CZ20022032A3

CZ20022032A3 - Vstřikovací ventil paliva

Info

Publication number: CZ20022032A3
Application number: CZ20022032A
Authority: CZ
Inventors: Guenter Dantes; Detlef Kowak
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2003-12-17
Also published as: DE10050752A1; DE10050752B4; EP1328720A2; US6764027B2; WO2002031352A3; JP2004511702A; US20030047623A1; WO2002031352A2

Description

Vstřikovací ventil paliva

Oblast techniky

Vynález se týká vstřikovacího ventilu paliva pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů, s jehlou a s uzavíracím tělesem spojeným s jehlou, které spolupracuje s plochou sedla ventilu v tělese sedla ventilu pro vytvoření těsnicího sedla, a s alespoň jedním vířivým elementem, který je uspořádán před těsnicím sedlem v tělese sedla ventilu.

Důs^avadní stav techniky

Vstřikovací ventily paliva, u nichž jsou v tělese sedla ventilu umístěny vířivé elementy, jsou známé například ze spisu DE 41 31 499 Cl. Vířivý element je proveden ve formě drážek, které jsou provedeny v tělese sedla ventilu, a které ústí do vstřikovacíhootvoru. Dávkování vstřikovaného množství paliva se provádí průřezem vstřikovacího otvoru. Tento vstřikovací otvor je uspořádán buď v tělese sedla ventilu nebo v děrovaném kotouči uspořádaném na výstupním konci vstřikovacího ventilu paliva.

Další vstřikovací ventil paliva, u něhož se zviřování dosahuje drážkami, je znám ze spisu DE 42 3 1 448 Cl. Vířivé elementy se nacházejí před těsnicím sedlem a jsou umístěny ve formě drážek ve středovém vybrání tělesa sedla ventilu, které slouží jako vedení pro uzavírací těleso ventilu. Vířivé drážky, které jsou otevřeny směrem ke střední ose vstřikovacího ventilu paliva, jsou uzavíracím tělesem, které je s výhodou vytvořeno ve tvaru koule, ohraničeny do tvaru

• ··	• ··	• ·		• ·
♦ ·	• · · »	•	«	•
• · ··	• · ·	•	•	•
• · ·	• · ·	•	•	•
• · · ·	• · · · ·	• ·		·· · ·

kanálů. Tím je uvnitř vířivých kanálů definován průřez, kterým se uskutečňuje dávkování paliva.

Nevýhodou vstřikovacího ventilu paliva známého ze spisu DE 41 31 499 Cl je uspořádání elementů pro vytváření víření za těsnicím sedlem. Zejména u vstřikovacích ventilů paliva sloužících k přímému vstřikování je nebezpečí znečištění karbonizací velké. U této konstrukce je zejména nutno vzít v úvahu robustnost vířivých elementů, čímž jsou omezeny možnosti dimenzování konstrukčního elementu, protože je nutno například dodržet minimální požadavky na tloušťku materiálu.

Dále je nevýhodné, že uspořádáním vířivých elementů za těsnicím sedlem vznikne mrtvý prostor, z něhož může po skončení vstřikování vystupovat palivo. Toto takzvané dokapávání vede k neúplnému a nekontrolovanému spalování, které vytváří ve vyšší míře škodliviny. Jednodílné provedení tělesa trysky a tělesa sedla ventilu navíc ztěžuje výrobu drážek. Překročení tolerancí, které při výrobě drážek může popřípadě nastat, proto vede ke vzniku zmetků při výrobě této drahé součásti.

U vstřikovacího ventilu známého ze spisu DE 42 31 448 Cl je doplnění drážek kulovým uzavíracím tělesem pro vytvoření vířivých kanálů nevýhodné. Geometrií koule uzavíracího tělesa ventilu jsou vířivé drážky uzavřeny do tvaru kanálů jen na obvodové linii uzavíracího tělesa ventilu. Tím je možno stěží zabránit vzniku prosakujícího proudu, protože tolerance více součástí se sčítají. Vytvořením těsnicí mezery jako linie se tato skutečnost projeví jako zvlášť kritická. Důsledkem toho je, že dochází k velkému kolísání dávkovaného množství paliva.

9 ··	4 44		44		4·
• · 4	• 4 4	4	•	«	4
• ···	• 4	4	•	•	4
’ - · · ·	• 4	•	•	•	4
• · · · ·	• · · 4 ·		• 4		4 4 4 4

Další nevýhodou je potřebná velká změna směru proudění paliva. Tato změna směru proudění paliva vyplývá z uspořádání vířivých kanálů na válcové stěně vybrání, které slouží k vedení uzavíracího tělesa ventilu. Aby se dosáhlo vytvoření proudění s rovnoměrným vířením, je zapotřebí následné vířivé komory. Změna směru proudění s tím spojená však vede k příliš velkým ztrátám při proudění, které se projeví ve zhoršeném vstřikování.

V průběhu otevření vstřikovacího ventilu paliva dochází kromě toho k vytvoření předvstřiku, který nemá žádnou točivost. Horší rozprašování paliva, které z toho vyplývá, vede k nesprávnému spalování.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje vstřikovací ventil paliva pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů, s jehlou a s uzavíracím tělesem spojeným s jehlou, které spolupracuje s plochou sedla ventilu v tělese sedla ventilu pro vytvoření těsnicího sedla, a s alespoň jedním vířivým elementem, který je uspořádán před těsnicím sedlem v tělese sedla ventilu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že jako vířivý element je ve vstupní straně tělesa sedla ventilu proveden jeden nebo více vířivých kanálů otevřených ke vstupní straně tělesa sedla ventilu.

Výhoda vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu spočívá ,v tom, že proudění paliva, které má točivost, dospěje do vstřikovacího otvoru bez velké změny směru. Současně jsou vířivé elementy chráněně uspořádány před těsnicím sedlem. Pro výrobu je dále výhodné oddělení vytváření točivosti od dávkování vstřikovaného paliva. Rozměrové tolerance vířivých elementů mohou být relativně velké, což umožňuje použití levnějších způsobů výroby.

• · ··· ·· ·· » « · ft · i

Pomocí opatření uvedených ve vedlejších patentových nárocích jsou umožněna další výhodná provedení vstřikovacího ventilu paliva uvedeného v hlavním patentovém nároku.

Přizpůsobení vstřikovacího ventilu paliva potřebám zákazníka s ohledem na dávkované množství paliva, jakož i obrazce vstřikovaného paliva, je možné jednoduše. Provádí se pouze změnou jedné součásti, kterou je možno jednak ovlivnit vytváření víření a jednak dávkování paliva. Ovlivňováním axiální komponenty proudění paliva je možno měnit vytváření víření. To vede ke změně kuželového pláště, na němž se palivo rozstřikuje.

Nastavení velikosti dávky se provádí rovněž při zachování nezměněného tělesa sedla ventilu změnou prstencové mezery, která je vytvořena osazením v uzavíracím tělese ventilu. Kromě přesného určení velikosti dávky při zcela otevřeném vstřikovacím ventilu paliva je možno změnou obrysu osazení ovlivňovat otevírání a zavírání vstřikovacího ventilu paliva.

Dále je výhodné uspořádání vířivých kanálů na kuželovém plášti, jehož úhel je stejný jako úhel plochy sedla ventilu. Tím, že nenastává velká změna směru proudění za vytvářením víření, nedochází k žádným ztrátám na obvodové rychlosti paliva na dráze ke vstřikovacímu otvoru.

Další výhodou je, že za vytvářením víření nevzniká žádný mrtvý prostor. Vytvoření točivosti v proudu paliva nastane proto již v průběhu otevírání vstřikovacího ventilu paliva. Lepší vytváření točivosti neboli víření v průběhu otevírání a uzavírání v konečném důsledku zajišťuje zlepšené spalování, a proto vede ke vzniku menšího množství škodlivin.

• 4 44

4

5J

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje schematicky v řezu část příkladného provedení vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu, obr. 2 schematicky v řezu detail II z obr. 1 příkladného provedení vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu a obr. 3 schematicky řez podél čáry III-III z obr. 2.

Příklady provedení vynálezu

Předtím, než bude podle obr. 2 a 3 blíže popsáno příkladné provedení vstřikovacího ventilu 1_ paliva podle vynálezu, je nutno pro lepší porozumění vynálezu nejprve podle obr. 1 krátce objasnit celkové uspořádání vstřikovacího ventilu 1_ paliva, pokud se týká jeho podstatných součástí.

Vstřikovací ventil 1_ paliva je proveden ve formě vstřikovacího ventilu 1_ paliva pro vstřikovací zařízení paliva zážehových spalovacích motorů, v nichž se provádí stlačování palivové směsi. Vstřikovací ventil 1_ paliva je vhodný zejména pro přímé vstřikování paliva do neznázorněného spalovacího prostoru spalovacího motoru.

Vstřikovací ventil 1_ paliva obsahuje těleso 2 trysky, v němž je uspořádána jehla 3_. Jehla 3_ je v činném spojení s uzavíracím tělesem 4, které spolupracuje s plochou 6_ sedla ventilu uspořádanou na tělese 5_ sedla ventilu pro vytvoření těsnicího sedla. Vstřikovacím ventilem 1 paliva je u tohoto příkladného provedení elektromagneticky ovládaný vstřikovací ventil J_ paliva, který má jeden vstřikovací otvor 7_· Těleso 2_ trysky je těsněním 8_ utěsněno vůči vnějšímu pólu cívky *

• ·

6:

···

4·

444

444 94

44 4 4

Ο magnetu. Cívka' 1 0 magnetu je zapouzdřena v tělese 11 a navinuta na kostře 12. která dosedá na vnitřní pól 13 cívky 10 magnetu. Vnitřní pól 13 a vnější pól 9 jsou od sebe odděleny mezerou 26 a dosedají na spojovací díl 29. Cívka 10 magnetu je vybuzována elektrickým proudem přiváděným elektrickým vedením 19 přes elektrický zástrčný kontakt 1 7. Tento zástrčný kontakt 1 7 je obklopen plastovým pláštěm 1 8, který může být nastříknut na vnitřní pól 1 3.

Jehla 3_je vedena ve vedení 1 4 ve tvaru kotouče. Tomuto vedení 14 je přiřazen nastavovací kotouč 15, který slouží k nastavování zdvihu jehly 3.· Na vstupní straně nastavovacího kotouče 15 se nachází kotva 20.. Kotva 20 je prostřednictvím příruby 21 ve spojení s jehlou 1, která je svarovým švem 22 spojena s přírubou 21. O přírubu 21 se opírá vratná pružina 23, která u znázorněného provedení vstřikovacího ventilu A paliva je předepnuta prostřednictvím pouzdra 24 zalisovaného do vnitřního pólu 1 3.

Ve vedení 14 jehly 3. a v kotvě 20 probíhají palivové kanály 3 0a. 30b. Ve středovém přívodu 16 paliva je uspořádán filtrační element 25. Vstřikovací ventil £ paliva je vůči neznázorněnému palivovému potrubí utěsněn pomocí těsnění 28.

V klidovém stavu vstřikovacího ventilu 1_ paliva působí na kotvu 20 prostřednictvím příruby 21 na jehle 3_ vratná pružina 23 proti směru jejího zdvihu tak, že uzavírací těleso A těsně dosedá na plochu 6 sedla ventilu. Při vybuzení cívky 10 magnetu vytvoří cívka 10 magnetu magnetické pole, které přemístí kotvu 20 proti síle vratné pružiny 23 ve směru jejího zdvihu, přičemž zdvih je předem stanoven pracovní mezerou 27 nacházející se v klidové poloze mezi vnitřním pólem 13 a kotvou 20. Kotva 20 unáší přírubu 21, která je svařena s jehlou 3_, a tudíž i jehlu 3_, rovněž ve směru svého zdvihu. Uzavírací těleso 4, které je v činném spojení s jehlou 3_, se nadzdvihne od

<· »· • » *	•» · • ·	•	·· • •	• ·
• · ·	• ·	•		♦ ·
·· ··	·· ·	• ·	♦ ·	• · · ·

plochy 6_ sedla ventilu a palivo, které dospělo ke vstřikovacímu otvoru 7 vířivými kanály 36 a na ně navazující prstencovou mezerou 37, je vstříknuto.

Vypne-li se proud přiváděný do cívky 10 magnetu, kotva 20 po dostatečném snížení magnetického pole odpadne od vnitřního pólu 1 3 tlakem vratné pružiny 23 na přírubu 21, takže jehla 3_ se pohybuje proti směru zdvihu. Tím uzavírací těleso 4 dosedne na plochu 6_ sedla ventilu a vstřikovací ventil J_paliva se uzavře.

Na obr. 2 je v řezu znázorněn detail II konstrukční skupiny vstřikovacího ventilu 1_ paliva, která vytváří víření. Tato konstrukční skupina, která vytváří víření, sestává z tělesa 5_ sedla ventilu, z jehly 3 a z uzavíracího tělesa 4, které je v činném spojení s jehlou 3_.

Těleso 5_ sedla ventilu má na své vstupní straně 33 vodicí vybrání 3 8, které slouží k vedení jehly 3. v axiálním směru. Za tímto vodicím vybráním 38 je provedeno zúžení, s výhodou ve tvaru kužele, na němž je uspořádána plocha 6 sedla ventilu. Na toto zúžení navazuje vstřikovací otvor 7.. Na vstupní straně 33 tělesa 5_ sedla ventilu jsou v tomto tělese 5_ sedla ventilu provedeny vířivé kanály 3 6. Vířivé kanály 3 6 jsou otevřené ke vstupní straně 33 tělesa 5_ sedla ventilu a do vodícího vybrání 38 ústí s výhodou tangenciálně. Tyto vířivé kanály 3 6 i sou vytvořeny v tělese 5_ sedla ventilu jako drážky. Dno 39 těchto drážek tvoří výstupní ohraničující plochu vířivých kanálů 36 a je s výhodou uspořádáno na kuželovém plášti, jehož úhel a rozevření je shodný s úhlem J3 rozevření, který svírá kuželová plocha 6_ sedla ventilu se střední osou 35 vstřikovacího ventilu £ paliva.

Jehla 3_ má před vstupní stranou 33 tělesa 5_ sedla ventilu radiální rozšíření 31, takže vířivé kanály 36 otevřené proti směru • · i * Φ · '· φ φ .φ ο· ϊ**. . Ϊ Ϊ ί · * · >* θ · · · ··· · · · ··· ·· 999 99 99 9999 proudění paliva jsou alespoň částečně v radiálním směru zakryty. V závislosti na rozměru radiálního rozšíření 31 v radiálním směru a na odstupu výstupní strany 32 radiálního rozšíření 31 od vstupní strany 33 tělesa 5. sedla ventilu je proto možno při otevřeném vstřikovacím ventilu X paliva měnit axiální komponentu proudění paliva. Rozměr radiálního rozšíření 31 v radiálním směru je přitom menší než vnitřní průměr tělesa 2. trysky. Změna axiální komponenty proudění paliva při otevírání a zavírání vstřikovacího ventilu X paliva může být cíleně ovlivňována například kuželovitým nebo trychtýřovitým provedením vstupní strany 33 tělesa X sedla ventilu. Ovlivňování je rovněž možné odpovídající výstupní stranou 32 radiálního rozšíření 31.

Uzavírací těleso 4, které je spojeno s jehlou 3_, má v radiálním směru rozměr, který je menší než vodicí vybrání 3 8 tělesa X sedla ventilu. Průřezová plocha prstencové mezery 3 7 vytvořené tímto způsobem mezi uzavíracím tělesem 4 a tělesem X sedla ventilu určuje dávkování vstřikovaného paliva. Výška prstencové mezery 3 7 stanovená jehlou 3_ se přitom zvolí tak, aby alespoň při otevřeném vstřikovacím ventilu X paliva byly vířivé kanály 3 6 spojeny s prstencovou mezerou 3 7. Nachází-li se jehla X společně s uzavíracím tělesem 4 při vybuzené cívce 10 magnetu ve své otevřené koncové poloze, představuje průřezová plocha prstencové mezery 37 nejmenší protékaný průřez proudu paliva na dráze ke vstřikovacímu otvoru 7.

Obr. 3 znázorňuje v řezu podle čáry III-III příkladné provedení vstřikovacího ventilu X paliva, znázorněného na obr. 2. Vířivé kanály 36 přitom do prstencové mezery 37, která je vytvořena mezi uzavíracím tělesem 4 a vodicím vybráním 38 tělesa X sedla ventilu, ústí tangenciálně. Součet průřezových ploch vyúsťujících vířivých kanálů 36 je větší než průřezová plocha prstencové mezery 3 7

to	toí	to	to·			toto	• to
	to	• to to		•	to	to	•
	• toto	• ·		to	to	to	to
···	• to • to	to · toto·	to ·	•	to	to • to	• totototo

vytvořené mezi vodicím vybráním 38 tělesa 5. sedla ventilu a uzavíracím tělesem Nastavení průřezových ploch ústí vířivých kanálů 36 se přitom může provádět zvětšením délky uzavíracího tělesa 4 v axiálním směru v oblasti prstencové mezery 3 7.

TV VooZ - £os2_

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vstřikovací ventil paliva pro vstřikovací zařízeni paliva spalovacích motorů, s jehlou (3) a s uzavíracím tělesem (4) spojeným s jehlou (3), které spolupracuje s plochou (6) sedla ventilu v tělese (5) sedla ventilu pro vytvoření těsnicího sedla, a s alespoň jedním vířivým elementem, který je uspořádán před těsnicím sedlem v tělese (5) sedla ventilu, vyznačující se tím, že jako vířivý element je ve vstupní straně (33) tělesa (5) sedla ventilu proveden jeden nebo více vířivých kanálů (36) otevřených ke vstupní straně (33) tělesa (5) sedla ventilu.
2. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že jehla (3) je před vstupní stranou (33) tělesa (5) sedla ventilu opatřena radiálním rozšířením (31).
3. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 2, vyznačující se tím, že radiální rozšíření (31) má na své výstupní straně (32) geometrii odpovídající vstupní straně (33) tělesa (5) sedla ventilu.
4. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že uzavírací těleso (4) má v radiálním směru rozměr, který je menší než rozměr jehly (3) v radiálním směru.
5. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že za vířivými kanály (36) je mezi uzavíracím tělesem (4) a vybráním (40) tělesa (5) sedla ventilu vytvořena prstencová mezera (37), jejíž průřezová plocha tvoří nejmenší průřezovou plochu protékanou palivem.

44 ·»

9 * * » • 0 · ·♦ • · · · · • · · 0 ·» ····
6. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 5, vyznačující se tím, že prstencová mezera (37) odděluje těsnicí sedlo od vířivých kanálů (36)
7. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že vířivými kanály (36) jsou drážky vytvořené v tělese (5) sedla ventilu a otevřené ke vstupní straně (33).
8. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 7, vyznačující se tím, že dna (39) vířivých kanálů (36) vytvořených jako drážky, která jsou odvrácena od vstupní strany (33), leží na první kuželové ploše (41).
9. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 8, vyznačující se tím, že plocha (6) sedla ventilu tvoří druhou kuželovou plochu (42), přičemž úhel (a) rozevření první kuželové plochy (41) s úhlem (β) rozevření druhé kuželové plochy (42) vždy vůči střední ose (35) vstřikovacího ventilu (1) paliva jsou v podstatě shodné.