CZ295448B6 - Ventil pro řízení kapalin - Google Patents

Abstract

Ventil pro řízení kapalin, s ventilovým členem (2) axiálně posuvným ve vrtaném otvoru (7) tělesa (6) ventilu, který má na jednom konci uzavírací člen ventilu, který spolupůsobí se sedlem (9, 10) upraveným na tělese (6) ventilu pro otevírání a zavírání ventilu (1), s piezoelektrickou jednotkou (3) k ovládání ventilového členu (2), s vyrovnávacím elementem (22) tolerancí pro vyrovnávání tolerancí prodloužení piezoelektrické jednotky (3). Výchylku piezoelektrické jednotky (3) je možné přes vratný element (20) přenést na ventilový člen (2), přičemž piezoelektrická jednotka (3) je uspořádána ve směru pohybu ventilového členu (2) s piezoelektrickou hlavou (17), která je k němu přivrácena, v podstatě uvnitř protáhlého vratného elementu (20) a je s ním spojena přes vyrovnávací element (22) tolerancí. Tento element (22) je uspořádán rovnoběžně s piezoelektrickou jednotkou (3) a jeho chování podmíněné tolerancemi změn prodloužení je stejné.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká ventilu pro řízení kapalin, s ventilovým členem axiálně posuvným ve vrtaném otvoru tělesa ventilu, který má na jednom konci uzavírací člen ventilu, který spolupůsobí se sedlem upraveným na tělese ventilu, pro otevírání a zavírání ventilu, s piezoelektrickou jednotkou k ovládání ventilového členu a s vyrovnávacím elementem tolerancí pro vyrovnávání tolerancí prodlužování piezoelektrické jednotky a/nebo dalších konstrukčních prvků ventilu.

Dosavadní stav techniky

Ventil toho druhu, ovládaný piezoelektrickým ovladačem, je již znám ze spisu EP 0 477 400 Al. Tento známý ventil má uspořádání pro adaptivní mechanické vyrovnávání tolerancí působící ve směru zdvihu, pro transformátor dráhy piezoelektrického ovladače, u něhož jsou výchylky piezoelektrického ovladače přenášeny přes hydraulickou komoru.

Hydraulická komora, která pracuje jako takzvaný hydraulický převod, uzavírá mezi dvěma písty, které ji ohraničují, z nichž jeden je vytvořen s menším průměrem a je spojen s ventilovým členem, který má být regulován, a druhý píst je vytvořen s větším průměrem a je spojen s piezoelektrickým ovladačem, společný vyrovnávací objem.

Hydraulická komora je upravena mezi oběma písty tak, že řídicí píst ventilového členu, který je ve své klidové poloze přidržován pomocí jedné nebo více pružin relativně v předem dané pozici, vykonává zdvih zvětšený převodovým poměrem daným průměrem pístu, pokud se větší píst pohybuje pomocí piezoelektrického ovladače po určité dráze. Ventilový člen, píst a piezoelektrický ovladač přitom leží za sebou na společné ose.

Přes hydraulický objem hydraulické komory mohou být vyrovnány tolerance vzniklé na základě teplotních gradientů v konstrukčním prvku nebo rozdílných součinitelů tepelné roztažnosti použitých materiálů, i eventuální usazovací efekty, aniž by to vedlo ke změnám polohy regulovaného ventilového členu.

Vyrovnávání změn prodloužení piezoelektrického ovladače, ventilového členu nebo ventilového pouzdra prostřednictvím hydraulické komory, uspořádané mezi dvěma písty, však vyžaduje nákladnou konstrukci a je s ohledem na vyskytující se únikové ztráty a potřebu doplňování hydraulické komory problematické.

Úkolem vynálezu je vytvořit ventil pro řízení kapalin s piezoelektrickou jednotkou, u kterého jsou realizovány zejména vyrovnávací element tolerancí k vyrovnávání tolerancí prodloužení piezoelektrické jednotky a/nebo další konstrukční prvky ventilu, s malou potřebou prostoru při jednoduché konstrukci.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje ventil pro řízení kapalin, s ventilovým členem axiálně posuvným ve vrtaném otvoru tělesa ventilu, který má na jednom konci uzavírací člen ventilu, který spolupůsobí se sedlem upraveným na tělese ventilu, pro otevírání a zavírání ventilu, s piezoelektrickou jednotkou k ovládání ventilového členu a s vyrovnávacím elementem tolerancí pro vyrovnávání tolerancí prodlužování piezoelektrické jednotky a/nebo dalších konstrukčních prvků ventilu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že výchylku piezoelektrické jednotky je možné přes vratný

-1 CZ 295448 B6 element přenést na ventilový člen, přičemž piezoelektrická jednotka je uspořádána ve směru pohybu ventilového členu, přivrácená k tomuto členu svou piezoelektrickou hlavou, v podstatě uvnitř podélného rozložení vratného elementu a je s ním spojena přes vyrovnávací element tolerancí, který je uspořádán rovnoběžně s piezoelektrickou jednotkou, a při tolerancemi podmíněných změnách délek se chová navíc stejným způsobem bez toho, aby pohyb vratného elementu působil na polohu ventilového členu.

Ventil tohoto druhu pracuje s vyšším vlastním kmitočtem, protože je upraven přímý přenos síly přes vratný element bez převodu, kterým se vlastní kmitočet kvadraticky snižuje.

Významná výhoda vynálezu spočívá dále v tom, že ventil s uspořádáním piezoelektrické jednotky, vratného elementu a vyrovnávacího elementu tolerancí podle vynálezu má kompaktní konstrukci.

Vyrovnávací element tolerancí pro tolerance prodloužení, podmíněné teplotními změnami, je přitom podle vynálezu realizován cenově výhodně a jednoduchými mechanickými prostředky.

Další výhody a výhodná provedení předmětu vynálezu jsou patrné z popisu, výkresu a patentových nároků.

Přehled obrázků na výkresech

Jeden příklad provedení ventilu k řízení kapalin podle vynálezu je znázorněn na jediném výkresu, který část vstřikovacího ventilu paliva pro spalovací motory schematicky ukazuje v podélném řezu.

Příklady provedení vynálezu

Příklad provedení, znázorněný na obrázku, ukazuje přednostní použití ventilu podle vynálezu u vstřikovacího ventilu 1 paliva pro spalovací motory automobilů. Vstřikovací ventil 1 paliva je přitom vytvořen jako vstřikovač se společným tlakovým zásobníkem (common rail) pro vstřikování dieselového paliva.

K nastavení začátku vstřikování, trvání vstřikování a vstřikovaného množství přes silové poměry ve vstřikovacím ventilu 1 paliva, je ventilový člen 2 regulován přes piezoelektrickou jednotku 3 s piezoelektrickým ovladačem 4, která je uspořádána na straně ventilového členu 2, odvrácené od spalovacího prostoru, v piezoelektrické komoře 5, která je zase vytvořena v tělese 6 ventilu, respektive ventilovém pouzdru.

Ventilový člen 2 ve tvaru pístu je uspořádán jako axiálně posuvný ve vrtaném otvoru 7 tělesa 6 ventilu, provedeném jako podélný otvor, a má na svém konci na straně spalovacího prostoru ventilovou hlavu 8, tvořící uzavírací člen ventilu. Ventilový člen 2 je v tomto případě vytvořen jako ventil 2/2, přičemž ventilová hlava 8 spolupůsobí s prvním sedlem 9 a s druhým sedlem 10, vytvořenými na tělese 6 ventilu. Přitom ve zdviženém stavu ventilové hlavy 8 vzniká spojení k pružinovému prostoru 11 s pružinovým zařízením 12, působícím zpětnou silou na ventilovou hlavu 8 otevírající ven.

Může být samozřejmě také upraveno alternativní provedení tak, že ventilový člen 2 pracuje jako ventil 2/3 s mezilehlou polohou.

Na pružinový prostor 11 navazuje na straně spalovacího prostoru odtoková škrticí klapka 13, která vede k řídicímu prostoru 14 ventilu, do kterého ústí vstřikovací potrubí 15, na obrázku

-2CZ 295448 B6 pouze symbolicky vyznačené, které vede do společného vysokotlakého zásobního prostoru 16 (common rail) pro všechny vstřikovací ventily 1 paliva. Vysokotlaký zásobní prostor 16 je přitom známým způsobem plněn palivem o vysokém tlaku vysokotlakým dopravním čerpadlem ze zásobní nádrže.

Piezoelektrický ovladač 4 k ovládání ventilového členu 2 je sestaven z většího počtu tenkých vrstev a má na straně přivrácené ke spalovacímu prostoru piezoelektrickou hlavu 17 a na straně od spalovacího prostoru odvrácené piezoelektrickou patku 18 s elektrickým kontaktem 19. Hlava 17 je spojena s vratným elementem 20, s jehož pomocí je možné přenášet na ventilový člen 2 vychýlení piezoelektrického ovladače 4, přičemž piezoelektrická jednotka 3 je uspořádána ve směru pohybu ventilového členu 2, s hlavou 17 k tomuto členu přivrácenou, uvnitř protáhlého vratného elementu 20. Vratný element 20 představuje přitom v podstatě uzavřené a vnitřní prostor 21 ohraničující vratné pouzdro.

Piezoelektrický ovladač 4 je spojen s vratným pouzdrem přes vyrovnávací element 22 tolerancí k vyrovnání tolerancí prodloužení piezoelektrické jednotky 3 nebo dalších konstrukčních prvků, jako například ventilového členu 2 nebo tělesa 6 ventilu. Vyrovnávací element 22 je přitom uspořádán rovnoběžně s piezoelektrickou jednotkou 3, přičemž je spojen na jedné straně s piezoelektrickou hlavou 17 a na straně druhé s opěrou 23 na vratném pouzdru 20 v oblasti sousedící s patkou 18 ovladače.

Jak je patrné z obrázku, je vyrovnávací element 22 tolerancí vytvořen dvěma vyrovnávacími čepy 24, které se táhnou rovnoběžně s piezoelektrickou jednotkou 3, a které jsou upevněny v uložení na hlavě 17 ovladače, přesahujícího průměr piezoelektrického ovladače 4.

V alternativním provedení může být také samozřejmě upraveno, že vyrovnávací element 22 tolerancí je vytvořen odlišným počtem vyrovnávacích čepů 24 nebo například na způsob pouzdra.

Vyrovnávací element 22 tolerancí má v porovnání s piezoelektrickou jednotkou 3 stejný, tolerancemi podmíněný způsob reakce, bez toho aby způsobil pohyb vratného elementu 20, který by měl vliv na postavení ventilového členu 2. Vyrovnávací element 22 tolerancí má k tomu přibližně délku a součinitele tepelné roztažnosti piezoelektrického ovladače 4.

Protože k vyrovnávání teplot je nezbytný dobře vodivý tepelný můstek mezi piezoelektrickým ovladačem 4 a vyrovnávacím elementem 22 tolerancí, je vnitřní prostor 21 vratného elementu 20, který je obklopuje, vyplněn tepelně vodivým médiem 32, které má vysokou schopnost vedení tepla. Vratný element 20 slouží přitom současně jako zásobník pro tepelně vodivé médium 32.

V předkládaném provedení je jako tepelně vodivé médium 32 zvolen silikonový olej, avšak nabízejí se také jiná média, zejména ze syntetického oleje.

Piezoelektrická jednotka 3 je vůči vrtanému otvoru 7, ve kterém je uložen ventilový člen 2, a palivu které se tam nachází, utěsněna, k čemuž je upraven těsnicí element 25, vytvořený zde jako těsnicí deska, která je uložena v tělese 6 ventilu, provedeném na tomto místě jako dvoudílné. Těsnicí deska má pro kontaktování vratného elementu 20 s ventilovým členem 2 přes těsnicí zařízení 26, kteiým je O kroužek nebo membrána, upravené průchozí otvory 27. Průchozími otvory 27 zasahují průchozí čepy 28, upravené na vratném elementu 20, do vrtaného otvoru

7.

Pro kontaktování s průchozím čepem 28 vratného elementu 20 je ventilový člen 2 vytvořen s talířem 29, jehož průměr v podstatě odpovídá průměru vratného elementu 20.

-3 CZ 295448 B6

Ventilový člen 2, respektive jeho talíř 29 je v neaktivním stavu piezoelektrického ovladače 4 oddělen od vratného elementu 20 vzduchovou mezerou 30. Tato vzduchová mezera 30 je dimenzována tak, že při možných teplotu vyrovnávajících pohybech vratného elementu, může být vyrovnáno až několik mikrometrů.

Mezi těsnicím elementem 25 a hlavou 17 ovladače je pružně vestavěno pružinové zařízení 31, které je upraveno jako předepínací zařízení pro piezoelektrický ovladač 4, sestavený z více vrstev konstrukce multilayer a brání tomu, že se jeho vrstvy při protékání proudu od sebe oddělují.

Vstřikovací ventil 1 paliva podle obrázku pracuje následně popsaným způsobem.

V uzavřeném stavu vstřikovacího ventilu 1 paliva, to znamená při piezoelektrickém ovladači 4 bez proudu, je ventilová hlava 8 ventilového členu 2 přidržována v dotyku s přiřazeným prvním sedlem 9, takže z řídicího prostoru 14, spojeného s vysokotlakým prostorem 16, nemůže do oblasti podélného vrtaného otvoru 7 pronikat žádné palivo. Piezoelektrický ovladač 4 je přitom upnut pružinovým zařízením 31 mezi hlavou 17 a patkou 18 piezoelektrického ovladače 4 a vratný element 20 spojený s hlavou 17 ovladače přes vyrovnávací element 20 tolerancí je držen vzduchovou mezerou 30 v odstupu vůči ventilovému členu 2.

V případě pomalého ovládání, jaké připadá v úvahu při teplotou podmíněné změně délky piezoelektrického ovladače 4, prodlužuje se vyrovnávací čep 24 vyrovnávacího elementu 22 tolerancí stejným způsobem jako piezoelektrický ovladač 4, takže vratný element 20 se nepohybuje nebo provádí jenom minimální vychýlení, které je menší než šířka vzduchové mezery 30.

V žádném případě to nemá vliv na uzavírací a otevírací polohu ventilového členu 2 a palivového ventilu 1.

Má-li nastat vstřikování vstřikovacím ventilem 1 paliva, prochází piezoelektrickým ovladačem 4 proud, čímž se jeho axiální protažení rázově zvětšuje. Při rychlém ovládání piezoelektrického ovladače 4 tohoto druhu se vratný element 20, spojený s piezoelektrickou hlavou 17, posouvá se stejnou silou ve směru ventilového členu 2, takže vratný element 20 dosedá na talíř 29 ventilového členu 2, ventilový člen 2 se zvedá od svého prvního sedla 9 a v otevřené poloze dosedá na jeho druhé sedlo 10. Palivo tak může z řídicího prostoru 14 ventilu pronikat do podélného vrtaného otvoru 7 tělesa 6 ventilu, přičemž toto palivo může opět unikat odtokovým potrubím 34 úniků.

Otvor ventilového členu 2 způsobuje ve vstřikovacím ventilu 1 paliva, který je proveden jako silově vyrovnaný, že se řídicí píst 33 ventilu pohybuje v řídicím prostoru 14 ventilu vzhůru a palivo je přes nyní uvolněnou vstřikovací trysku vstřikováno do dále neznázoměného spalovacího prostoru.

Při deaktivaci piezoelektrického ovladače 4 se jeho délka opět zkracuje zpět na výchozí délku, a ventilový člen 2 je působením vratné síly pružinového zařízení 12 přitlačen na první sedlo 9 na tělese 6 ventilu.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Ventil pro řízení kapalin, s ventilovým členem (2) axiálně posuvným ve vrtaném otvoru (7) tělesa (6) ventilu, který má na jednom konci uzavírací člen ventilu, který spolupůsobí se sedlem (9, 10) upraveným na tělese (6) ventilu, pro otevírání a zavírání ventilu (1), s piezoelektrickou jednotkou (3) k ovládání ventilového členu (2) a s vyrovnávacím elementem (22) tolerancí pro vyrovnávání tolerancí prodlužování piezoelektrické jednotky (3) a/nebo dalších konstrukčních prvků (6) ventilu, vyznačující se tím, že výchylku piezoelektrické jednotky (3) je možné přes vratný element (20) přenést na ventilový člen (2), přičemž piezoelektrická jednotka (3) je uspořádána ve směru pohybu ventilového členu (2), přivrácená k tomuto členu (2) svou piezoelektrickou hlavou (17), v podstatě uvnitř podélného rozložení vratného elementu (20) a je s ním spojena přes vyrovnávací element (22) tolerancí, který je uspořádán rovnoběžně s piezoelektrickou jednotkou (3) a při tolerancemi podmíněných změnách délek se chová navíc stejným způsobem bez toho, aby pohyb vratného elementu (20) působil na polohu ventilového členu (2).
2. 2. Ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyrovnávací element (20) tolerancí má alespoň přibližně délku a součinitele tepelné roztažnosti alespoň piezoelektrické jednotky (3), obklopující piezoelektrický ovladač (4).
3. 3. Ventil podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vyrovnávací element (22) tolerancí je na jedné straně spojen s piezoelektrickou hlavou (17) a na straně druhé s opěrou (23) na vratném elementu (20), v oblasti sousedící s piezoelektrickou patkou (18).
4. 4. Ventil podle jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že oblast obklopující piezoelektrickou jednotku (3) a vyrovnávací element (22) tolerancí je vyplněna tepelně vodivým médiem (32), které má vysokou tepelnou vodivost.
5. 5. Ventil podle nároku 4, vyznačující se tím, že tepelně vodivé médium (32) představuje tepelně vodivá pasta, zejména ze syntetického oleje.
6. 6. Ventil podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že vyrovnávací element (22) tolerancí je vytvořen vyrovnávacím čepem (24), táhnoucím se rovnoběžně s piezoelektrickou jednotkou (3), který je na jedné straně upevněn jako v ložisku přes piezoelektrickou hlavu (17), přesahující průměr piezoelektrické jednotky (3).
7. 7. Ventil podle jednoho z nároků laž6, vyznačující se tím, že vratný element (20) je vytvořen jako alespoň částečně uzavřené a vnitřní prostor (21) ohraničující vratné pouzdro.
8. 8. Ventil podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že piezoelektrická jednotka (3) je vůči vrtanému otvoru (7), ve kterém je uložen ventilový člen (2), utěsněna.
9. 9. Ventil podle nároku 8, vyznačující se tím, že piezoelektrická jednotka (3) je vůči vrtanému otvoru (7), ve kterém je uložen ventilový člen (2), utěsněna pomocí těsnicího elementu (25), který má pro kontaktování vratného elementu (20) s ventilovým členem (2) nejméně jeden průchozí otvor (27).
10. 10. Ventil podle nároku 9, vyznačující se tím, že vratný element (20) dosahuje do vrtaného otvoru (7), ve kterém je uložen ventilový člen (2), přes těsnicí element (25) vytvořený

    -5CZ 295448 B6 jako těsnicí deska, přičemž vratný element (20) má v oblasti nejméně jednoho průchozího otvoru (27) průchozí čep (28), procházející těsnicím elementem (25).
11. 11. Ventil podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že jako napínací element piezoelektrické jednotky (3) je upraveno pružinové zařízení (31), opírající se o těsnicí element (25).
12. 12. Ventil podle jednoho z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že ventilový člen (2) je pro kontaktování s vratným elementem (20) vytvořen s talířem (29), jehož průměr v podstatě odpovídá vratnému elementu (20).
13. 13. Ventil podle jednoho z nároků 1 až 12, vyznačující se svým použitím jako součástka vstřikovacích ventilů (1) paliva pro spalovací motory, zejména pro vstřikovače se společným tlakovým potrubím.