosti a asymetrie ve tvaru paprsku.

Na straně těsnicího sedla po proudu paliva, které je vytvořeno v prvním příkladu provedení, má těleso 5. sedla ventilu zejména válcové vybrání 43. do něhož je možné zasunout zásuvný díl 44. Zásuvný díl 44 má přednostně rovněž válcový tvar. Ve vybrání 45 zásuvného dílu 34 je uspořádán vířivý element 34. Na odtokové straně vířivého elementu 34 je vytvořena vířivá komora 46. která se zužuje a přechází do odstřikovacího otvoru 7..

Díky spirálové struktuře 38 vířivého elementu 34 se opět vytváří palivový kanál 38 mezi tímto elementem 34 a vnitřní stěnou 49 vybrání 45 zásuvného dílu 44, takže palivo obtékající vířivý element 34 vstupuje do vířivé komory 46 zvířené. V závislosti na malé velikosti vířivého elementu 34 může být také objem vířivé komory 46 zachován dostatečně malý, aby bylo vířivé proudění homogenní a mrtvý objem byl minimalizován.

Obr. 2B představuje schématický řez druhým příkladem provedení vstřikovacího ventilu JL paliva podle vynálezu, zakresleným na obr. 2A, podél čáry IIB-IIB v pohledu ve směru proudění.

Z obr. 2B je patrné, jak u předkládaného druhého příkladu provedení přiléhá stočený osmihran 47 vířivého elementu 34 na vnitřní stěnu 49 vybrání 45 zásuvného dílu 44. Osmihran 47 je přitom upraven vždy se čtyřmi delšími a čtyřmi kratšími stranami 48, přičemž čtyři kratší strany 48 mohou vzniknout například ohraněním, popřípadě zaoblením hran 41 čtyřhranu 35. Tvar osmihranu 47 se tím přibližuje Čtyřhranu 35 se zaoblenými hranami 41. Tímto způsobem lze dosáhnout zlepšení tvarového styku a stejnoměrnějších podmínek tření v porovnání s variantou provedení čtyřhranu 35 s nezaoblenými hranami 41, která byla vysvětlena u prvního příkladu provedení.

Vynález není omezen na znázorněné příklady provedení a je možné jej použít například také s vícehrany s větším počtem stran 48. nebo s libovolně tvarovanými, zaoblenými hranami 41 i pro libovolné konstrukční formy vstřikovacích ventilů 1_ paliva.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vstřikovací ventil (1) paliva, zejména k přímému vstřikování paliva do spalovacího prostoru spalovacího motoru, s uzavíracím tělesem (4) ventilu, které společně s dosedací plochou (6) ventilu, která je vytvořena na tělese (5) sedla ventilu, tvoří těsnicí sedlo, a s vířivým elementem (34), vyznačující se tím, že vířivý element (34) má stočený vícehran (35, 47), který má spirálovou strukturu (38) a ve spojení s vybráním (39, 43) tělesa (5) sedla ventilu nebo se zásuvným dílem (44) tělesa (5) sedla ventilu tvoří palivové kanály (37), které vedou palivo po spirálové dráze ve směru k odstřikovacímu otvoru (7).
2. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že proud paliva, obtékající vířivý element (34) je závislý na počtu hran (41) vícehranu (35, 47).
3. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že stupeň stočení vícehranu (35, 47) určuje sklon spirálové struktury (38) vůči podélné ose (36) vstřikovacího ventilu (1) paliva.
4. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že vířivý element (34) je uspořádán na přítokové straně těsnicího sedla.
5. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 4, vyznačující se tím, že uzavírací těleso (4) ventilu proniká do vířivého elementu (34).
6. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 4 nebo 5,

-χ vyznačující se tím, že vířivý element (34) je vytvořen jako čtyřhran (35).
7. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že vícehran (35) je nasunut na jehle (3) ventilu a/nebo na uzavíracím tělese (4) ventilu.
8. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 4 až 7, vyznačující se tím, že palivové kanály (37) jsou vytvořeny mezi spirálovou strukturou (38) stran (48) vícehranu (35) a vnitřní stěnou (40) vybrání (39) tělesa (5) sedla ventilu.
9. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 4 až 8, vyznačující se tím, že na odtokové straně vícehranu (35) je v tělese (5) sedla ventilu vytvořena vířivá komora (46), do které ústí palivové kanály (37).
10. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že vířivý element (34) je uspořádán na odtokové straně těsnicího sedla.
11. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 10, vyznačující se tím, že vířivý element (34) je uspořádán ve vybrání (45) zásuvného dílu (44), který je možné nasunout do odtokové strany vybrání (43) tělesa (5) sedla ventilu.
12. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 11, vyznačující se te tímže podélná osa (42) zásuvného dílu (44) je skloněna vůči podélné ose (36) vstřikovacího ventilu (1) paliva.
13. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že vířivý element (34) má stočený osmihran (47), který je s tvarovým stykem nasunut do zásuvného dílu (44).
14. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 11 až 13, vyznačující se tím, že vířivá komora (46), do které ústí palivové kanály (37), je vytvořena mezi vířivým elementem (34) a odstřikovacím otvorem (7), vytvořeným v zásuvném dílu (47).