CZ200229A3 - Vstřikovací zařízení paliva pro spalovací motory - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vstřikovacího zařízení paliva pro spalovací motory, s tryskou vyčnívající do spalovacího prostoru spalovacího motoru, která je ve spojení s prostorem ventilu, ve kterém řídicí díl zavírá, popřípadě uvolňuje přívodní vrtání pro palivo pod vysokým tlakem a řídicí díl je ovladatelný prostřednictvím hydraulicko mechanického převaděče.

Dosavadní stav techniky

Předložený vynález se vztahuje na jednotku PVD sestávající z čerpadla P, ventilu V a trysky D v napřímeném uspořádání s hydraulicko mechanickým převodem.

Konstrukce dnešních spalovacích motorů, u kterých může mít jeden válec až čtyři ventily, omezuje značně stavební prostor, který je k dispozici pro vstřikovací systémy. Dále jsou k jednotkám PVD přiřazeny hydraulicko mechanické převáděče, které musí být rovněž umístěny.

Spis DE 39 10 793 Al se vztahuje na vstřikovací zařízení paliva pro naftové spalovací motory s nejméně jedním pístem čerpadla. Ten je těsným způsobem veden v pouzdru a tvoří spolu s tělesem čerpadla dopravní prostor, který je během pohybu pístu čerpadla směrem dolů spojen řídicím elementem se sacím prostorem, přičemž dopravní prostor je průtočně spojen se vstřikovacím ventilem

• · ·· • · · · • · · · • · · · vstřikovacím vedením. Úkolem vynálezu je, vytvořit škodlivý prostor vstřikovacího zařízení paliva tak malý, jak je jen možné, aby tím bylo možno uskutečnit vysoké vstřikovací tlaky. Toto je řešeno tím, že existuje trvale otevřené průtočné spojení mezi dopravním prostorem a vstřikovacím ventilem.

Spis DE 198 99 627 Al se vztahuje na vstřikovací zařízení paliva pro spalovací motory. To obsahuje vysokotlaké čerpadlo paliva, které je na straně sání spojeno s nízkotlakým zásobovacím systémem paliva a na straně vysokého tlaku se vstřikovacím ventilem paliva, čnícím do spalovacího prostoru spalovacího motoru. Vysokotlaká doprava ve vysokotlakém kanálu mezi vysokotlakým čerpadlem paliva a vstřikovacím ventilem paliva je řiditelná prostřednictvím elektrického řídicího ventilu, který má elektricky ovladatelný přesuvný článek ventilu s těsnicí plochou ventilu. Ventil spolupůsobí svou těsnicí plochou k vytvoření těsnicího průřezu s místně pevným sedlem ventilu. Aby se přitom zlepšily stavěči časy a omezila náchylnost řídicího ventilu k opotřebení, jsou řídicí článek ventilu a/nebo jeho vodicí pouzdro vytvořeny z keramického materiálu.

U diskutovaných uspořádání vstřikovacích zařízení paliva podle stavu techniky může, na základě uspořádání probíhajícího od ventilu ke vstřikovací trysce ve tvaru písmene L, docházet k tlakovým pulsacím v systému.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje vstřikovací zařízení paliva pro spalovací motory, s tryskou vyčnívající do spalovacího prostoru spalovacího motoru, která je ve spojení s prostorem ventilu, ve kterém řídicí díl

Φ ·

zavírá, popřípadě uvolňuje přívodní vrtání pro palivo pod vysokým tlakem a řídicí díl je ovladatelný prostřednictvím hydraulicko mechanického převaděče, podle vynálezu, jehož podstatou je, že čerpadlo, ventil a tryska vstřikovacího zařízení paliva jsou ve vertikálním uspořádání uspořádány ve vztahu k toku paliva hydraulicky za sebou.

Předloženým uspořádáním podle vynálezu lze zajistit v podstatě ve vertikálním směru napřímené uspořádání čerpadla, na něj se připojujícího ventilu a na ventil se připojující trysky vstřikovacího zařízení. Tímto v podstatě vertikálně probíhajícím uspořádáním komponent PVD lze dosáhnout prakticky bezprůtočné vytváření tlaku. Při tomto uspořádání jsou z hydraulického pohledu všechny komponenty PVD řazeny za sebou. Napřímené uspořádání PVD jednotek umožňuje boční přírubové připojení hydraulicko mechanického převáděče. V podstatě vertikálně probíhajícím uspořádáním čerpadla, ventilu a trysky lze mezi těmito díly optimálně realizovat poměr délek mezi prostorem čerpadla a prostorem řídicího ventilu, a mezi prostorem řídicího ventilu a prostorem trysky 1 : 5. Tím se lze vyhnout dlouhým vstřikovacím vedením. Časová konstanta vstřikování je nyní, ve srovnání s časem šíření vln mezi jednotlivými elementy, jako například prostorem trysky, podstatně větší. To vede k tomu, že značná kmitání tlaku mezi čerpadlem, ventilem a tryskou, ke kterým dochází při uspořádání jednotek PVD podle řešení ze stavu techniky, mohou být řešením podle vynálezu potlačena. Negativní účinky tlakových pulsací dostavujících se v příliš dlouze volených potrubích, nacházejících se pod vysokým tlakem, mohou vést k nežádoucím jevům, jako nedefinovanému otevírání, vznášení nebo zavírání jehel trysek otevírajících se tlakem, což může vést v extrémním případě, v závislosti na počtu otáček vačky pohánějící těleso čerpadla, • 9

Φ ·

9 ··♦· k nestabilním poměrům při otevírání jehel, jakož i při jejich opětném zavírání.

Jednotkami čerpadla, ventilu a trysky uspořádanými podle vynálezu se lze, systémem přívodních vrtání vytvořeným v optimálních délkových poměrech, těmto nevýhodám vyhnout. Napřímeným uspořádáním čerpadla, ventilu a trysky lze navíc uspořit v optimální míře stavební prostor, takže když jsou tyto ventily opatřeny bočně přírubově připojeným piezoelektrickým ovladačem k ovládání řídicího ventilu společně s hydraulicko mechanickým převaděčem, je pro každý válec k dispozici dostatečný stavební prostor pro umístění dvou vysokotlakých vstřikovacích ventilů.

Protože je na piezoelektrický ovladač připojen přídavný mechanický převaděč, může být prostor ventilu vytvořen, ve vztahu na délkové poměry potrubního systému, optimálním způsobem. Z bočního přírubového připojení hydraulicko mechanického převaděče, vyplývají jednoduché nastavovací mechanické cesty nutné k ovládání řídicího ventilu. Protože ovládací jednotka obsahuje mechanický převod v podobě páky otáčivé kolem osy otáčení, může být udržován hydraulický objem převodníku malý a může být provozován s velmi malými tlaky (pouze 0,6 MPa).

Z navrženého vertikálního uspořádání PVD jednotek vstřikovacího zařízení paliva podle vynálezu vyplývá přednost, že místo dosud potřebných tří až čtyř vysokotlakých vrtaných průniků v tělesu injektoru jsou nyní potřebné pouze dva vysokotlaké vrtané průniky. Aby bylo možno u tělesa vysokotlakých vstřikovacích systému zajistit mez únavy při střídavém napětí v tlaku do cca 200 MPa, je počet vysokotlakých vrtaných prostupů minimalizován, protože snižují mechanickou odolnost tělesa injektoru. Vysokotlaké vrtané prostupy určují hranici mechanického namáhání tělesa

injektoru, čímž je dáno omezení docílitelné úrovně tlaku ve vysokotlakém zásobníku paliva (Common Rail).

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je níže detailněji vysvětlen podle výkresů. Na výkresech znázorňuje obr. 1 uspořádání PVD dílů ve tvaru písmene Y, popřípadě L, známá z dosavadních řešení vstřikovacího systému, obr. 2 navrhované uspořádání komponent čerpadlo, ventil, tryska, systému vstřikovacího zařízení paliva podle vynálezu, obr. 3 optimální poměry délek přívodních vedení paliva spojujících mezi sebou prostor čerpadla, jednotku ventilu, popřípadě trysku vstřikovacího systému, se zřetelem k zamezení kmitání tlaku, a obr. 4 variantu provedení navrhované PVD jednotky podle vynálezu, s hydraulicko mechanickým převaděčem připojeným přírubově bočně na dílu čerpadla.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 jsou reprodukována uspořádání komponent PVD systému probíhající ve tvaru písmene Y popřípadě L, vyplývající z jeho dosavadních řešení.

Vzhledem k malé odolnosti PVD systému vůči vzniku kmitání tlaku je třeba z hlediska hydraulického uspořádání usilovat o vertikální uspořádání čerpadla, ventilu a trysky vstřikovacího systému. Prostor ventilu nesmí být připojen k prostoru čerpadla paralelně a pro uspořádání vstřikovacích zařízení paliva, schematicky znázorněných na obr. 1, je dále v oblasti hlavy válce spalovacího motoru potřebný ne nevýznamný prostor, který bude vzhledem k postupující technice čtyř ventilů stále menší.

0 4 0 0 0 ·*

0' 0 0 0 0,0 0 0 0 0 * · 0 4

0 0 · 0 0 0

4 0 0 0 0 ·«·« ·· 0· ·♦··

Uspořádání komponent čerpadlo, ventil a tryska, systému vstřikovacího zařízení paliva navržené podle vynalezu znázorňuje schematicky obr. 2.

Podstatné součásti vstřikovacího zařízení J_ paliva jsou uspořádány ve vertikálním směru. V pohledu ve směru toku paliva, přicházejícího pod vysokým tlakem od čerpadla P, jsou jednotlivé komponenty, to jest čerpadlo P, ventil V a tryska D, v hydraulickém smyslu uspořádány za sebou. S touto konfigurací se na jedné straně uspoří stavební prostor, kterého je na hlavě válce spalovacího motoru k dispozici velmi málo a dále lze přívodní vedení spojující jednotlivé díly, to jest čerpadlo P, ventil V a trysku D, vstřikovacího zařízení paliva, vytvořit v optimální délce. Optimální chování, se zřetelem ke vznikajícímu kmitání tlaku paliva nacházejícího se v přívodních vedeních pod vysokým tlakem, je docílitelné pak, když se délkový poměr přívodních vrtání 5_, popřípadě 8_, to znamená 1^ b. nachází v rozsahu mezi 1 : 4 a 1 : 6. Výhodně obnáší délkový poměr obou přívodních vrtání 5_, popřípadě 8. (srov. znázornění podle obr. 3) 1:5. Pomocí takto voleného poměru délek přívodních, popřípadě spojovacích vedení mezi komponentami systému čerpadlo, ventil, tryska, vstřikovacího zařízení i. paliva, je prakticky docílitelné vytváření tlaku bez kmitání ve vstřikovacím zařízení 1_ paliva. Vytváření tlaku uvnitř systému čerpadlo, ventil a tryska bez kmitání nabízí možnost, dosáhnout v dalším vývoji vstřikovacích systémů, nárazového předběžného vstřikování, čehož lze u vstřikovacího systému zatíženého značnými tlakovými pulsacemi jen velmi těžko dosáhnout, přičemž je žádoucí zejména preciznost dávkovaných předběžně vstřikovaných, popřípadě nárazově předběžně vstřikovaných množství .

Optimální poměry vzdáleností čerpadla, ventilu jakož i trysky vstřikovacího zařízení paliva s ohledem na zamezení vytváření kmitání tlaku znázorňuje obr. 3.

Podle znázornění na obr. 3 je čerpadlo P, sestávající z pístu 3. čerpadla, který je ponořen v prostoru čerpadla 4, spojeno přívodním vrtáním 5. s prostorem 6.1 ventilu. Délka přívodního vrtání 5. spojujícího prostor 4 čerpadla s prostorem 6.1 ventilu je označena 1χ. Od prostoru 6.1 ventilu je tělesem injektoru vedeno přívodní vrtání 8_ k prostoru 12 trysky. Axiální délka přívodního vrtání 8_ mezi prostorem 6.1 ventilu a prostorem 12 trysky tělesa ventilu je označena D· Podle provedení ve vztahu ke znázornění podle obr. 2 se poměr délek lj_, I2 přívodního vrtání 5_ k přívodnímu vrtání 8. pohybuje s výhodou v rozsahu mezi 1 : 4 a 1 : 6, přednostně činí poměr délek 1χ : b , 1 : 5. Těmito délkovými poměry přívodních vrtání 5_, popřípadě 8. ve vnitřku tělesa injektoru vstřikovacího zařízení 1_ paliva, lze účinně zabránit vytváření pulsací tlaku v tekutém palivu, nacházejícím se pod vysokým tlakem.

Na obr. 4 je znázorněna varianta provedení navrhované PVD jednotky podle vynálezu s hydraulicko mechanickým převaděčem připojeným bočně v oblasti ventilu V .

Vstřikovací zařízení 1_ paliva obsahuje ve své horní části čerpadlo P. V tomto dílu je umístěn, souose s osou souměrnosti tělesa vstřikovacího zařízení 1_ paliva, ve vrtání 2^ píst 3_ čerpadla, který je zatěžován víčkem společně s tlačnou pružinou obklopující víčko. Píst

3. čerpadla je ponořen v prostoru 4 čerpadla a je tímto způsobem umístěn pod tlakem tamní zásoby paliva. Od prostoru 4 čerpadla je vedeno přívodní vrtání 5. do prostoru 6.1 ventilu řídicího dílu 6, který je umístěn ve ventilu V vstřikovacího zařízení 1_ paliva.

···· »«

4· ·*·»

Délka přívodního vrtání 5. mezi prostorem 4 čerpadla a prostorem 6.1 ventilu je označena 1χ. Řídicí díl 6_, který je v místě přívodního vrtání 5_ od prostoru 4 čerpadla a přívodního vrtání 8. k prostoru 12 trysky obklopen prostorem 6.1, je obklopen vratnou pružinou 6.2, která dosedá jedním koncem na dorazovou plochu 6.3 a jejíž druhý konec dosedá na stěnu vrtání ve vnitřku tělesa vstřikovacího zařízení. Plochou 6.5 sedla uzavírá řídicí díl 6_ spojení mezi přívodními vrtáními 5_, popřípadě 8_. Na řídicím dílu 6. je dále vytvořena zdvihová tyč 6.4, jejíž zaoblená hlava vyčnívá bočně z tělesa vstřikovacího zařízení 1_ paliva. V poloze řídicího dílu 6. znázorněné na obr. 4 se tento nachází dosednutím plochy 6.5 sedla na hranu prostoru 6.1 ventilu v zavřené poloze 6.6.

Z prostoru 6.1 ventilu V vychází přívodní vrtání 8_, které probíhá v podstatě rovnoběžně s osou souměrnosti tělesa vstřikovacího zařízení 1_ paliva, k prostoru 12 trysky. Prostorem 12 trysky prochází jehla 11 trysky, jejíž sedlo 1 3 trysky je vytvořeno na špici tělesa vstřikovacího zařízení l_ paliva a otvor 14 trysky, který vyčnívá do spalovacího prostoru spalovacího motoru, je buď zavřený nebo uvolněný. Nad jehlou 11 trysky je umístěn tlačný kus 10, který lze přes talíř zatěžovat pružinou zcela obklopenou nad ním umístěným tělesem vstřikovacího zařízení paliva. Tryska D se nachází ve vzdálenosti I2 od ventilu jednotky čerpadla, ventilu a trysky vstřikovacího zařízení £ paliva. Poměr délky lj_ přívodního vrtání 5_ k délce přívodního vrtání 8. mezi prostorem 6.1 ventilu V a prostorem 12 trysky D obnáší, výhodně podle shora reprodukovaných provedení, v podstatě 1 : 5.

Pro snadnější spojení trysky D s ostatními komponentami vstřikovacího zařízení 1_ paliva je tryska D spojena s tělesem vstřikovacího zařízení 1_ paliva Sroubením 15. Vystředění trysky D pro zajištění souososti přívodního vrtání 8. v prostoru 12 trysky je fcfc fc fc fc fcfc · fcfc fc • · fcfc • fcfc fc fcfc fc fc fc fcfc fc fc · fcfcfc •fc ··♦· umožněno středícími kolíky 16, popřípadě 17, které jsou vloženy mezi k sobě montované komponenty.

Na čelní ploše vstřikovacího zařízení paliva 1_ je uspořádána příruba 7. převaděče, ve které se nachází páka 18 převaděče otáčivá kolem osy. Páka 18 převaděče je na jedné straně zatěžována zpětnou pružinou 19 a na druhé straně je svým spodním koncem ve spojení se zaobleným koncem zdvihové tyče 6,4 řídicího dílu 6.. Otáčivě uložená páka 18 převaděče se pohybuje kolem svého středu otáčení působením sekundárního pístu 20, umístěného v přírubách 7., 27 převaděče. Sekundární píst 20 je přes propojení štěrbinového tvaru probíhající přírubou 27 převaděče, spojen se zásobníkem průsaků 22, na který působí primární píst 23 ovládající sekundární píst 20. Nad primárním pístem 23 je umístěn talíř 24 dorazu, který může být na své straně ovládán piezoelektrickým ovladačem 25. Piezoelektrický ovladač 25 je připojen šroubením 26 ovladače na přírubu 27 převaděče. Pákovými poměry na páce 18 převaděče, které představují ve vztahu k místu navedení síly primárním pístem 20 a ve vztahu ke zdvihové tyči 6.4 k ovládání řídicího dílu 6. přídavný mechanický převod, může být udržován hydraulický objem převaděče malý, čímž může být doplňování tlakem průsaků provozováno malými tlaky, například 0,6 MPa. Mechanické opotřebení, které nastává mezi komponentami 20., 18 a 6.4, může být velmi snadno kompenzováno přes štěrbinu průsaků, probíhající mezi primárním pístem 23 a sekundárním pístem 20, prostřednictvím doplňovacího objemu.

Tímto řešením se lze vyvarovat vysokotlakých vrtaných průniků v tělesu vstřikovacího zařízení paliva a redukovat je na počet dvou, čímž lze redukovat na nejmenší míru zeslabení tělesa vstřikovacího zařízení i paliva. Těleso vstřikovacího zařízení paliva podle obr. 4 umožňuje svou mezí únavy při střídavém napětí v tlaku realizovat tlaky až do alespoň 200 MPa a integrací tlačné pružiny 9,

· 9 4 • * 9 ·

4 4

4 4 • 44

9 9 4 4

99

9 ,' 9 9

4 9'

4 4

4 4

9949 zatěžující jehlu 11 trysky, se lze výhodným způsobem vyhnout další ploché vysokotlaké těsnicí ploše. Při tlacích 200 MPa a vyšších, požadovaných u vstřikovacích systémů, představují těsnicí plochy potenciální slabá místa a je proto třeba se jich vyvarovat vždy, pokud je to možné.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Vstřikovací zařízení paliva pro spalovací motory, s tryskou (14) vyčnívající do spalovacího prostoru spalovacího motoru, která je ve spojení s prostorem (6.1) ventilu, ve kterém řídicí díl (6) zavírá, popřípadě uvolňuje přívodní vrtání (5, 8) pro palivo pod vysokým tlakem a řídicí díl (6) je ovladatelný prostřednictvím hydraulicko mechanického převaděče (18, 19, 20, 21), vyznačující se tím, že čerpadlo (P), ventil (V) a tryska (D) vstřikovacího zařízení (1) paliva jsou ve vertikálním uspořádání uspořádány ve vztahu k toku paliva hydraulicky za sebou.
2. 2. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostor (4) čerpadla, prostor (6.1) ventilu a prostor (12) trysky jsou vzájemně spojeny v podstatě vertikálně probíhajícím přívodním vrtáním (5, 8).
3. 3. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 2, vyznačující se tím, že poměr délek h : 1₂ přívodních vrtání (5, 8) ve vzájemném vztahu leží mezi 1 : 4 a 1 : 6.
4. 4. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 2, vyznačující se tím, že poměr délek li _: 1₂ přívodních vrtání (5, 8) obnáší 1 : 5.
5. 5. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že řídicí díl (6) ventilu (V) je ovladatelný hydraulicko mechanickým převaděčem (18, 19, 20, 21), který je na vstřikovací zařízení (1) paliva připojen bočně přírubově v oblasti ventilu (V).
6. 6. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že zdvihová tyč (6.4) řídicího dílu (6) je ovladatelná otáčivě • * « 4 ·' 4· · 4 * ·.' · ·'

   19 · · · · * · * * *ι ία ···*···»··* • 44 · ·· 4 4 · • 4 4.·. · · 9 9,< 9 4 · · 9·9 99 9 ·.>

   uloženou pákou (18) převaděče proti působení zpětné pružiny (19) a otočná páka (18) je pohybována sekundárním pístem (20).
7. 7. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že na hydraulicko mechanickém převaděči (18, 19, 20 a 21) je uložen piezoelektrický ovladač (25) zatěžující primární píst (23), a primární píst (23) působí přes průsakovou štěrbinu hydraulicky na sekundární píst (20).
8. 8. Vstřikovací zařízení paliva podle jednoho nebo více z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že opotřebení mechanických komponent (6.4, 18, 20) je kompenzováno doplňovacím prouděním průsaků (22) mezi písty (20, 23) převaděče.
9. 9. Vstřikovací zařízení paliva podle nároků 1, vyznačující se tím, že tlačná pružina (9) zatěžující jehlu (11) trysky (D) je integrována v tělesu injektoru vstřikovacího zařízení (1) paliva.