Čepová vstřikovací tryska s volitelným otvíráním

Oblast techniky

Vynález se týká čepové vstřikovací trysky s volitelným otvíráním, pro spalovací motory, určená pro dopravu paliva do spalovací komory motoru. Pod pojmem spalovací motory jsou míněny motory s přerušovaným spalovacím cyklem, jako je motor pístový nebo rotační, a nejsou míněny motory s nepřetržitý m spalováním, jako turbiny.

Charakteristické vlastnosti vstřiku paliva přiváděného vstřikovací tryskou do spalovacího motoru, například přímo do spalovací komory, mají rozhodující vliv na účinnost spalování paliva, která dále ovlivňuje provozní stálost chodu motoru, stupeň využití paliva a složení výfukových plynů. Z důvodů optimalizování těchto účinků, zejména u zážehových motorů, je pro dosažení požadovaného tvaru vstřiku paliva, vystupujícího ze vstřikovací trysky, nutné dodržet následující parametry: malé kapičky paliva (u kapalného paliva), řízenou geometrii a řízené vstřikování paliva, a alespoň při nízkém výkonu motoru poměrně klidný a rovnoměrně rozložený obláček zápalné směsi paliva a vzduchu v blízkosti zapalovací svíčky.

Dosavadní stav techniky

Známé vstřikovací trysky pro přivádění paliva přímo do spalovací komory motoru obsahují talířový ventil, přivádějící palivo ve tvaru válcovitého nebo kuželovitého rozbíhavého vstřiku. Tvar vstřiku závisí na řadě faktorů, jako geometrie sedla a ventilu, tvořících vstřikovací trysku, a zejména plocha sedla a ventilu v blízkosti dosedací plochy, kde sedlo a ventil tvoří utěsněné spojení, v uzavřené poloze vstřikovací trysky. Když je zvolena geometrie trysky tak, aby zajišťovala maximální výkon, může již malá odchylka od této geometrie výrazně zhoršit tento výkon. Zejména zachycování nebo tvoření pevných zplodin hoření nebo jiných usazenin na plochách, kolem nichž proudí palivo může mít velice škodlivý vliv na správný výkon vstřikovací trysky. Základní příčinou tvoření usazenin na těchto plochách je ulpívání uhlíku nebo jiných částic, které mohou být vytvářeny spalováním nebo částečným spalováním zbytku paliva, které zůstanou na těchto plochách mezi vstřikovacími cykly, nebo částečkami uhlíku, vytvářenými během spalování ve spalovací komoře. Vytváření usazenin na těchto plochách může také nepříznivě ovlivnit dávkovači výkon vstřikovací trysky při dávkování paliva. Přítomnost usazenin může přímo omezit průtokovou plochu pro palivo procházející otevřenou tryskou nebo může způsobit excentricitu mezi sedlem a ventilem vstřikovací trysky, a tím změnit průtokovou plochu pro palivo, procházející otevřenou tryskou. Tyto usazeniny mohou dosáhnout takového rozsahu, že není možno správně uzavřít vstřikovací trysku, což může vést ke stálému průsaku paliva vstřikovací tryskou do spalovací komory. Tento průsak má závažné nepříznivé účinky na hladinu emisí ve výfukových plynech, a rovněž na provozní stálost chodu motoru.

Cílem tohoto vynálezu je proto vytvoření vystřikovací trysky, vstřikující palivo do spalovacího motoru, která přispívá ke snižování tvorby usazenin v dráze paliva, které se přivádí do spalovacího motoru, a dosáhnout tím zlepšení provozního výkonu vstřikovací trysky.

Podstata vynálezu

Uvedené vady do značné míry odstraní čepová vstřikovací tryska s volitelným otvíráním, pro spalovací motory , určená pro dopravu paliva do spalovací komory motoru, s čepem tvaru komolého kužele a s otvorem opatřeným kuželovým sedlem, kde kuželovitost čepu a sedla je rozdílná, a kuželový čep je otevírán ve směru průtoku paliva tímto čepem, podle vynálezu, jehož podstatou je, že maximální kolmá vzdálenost mezi vnitřní kuželovou plochou sedla a vnější

- 1 CZ 282349 B6 kuželovou plochou čepu, tvořící průchod, je 30 μπι, v uzavřené poloze vstřikovací trysky.

V jednom příkladu provedení je vnější kuželová plocha čepu tvořena křivkou druhého stupně.

V jiném příkladu provedení je kuželovitost čepu větší, než kuželovitost sedla.

V dalším příkladu provedení, kolmo na vnitřní kuželovou plochu sedla a vnější kuželovou plochu čepu navazuje v místě jejich vnějšího konce koncová kuželová plocha.

V dalším příkladu provedení jsou koncové kuželové plochy v jedné rovině, v uzavřené poloze vstřikovací trysky .

V dalším příkladu provedení je kuželovitost sedla větší, než kuželovitost čepu.

V dalším příkladu provedení, alespoň jedna z kuželových ploch je v axiálním směru široká 0,5 až 2 mm.

V dalším příkladu provedení, alespoň jedna z kuželových ploch je v axiálním směru široká 0,8 až 1,5 mm.

V dalším příkladu provedení je šířka průchodu mezi kuželovými plochami 20 pm, v uzavřené poloze vstřikovací trysky.

Vnitřní a vnější kuželová plocha jsou obvykle skloněny ke společné ose tak, že se odchylují od stykové kružnice ve směru průtoku paliva. Styková kružnice může být v podstatě uspořádána na konci vnitřního nebo menšího průměru vnitřní kuželové plochy sedla nebo v jeho blízkosti. Vnitřní a vnější kuželová plocha jsou obvykle tvořeny pláštěm komolého kužele, i když vnější plocha čepu může mít v osovém řezu obloukovitý tvar, tvořící zejména vypuklou část vhodné kulové dosedací plochy k vnitřní ploše sedla. Použití vypuklé kulové plochy při výrobě čepu pomáhá k dosažení požadovaného umístění stykové kružnice pro vzájemné utěsnění čepu a sedla. Zkouškami bylo ověřeno, že při uvedeném vztahu vnitřního a vnějšího povrchu se udrží požadovaný tvar vstřiku a požadovaný výkon trysky v delším časovém úseku než u dřívějších provedení. Předpokládá se, že redukovaný maximální rozměr štěrbiny mezi kuželovými povrchy ve směru průtoku paliva může vytvářet rázové zatížení na jakékoliv usazeniny při zavírání trysky. Toto rázové zatížení uvolňuje usazeniny, a tím zamezuje jejich vytváření na opačných plochách. Také uspořádání koncových kuželových ploch sedla a čepu, v podstatě kolmo na vnitřní kuželovou a vnější kuželovou plochu má za následek, že jakékoliv usazeniny, které y vzniknou na koncových kuželových plochách, a přesahují přímo do cesty průtoku paliva, jsou vystaveny maximálním rázovým silám paliva, které je odlomí. Vytváření takových přečnívajících usazenin se také zamezí jednotlivými koncovými kuželovými plochami, které jsou v jedné rovině, při uzavřené poloze vstřikovací trysky.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, kde na obr. 1 je v osovém řezu znázorněna vstřikovací tryska se sedlem a čepem v uzavřené poloze, na obr. 2 je znázorněna vstřikovací tryska, podle obr. 1, s čepem v otevřené poloze, na obr. 3 je znázorněna vstřikovací tryska, podle obr. 1, s alternativním uspořádáním čepu a na obr. 4 je znázorněna vstřikovací tryska, podle obr. 1, s alternativním uspořádáním čepu.

-2CZ 282349 B6

Příklady provedení vynálezu

Čepová vstřikovací tryska, podle obr. 1 a 2, se skládá z tělesa 10, opatřeného otvorem 11, který je zakončený sedlem 12, které má vnitřní kuželovou plochu 13. Kolem sedla 12 je vytvořen vnější kroužek 14. s koncovou kuželovou plochou 15, která svírá s vnitřní kuželovou plochou 13 pravý úhel. V tělese 10 vstřikovací trysky je posuvně uložen čep 20, který má dřík 21. na jehož jednom konci je vytvořena hlava 22, tvořící integrální součást čepu 20. Dřík 21 je spojen s vhodným pohybovým ústrojím, vytvářejícím vratný axiální posuvný pohyb v tělese 10, pro volitelné otevírání a zavírání vstřikovací trysky. Palivo, unášené zejména plynem, jako je vzduch, se přivádí do otvoru 11 a dále se přivádí do motoru, v otevřené poloze vstřikovací trysky. Palivo se může dávkovat během průchodu tryskou nebo se může přivádět do otvoru 11 v odměřených dávkách. Hlava 22 má vnější kuželové plochy 23, která se rozbíhají směrem ven od dříku 21 a koncové kuželové plochy 24, které se sbíhají směrem dovnitř od vnějšího okraje kuželové plochy 23. Kuželové plochy 23 a 24 jsou tvořeny pláštěm komolého kužele a svírají spolu pravý úhel. Kuželovitost vnějších kuželových ploch 23 je menší než kuželovitost vnitřních kuželových ploch 13, takže se navzájem rozbíhají směrem ke koncovým kuželovým plochám 15 a 24. Úhly a průměry vnitřních a vnějších kuželových ploch 13 a 23 jsou zvoleny tak, že hlava 22 čepu 20 dosedá v místě styku otvoru 11 a vnitřní kuželové plochy 13 sedla 12. Toto místo styku vytváří tzv. stykovou kružnici 16, která je vyznačena na hlavě 22 čepu 20, na obr. 1. Délky vnitřních a vnějších kuželových ploch 13 a 23 jsou zvoleny tak, že při dosednutí hlavy 22 na sedlo 12 jsou koncové kuželové plochy 15 a 24 v jedné rovině. Toho se dosáhne zabroušením těchto ploch po uložení čepu 20 do tělesa 10 vstřikovací trysky. Výběrem úhlů kuželových ploch 13 a 23 a jejich délky ve směru průtoku od stykové kružnice 16 je na jejich konci, mezi nimi, 'vy mezena šířka prstencovité mezery 17. Pro dosažení výhod řízení tvorby usazenin mezi vnitřními a vnějšími kuželovými plochami 13 a 23, šířka prstencovité mezery 17 nemá být větší než 40 pm v uzavřené poloze čepu 20. Toho lze také dosáhnout zabroušením těchto ploch po uložení čepu 20 do tělesa 10 vstřikovací trysky.

V jednom příkladu konkrétního provedení vstřikovací trysky jsou vnitřní a vnější kuželové plochy 13 a 23 skloněny pod úhlem 40°, resp. 39°, s průměrem otvoru 11 jmenovité hodnoty 4,20 mm a s maximálním průměrem vnějšího konce hlavy 22 jmenovité hodnoty 5,90 mm. Při těchto rozměrech je šířka prstencovité mezery 17 asi 20 μιη na spodním konci kuželových ploch 13 a 23, a délka vnitřní kuželové plochy 13 sedla 12 je 1,35 mm. Je zřejmé, že se může také použít jiných jmenovitých hodnot úhlů vnitřní kuželové plochy 13 sedla 12, které rnohou být v rozsahu 30° až 60°, zejména 30° až 50°. Délka vnitřní kuželové plochy 13 sedla 12 by neměla přesáhnout 2,00 mm a je zejména v rozsahu 0,8 až 1,5 mm.

Na obr. 3 je znázorněna vstřikovací tryska, podobná jako na obr. 1 a 2, ale s alternativním provedením čepu 20. Vnější plocha 33 čepu 20 je vypuklá, a má v osovém řezu s výhodou obloukovitý tvar. Obrys této vnější plochy 33 obloukovitého tvaru je zvolen tak, že styková kružnice 32 je umístěna s odstupem od místa styku otvoru 11 a vnitřní kuželové plochy 13 sedla 12. a mezera mezi vnitřní kuželovou plochou 13 a vnější plochou 33 se postupně rozšiřuje od stykové kružnice 32 směrem ke koncové kuželové ploše 34. Šířka prstencovité mezery 31 u koncové kuželové plochy 34 je opět 20 μιη až 30 pm v uzavřené poloze čepu 20. V této poloze jsou koncové kuželové plochy 15 a 24 také v jedné rovině. Vnější vypuklá kuželová plocha 33 může být tvořena částí kulové plochy nebo může být složena ze dvou nebo více částí sférických ploch a je symetricky uspořádána kose čepu 20 vstřikovací trysky. V jiných provedeních je vnitřní kuželová plocha 13 sedla 12 vydutá, a vnější kuželová plocha 33 čepu 20 je vy puklá.

V dalším příkladu provedení jsou vnitřní a vnější plochy sedla 12 tělesa 10 a čepu 20 vstřikovací hlavy uspořádány tak, že styková kružnice je umístěna u vnějšího nebo nejzažšího konce vnitřní plochy sedla 12 tělesa 10, ve směru průtoku paliva. Takové uspořádání je znázorněno na obr. 4,

-3 CZ 282349 B6 kde vnitřní kuželová plocha 43 sedla 12 tělesa 10 a vnější kuželová plocha 44 čepu 20 jsou tvořeny pláštěm komolého kužele. Kuželovitost vnějších kuželových ploch 44 je větší než kuželovitost vnitřních kuželových ploch 43, takže místo jejich stykuje u jejich spodního konce nebo poblíž jejich spodního konce, na stykové kružnici 45. Mezi vnější a vnitřní kuželovou plochou 44 a 43 je vytvořena prstencovitá mezera 47, která se rozšiřuje proti směru průtoku paliva od stykové kružnice 45 k místu maximální šířky. Vnitřní nebo vnější plocha 43, resp. 44 může být opět vypuklá nebo vydutá, jak již bylo uvedeno. V provedení znázorněném na obr. 4 je koncová plocha 48 sedla 12 tělesa 10 v podstatě skloněná ke koncové ploše 49 čepu 20. Toto uspořádání koncových ploch může být také začleněno do provedení podle obr. 1 až 3, a rovněž uspořádání znázorněné na obr. 1 až 3 může být začleněno do provedení podle obr. 4. Důsledkem takto uspořádané koncové plochy 48 skloněné dozadu je poměrně malé množství kovu na konci tělesa 10 vstřikovací trysky, které udržuje vysokou teplotu, nutnou ke spálení všech usazenin v tomto místě.

Každé z popsaných provedení vstřikovací trysky má čep, obvykle označený jako ventil, který se otevírá směrem ven, avšak tento vynález je rovněž použitelný pro ventily, které se otevírají směrem dovnitř, obvykle označené jako jehlové ventily.

Průmyslová využitelnost

Popsaná vstřikovací tryska může být použita v jakémkoliv vstřikovači, přičemž se může použít pro vstřikování jak kapalných, tak plynných paliv, samostatně nebo v jejich kombinaci, a s nebo bez unášení plynným nosným médiem, jako je stlačený vzduch.