CZ2002606A3 - Vstřikovací zařízení paliva - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vstřikovacího zařízení paliva pro spalovací motory s vysokotlakým zdrojem paliva, z něhož je palivem napájen vstřikovací ventil paliva, obsahující řídicí člen k řízení alespoň jednoho vstřikovacího otvoru a řídicí prostor, který je ohraničen pohyblivou stěnou spojenou alespoň nepřímo s řídicím členem, a který obsahuje přívodní kanál, vedený z vysokotlakého zdroje, s výhodou z vysokotlakého zdroje paliva, dimenzovaný prostřednictvím přívodního škrticího ústrojí, přičemž řídicí prostor je odlehčitelný prostřednictvím řídicího ventilu obsahujícího piezoelektrické zařízení a s ním alespoň nepřímo spojený ventilový člen.

Dosavadní stav techniky

U známého vstřikovacího zařízení paliva se otevírací zdvih potřebný pro otevření ventilového členu oblehčujícího řídicí prostor vytváří prostřednictvím piezoelektrického ovladače. Aby využitelný zdvih ventilového členu byl při všech teplotách konstantní, je zapotřebí provádět kompenzaci teplot. Tato kompenzace teplot se u známého vstřikovacího zařízení paliva provádí pomocí hydraulického spojovacího členu, který je uspořádán mezi piezoelektrickým ovladačem a ventilovým členem. Tento hydraulický spojovací člen má na rozdíl od kompenzace teplot známé z dosavadního stavu techniky a prováděné prostřednictvím volby dvojic speciálních materiálů přídavnou výhodu v tom, že změna délky piezoelektrického ovladače se převádí na zdvih, který způsobuje podstatný růst rychlosti uzavírání a otevírání ventilu. Tím je možno velmi přesně řídit

vstřikované množství paliva a snížit rozptyl mezi jednotlivými zdvihy vstřikovacího ventilu paliva. Problematickým při použití hydraulického spojovacího členu je to, že v tomto hydraulickém spojovacím členu musí být vytvářeny velmi vysoké tlaky, aby se ventilový člen od sedla ventilu nadzdvihl a otevřel. Proto je jednak zapotřebí vytvořit vůli ve vedení pístu velmi malou pro omezení úniku hydraulické kapaliny z hydraulického spojovacího členu, a jednak musí být piezoelektrický ovladač zřetelně naddimerizován, aby ztráty v důsledku úniku hydraulické kapaliny byly kompenzovány.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje vstřikovací zařízení paliva pro spalovací motory s vysokotlakým zdrojem paliva, z něhož je palivem napájen vstřikovací ventil paliva, obsahující řídicí člen k řízení alespoň jednoho vstřikovacího otvoru a řídicí prostor, který je ohraničen pohyblivou stěnou spojenou alespoň nepřímo s řídicím členem, a který obsahuje přívodní kanál, vedený z vysokotlakého zdroje, s výhodou z vysokotlakého zdroje . paliva, dimenzovaný prostřednictvím přívodního škrticího ústrojí, přičemž řídicí prostor je odlehčitelný prostřednictvím řídicího ventilu obsahujícího piezoelektrické zařízení a s ním alespoň nepřímo spojený ventilový člen, podle vynálezu, jehož podstatou je, že piezoelektrické zařízení obsahuje alespoň dva za sebou zapojené piezoelektrické ovladače, působící ve stejném směru, přičemž mezi oběma piezoelektrickými ovladači je uspořádán hydraulický převaděč.

Výhodou vstřikovacího zařízení paliva podle vynálezu je, že piezoelektrické zařízení celkově zabírá malý objem. Vyplývá to z toho, že v důsledku malého potřebného tlaku v hydraulickém spojovacím členu dochází v tomto hydraulickém spojovacím Členu k malému úniku či průsaku hydraulického média, takže při zdvihu dochází k malým ztrátám. V důsledku toho může být piezoelektrický ovladač spolupracující s hydraulickým spojovacím členem proveden menší. V důsledku tohoto menšího provedení piezoelektrického ovladače je rovněž zapotřebí menších proudů k ovládání piezoelektrického ovladače, jakož i menšího a jednoduššího řídicího zařízení pro řízení piezoelektrického ovladače. Dále je na základě sníženého tlaku panujícího v hydraulickém spojovacím členu možné rozšíření tolerancí vůle vedení pístu, takže i výroba je jednodušší.

Další výhodná provedení vstřikovacího zařízení paliva podle vynálezu pro spalovací motory jsou uvedena ve vedlejších patentových nárocích.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje schematicky vstřikovací zařízení paliva a obr. 2 v podélném řezu část vstřikovacího ventilu paliva včetně řídicího ventilu z obr. 1.

Příklady provedení vynálezu

Obr.l znázorňuje vstřikovací ventil 10 paliva v jednoduchém vyobrazení, který obsahuje těleso 12 s odstupňovaným otvorem 13, v němž je vedena jehla ventilu jako řídicí člen 15. Tento řídicí člen má na svém jednom konci těsnicí plochu 16 ve tvaru kužele, která spolupracuje se sedlem 17 ventilu, rovněž ve tvaru kužele, na konci odstupňovaného otvoru 13. Za sedlem 17 ventilu jsou uspořádány vstřikovací otvory 18 paliva, které jsou při dosednutí těsnicí plochy na sedlo 17 ventilu odděleny od tlakového prostoru 19. Tlakový prostor 19 zasahuje prstencovým prostorem 22, vytvořeným kolem části 21 řídicího členu 15, která má menší průměr, a která navazuje na těsnicí plochu 16 ve směru proti přívodu paliva, až k sedlu 17

ventilu. Tlakový prostor 19 je spojen tlakovým potrubím 23 s vysokotlakým zdrojem paliva ve formě vysokotlakého zásobníku 24. paliva, který je napájen například vysokotlakým čerpadlem 25. dopravujícím palivo ze zásobní nádrže 27 s proměnným průtokem, přičemž v palivu se vytváří vstřikovací tlak. Vysokotlaký zásobník 24 paliva přitom zásobuje více znázorněných vstřikovacích ventilů 1 0 paliva.

Takovému vstřikovacímu systému paliva se říká „common-rail“ systém. V oblasti tlakového prostoru 19 přechází část 21 řídicího členu 15, která má menší průměr, osazením 28, zužujícím se směrem k sedlu 17 ventilu, do části 29 řídicího členu 15, která má větší průměr. Tato část 29, která má větší průměr, je utěsněné vedena v odstupňovaném otvoru 13 a na straně odvrácené od osazení 2 8 pokračuje mezilehlou částí 30 až ke konci 3 1 ve tvaru pístu řídicího členu 15. Na mezilehlé části 30 je řídicí člen 15 opatřen opěrným talířem 32, mezi nímž a tělesem 12 ie upnuta tlačná pružina 33, která tlačí řídicí člen 15 do zavřené polohy.

Konec 31 ve tvaru pístu řídicího členu 15 ohraničuje svou čelní stranou 34, jejíž plocha je větší než plocha osazení 28, v tělese 12. řídicí prostor 3 5. Tento řídicí prostor 3 5 je prostřednictvím přívodního škrticího ústrojí 36 ve stálém spojení s vysokotlakým zásobníkem 24 paliva. Řídicí prostor 35 je současně odtokovým kanálem 38 a odtokovým škrticím ústrojím 37 spojen s odlehčovacím prostorem 3 9, kterým může například být i zásobní nádrž 27. Průtok odtokovým kanálem 38 je řízen řídicím ventilem 40, vytvořeným jako ř

dvoucestný dvoupolohový ventil.

Na obr. 2 je podrobněji znázorněno provedení řídicího ventilu

40.. Řídicí ventil 40 ve tvaru válce je prostřednictvím převlečné matice 41 spojen rozebíratelně s tělesem 12 vstřikovacího ventilu 10. paliva. Řídicí ventil 40 má vnější těleso 42. v podstatě ve tvaru ·ίί· ©

pouzdra, jehož konec 43 odvrácený od tělesa 12 je uzavřen lemováním nebo podobným způsobem. Uvnitř vnějšího tělesa 42 je na straně odvrácené od tělesa 12 integrován zjednodušeně znázorněný první piezoelektrický ovladač 45, který je v axiálním směru ohraničen dvěma pevnými úložnými deskami 46, 47. Dolní pevná úložná deska 47 je spojena s prvním zdvihátkem 48, které je na svém obvodu utěsněno vůči vnějšímu tělesu 42 pomocí těsnicího elementu 49. Část 51 prvního zdvihátka 48, která má zvětšený průměr, zasahuje do prvního otvoru 52 hydraulického převaděče 55 jako hydraulického spojovacího členu, který má válcové těleso 53. Koaxiálně s prvním otvorem 52 je ve válcovém tělese 53 vytvořen druhý otvor 56 s menším průměrem, do něhož ze strany přivrácené k tělesu 12. zasahuje druhé zdvihátko 57. Dolní strana 58 válcového tělesa 53 přivrácená k tělesu 12 dosedá naplocho na horní čelní plochu 59 /

tělesa 12.

Těleso T2 vstřikovacího ventilu 10 paliva je opatřeno třikrát odstupňovaným průchozím otvorem 61 ústícím do řídicího prostoru 35. Část 62 průchozího otvoru 61 přivrácená k válcového tělesu 53 má přitom největší průměr, a část 63 ústící do řídicího prostoru 35 má nejmenší průměr. Z části 63 s nejmenším průměrem rovněž odbočuje odtokový kanál 38 do odlehčovacího prostoru 39. V části 62 s největším průměrem je uspořádán druhý piezoelektrický ovladač 65, znázorněný rovněž zjednodušeně.

Druhý piezoelektrický ovladač 65, který je proveden jako podstatně menší než první piezoelektrický ovladač 45, je uprostřed opatřen průchozím otvorem 66, kterým prochází druhé zdvihátko 57 s radiální vůlí. Druhý piezoelektrický ovladač 65 je, pokud se týká jeho délkové změny v axiálním směru, uspořádán mezi dolní stranou 58 válcového tělesa 53 a nákružkem 67 druhého zdvihátka 57. který má zvětšený průměr. Nákružek 67 je veden kluzně ve střední části 64 průchozího otvoru 61. Dno 68 střední části 64 přitom slouží jako

axiální omezení zdvihu druhého zdvihátka 57. Na nákružek 67 navazuje část 69 druhého zdvihátka 57, která je s radiální vůlí vedena v části 63 s nejmenším průměrem, a která spolupracuje s ventilovým členem 70, vytvořeným jako kulička. V přechodové oblasti mezi řídicím prostorem 35 a částí 63 průchozího otvoru 61 s nejmenším průměrem je vytvořena dosedací hrana 72, která společně s ventilovým členem 70 tvoří těsnicí sedlo, takže z řídicího prostoru 35 nemůže částí 63 s nejmenším průměrem a odtokovým kanálem 38. proudit k odlehčovacímu prostoru 39 žádné palivo.

Podle obr. 1 se ovládání vstřikovacího ventilu 10 paliva provádí řídicím zařízením 73 prostřednictvím řídicího ventilu 40, respektive obou piezoelektrických ovladačů 45, 65, přičemž řídicí zařízení 73 ovládá jednotlivé vstřikovací ventily 10 paliva v závislosti na provozních parametrech řídicích ventilů 40. Čidlem 74 tlaku se dále zjišťuje tlak ve vysokotlakém zásobníku paliva a podle odchylky od požadované hodnoty se ovládá vysokotlaké čerpadlo 25, dodávající proměnné množství paliva. Paralelně s vysokotlakým čerpadlem 25. může být uspořádán omezovači ventil 75 tlaku, který je rovněž jako ventil řídící tlak ovladatelný v závislosti na provozních parametrech podle koncepce napájení palivem o určitém množství pod vysokým tlakem.

Vysokotlaké čerpadlo 25 může rovněž dodávat stejné množství paliva a tlak ve vysokotlakém zásobníku 24 paliva může být regulován omezovacím ventilem 75 tlaku, který zde explicitně pracuje jako ventil řídící tlak.

Výše popsané vstřikovací zařízení paliva, které je zejména součástí Dieselová spalovacího motoru, pracuje následovně:

Při zavřeném řídicím ventilu 40, to znamená při neovládaných piezoelektrických ovladačích 45, 65, dosedá ventilový člen 70 na

Ί • · · · · ·

····

dosedací hranu 72 a utěsňuje řídicí prostor 35 vzhledem k odlehčovacímu prostoru 39. Těsnicí sedlo je vytvářeno na základě stálého spojení řídicího prostoru 35 s vysokotlakým zásobníkem paliva, protože tlak panující v řídicím prostoru 35 je vysoký. Protože plocha čelní strany 34 je větší než plocha osazení 28 a tlak působící na tyto obě plochy je momentálně stejně velký, vznikne výsledná síla, která přidržuje řídicí člen 15 v zavřené poloze vzhledem ke vstřikovacím otvorům 18. Pro vyvolání vstřikování je řídicím zařízením 73 nejprve ovládán pouze druhý piezoelektrický ovladač 65. Druhý piezoelektrický ovladač 65 proto zajišťuje sám nadzvednutí ventilového členu 70 od dosedací hrany 72, to znamená, že ventilový člen 70 má relativně malý zdvih. Tento relativně malý zdvih druhého piezoelektrického ovladače 65 přitom v důsledku rozdílu dosedacích úhlů postačuje pro překonání růstu otevírací síly ventilového členu 70. Při prodloužení druhého piezoelektrického ovladače 65 se tento druhý piezoelektrický ovladač 65 opírá o dolní stranu 58 válcového tělesa 53 a prostřednictvím nákružku 67 tlačí druhé zdvihátko 57 ve směru k odlehčovacímu prostoru 35. Jakmile je ventilový člen 70 poněkud od dosedací hrany 72 nadzvednut, nastane vlastní otevření ventilového členu 70 prostřednictvím prvního piezoelektrického ovladače 45, který má větší prodloužení, neboli dráhu zdvihu, než druhý piezoelektrický ovladač 65. Potom, co byly dosedací síly překonány, přitom k dalšímu pohybu druhého zdvihátka 57 postačí relativně malá síla prvního piezoelektrického ovladače 45.. V důsledku hydraulického převaděče 55 a zvolených poměrů průměrů zdvihátek 48 a 57, respektive otvorů 52 a 56 ve válcovém tělese 53 se přitom dráha zdvihu neboli prodloužení prvního piezoelektrického ovladače 45 tímto hydraulickým převaděčem 55 zvětší. Maximální zdvih druhého zdvihátka 57 je omezen dnem 68 průchozího otvoru 61, které působí jako doraz. Nadzvednutí ventilového členu 70, respektive otevírací zdvih způsobený prvním piezoelektrickým ovladačem 45 má za následek to, že palivo může proudit z řídicího prostoru 35 do odlehčovacího prostoru 39, takže, odděleně od • · • »· · ·

vysokotlakého zásobníku 24 paliva prostřednictvím přívodního škrticího ústrojí 36, se v řídicím prostoru 35 nastaví nižší tlak. V tomto případě převažují tlakové síly působící na osazení 28 ve směru otevírání a vstřikovací ventil 10 paliva se pro vstříknutí paliv otevře.

Opětovným uzavřením řídicího ventilu 40, respektive nepřiváděním proudu do piezoelektrických ovladačů 45, 65 se, potom co ventilový člen 70 opět dosedá na dosedací hranu 72, velmi rychle nastaví v řídicím prostoru 35 původní vysoký tlak paliva, protože palivo může dále přitékat přívodním škrticím ústrojím 3 6. Tím se řídicí člen 1 5 opět uvede do své výchozí polohy, respektive uzavírací polohy, pro skončení vstřikování paliva pod vysokým tlakem.

Η ΖΖΊ^υ

PV 2&oV - 6ορ \τ ** ...» ·· »· 5άτ

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Vstřikovací zařízení paliva pro spalovací motory s vysokotlakým zdrojem (24) paliva, z něhož je palivem napájen vstřikovací ventil (10) paliva, obsahující řídicí člen (15) k řízení alespoň jednoho vstřikovacího otvoru (18) a řídicí prostor (35), který je ohraničen pohyblivou stěnou (34) spojenou alespoň nepřímo s řídicím členem (15), a který obsahuje přívodní kanál (23), vedený z vysokotlakého zdroje, s výhodou z vysokotlakého zdroje paliva, dimenzovaný prostřednictvím přívodního škrticího ústrojí (36), přičemž řídicí prostor (35) je odlehčitelný prostřednictvím řídicího ventilu (40) obsahujícího piezoelektrické zařízení a s ním alespoň nepřímo spojený ventilový člen (70), vyznačující se tím, že piezoelektrické zařízení obsahuje alespoň dva za sebou zapojené piezoelektrické ovladače (45, 65), působící ve stejném směru, přičemž mezi oběma piezoelektrickými ovladači (45, 65) je uspořádán hydraulický převaděč (55).
2. 2. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že piezoelektrické ovladače (45, 65) mají různě velké dráhy zdvihu.
3. 3. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 2, vyznačující se tím, že piezoelektrický ovladač (65) s menším zdvihem je uspořádán mezi ventilovým členem (70) a piezoelektrickým ovladačem (45) s větším zdvihem.
4. 4. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 3, vyznačující se tím, že piezoelektrický ovladač (65) s menším zdvihem je opatřen průchozím otvorem (66) pro zdvihátko (57) spolupracující s ventilovým členem (70), přičemž toto zdvihátko (57) má opěrnou plochu (67) pro piezoelektrický ovladač (65) s menším zdvihem, mezi níž a pevným prvním dorazem (58) je piezoelektrický ovladač (65) s menším zdvihem uspořádán.
5. 5. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 4, vyznačující se tím, že na straně prvního dorazu (58) protilehlé k prvnímu dorazu (58) je uspořádán druhý doraz (68) působící jako omezení zdvihu zdvihátka (57) a ventilového členu (70).
6. 6. Vstřikovací zařízení paliva podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že oba piezoelektrické ovladače (45, 65) jsou uspořádány uvnitř společného tělesa (42).
7. 7. Vstřikovací zařízení paliva podle nároku 6, vyznačující se tím, že těleso (42) má alespoň v oblasti obou piezoelektrických ovladačů (45, 65) tvar pouzdra.