CZ285156B6 - Elektromagneticky ovladatelný ventil - Google Patents

Abstract

Nejméně jedna z čelních ploch (67) kotvy (27) nebo jádra (2) ventilu, které jsou nasměrovány vždy jedna proti druhé, má nejméně jeden, k podélné ose (10) ventilu šikmo upravený klínový úsek (73), který s výhodou přechází v nejméně jeden dosedací úsek (68) s definovanou šířkou (a) o velikosti rovné zlomku průměru čelní plochy (67). ŕ

Description

Vynález se týká elektromagneticky ovladatelného ventilu, zejména palivového vstřikovacího ventilu pro palivové vstřikovací zařízení spalovacích motorů, který má v podélné ose ventilu upraveno jednak prstencové jádro z feromagnetického materiálu, jednak magnetofonovou cívku a jednak prstencovou kotvu, která ovládá s pevným sedlem ventilu spolupracující ventilové uzavírací těleso a při vybuzené magnetové cívce je v tělese ventilu vedena svojí čelní plochou proti dosedací čelní ploše jádra.

Dosavadní stav techniky

Jsou již známé tři různé elektromagneticky ovládané ventily, zejména palivové vstřikovací ventily, u kterých jsou na otěr namáhané konstrukční součásti opatřeny proti otěru odolnými vrstvami.

Z DE-0S 29 42 928 je již známé nanášet proti otěru odolné diamagnetické materiálové vrstvy na otěrem namáhané části, jako je kotva a tryskové těleso, tyto nanesené části slouží pro omezení zdvihu ventilové jehly, čímž se minimalizuje působení zbytkového magnetismu na pohybující se části palivového vstřikovacího ventilu.

Také z DE-0S 32 30 844 je známé opatřit kotvu a dosedací plochu palivového vstřikovacího ventilu proti otěru odolnými povrchovými plochami. Tyto povrchové plochy mohou být například poniklovány, tedy opatřeny přídavnou vrstvou, nebo nitridovány, tedy vytvrzeny vložením dusíku.

Mimoto je již zDE-OS 37 16 072 známé použít pro ty části vstřikovacího ventilu, které jsou zvláště namáhány otěrem a korozí, tvrdé molybdenové vrstvy, které jsou vytvořeny tenké a které se dodatečně opracovávají diamanty.

V DE-0S 38 10 826 je popsán palivový vstřikovací ventil, u kterého je nejméně jedna dosedací plocha vytvořena ve tvaru kulového vrchlíku, aby se dosáhlo co nejpřesnější vzduchové štěrbiny, přičemž centrálně na dosedací ploše je vytvořena vložka s kruhovým tělesem nemagnetického, vysoce pevného materiálu.

Z EP-0S 0 536 773 je také známý palivový vstřikovací ventil, u kterého je na kotvu na její válcové obvodové ploše a prstencové dosedací ploše nanesena galvanizováním vrstva tvrdého kovu. Tato vrstva z chrómu nebo z niklu má například tloušťku o hodnotě 15 až 25 pm.

V důsledku galvanického povrstvování se vytváří mírně kuželovité rozdělení tloušťky vrstvy, přičemž na vnějších hranách vzniká minimálně tlustá vrstva. Prostřednictvím galvanicky odlučovaných vrstev je rozdělení tloušťky vrstvy předem dáno a nelze je ovlivňovat. Po určité době provozu se v nežádoucí míře rozšíří působením opotřebení dosedací plocha, čímž se vytvářejí změny v době přískoku a odpadu kotvy.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu je u elektromagneticky ovladatelného ventilu nejméně jedna zobou čelních ploch kotvy a jádra opatřena nejméně jedním, k podélné ose ventilu šikmo upraveným, klínovým úsekem. Toto uspořádání má tu výhodu, že nejméně jedna z na sebe navzájem dosedajících

- 1 CZ 285156 B6 konstrukčních částí je vytvořena tak, že po vytvoření proti otěru odolné povrchové plochy je zajištěno, že dosedací plocha se ani po delší provozní době působením opotřebení nezvětší v nežádoucí míře, takže doba přískoku a odpadu pohyblivé konstrukční části zůstává zhruba konstantní. Toho se dosahuje právě tím, že nejméně jedna z na sebe navzájem dosedajících konstrukčních částí má již před vytvořením proti otěru odolné povrchové vrstvy upravenu klínovou povrchovou plochu. Tuto klínovou povrchovou plochu lze pro dosažení magnetického a hydraulického optima vždy přesně přizpůsobit různým okolnostem.

Zvláště výhodné je vyrobit velmi přesnou povrchovou plochu nejméně jedné dosedající konstrukční součásti prostřednictvím mechanického broušeného zápustného nástroje. Tak lze dosáhnout velmi přesných rozměrů. Prostřednictvím velmi přesně zabroušených nástrojů lze dosáhnout mnohem užších výrobních tolerancí, než tomu bylo až dosud, takže při provozu vstřikovacího ventilu dochází kjen velmi nepatrnému rozptylu doby přískoku a zejména doby odpadu kotvy.

Výhodná je přitom ta skutečnost, že prostřednictvím klínové kotvy a/nebo jádra se zcela vyloučí hydraulické přilnutí, protože i u do značné míry odloučených vrstev v jedné rovině zůstává v každém případě zachována klínovitost. Vrstvy na nejméně jedné z dosedajících částí mají totiž jen zlomek klínovitosti vlastní konstrukční součásti.

Klínový tvar povrchové plochy nejméně jedné konstrukční části, například kotvy, navíc umožňuje, že lze také nanášet nikoli galvanické a magnetické proti otěru odolné vrstvy, aniž by přitom zůstával nesplněný požadavek na velmi malou dosedací oblast.

Zvláštní výhoda spočívá vtom, že se povrchová plocha ve své nejvyšší a nejbližší oblasti vzhledem k protilehlé konstrukční části vytvoří odolné proti otěru tím, že se vytvrdí prostřednictvím známého způsobu, například způsobu nitrování, jak nitrování plazmou nebo plynem nebo podobně.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn palivový vstřikovací ventil.

Na obr. 2 je ve větším měřítku znázorněn detail A vstřikovacího ventilu v oblasti jádra a kotvy z obr. 1.

Na obr. 3 je schematicky znázorněn první příklad provedení klínové kotvy.

Na obr. 4 je schematicky znázorněn druhý příklad provedení klínové kotvy. Na obr. 5 je schematicky znázorněn třetí příklad provedení klínové kotvy.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 znázorněný elektromagneticky ovladatelný vstřikovací ventil pro palivová vstřikovací zařízení má magnetovou cívkou 1 obklopené jádro 2, které slouží jako vstupní hrdlo paliva a které je zde například vytvořeno ve tvaru trubky a má po celé své délce konstantní vnější průměr. V radiálním směru stupňovitě upravená kostra 3 nese vinutí magnetové cívky 1 a umožňuje ve spojení s jádrem 2, které má konstantní vnější průměr, zvláště kompaktní konstrukci vstřikovacího ventilu v oblasti magnetové cívky J.

- 2 CZ 285156 B6

Se spodním koncem 9 jádra 2 je soustředěna vzhledem k podélné ose 10 ventilu těsně spojena trubkovitá kovová mezilehlá část 12, například prostřednictvím svařování, a obklopuje přitom částečně osově spodní konec 9 jádra 2. Odstupňovaná kostra 3 cívky £ přesahuje částečně jádro 2 a stupněm 15 o větším průměru alespoň částečně axiálně mezilehlou část £2. Ve směru proudění je za kostrou 3 cívky £ a mezilehlou částí 12 upraven trubkový unášeč 16 ventilového sedla, který je například pevně spojen s mezilehlou částí 12. V unášeči 16 ventilového sedla je upraven podélný otvor 17, který je vytvořen soustředně vzhledem k podélné ose 10 ventilu. V podélném otvoru 17 je uspořádána například trubkovitě vytvořená ventilová jehla 19, která je na svém konci 20 ve směru proudění spojena s ventilovým uzavíracím tělesem 21 ve tvaru koule, na jehož obvodu je upraveno například pět zploštění 22 pro obtok paliva, přičemž toto spojení je provedeno například svařováním.

Ovládání vstřikovacího ventilu se uskutečňuje známým způsobem elektromagneticky. Pro vyvolání axiálního pohybu ventilové jehly 19 a tím i pro otevření proti pružné síle vratné pružiny 25. případně pro otevření vstřikovacího ventilu slouží elektromagnetický obvod s magnetovou cívkou £, s jádrem 2 a s kotvou 27. Kotva 27 je stím koncem ventilové jehly 19, který je odvrácený od ventilového uzavíracího tělesa 21, spojena prostřednictvím prvního svarového švu 28 a je nasměrována na jádro 2. V tom konci unášeče 16 ventilového sedla, který je upraven ve směru proudění a který je odvrácený od jádra 2, je v podélném otvoru 17 prostřednictvím svařování těsně namontováno těleso 29 ventilového sedla, upravené tak, že má pevné ventilové sedlo.

Pro vedení ventilového uzavíracího tělesa 21 v průběhu axiálního pohybu ventilové jehly 19 s kotvou 27 podél podélné osy 10 ventilu slouží vodicí otvor 32 tělesa 29 ventilového sedla. Ve tvaru koule vytvořené ventilové uzavírací těleso 21 spolupůsobí s tělesem 29 ventilového sedla, přičemž toto ventilové sedlo se ve směru proudění zužuje ve tvaru komolého kužele. Na té své čelní straně, která je odvrácená od ventilového uzavíracího tělesa 21, je těleso 29 ventilového sedla soustředně a pevně spojeno s například hmcovitě vytvořeným vstřikovacím děrovaným kotoučem 34. Ve dnové části vstřikovacího děrovaného kotouče 34 je upraven nejméně jeden, v daném případě čtyři erodováním nebo vyražením vytvořené odstřikovací otvory 39.

Hloubku zasunutí tělesa 29 ventilového sedla s hmcovitým vstřikovacím děrovaným kotoučem 34 určuje předběžné nastavení zdvihu ventilové jehly 19. Přitom je koncové nastavení ventilové jehly 19 při nevybuzené magnetové cívce £ dáno dosednutím ventilového uzavíracího tělesa 21 na těleso 29 ventilového sedla, zatímco druhá koncová poloha ventilové jehly 19 při vybuzené magnetové cívce £ je dána dosednutím kotvy 27 na spodní konec 9 jádra 2, tedy přesně do oblasti, která je vytvořena podle vynálezu a která je na obr. 1 označena jako detail A.

Nastavovací pouzdro 48, které je zasunuto do soustředně vzhledem k podélné ose 10 ventilu upraveného průtokového otvoru 46 jádra 2 a které je například vytvarováno ze svinutého pružného ocelového plechu, slouží pro nastavení pružného předpětí na nastavovací pouzdro 48 dosedající vratné pružiny 25, která je svou protilehlou stranou opřena na ventilové jehle £0.

Vstřikovací ventil je do značné míry obklopen obstřikem 50 z plastické hmoty, který vychází od jádra 2 a je upraven v axiálním směru přes magnetovou cívku £ až k unášeči 16 ventilového sedla. K tomuto obstřiku 50 z plastické hmoty náleží například také současně nastříknutá elektrická přípojná zástrčka 52.

Palivový filtr 61 zasahuje do průtokového otvoru 46 jádra 2 na jeho přítokovém konci 55 a zabezpečuje odfiltrování takových součástí paliva, které by vzhledem ke své velikosti mohly být příčinou ucpání nebo poškození vstřikovacího ventilu.

Na obr. 2 je znázorněna oblast jedné koncové polohy ventilové jehly 19, ve které kotva 27 dosedá na konec 9 jádra 2, a to v jiném měřítku. Již známé je nanesení kovových vrstev 65 na

- 3 CZ 285156 B6 konec 9 jádra 2 a na kotvu 27, například chromových nebo niklových vrstev, a to prostřednictvím galvanizování. Přitom jsou vrstvy 65 naneseny jak na čelní plochu 67, která je upravena kolmo k podélné ose 10 ventilu, tak také nejméně částečně na obvodovou plochu 66 kotvy 27. Tyto vrstvy 65 jsou zvláště odolné proti opotřebení otěrem a svou malou povrchovou plochou snižují hydraulické přilnutí dosedajících ploch, aniž by mu však mohly spolehlivě zabránit. Tloušťka těchto vrstev 65 má obecně hodnotu 10 až 25 μπι.

Pro funkci vstřikovacího ventiluje nutné, aby jádro 2 a kotva 27 na sebe dosedaly jen v poměrně malé oblasti, například jen ve vnější, od podélné osy 10 ventilu odvrácené oblasti horní člení plochy kotvy 27. Tohoto požadavku se dosáhne právě prostřednictvím galvanického povrstvení. Při galvanickém povrstvování se vytváří na hranách provrstvovaných částí, zde čelní plochy 76 jádra 2 a čelní plochy 67 kotvy 27, koncentrace vektorových čar, což vede k tomu, že se vytvoří klínové rozdělení tloušťky vrstvy 65, jak je to patrno z obr. 2. Nanesená vrstva 65 ve tvaru klínu je tedy při provozu vstřikovacího ventilu namáhána jen v malé oblasti. Při trvalé provozu již tedy není k dispozici definovaná dosedací plocha, protože prostřednictvím více milionů nárazů jsou části vrstvy 65 odnášeny, čímž se dosedací, případně nárazová plocha stále více zvětšuje a tak se kuželovitost stále dále zmenšuje.

Na rozdíl od toho je na obr. 3 znázorněna část kotvy 27 podle vynálezu v oblasti její horní čelní plochy 67, která má již před povrstvením nebo před vytvořením povrchové plochy, odolné proti otěru, klínový úsek 73 s nakloněným, šikmým průběhem vzhledem k podélné ose 10 ventilu, takže kotva 27 tam má klínový tvar. Naklonění klínového úseku 73 čelní plochy 67 kotvy 27 je upraveno u příkladu provedení na obr. 3 směrem dovnitř, přičemž klínový úsek 73 čelní plochy 67 kotvy 27 může být také vytvořen nakloněný navenek, jak je to znázorněno na obr. 4. Klínový tvar kotvy 27 v oblasti její čelní plochy 67 se vytvoří již při mechanickém opracování, například prostřednictvím příslušně nabroušeného výtlačného nástroje. Zatímco rozdělení tloušťky vrstvy 65, která vzniká při galvanicky odlučovaných vrstvách 65, je fyzikálně předem dáno a nelze je ovlivnit, je možné klínovitost kotvy 27 před povrstvením, případně před vytvořením odolnosti proti otěru, zhotovit v souladu s předem stanovenými hodnotami, takže se při využití dosáhne vždy magnetického a hydraulického optima. Hydraulické přilnutí kotvy 27 na člení plochu 76 jádra 2 je vzhledem ke klínové kotvě 2 nyní zcela vyloučeno, protože i při do značné míry v rovině odloučených, a to i magnetických vrstev 65, je vždy k dispozici klínovitost. Prostřednictvím velmi přesně broušených výtlačných nástrojů lze dodržet velmi úzké výrobní tolerance pro klínovitost, takže při provozu vstřikovacího ventilu dojde k velmi nepatrnému rozptýlení délky doby přískoku a doby odpadu kotvy 27. Klínový úsek 73 čelní plochy 67 kotvy 27 mimoto umožňuje, že je možné nanést také nikoli galvanické, proti otěru odolné vrstvy, které mohou být také magnetické, aniž by přitom nebyl splněn požadavek velmi malé dosedací, případně dorazové oblasti.

Mimoto je možné člení plochu 67, 76, a to nejméně v oblasti jejího nejvyššího bodu, vytvořit odolnou proti otěru opracováním povrchové plochy prostřednictvím vytvrzení, případně kalení. Jako způsob vytvrzení je přitom vhodný například známý způsob nitrování, jako nitrování plazmatické nebo plynové.

U příkladu provedení podle obr. 3 je upraven od obvodové plochy 66 kotvy 27 nejprve dosedací úsek 68 čelní plochy 67, který je uspořádán v šířce a radiálně dovnitř kolmo k podélné ose 10 ventilu a který slouží jako dosedací plocha. Tento dosedací úsek 68 představuje po celou dobu provozu prstencovou plochu, která zůstává téměř zcela konstantní ve své šířce a. Opotřebení toto dosedací plochy při trvalém provozu je tak přesně definováno. Aby se dosáhlo hydraulického a magnetického optima, je klínový úsek 73 ideálně skloněn proti dosedacímu úseku 68 v úhlu o hodnotě v rozsahu větším než 0° a menším nebo rovném 1°. Minimálně klínová, například z chrómu vytvořená vrstva 65, která je odloučená na čelní ploše 67 kotvy 27, má jen zlomek sklonu skloněného klínového úseku 73 kotvy 27, který ve směru dovnitř navazuje na dosedací

-4 CZ 285156 B6 úsek 68. V důsledku toho zůstává sklon klínového úseku 73, upravený před povrstvením kotvy 27. zcela zachován, případně je jen minimálně zvětšen.

Protože šířka dosedací plochy, která odpovídá šířce a dosedacího úseku 68, zůstává také při opotřebení konstantní, je k dispozici konstantní kontaktní šířka v průběhu dosedání jádra 2 a kotvy 27 po celou dobu životnosti, čímž zůstávají konstantní také hydraulické poměry v mezeře mezi jádrem 2 a kotvou 27, což představuje zvláštní výhody. Jak již bylo uvedeno, lze nejméně také povrchovou plochu dosedacího úseku 68 vytvořit odolnou proti opotřebení vytvrzením, takže není třeba nanášet žádnou přídavnou vrstvu 65 na člení plochu 67.

Stejných účinků lze také dosáhnout, pokud se jak kotva 27, tak i jádro 2 před povrstvením, případně před vytvořením proti otěru odolné povrchové plochy opatří klínovými úseky 73 čelních ploch 67, 76. Tak lze zajistit ještě větší spolehlivost dosednutí, případně zabránit hydraulickému ulpívání. Pokud je to účelné, lze samozřejmě uskutečnit úpravu klínového úseku 73 také jen na jádru 2, přičemž kotva 27 si například může zachovat rovnou člení plochu 67.

Další příklady provedení kotvy 27, vytvořené podle vynálezu, jsou znázorněny na obr. 4 a 5. Na obr. 4 je znázorněna kotva 27, u které je klínový úsek 73 čelní plochy 67 proveden skloněný navenek. Příklad provedení kotvy 27 podle vynálezu, u kterého je člení plocha 67 vytvořena jen klínovým úsekem 73. je znázorněn na obr. 5. Zde vůbec není vytvořen dosedací úsek 68 s nejméně nepatrným radiální plošným vytvořením. Klínovitost je vytvořena na celé člení ploše 67 kotvy 27, a tak není vytvořena žádná oblast, která by byla kolmá k podélné ose 10 ventilu. Zejména při velmi malých úhlech klínového úseku 73 je k dispozici také velmi stabilní dosednutí, případně doraz, takže také při dlouhodobém provozu zůstává k dispozici definovaná dosedací plocha. Kromě na obr. 5 znázorněné možnosti úpravy sklonu klínového úseku 73 ve směru k podélné ose 10 ventilu je samozřejmě možné také provedení analogické k příkladu provedení, který byl znázorněn na obr. 4, přičemž v takovém případě je klínový úsek 73 upraven ve směru od podélné osy 10 ventilu, tedy je proveden skloněné navenek.

Protože na nejméně jedné čelní ploše 67. 76 kotvy 27 a/nebo jádra 2 je již k dispozici klínový úsek 73, který byl až dosud vytvářen teprve nanášením chromových nebo niklových vrstev, je možné, jak již bylo zmíněno, využít také jiné způsoby pro zvýšení kvality prostřednictvím zdokonalení odolnosti čelní plochy 67, 76 proti otěru. Prostřednictvím vytvrzovacích způsobů, jako například nitrování plazmou, nitrování plynem nebo karbidizace, prostřednictvím kteiých se mění povrchová struktura na kotvě 27 a/nebo na jádru 2, lze dokonce zcela odstoupit od způsobu bezprostředního povrstvování.

Claims (8)

1. Elektromagneticky ovladatelný ventil, zejména palivový vstřikovací ventil pro palivová vstřikovací zařízení spalovacích motorů, který má v podélné ose (10) ventilu upraveno jednak prstencové jádro (2) z feromagnetického materiálu, jednak magnetovou cívku (1) a jednak prstencovou kotvu (27), která ovládá s pevným sedlem ventilu spolupůsobící ventilové uzavírací těleso (21) a při vybuzené magnetové cívce (1) je v tělese ventilu vedena svojí čelní plochou (67) proti dosedací čelní ploše (76) jádra (2), vyznačující se tím, že nejméně jedna z obou čelních ploch (67, 76) kotvy (27) a jádra (2) je opatřena nejméně jedním, k podélné ose (10) ventilu šikmo upraveným, klínovým úsekem (73).

- 5 CZ 285156 B6

2. Elektromagneticky ovladatelný ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že vedle klínového úseku (73) je na čelní ploše (67, 76) kolmo k podélné ose (10) ventilu upraven dosedací úsek (68).

3. Elektromagneticky ovladatelný ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jeden klínový úsek (73) je uspořádán přes celou čelní plochu (67, 76).

4. Elektromagneticky ovladatelný ventil podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že nejméně jeden klínový úsek (73) je přivrácen k podélné ose (10) ventilu.

5. Elektromagneticky ovladatelný ventil podle nároku 2 nebo 3, vy zn ač uj i c í se tím, že nejméně jeden klínový úsek (73) je odvrácen od podélné osy (10) ventilu.

6. Elektromagneticky ovladatelný ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že jádro (2) a/nebo kotva (27) jsou v oblasti čelní plochy (67, 76) opatřeny galvanickou vrstvou (65).

7. Elektromagneticky ovladatelný ventil podle nároku 6, vyznačující se tím, že vrstva (65) je magnetická.

8. Elektromagneticky ovladatelný ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že jádro (2) a/nebo kotva (27) jsou v oblasti čelní plochy (67, 76) vytvrzeny.