CZ295771B6 - Vstřikovací ventil paliva - Google Patents

Abstract

Vstřikovací ventil (1) sestává z magnetové cívky (8), z kotvy (21), na kterou působí ve směru uzavírání vratná pružina (18) a z uzavíracího tělesa (4) ventilu, spojeného silovým stykem s kotvou (21). Toto těleso (4) tvoří spolu s dosedací plochou (6) ventilu těsnicí sedlo, přičemž kotva (21) naráží dorazovou plochou (42) kotvy na plochu (44) magnetického pólu tělesa (43) magnetu. Dorazová plocha (42) kotvy má uvnitř ležící první prstencovou okrajovou zónu (31a), hraničící s vnitřním okrajem (47), která je vzhledem k rovině kolmé k podélné ose (30) kotvy (21) skloněná směrem dovnitř, a vně ležící druhou prstencovou okrajovou zónu (31b), hraničící s vnějším okrajem (46), která je vzhledem k rovině kolmé k podélné ose (30) kotvy (21) skloněna směrem ven.

Description

Vstřikovací ventil paliva

Oblast techniky

Vynález se týká vstřikovacího ventilu paliva pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů, s magnetovou cívkou, s kotvou, na kterou působí v uzavíracím směru vratná pružina, a s uzavíracím tělesem ventilu, spojeným silovým stykem s kotvou, které spolu s dosedací plochou ventilu tvoří těsnicí sedlo, přičemž kotva s dorazovou plochou kotvy naráží na plochu magnetického pólu, a přičemž kotva má vnější okraj a vnitřní okraj, ohraničující středové vybrání.

Dosavadní stav techniky

Ze spisu DE 35 35 438 Al je již znám elektromagneticky ovladatelný vstřikovací ventil paliva, který má v pouzdře magnetovou cívku, obepínající feromagnetické jádro. Mezi držákem sedla ventilu, pevně spojeným s pouzdrem a čelní stranou pouzdra, je uspořádána plochá kotva. Plochá kotva spolupůsobí přes dvě štěrbiny pracovního vzduchu s pouzdrem a s jádrem a je radiálně vedena pomocí vodicí membrány, zachycené na uzavíracím ventilovém dílu, upnuté pevně na pouzdře. Spojení mezi plochou kotvou a uzavíracím ventilovým dílem je provedeno přes kroužek, obepínající tento uzavírací ventilový díl, který je svařen s plochou kotvou. Na uzavírací ventilový díl působí přes šroubovou pružinu uzavírací tlak. Palivové kanály a geometrie ploché kotvy, zejména snížení oblasti, sousedící s palivovými kanály, dovolují obtékání kotvy proudem paliva.

Nevýhodou vstřikovacího ventilu paliva, známého ze spisu DE 35 35 438 Al, je vysoký sklon ke kavitaci velkými dutými prostory, kterými protéká palivo, a ve kterých vznikají proudy a víry. Vypuzování paliva se při přitahování kotvy děje na základě vysokého odporu proudění zpomaleně a má tak negativní účinky na otevírací časy vstřikovacího ventilu. Kavitace se navíc zesiluje díky poloze průtokových otvorů, které nejsou umístěny na vrcholových bodech, ale na bocích ploché kotvy.

Ve spise DE 3143 849 C2 je ve vstřikovacím ventilu paliva používána podobně tvarovaná plochá kotva. Zde jsou sice průtokové otvory umístěny na vrcholových bodech ploché kotvy, hydrodynamické vlastnosti jsou však díky nadále vysokému okraji ploché kotvy, který je orientován rovnoběžně s dorazovou plochou kotvy a znemožňuje vytlačování paliva do okrajových oblastí kotvy, pouze nepodstatně zlepšeny.

Ze spisu EP 0 683 862 B1 je znám elektromagneticky ovladatelný vstřikovací ventil paliva, jehož kotva se vyznačuje tím, že její dorazová plocha, přivrácená k vnitřnímu pólu, je vytvořena v nepatrně klínovitém tvaru, aby byl minimalizován nebo zcela vyloučen hydraulický útlum při otevírání vstřikovacího ventilu paliva a hydraulická adhezní síla po vypnutí budicího proudu magnetové cívky. Pomocí vhodných opatření, jako nanášením ochranných vrstev a nitridací dorazové plochy, je kotva vytvořena jako odolná proti opotřebení, takže dorazová plocha má po celou dobu životnosti vstřikovacího ventilu paliva stejnou velikost a funkce tohoto ventilu není nepříznivě ovlivňována.

Nevýhodou vstřikovacího ventilu paliva, známého ze spisu EP 0 683 862 81, je především hydraulická tlumicí síla v pracovní mezeře při přitahování kotvy, která působí i nadále navzdory optimální dorazové ploše kotvy. Pokud je do magnetové cívky zaveden budicí proud, pohybuje se kotva ve směru vnitřního pólu a vytlačuje přitom palivo, které se nachází mezi tímto vnitřním pólem a kotvou. Na základě třecích a setrvačných efektů přitom dochází k vytváření lokálních tlakových polí, která vytvářejí na dorazové ploše kotvy hydraulické síly, působící proti směru pohybu kotvy. Tím se prodlužují otevírací a dávkovači časy vstřikovacího vertilu paliva.

-1 CZ 295771 B6

Podstata vynálezu

Tyto nevýhody odstraňuje vstřikovací ventil paliva pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů, s magnetovou cívkou, kotvou, na kterou působí v uzavíracím směru vratná pružina, a s uzavíracím tělesem ventilu, spojeným silovým stykem s kotvou, které spolu s dosedací plochou ventilu tvoří těsnicí sedlo, přičemž kotva s dorazovou plochou kotvy dosedá na plochu magnetického pólu, a přičemž kotva má vnější okraj a vnitřní okraj, ohraničující středové vybrání, podle vynálezu, jehož podstatou je, že dorazová plocha kotvy má první, uvnitř ležící prstencovou okrajovou zónu, hraničící s vnitřním okrajem, která je vzhledem k rovině kolmé k podélné ose kotvy skloněná směrem dovnitř, a druhou, vně ležící prstencovou okrajovou zónu, hraničící s vnějším okrajem, která je vzhledem k rovině kolmé k podélné ose kotvy skloněná směrem ven.

Výhodou vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu je také vhodné geometrické utváření kotvy, které značně snižuje hydraulické útlumové síly, takže vstřikovací ventil paliva může být rychleji otevírán. Důsledkem toho jsou přesné dávkovači časy a dávkovaná množství.

Příznivé geometrie dorazové plochy kotvy je dosaženo odpovídajícím zkosením okrajové oblasti této dorazové plochy. Kotva má dvě prstencové okrajové zóny, přičemž vnitřní okrajová zóna je skloněna dovnitř k vnitřnímu poloměru, kdežto vnější okrajová zóna je skloněna ven k poloměru vnějšímu. Dorazová plocha kotvy je tak ohraničena vhodnými plochami. Úhel sklonu okrajových ploch ovlivňuje poměry proudění paliva, které se nachází v pracovní štěrbině. Dorazová plocha kotvy je zmenšena pomocí geometrického utváření, takže uzavírací plocha je menší.

Pomocí opatření, která jsou uvedena ve vedlejších patentových nárocích jsou umožněna další výhodná provedení a zlepšení vstřikovacího ventilu paliva, uvedeného v hlavním patentovém nároku.

Výhodné je zejména umístění axiálních kanálů v kotvě, takže palivo v pracovní štěrbině při činnosti kotvy má možnost těmito kanály odtékat. Kanály jsou uspořádány výhodným způsobem v prohloubeních, čímž se poměry proudění dále zlepšují, protože palivo může kotvou unikat bez zpožďování.

Stejného efektu může být dosaženo také pomocí vybrání, která jsou umístěna na vnějším okraji kotvy v pravidelných odstupech. Palivo jev tomto případě vytlačováno díky tvaru dorazové plochy kotvy, zkosené směrem ven, na vnější okraj středového vybrání vstřikovacího ventilu paliva, ve kterém je uložena kotva a může odtékat otvory v kotvě.

Prohloubení mohou být ohraničena zkosením a kolmou plochou. Další možné varianty provedení upravují rozdílnou výšku vyvýšených vrcholových bodů prstenců, vytvořených skloněnými plochami, takže jako dorazová plocha kotvy slouží pouze plocha minimální.

Prstencové vybrání na magnetové ploše v oblasti magnetové cívky ovlivňuje díky lokálnímu zvětšení pracovní štěrbiny pozitivně hydraulický útlum.

-2CZ 295771 B6

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení vynálezu jsou blíže vysvětleny v následujícím popisu a na zjednodušených obrázcích, na kterých znamená obr. 1 axiální řez vstřikovacím ventilem paliva podle dosavadního stavu techniky, obr. 2 schematický zvětšený řez prvním příkladem provedení kotvy vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu, obr. 3 půdorys dorazové plochy kotvy z obr. 2, obr. 4 schematický zvětšený řez druhým příkladem provedení kotvy vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu, obr. 5 schematický zvětšený řez třetím příkladem provedení kotvy vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu, obr. 6 schematický zvětšený řez čtvrtým příkladem provedení kotvy vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu a obr. 7 půdorys dorazové plochy kotvy pátého příkladu provedení kotvy vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Dříve než budou blíže popsány příklady provedení kotvy vstřikovacího ventilu paliva podle vynálezu na základě obr. 2 až 7, musí být pro lepší pochopení vynálezu nejdříve krátce vysvětlen již známý vstřikovací ventil paliva podle obr. 1 se zřetelem na jeho podstatné konstrukční prvky.

Vstřikovací ventil 1 paliva je proveden ve formě vstřikovacího ventilu pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů s kompresí směsi a se zážehem z cizího zdroje. Vstřikovací ventil 1 paliva se hodí zejména pro vstřikování paliva do sací trubice 7 spalovacího motoru. Opatření k redukci hydraulického útlumu kotvy, která jsou dále blíže popsána, se však hodí také pro vysokotlaké vstřikovací ventily, které vstřikují palivo přímo do spalovacího prostoru.

Vstřikovací ventil 1 paliva zahrnuje jádro 25, které je obklopeno nastříknutým plastovým pláštěm 16. Jehla 3 ventiluje ve spojení s uzavíracím tělesem 4 ventilu, které spolupůsobí s dosedací plochou 6 ventilu, uspořádanou na tělese 5 sedla ventilu pro vytvoření těsnicího sedla. U vstřikovacího ventilu 1 paliva se v příkladu provedení jedná o vstřikovací ventil 1 paliva, otevírající směrem dovnitř, který vstřikuje do sací trubice 7. Jádro 25 tvoří vnitřní pól 11 magnetického obvodu. Magnetová cívka 8 je zapouzdřena v plastovém plášti 16 a navinuta na nosníku 10 cívky, který přiléhá na jádro 25. Jádro 25 a těleso 2 trysky, sloužící jako vnější pól, jsou vzájemně odděleny mezerou 12 a opírají se o nemagnetický spojovací konstrukční prvek 13. Magnetová cívka 8 je buzena elektrickým proudem přiváděným přes elektrické vedení 14 a zásuvkový kontakt 15,. Magnetický obvod je uzavřen tělesem 17 zpětného toku, například ve tvaru třmenu.

Jehla 3 ventilu se opírá o vratnou pružinu 18, která je u předkládané konstrukce vstřikovacího ventilu 1 paliva napnuta v pouzdře 19, Jehla 3 ventilu je přes svarový šev 20 spojena silovým stykem s kotvou 21.

Palivo je přiváděno centrálním přívodem 23 paliva přes filtr 24.

-3 CZ 295771 B6

V klidovém stavu vstřikovacího ventilu 1 paliva působí na kotvu 21 vratná pružina 18 proti směru jejího zdvihu tak, že uzavírací těleso 4 ventiluje drženo v poloze, ve které těsně přiléhá k sedlu 6 ventilu. Při buzení magnetové cívky 8 se vytváří magnetické pole, které kotvou 21 pohybuje proti pružinové síle vratné pružiny 18 ve směru zdvihu. Kotva 21 s sebou unáší jehlu 3 ventilu rovněž ve směru zdvihu. Uzavírací těleso 4 ventilu, spojené s jehlou 3 ventilu, se zvedá od dosedací plochy 6 ventilu a palivo je vedeno přes radiální vývrty 22a v jehle 3 ventilu, vybrání 22b v tělese 5 sedla ventilu a zploštění 22c na uzavíracím tělese 4 ventilu k těsnicímu sedlu.

Je-li budicí proud vypnut, odpadá kotva 21 po dostatečném odbourání magnetického pole tlakem vratné pružiny 18 od vnitřního pólu 11, čímž se jehla 3 ventilu, spojená s kotvou 21, pohybuje proti směru zdvihu, uzavírací těleso 4 ventilu dosedá na dosedací plochu 6 ventilu a vstřikovací ventil 1 paliva uzavírá.

Obr. 2 znázorňuje první příklad provedení vstřikovacího ventilu 1 paliva v axiálním řezu. Ve zvětšeném znázornění jsou zakresleny pouze ty komponenty, které mají vzhledem k vynálezu podstatný význam. Provedení běžných komponentů může být identické jako u známého vstřikovacího ventilu 1 paliva, znázorněného například na obr. 1. Elementy již dříve popsané jsou opatřeny stejnými vztahovými značkami, takže jejčh opakovaný popis by byl zbytečný.

Kotva 21, popsaná už na obr. 1, která je na tomto obr. 1 provedena jako takzvaná ponorná kotva 21, je na obr. 2 až 7 upravena ve tvaru ploché kotvy 21. Na obr. 2 až 6 je znázorněna vždy jen polovina kotvy 21. napravo od podélné osy 30 souměrnosti.

Kotva 21 má na obr. 2 dvě okrajové zóny 31a, 31b, které se vyznačují vzájemně proti sobě skloněnými plochami 32. Přitom je plocha 32 vnitřní okrajové zóny 31a ohraničena vnitřním okrajem 47 ploché kotvy 21, hraničícím se středovým vybráním 48 a je skloněna k vnitřnímu okraji 47, kdežto plocha 32 vnější okrajové zóny 31b je ohraničena vnějším okrajem 46 a je skloněna k vnějšímu okraji 46.

Mezi okrajovými zónami 31a, 31b jsou vytvořena dvě prohloubení 34, která se vyznačují vždy dvěma směrem dovnitř skloněnými plochami 32. Prohloubení 34 jsou ve spojení s axiálními kanály 35, které probíhají rovnoběžně s podélnou osou 30 kotvy 21 a touto kotvou 21 procházejí.

V oblasti magnetové cívky 8 se nachází na ploše 44 magnetického pólu tělesa 43 magnetu vybrání 36, které je vytvořeno jako kruhové a lokálně zvětšuje pracovní štěrbinu 37 mezi dorazovou plochou 42 kotvy a plochou 44 magnetického pólu. Vybrání 36 se přitom může táhnout až k magnetové cívce 8. Místo tělesa 43 magnetu může být také upraven jiný konstrukční prvek, oddělující magnetovou cívku 8 od paliva.

Je-li do magnetové cívky 8 zaveden budicí proud, pohybuje se kotva 21 ve směru k tělesu 43 magnetu a vytlačuje přitom palivo, které se nachází v pracovní štěrbině 37. To je přes skloněné plochy 32 vytlačováno do kanálů 35, respektive k vnitřnímu okraji 47 a k vnějšímu okraji 46 a může přes kotvu 21 odtékat. Díky rozdělení paliva do kanálů 35 a do vnější, popřípadě vnitřní oblasti kotvy 21, je umožněn rychlý odtok kapaliny, která se nalézá v pracovní štěrbině 37, a která tak nenarušuje postup otevírání vstřikovacího ventilu 1 paliva.

Obr. 3 znázorňuje částečný půdorys kotvy 21 z příkladu provedení vstřikovacího ventilu 1 paliva podle vynálezu na obr. 2.

Vyvýšené koncentrické vrcholové body 33, na kterých spolu vzájemně hraničí skloněné plochy 32, tvoři tři prstencové zbytkové dorazové plochy 38 kotvy. Kotva 21 tak už nenaráží na konci otevíracího procesu na těleso 43 magnetu celou dorazovou plochou 42 kotvy, ale pouze prstencovými zbytkovými dorazovými plochami 38 kotvy, tvořenými vrcholovými body 33. Tím je

-4CZ 295771 B6 postup uzavírání urychlen, protože menší zbytkové dorazové plochy 38 kotvy vytvářejí také menší hydraulické adhezní síly a kotva 21 se tak snáze uvolňuje od tělesa 43 magnetu.

Prohloubené koncentrické vrcholové body 39 leží na prohloubeních 34· V pravidelných odstupech se v prohloubeních 34 nacházejí kanály 35, které pronikají kotvou 21 rovnoběžně s její podélnou osou 30. Průměr kanálů 35 je přitom také vytvořen variabilně, takže v každém prohloubení 34 jsou umístěny různě dimenzované kanály 35 způsobem, odpovídajícím velikosti sběrné oblasti, která se s jejich průměrem zvětšuje.

Počet a rozměry kanálů 35 značně ovlivňují poměry proudění paliva. Na obr. 3 jsou proto znázorněny kanály 35 s větším průměrem v prohloubeních 34, ležících blízko vnějšího okraje 46 kotvy 21, a v prohloubeních 34, ležících dále uvnitř, kanály 35 s menším průměrem. Obzvlášť výhodné uspořádání kanálů 35 upravuje, že tyto kanály leží 35 v radiálním směru v jedné linii.

Obr. 4 znázorňuje druhý příklad provedení vstřikovacího ventilu 1 paliva podle vynálezu v částečném axiálním řezu.

V protikladu k obr. 2 zde prohloubení 34 nesestávají ze dvou vzájemně hraničících skloněných ploch 32. Obě prohloubení 34 mají vždy jednu skloněnou plochu 32 a jednu plochu 40, probíhající rovnoběžně s podélnou osou 30 kotvy 21. Kanály 35 i kruhová vybrání 36 tělesa 43 magnetu, které se nacházejí v oblasti magnetové cívky 8, jsou utvářeny jako v prvním příkladu provedení na obr. 2. Utváření prohloubení 34 ve tvaru pilových zubů představuje formu provedení kotvy 21, kterou lze zvlášť jednoduše vyrobit.

Obr. 5 znázorňuje v částečném axiálním řezu třetí příklad provedení vstřikovacího ventilu 1 paliva podle vynálezu.

Příklad provedení, který je zde popsán, je zjednodušenou variantou příkladu provedení z obr. 2. Dorazová plocha 42 kotvy má i zde dvě okrajové zóny 31a, 31b, které jsou ohraničeny vždy dvěma vzájemně skloněnými plochami 32. V jednotlivých mezilehlých prohloubeních 34 se nalézají kanály 35.

Obr. 6 znázorňuje v částečném axiálním řezu čtvrtý příklad provedení vstřikovacího ventilu 1 paliva podle vynálezu.

Oproti variantě provedení na obr. 5 se vyznačuje forma, popsaná na obr. 6, snížením vyvýšených vrcholových bodů 33. Z toho vyplývá další zmenšení efektivní dorazové plochy 38 kotvy, takže kotva 21 naráží jen na jeden z vrcholových bodů 33 a adheze kotvy 21 na tělese 43 magnetu je dále snížena. Snížení jednoho vyvýšeného vrcholového bodu 33 způsobuje navíc zvětšení pracovní štěrbiny 37, což příznivě působí na poměry proudění v palivu, které se v pracovní štěrbině 37 nalézá.

Obr. 7 znázorňuje v pohledu shora dorazovou plochu 42 kotvy pátého příkladu provedení vstřikovacího ventilu 1 paliva podle vynálezu.

Pro lepší rozdělování a odvádění paliva z pracovní štěrbiny 37 jsou na vnějším okraji 46 kotvy 21 upravena vybrání 41. To vede rovněž ke zmenšení efektivní dorazové plochy 38 kotvy a k plynulému vytlačování paliva z okrajových stran přes skloněné plochy okrajové zóny 31b.

Vynález není omezen na znázorněné příklady provedení a je možné jej realizovat také u mnoha jiných konstrukcí vstřikovacích ventilů paliva. Vynález může být použit zejména také u ponorných kotev 21.

Claims (9)

1. Vstřikovací ventil (1) paliva pro vstřikovací zařízení paliva spalovacích motorů, s magnetovou cívkou (8), kotvou (21), na kterou působí v uzavíracím směru vratná pružina (18), a s uzavíracím tělesem (4) ventilu, spojeným silovým stykem s kotvou (21), které spolu s dosedací plochou (6) ventilu tvoří těsnicí sedlo, přičemž kotva (21) s dorazovou plochou (42) kotvy naráží na plochu (44) magnetického pólu, a přičemž kotva (21) má vnější okraj (46) a vnitřní okraj (47), ohraničující středové vybrání (48), vyznačující se tím, že dorazová plocha (42) kotvy má první, uvnitř ležící prstencovou okrajovou zónu (3 la), hraničící s vnitřním okrajem (47), která je vzhledem k rovině kolmé k podélné ose (30) kotvy (21) skloněná směrem dovnitř, a druhou, vně ležící prstencovou okrajovou zónu (31b), hraničící s vnějším okrajem (46), která je vzhledem k rovině kolmé k podélné ose (30) kotvy (21) skloněná směrem ven.

2. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi prstencovými skloněnými okrajovými zónami (31a, 31b) je vytvořeno nejméně jedno prohloubení (34).

3. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 2, vyznačující se tím, že každé prohloubení (34) je ohraničeno dvěma skloněnými plochami (32), které jsou vzhledem k rovině kolmé k podélné ose (30) kotvy (21) skloněny proti sobě.

4. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 2, vy z n a č uj í c í se t í m , že každé prohloubení (34) mezi skloněnými okrajovými zónami (31a, 31b) je ohraničeno první skloněnou plochou (32), která je skloněna vzhledem k rovině kolmé k podélné ose (30) kotvy (21), a druhou plochou (40), která probíhá s podélnou osou (30) kotvy (21) rovnoběžně.

5. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 3 nebo 4, vy z n a č uj í c í se t í m , že dorazová plocha (42) kotvy má vyvýšené vrcholové body (33), na nichž je vzdálenost mezi dorazovou plochou (42) kotvy a plochou (44) magnetického pólu minimální, a prohloubené vrcholové body (39), na nichž je vzdálenost mezi dorazovou plochou (42) kotvy a plochou (44) magnetického pólu maximální.

6. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 5, vyznačující se tím, že na prohloubených vrcholových bodech (39) začínají axiální kanály (35), které kotvou (21) procházejí.

7. Vstřikovací ventil paliva podle nároku 6, vyznačuj ící se t í m , že vzdálenost mezi dorazovou plochou (42) kotvy a plochou (44) magnetického poluje na vyvýšených vrcholových bodech (33) rozdílná.

8. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že kotva (21) má na svém vnějším okraji (46) nejméně jedno vybrání (41).

9. Vstřikovací ventil paliva podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že plocha (44) magnetického pólu má v oblasti magnetové cívky (8) kruhové vybrání (36).