CZ2002608A3 - Injektor, zejména k řízení vstřikování paliva - Google Patents

Description

Vynález se týká injektoru, zejména k řízení vstřikování paliva do spalovacího prostoru spalovacího motoru, s pouzdrem, v jehož vnitřním prostoru je pohyblivě veden uzavírací člen k řízení vstřikovacích otvorů, a s ovládacím zařízením působícím na uzavírací clen, které má externě řiditelný ovladač a těleso ventilu, posuvně vedené v řídicím kanálu, spolupracující s ovladačem, které ve vzájemném působení se dvěmá řídicími průřezy řídicího kanálu reguluje spojení tlakového média mezi přítokovým kanálem, vedoucím vysoký tlak a odtokovým kanálem, přičemž ve směru činnosti tělesa ventilu první řídicí průřez tvoří s tělesem ventilu sedlový ventil.

Injektory tohoto druhu se používají zejména pro vstřikovací systémy, u kterých výrobník tlaku zásobuje tlakový zásobník tlakovým médiem pod vysokým tlakem, přičemž na tlakový zásobník je napojen větší počet injektorů. Takové systémy jsou označovány také jako vstřikovací systémy se společným tlakovým zásobníkem, neboli common rail.

Dosavadní stav techniky

Ze spisu DE 196 24 001 Al je již znám injektor se znaky vytvářejícími podstatu hlavního patentového nároku. Tento injektor má uzavírací člen, na který mimo jiné působí hydraulická síla ovládacího zařízení. Ovládací zařízení sestává z piezoelektrického • · • · · · • · · · · • · · « · · ě ······· * • · · · · · ovladače a z tělesa ventilu, které je tímto ovladačem ovládáno. Těleso je pro regulaci spojení tlakového média mezi nízkým tlakem a vysokým tlakem posuvně vedeno v řídicím vrtaném otvoru. Těleso ventilu ták určuje hydraulický podíl tlakové síly, se kterou je uzavírací člen injektoru držen ve své uzavřené poloze. Při této uzavřené poloze je ovladač regulován elektricky.

V neřízeném stavu otevírá těleso ventilu spojení tlakového média ke kanálu tlakového média, vedoucímu k nízkotlaké oblasti, čímž je uzavírací člen hydraulicky odlehčen a provádí zdvihový pohyb proti síle tlačné pružiny. Uzavírací člen přitom uvolňuje otvory, kterými může být palivo vstřikováno do spalovacího prostoru spalovacího motoru.

Ovládací zařízení má dva vzájemně protilehlé řídicí průřezy, takže jednotlivými zdvihovými pohyby tělesa ventilu lze regulovat předvstřikování a hlavní vstřikování. Spolu s tělesem ventilu tvoří tyto oba řídicí průřezy dva ve směru pohybu tělesa ventilu za sebou ležící sedlové ventily. Nevýhodné přitom je, že u ventilu se dvěma sedly tohoto druhu je těsnost sedel ventilu dána jenom tehdy, pokud vedení tělesa ventilu s nimi obzvlášť precizně lícuje. To zdražuje výrobu jednotlivých dílů.

Podstata vynálezu

Tyto nevýhody odstraňuje injektor, zejména k řízení vstřikování paliva do spalovacího prostoru spalovacího motoru, s pouzdrem, v jehož vnitřním prostoru je pohyblivě veden uzavírací člen k řízení vstřikovacích otvorů a s ovládacím zařízením působícím na uzavírací člen, které má externě řiditelný ovladač a těleso ventilu, posuvně vedené v řídicím kanálu, spolupracující s >· ···· ovladačem, které ve vzájemném působení se dvěma řídicími průřezy řídicího kanálu reguluje spojení tlakového média mezi přítokovým kanálem, vedoucím vysoký tlak a odtokovým kanálem, přičemž ve směru činnosti tělesa ventilu první řídicí průřez tvoří s tělesem ventilu sedlový ventil, podle vynálezu, jehož podstatou je, že ve směru činnosti druhý řídicí průřez tvoří s tělesem ventilu šoupátkový ventil.

Tento ventil má oproti ventilu, známého z dosavadního stavu techniky, výhodu v tom, že je vybaven tělesem ventilu, které je na základě malých požadavků na přesnost možné vyrobit cenově příznivě. Mezi tělesem ventilu a ve směru činnosti tělesa ventilu druhým řídicím průřezem je škrticí štěrbina, kterou je možné; například výběrovou montáží do sebe zapadajících jednotlivých částí udržovat v definovaných mezích. Tok tlakového média tím může být přizpůsobován aktuálním podmínkám použití vstřikovacího systému, aniž by proto bylo nutné upravovat separátní škrticí ústrojí. Tělesu ventilu tak připadá vedle řídicí a vodicí funkce ještě funkce škrticího ústrojí. Tím se počet použitých součástí a montážní náklady injektoru redukují.

K řízení hlavního vstřikování je možné těleso ventilu umístit do mezilehlé polohy, ve které jsou oba řídicí průřezy otevřeny. V této mezilehlé poloze je stěna hydraulické části tvarována tak, že těleso ventilu nevykazuje žádné jmenovité hodnoty škrticího účinku. Tok tlakového média do spalovacího prostoru se proto děje téměř bez škrcení a médium se tak chová necitlivě vůči teplotním nebo tlakovým vlivům.

Další výhody nebo výhodná provedení vynálezu jsou patrná z dodatkových nároků a z následujícího popisu.

·· • ····*·· · ··· ··· 9 9·· ·

Přehled obrázků na výkresech

Příklad provedení vynálezu je blíže vysvětlen v následujícím popisu a znázorněn na obrázcích, na kterých znamená obr. 1 vstřikovací systém známý z dosavadního stavu techniky, s rovněž známým injektorem k řízení vstřikovacího procesu v podélném řezu, obr. 2 detail X podle obr. 1, znázorněný ve zvětšeném provedení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn vstřikovací systém 10, který sestává v podstatě z dopravního čerpadla 12, tlakového zásobníku 14, tlakového řídicího ventilu 16 a z injektoru 18, vstřikujícího palivo do neznázorněného spalovacího prostoru spalovacího motoru. Dopravní čerpadlo 12 zásobuje tlakový zásobník 14 palivem pod vysokým tlakem, přičemž k regulaci tlaku spolupůsobí tlakový řídicí ventil 1 6 s tlakovým čidlem 20 a s elektrickým řídicím zařízením 22.

Tlakový zásobník 14 je přes přítokový kanál 24, vedoucí tlakové médium pod vysokým tlakem, hydraulicky spojen s větším počtem injektorů 18. Na obr. 1 je například znázorněn jen jeden tento injektor 18. Injektor 18 má pouzdro 26, v jehož vnitřním prostoru 28 je pohyblivě veden uzavírací člen 30. Tento člen 30 je proveden ve formě ventilové jehly, na kterou ve směru znázorněné uzavřené polohy působí tlačná pružina 32. Tlačná pružina 32, která je pod určitým předpětím, se opírá o talíř 34, vytvořený na konci

uzavíracího členu 30 a o stěnu vnitřního prostoru 28, protilehlou talíři 34.

Na talíř 34 působí kromě tlačné pružiny 32 zdvihátko 36, uspořádané koaxiálně s uzavíracím členem (30.. Zdvihátko 36 je svým válcovitým dříkem 38 vedeno ve vodicím vrtaném otvoru 40 pouzdra 26, na který působí tlakové médium. Otvor 40 je nad koncem zdvihátka 36 spojen přes spojení 56 tlakového média s vnitřním prostorem 28 injektoru 18, přičemž krátce před jeho vstupem do vodícího vrtaného otvoru 40 je vestavěno škrticí ústrojí 58. Navíc ústí do vodícího vrtaného otvoru 40 prostup 42, který vede k řídicímu kanálu 44 injektoru 18. Řídicí kanál 44 je přes beztlakový odtokový kanál 46 spojen se zásobní nádrží 48 paliva.

Průřez ústí prostupu 42 do řídicího kanálu 44 je vytvořen jako sedlo 50 ventilu. Toto sedlo 50 uzavírá těleso 54 ventilu, pohyblivě vedené v řídicím kanálu 44, na které působí ovladač 52. Jako ovladač 5 2 je přednostně používán piezoelektrický ovladač, elektricky regulovaný řídicím zařízením 22.

Popisovaný vstřikovací systém 1 0 pracuje následovně:

Dokud je ovladač 52 elektricky řízen, nachází se těleso 54 ventilu ve znázorněné poloze a uzavírá sedlo 50 ventilu. Tím je spojení vysokotlakého média mezi vnitřním prostorem 28 injektoru 18, který je pod vysokým tlakem a zásobní nádrží 48 paliva přerušeno. Tlačná síla působící přitom na čelní plochu zdvihátka 36, podporuje tlačnou pružinu 32 a drží uzavírací člen 30. uzavřený. Otvory 31 pouzdra 26 se tak nemůže palivo dostat do spalovacího prostoru neznázorněného spalovacího motoru.

• · · ·

S přerušením elektrického řízení ovladače 52 otevírá těleso 54 ventilu výše uvedené spojení tlakového média vedoucí mezi vysokotlakou a nízkotlakou oblastí injektoru 18, čímž je řídicí kanál 44 tlakově odlehčen a tlaková síla na zdvihátko 36 tím odpadá. Uzavírací člen 30 se pohybuje ze své uzavřené polohy do své otevřené polohy a uvolňuje přitom otvory 31 v pouzdře 26. Vstřikovací proces paliva tak může začít. Obnovenou regulací ovladače 52 se injektor 18 znovu uzavírá. Pomocí škrticího ústrojí 5 8, uspořádaného ve spojení 56 tlakového média, lze určovat tlakové poměry v oblasti injektoru 1 8 pro vedení vysokého tlaku.

Ačkoliv na obr. 1 řídí těleso 54 ventilu pouze jedno sedlo 5 0 ventilu, jsou z úvodem popsaného stavu techniky již známá zařízení, u kterých jsou ve směru činnosti tělesa 54 ventilu uspořádána za sebou dvě sedla ventilu. Tím se dosáhne toho, že jediným zdvihovým pohybem tělesa 54 ventilu mohou být provedeny dva vstřiky, následující za sebou. To dovoluje kratší spínací čas injektoru 18 při současně redukované regulační frekvenci ovladače 52. Tím jsou také redukovány tepelné ztráty, vytvářené ovladačem 52 a poškozující jeho provozní spolehlivost. Dvě vzájemně koaxiální sedla ventilu mají ovšem nevýhodu v tom, že těsnost těchto sedel 50 ventilu existuje jen tehdy, pokud vedení tělesa 54 ventilu přesně lícuje s těmito sedly 50 ventilu. Tím jsou opět podmíněny vysoké výrobně technické náklady, které vedou ke zdražení injektoru 18.

Pro odstranění této nevýhody je navrhován injektor 18 v provedení podle vynálezu, znázorněný na obr. 2. Pro jednoduchost je na obr. 2 znázorněna pouze konstrukčně změněná oblast injektoru 1 8. Tento výřez odpovídá detailu označeném na obr. 1 písmenem X.

• · · · • 9 9

9 9 9

9999 · 9

9 9 9 99 99 9 9

U předmětu vynálezu sestává těleso 54 ventilu z válcovitého dříku 60 ventilu, který je na jednom konci spojen se zesílenou řídicí hlavou 62. Hlava 62 má kuželovitý úsek 62a, na který navazuje válcovitý úsek 62b. Ten přechází do úseku 62c, který je vyklenutý směrem ven, a který tvoří konec řídicí hlavy 62 na čelní straně. Na dřík 60 ventilu, na konci tělesa 54 protilehlému řídicí hlavě 62, je nalisováno pouzdro 64 s prstencovým obvodovým opěrným nákružkem 66. Mezi opěrným nákružkem 66 a osazením pouzdra 26 je uložena tlačná pružina 32..

Těleso 54 ventilu je posuvně vedeno ve vícenásobně odsazeném řídicím kanálu 44. Těleso Se dělí na vodicí úsek 44a, sladěný s průměrem dříku 60 ventilu, první rozšíření 44b, které s dříkem 60 ventilu vytváří prstencový prostor, do kterého ústí odtokový kanál 46, druhé rozšíření 44c, ve kterém je axiálně posuvně uspořádána řídicí hlava 62 tělesa 54 ventilu a zúžení 44d průřezu, které na rozšíření 44c navazuje opět v pravém úhlu. Přechod od prvního rozšíření 44b ke druhému rozšíření 44c je vytvořen jako zkosená hrana, která působí jako sedlo 50 ventilu. První řídicí průřez 68., ohraničený sedlem 50 ventilu, je regulován kuželovitým úsekem 62a tělesa 54 ventilu, kdežto zúžení 44d tvoří druhý řídicí průřez 70, který je v poloze znázorněné na obr. 2 otevřený.

Tento druhý řídicí průřez 70 je sladěn svým průměrem s válcovitým úsekem 62b tělesa 54 ventilu tak, že v maximálně vychýleném stavu tělesa 54 ventilu vzniká mezi oběma konstrukčními prvky definovaná škrticí štěrbina 72. Tu je možné stanovit například výběrovou montáží při sestavování injektoru 18, aby byl určen tok tlakového média k odtokovému kanálu 46. Druhé rozšíření 44c řídicího kanálu 44 je svými radiálními a axiálními rozměry dimenzováno k tomu, aby bylo těleso ventilu možné uvést pomocí • « · ·'· ovladače 52 do mezilehlé polohy, ve které jsou oba řídicí průřezy 68. a 70 současně otevřené a řídicí hlava 62 nevykazuje žádné jmenovité hodnoty škrticího účinku.

Do zúžení 44d ústí na jeho konci, odvráceném od tělesa 54 ventilu, spojení 56 tlakového média. Jak už bylo vysvětleno, je tak vytvářeno hydraulické spojení řídicího kanálu 44 s vnitřním prostorem 28 injektoru 1 8 ._z Ve spojení 56 tlakového média se nachází škrticí ústrojí 58.

Zdvihátko 36, ovládané uzavíracím členem 30 injektoru 18, je patrné na obr. 2 jen jako úsek dříku 38.. Toto zdvihátko 36 je posuvně vedeno ve vodicím vrtaném otvoru 40, do kterého radiálně: ústí přítokový kanál 24.

V základní poloze podle obr. 2 uzavírá těleso 54 ventilu první řídicí kanál 68 a přerušuje tak spojení tlakového média od přítokového kanálu 24 k odtokovému kanálu 46. Ve vodicím vrtaném otvoru 40 panuje tak vysoký tlak přítokového kanálu 24. Ten působí na zdvihátko 36 a drží tak uzavírací člen 30 injektoru 18 uzavřený. Regulace ovladače 52 nutí těleso 54 ventilu vykonávat zdvihový pohyb, v jehož konečném stadiu se válcovitý úsek 62b řídicí hlavy 62 ponořuje alespoň částečně do druhého řídicího průřezu 70, ohraničeného zúžením 44d. Než však toto nastane, vzniká krátkodobé spojení tlakového média mezi přítokovým kanálem 24 a odtokovým kanálem 46, při kterém je zdvihátko 36 tlakově odlehčeno. Tím se řídicí člen 30 v injektoru 18 otevírá a umožňuje takzvané předvstřikování paliva.

S ponořením tělesa 54 ventilu do druhého řídicího úseku 70 ie toto předvstřikování ukončeno. Přitom existuje mezi válcovitým

Φ· «φ

Φ · Φ <

Φ Φ ί φ · φ φ φφφ φ φφφφφ φ φ φ φφ φ úsekem 62b tělesa 54 ventilu a stěnou zúžení 44c škrticí štěrbina 72. Tato štěrbina 72 dovoluje tok tlakového média k odtokovému kanálu 46, který je však podstatně menší než tok přes škrticí ústrojí 58. Ve vodicím vrtaném otvoru 40 se tak vytváří tlaková hladina, která je sice nepatrně menší než tlaková hladina v přítokovém kanálu 24, ale je dostatečná k tomu, aby byl uzavírací člen 30 injektoru 18 uveden do své uzavírací polohy. _v

S odstupňovaným ukončováním regulace ovladače 52 je možné uvést těleso 54 ventilu do mezilehlé polohy, ve které jsou oba řídicí průřezy 68 a 70 otevřeny a probíhá hlavní vstřikování. Zdvihátko 36 je přitom tlakově odlehčeno. Množství paliva, vstřikované za jednotku času, je zde určováno škrticím ústrojím 58. Po úplném přerušení regulace ovladače 52 uzavírá řídicí hlava 62 sedlo 50. ventilu a přerušuje spojení tlakového média mezi přítokovým kanálem 24 a odtokovým kanálem 46. Tlak, který se nyní vytváří ve vodicím vrtaném otvoru 40, zatěžuje zdvihátko 36 a tím uzavírací člen 3 0, což jej obrací zpátky do uzavírací polohy. Jediným zdvihovým pohybem ovladače 52 tak je možné regulovat dva časově vzájemně oddělené vstřikovací procesy, aniž by těleso 54 ventilu muselo plnit vysoké požadavky, .týkající se přesného lícování tělesa 54 ventilu s řídicími průřezy 68 a 70.

Změny a doplnění popsaného příkladu provedení jsou samozřejmě možné, aniž by došlo k odchýlení od základní myšlenky vynálezu. Například by bylo možné si představit použití jedné jednoduché koule místo tří oblastí 62a, až 62c řídicí hlavy 62. Ta může například dosedat na konec zdvihátka 36 na jeho čelní straně pomocí elastického elementu, například pružiny nebo nějakého elastomerového dílu.

f 1/ ZoůZ - Po t

1« ···· ·· ··

PATENTOVÉ

NÁROKY

Claims (8)

1. NÁROKY

   1. Injektor (18), zejména k řízení vstřikování paliva do spalovacího prostoru spalovacího motoru, s pouzdrem (26), v jehož vnitřním prostoru (28) je pohyblivě veden uzavírací člen (30) k řízení vstřikovacích otvorů (31) a s ovládacím zařízením (44, 52, 54) působícím na uzavírací člen (30), které má externě řiditelný ovladač (52) a těleso (54) ventilu, posuvně vedené v řídicím kanálu (44), spolupracující s ovladačem (52), které ve vzájemném působení se dvěma řídicími průřezy (68 a 70) řídicího kanálu (44) reguluje tlakové spojení mezi přítokovým kanálem (24), vedoucím vysoký tlak a odtokovým kanálem (26), přičemž ve směru činnosti tělesa (54) ventilu první řídicí průřez (68) tvoří s tělesem (54) ventilu sedlový ventil (51), vyznačující se tím, že ve směru činnosti druhý řídicí průřez (70) tvoří s tělesem (54) ventilu šoupátkový ventil (71).
2. 2. Injektor podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější rozměry tělesa (54) ventilu jsou alespoň po úsecích přizpůsobeny druhému řídicímu průřezu (70) takovým způsobem, že v maximálně vychýleném stavu tělesa (54) ventilu je vytvořena škrticí štěrbina (72).
3. 3. Injektor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že škrticí štěrbina (72) je podstatně menší, než průřez škrticího ústrojí (58), regulujícího tok tlakového média v přítokovém kanálu (24).
4. 4. Injektor podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že těleso (54) ventilu je možné umístit do mezilehlé polohy, ve které jsou oba řídicí průřezy (68, 70) současně otevřeny a že řídicí kanál · '· '·

   9 · » (44) je v této mezilehlé poloze vytvarován takovým způsobem, že těleso (54) ventilu je bez škrticího účinku.
5. 5. Injektor podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že těleso (54) ventilu sestává z dříku (60) ventilu, který slouží vedení v řídicím kanálu (44) a z řídicí hlavy (62), uspořádané na dříku (60) ventilu.
6. 6. Injektor podle nároku 5, vyznačující se tím, že řídicí hlavou (62) je koule.
7. 7. Injektor podle nároku 5, vyznačující se tím, že řídicí hlava (62) je s dříkem (60) ventilu vytvarována jako jeden díl a má kuželovitý první úsek (62a) přivrácený prvnímu řídicímu průřezu (68), na něj navazující válcovitý druhý úsek (62b) a vyklenutý třetí úsek (62c), přivrácený druhému řídicímu průřezu (70).
8. 8. Injektor podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že ovladačem (52) je piezoelektrický ovladač.

   W 2/Χ>λ- 6<?<K