PL176852B1 - Wtryskiwacz paliwa do silnika spalinowego ze spalaniem wewnętrznym - Google Patents

Abstract

1 . Wtryskiwacz paliwa do silnika spalinowego ze spalaniem wewnetrznym, w szczególnosci duzego dwu- suwowego silnika wysokopreznego, majacy zewnetrzna obudowe przelotowy przewód paliwa w dysze oraz su- wak zaworu w prowadnicy suwaka, który jest polaczony ze sprezyna sciskajaca i w którym pierwszy tlok przy jednym koncu sprezyny sciskajacej ma pierwsza powie- rzchnie, która jest skierowana od sprezyny i pierwsza komore cisnieniowa, utworzona przez te pierwsza po- wierzchnie, element nieruchomy i kanal prowadzacy od pierwszej komory cisnieniowej do przewodu paliwa, przy czym pierwszy tlok ma krancowe polozenie przy mini- malnej ilosci paliwa w pierwszej komorze cisnieniowej, znamienny tym, ze sprezyna sciskajaca (17) jest pola- czona z drugim tlokiem (29) majacym druga powierzch- nie skierow ana od sprezyny sciskajacej (17) i stanowiaca scianke koncowa w drugiej komorze cisnie- niowej (34), która z pierwszym tlokiem (21) w odleglosci od krancowego polozenia przeplywowego polaczenia (35) rozciaga sie pomiedzy pierwsza i druga komora cisnie- niowa (28, 34), przy czym druga komora cisnieniowa (34) ma wieksza powierzchnie przekroju poprzecznego niz pierwsza komora cisnieniowa (28), przy czym ogra- niczony przewód odprowadzajacy przebiega od drugiej komory cisnieniowej (34) do wylotu odprowadzajacego. FIG . 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wtryskiwacz paliwa do silnika spalinowego ze spalaniem wewnętrznym, w szczególności dużego dwusuwowego silnika wysokoprężnego, mającego zewnętrzną obudowę do montażu w pokrywie cylindra i przelotowy przewód paliwa otwierający się w dyszę oraz suwak zaworu, który można przesuwać wzdłużnie w prowadnicy suwaka i który jest popychany w kierunku jego gniazda zaworu przez sprężynę ściskającą z obciążeniem wstępnym, a w kierunku przeciwnym przez ciśnienie paliwa w przewodzie paliwa, pierwszy tłok, który można przesuwać osiowo w obudowie, umieszczony na jednym końcu sprężyny ściskającej i mający pierwszą powierzchnię, która jest skierowana od sprężyny i, razem z elementem nieruchomym, ogranicza pierwszą komorę ciśnieniową, łączącą się z przewodem paliwa przez kanał, przy czym sprężyna ściskająca popycha pierwszy tłok w kierunku maksymalnego położenia przy minimalnej ilości paliwa w pierwszej komorze ciśnieniowej.

W takim wtryskiwaczu opisanym w duńskim opisie patentowym nr 152 619, odpowiadającym opisowi japońskiemu nr 1851989, kanał z przewodu paliwa do pierwszej komory ciśnieniowej jest zaprojektowany jako kanał dławiący, tak że ciśnienie w komorze odpowiada z opóźnieniem na aktualne ciśnienie w przewodzie paliwa. Gdy ciśnienie paliwa zwiększy się w okresie wtryskiwania, zwiększy się także ciśnienie w komorze ciśnieniowej, tak że pierwszy tłok jest popychany na sprężynę zamykającą i zwiększa siłę, z jaką sprężyna oddziałuje na suwak zaworu w kierunku jego gniazda, co zwiększa ciśnienie zamykające wtryskiwacza.

Rozwiązuje to problem polegający na tym, że ciśnienie zamykające, to jest ciśnienie, przy którym suwak zaworu przesuwa się w kierunku jego gniazda na końcu okresu doprowadzania, jest zwykle większe niż ciśnienie otwierające, to jest ciśnienie w przewodzie paliwa, przy którym suwak zaworu jest podnoszony z gniazda zaworu na początku okresu doprowadzania. Mniejsze ciśnienie zamykające wynika z faktu, że w położeniu zamkniętym wtryskiwacza, ciśnienie paliwa działa na efektywny obszar suwaka zaworu, który jest mniejszy niż gdy suwak zaworu jest w położeniu otwartym, gdy ciśnienie działa również na obszar suwaka poniżej powierzchni gniazda.

We wtryskiwaczu opisanym w duńskim opisie patentowym, pierwszy tłok wykonuje ciągłe ruchy dopasowujące podczas i bezpośrednio po okresie doprowadzania wtryskiwacza, co może spowodować nie będące bez znaczenia zużycie powierzchni prowadzącej tłoka, z wynikłymi zwiększonymi przeciekami z komory ciśnieniowej. Po zakończeniu każdego okresu doprowadzania, sprężyna ściskająca popycha pierwszy tłok z powrotem dojego położenia maksymalnego przy minimalnej ilości paliwa w komorze ciśnieniowej, tak że hydrauliczne obciążenie sprężyny naciskającej nie wpływa na ciśnienie otwierające wtryskiwacza.

Jest wiadome, że ciśnienie sprężania w cylindrze silnika zależy od obciążenia silnika, tak że przy pełnych obciążeniach ciśnienie jest znacznie wyższe niż przy niskich obciążeniach. Na przykład przy pełnym obciążeniu ciśnienie sprężania może wynosić około 120 barów, zaś przy obciążeniu jałowym około 40 barów.

Gdy suwak zaworu jest w położeniu zamkniętym, ciśnienie w cylindrze silnika rozprzestrzenia się przez otwory dyszy i dalej do obszaru suwaka pod powierzchnią gniazda, to jest odcinka suwaka umieszczonego na boku dyszy gniazda zaworu. Aktualne ciśnienie sprężania działa więc na suwak zaworu z siłą w kierunku otwarcia. Ciśnienie sprężania rosnące z obciążeniem silnika prowadzi więc do spadku w ciśnieniu otwarcia w znanych wtryskiwaczach przy zwiększonych obciążeniach silnika. W typowym wtryskiwaczu paliwa dla dużego dwusuwowego silnika diesel, ciśnienie otwierające może na przykład spaść z 400 barów przy obciążeniu jałowym do 325 barów przy pełnym obciążeniu silnika. Niższe ciśnienie otwierające przy pełnym obciążeniu nie sprzyja rozpylaniu paliwa na początku okresu wtryskiwania.

Przy niskim obciążeniu silnika, ciśnienie paliwa we wtryskiwaczujest określane przez jego ciśnienie otwierające, ponieważ pompy paliwa dostarczają tak mało paliwa, że opór przepływu w dyszy nie ma wpływu na ciśnienie paliwa. W przeciwieństwie do tego, ilości paliwa doprowadzone z pomp przy większym obciążeniu silnika są tak duże, że opór przepływu w dyszy staje się decydujący o ciśnieniu paliwa we wtryskiwaczu, tj. ciśnienie paliwa jest w tym przypadku znacznie wyższe niż ciśnienie otwierające wtryskiwacza.

Ciśnienie otwierające w znanych wtryskiwaczach jest określone przez obciążenie wstępne sprężyny ściskającej. Wytwarzanie sprężyn podlega pewnej tolerancji produkcji, co powoduje,

176 852 że wtryskiwacze paliwa w silnikach spalinowych z wewnętrznym spalaniem niekoniecznie ustala się na takie samo ciśnienie otwierające. Zmiany w ciśnieniu otwierającym wtryskiwaczy stają się bardziej widoczne po długim okresie działania silnika, ponieważ sprężyny wyginają się podczas działania, to jest tracą trochę na sile sprężystości. Tak więc występują określone przez czas zmiany w ciśnieniach otwierających wtryskiwaczy, co wymaga kontroli i ponownego zaciskania sprężyn ściskających w regularnych odstępach, aby utrzymać zadowalające działanie silnika. Wymaga to pracy i jest niepożądane.

Celem wynalazku jest dostarczenie wtryskiwacza paliwa, który ma zwiększane ciśnienie otwierające przy zwiększanym obciążeniu silnika i który nie wymaga tyle konserwacji.

Wtryskiwacz paliwa według wynalazku charakteryzuje się tym, że sprężyna ściskająca jest połączona z drugim tłokiem mającym drugą powierzchnię skierowaną od sprężyny i stanowiącą ściankę końcową w drugiej komorze ciśnieniowej, która z pierwszym tłokiem od krańcowego położenia przepływowego połączenia rozciąga się pomiędzy pierwszą i drugą komorą ciśnieniową, przy czym druga komora ciśnieniowa ma większą powierzchnię przekroju poprzecznego niż pierwsza komora ciśnieniowa, przy czym ograniczony przewód odprowadzający przebiega od drugiej komory ciśnieniowej do wylotu odprowadzającego.

Pierwszy tłok ma odcinek gniazdowy, stanowiący blokadę połączenia przepływowego usytuowaną pomiędzy pierwszą komorą ciśnieniową a drugą komorą ciśnieniową przez styk z odcinkiem gniazdowym na elemencie nieruchomym.

Powierzchnia przekroju poprzecznego pierwszej komory ciśnieniowej jest mniejsza niż powierzchnia otwarcia suwaka zaworu.

Druga komora ciśnieniowa ma powierzchnię przekroju poprzecznego kilka razy większą od powierzchni pierwszej komory ciśnieniowej.

Sprężyna ściskająca jest zamontowana pomiędzy dwiema prowadnicami sprężyny, które są przesuwalne wzdłużnie na centralnym elemencie oporowym, nieruchomym w obudowie, natomiast drugi tłok jest wykonany w górnej prowadnicy sprężyny, która jest umieszczona przeciwległe do dyszy i ma dolną ściankę cylindryczną, przy centralnym elemencie oporowym, oraz górną ściankę cylindryczną, która usytuowana jest przy pierwszym tłoku i ma większą średnicę wewnętrzną niż ścianka dolna oraz element środkowy łączący ścianki ze sobą, przy czym pierwszy tłok jest pierścieniowy i jest zamknięty między elementem oporowym i górną ścianką drugiego tłoka, oraz posiada dolny wewnętrzny kołnierz, którego górna powierzchnia stanowi pierwszą powierzchnię, która wewnętrznie łączy się z odcinkiem gniazdowym, oraz że odpowiadający odcinek gniazdowy elementu oporowego jest skierowany w dół i jest umieszczony między kanałem przelotowym do przewodu paliwa i dolną powierzchnią o zmniejszonej średnicy stanowiącą połączenie przepływowe między dwiema komorami.

Przewód odprowadzający jest pierścieniową szczeliną pomiędzy dwiema ściankami drugiego tłoka oraz odpowiednio pierwszym tłokiem i elementem oporowym.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowy przekrój podłużny przez wtryskiwacz paliwa według wynalazku, fig. 2 - w większej skali część fig. 1 pokazującą sprężynę ściskającą z połączonymi z nią elementami, a fig. 3 wykres korelacji pomiędzy obciążeniem silnika i ciśnieniami otwierającymi wtryskiwaczy, odpowiednio znanego typu i według wynalazku.

Figura 1 przedstawia wtryskiwacz paliwa 1 ogólnego przeznaczenia, mający zewnętrzną obudowę 2 do zamontowania w pokrywie cylindra. Obudowa jest wydłużona i jej górny koniec ma element montujący 3, który wystaje na boki i za pomocą śrub umocowanych na obudowie dociska powierzchnię styku 4 na dolnym końcu obudowy do odpowiadającej powierzchni styku utworzonej w pokrywie. Nie 'pokazana pompa paliwa, albo podobne źródło okresowego doprowadzania paliwa pod wysokim ciśnieniem, jest podłączona przewodem ciśnieniowym do wlotu paliwa 5 na górze wtryskiwacza, skąd przewód paliwa 6 przechodzi centralnie w dół przez wtryskiwacz do dyszy 7 z centralną wnęką 8, z której nie pokazane otwory dyszy rozchodzą się promieniowo w celu wtryskiwania paliwa do cylindra silnika.

Przewód paliwa może mieć zawór, który otwiera się, aby wstępnie ogrzane paliwo krążyło we wtryskiwaczu pomiędzy okresami wtryskiwania. Przewód paliwa przechodzi przez nieruchomy element w postaci elementu oporowego 9, który styka się na górze z elementem 10,

176 852 nieruchomym w obudowie, a na dole z elementem pośrednim 11, który jest mocno dociskany do prowadnicy 12 suwaka nieruchomej w obudowie. Suwak 13 zaworu jest obejmowany tak, aby był przesuwalny wzdłużnie w centralnym wywierconym otworze prowadzącym 12' w prowadnicy suwaka i jednym końcem zamyka wystający w dół odcinek cylindryczny 11' na elemencie środkowym. Wywiercony otwór prowadzący centruje suwak, tak że pierścieniowa stożkowa powierzchnia gniazdowa 14 znajdująca się przy dolnym końcu suwaka zaworu i wykonana jako iglica, jest współosiowa z odpowiadającym gniazdem zaworu na prowadnicy 12 suwaka. Gdy suwak prowadnicy jest w położeniu zamkniętym z powierzchnią gniazdową dociśniętą do gniazda zaworu na prowadnicy suwaka, końcówka iglicy wystaje do centralnej wnęki dyszy i jest w tym miejscu poddawana ciśnieniu cylindra silnika, które rozprzestrzenia się przez otwory dyszy do wnęki i oddziałuje na suwak zaworu z pewną siłą w kierunku otwarcia. Dolny koniec suwaka zaworu i prowadnicy 12 zaworu ograniczają komorę ciśnieniową, która łączy się z przewodem paliwa 6 przez ukośne wywiercone otwory 16. Dolna, pierścieniowa powierzchnia końcowa suwaka zaworu, którajest ograniczona wewnętrznie przez iglicę, podlega wpływowi ciśnienia paliwa w komorze 15, ponieważ ciśnienie paliwa działa na suwak zaworu w kierunku otwarcia. Powierzchnia otwarcia suwaka zaworu jest w zasadzie wyznaczona przez różnicę średnic pomiędzy zewnętrzną średnicą cylindrycznego odcinka 11' i wewnętrzną średnicą wywierconego otworu prowadzącego 12'.

Suwak zaworu jest również obciążony w kierunku zamknięcia, czyli w kierunku dolnym do gniazda zaworu, za pomocą sprężyny ściskającej 17, której górny koniec styka się górną prowadnicą 18 sprężyny zamontowanej w sposób przesuwalny na elemencie oporowym 9 a dolny koniec jest przytrzymywany przez dolną prowadnicę 19 sprężyny, także przesuwalną na elemencie oporowym 9, przez szczelinową tulejkę oporową, której dolna powierzchnia końcowa styka się z górnym kołnierzem na suwaku 13 zaworu. Siła sprężystości jest więc przekazywana przez prowadnicę suwaka 19 i tulejkę oporową 20 na suwak 13 zaworu.

Pierścieniowy pierwszy tłok 21 jest zamontowany w sposób umożliwiający osiowe przesuwanie wokół górnego odcinka elementu oporowego 9. Wewnętrzna średnica powierzchni ślizgowej 22 (fig. 2) tłoka jest dopasowana do przeciwległej powierzchni prowadzącej 23 na elemencie oporowym w taki sposób, że pierścieniowa szczelina pomiędzy powierzchniami jest dostatecznie wąska dla tłoka, aby zamykać element oporowy powodując uszczelnienie. Powierzchnia prowadząca 23 kończy się na dole cylindrycznym wgłębieniem wykonanym na element oporowy i połączonym przez kanał 24 z centralnym przewodem paliwa 6 w elemencie oporowym. Wgłębienie łączy się na dole z cylindrycznym odcinkiem 25 o mniejszej zewnętrznej średnicy niż powierzchnia prowadząca 23. Pod odcinkiem 25 element oporowy ma pierścieniowy stożkowy dolny odcinek gniazdowy 26.

Pierwszy tłok 21 ma dolny wewnętrzny kołnierz 27 posiadający stożkowy górny odcinek gniazdowy 26', który może przylegać w sposób szczelny dla ciśnienia do odcinka gniazdowego 26. Na obszarze równoległym do wgłębienia i odcinka cylindrycznego 25, pierwszy tłok i element oporowy ograniczają pierwszą komorę ciśnieniową 28 o efektywnej powierzchni przekroju poprzecznego wyznaczonej przez różnicę średnic między odcinkiem 25 a powierzchnią prowadzącą 23. Efektywna powierzchnia przekroju poprzecznego znajduje się na górnej powierzchni kołnierza 27, tj. na pierwszej powierzchni skierowanej od sprężyny, tak że ciśnienie paliwa doprowadzonego przez kanał 24 w pierwszej komorze ciśnieniowej działa na pierwszy tłok siłą skierowaną w dół.

Drugi tłok 29 jest wykonany jako całość z dolną prowadnicą 18 sprężyny i obejmuje pierścieniowy element środkowy 30, który przytrzymuje dolną ścianę cylindryczną 31 i górną ścianę cylindryczną 32. Wewnętrzny bok dolnej ścianki 31 można przesuwać w sposób szczelny dla ciśnienia i wzdłużnie w styku z cylindryczną drugą powierzchnią prowadzącą 33 elementu oporowego 9, a wewnętrzny bok górny ścianki 32 można przesuwać w sposób szczelny dla ciśnienia w styku z zewnętrznym bokiem pierwszego tłoka 21. Pierwszy i drugi tłok wraz z elementem oporowym 9 ograniczają drugą komorę ciśnieniową 34 o efektywnej powierzchni przekroju poprzecznego wyznaczonej przez różnicę średnic między wewnętrznymi cylindrycznymi bokami dolnej ściany 31, górnej ściany 32. Cylindryczne wgłębienie wykonane w zewnętrznym boku elementu oporowego i znajdujące się bezpośrednio pod odcinkiem gniazdowym 26

176 852 tworzy połączenie przepływowe 35 między dwiema komorami ciśnieniowymi, gdy pierwszy tłok zostanie wysunięty z odcinka gniazdowego 26.

Dolny bok kołnierza 27 może mieć jeden albo więcej występów albo pierścieniowy występ w wycięciami utrzymującymi część drugiej komory ciśnieniowej 34 znajdującą się radialnie w jednej linii z występami w łączności przepływowej z połączeniem przepływowym 35, gdy występ przylega do górnego boku elementu środkowego 30. W alternatywnym przykładzie wykonania, nie pokazanym, występ może być pierścieniowy, a wewnętrzny bok dolnej ścianki 31 może mieć mniejszą średnicę niż wewnętrzny bok kołnierza 27, tak że część drugiej komory ciśnieniowej znajdująca się najbliżej połączenia przepływowego 35 ma skierowaną w górę efektywną powierzchnię przekroju poprzecznego, która otwiera się na połączenie przepływowe 35, gdy występ na kołnierzu 27 przylega do górnego boku elementu środkowego 30 i blokuje połączenie z pozostałą częścią komory ciśnieniowej 34. Przy odpowiednim wzroście ciśnienia w połączeniu przepływowym 35, ta efektywna powierzchnia spowoduje przesunięcie drugiego tłoka 29 od pierwszego tłoka 21 z jednoczesnym odkryciem pełnej efektywnej powierzchni przekroju poprzecznego drugiej komory ciśnieniowej.

Druga komora ciśnieniowa 34 styka się w sposób ciągły z ograniczonym przewodem odprowadzającym składającym się z pierścieniowej szczeliny uszczelnionej ciśnieniowo pomiędzy wewnętrznym bokiem górnej ścianki 32 a cylindrycznym zewnętrznym bokiem pierwszego tłoka i pierścieniowej szczeliny szczelnej dla ciśnienia pomiędzy wewnętrznym bokiem dolnej ścianki 31 a powierzchnią prowadzącą 33 na elemencie oporowym.

Zostanie teraz opisane, jak dwa tłoki automatycznie tworzą żądaną siłę sprężystości w sprężynie ściskającej 17. Gdy silnik jest zatrzymany i przewód paliwa 6 nie jest pod ciśnieniem, dwa tłoki przyjmują położenie pokazane na rysunku, na którym sprężyna ściskająca 17 o fabrycznym obciążeniu wstępnym popycha drugi tłok 29 w górę do przylegania do pierwszego tłoka 21, co przekazuje siłę sprężystości do elementu oporowego 9 przez odcinki gniazdowe 26 i 26'.

Gdy silnik zostaje uruchomiony i obciążenie się zwiększa, ciśnienie w przewodzie paliwa 6 wzrasta podczas każdego okresu wtryskiwania do najwyższego ciśnienia, które przy małych obciążeniach odpowiada ciśnieniu otwarcia wtryskiwacza, a przy większych obciążeniach jest wyznaczone przez opór przepływu w otworach dyszy. Maksymalne ciśnienie w przewodzie paliwa rośnie więc przy wzroście obciążenia silnika.

Ciśnienie w przewodzie paliwa 6 rozprzestrzenia się przez kanał 24 do pierwszej komory ciśnieniowej 28 i gdy ciśnienie osiągnie poziom, przy którym skierowana w dół siła na pierwszy tłok pokona ustawioną na początku siłę sprężystości, pierwszy tłok jest przesuwany w dół kierunku sprężyny, którajest ściskana pomiędzy prowadnicami sprężyny 18 i 19, i w tym samym czasie paliwo przepływa przez połączenie przepływowe 35 do drugiej komory ciśnieniowej, gdzie ciśnienie narasta do poziomu, który powoduje ponowny styk pierwszego tłoka 21 z odcinkiem gniazdowym 26, podczas gdy drugi tłok 29 pozostaje w położeniu, w którym sprężynie nadane jest dodatkowe obciążenie.

Jeśli ciśnienie w przewodzie paliwa 6 w kolejnych okresach wtryskiwania wzrośnie do większego poziomu, ruchy tłoka są powtarzane, tak że sprężynie 17 nadawane jest obciążenie, które zależy liniowo od maksymalnego ciśnienia w przewodzie paliwa 6.

Poprzez pierścieniowe szczeliny z uszczelnieniem ciśnieniowym mała ilość paliwa jest ciągle odprowadzana z drugiej komory ciśnieniowej, przy czym paliwo jest przekazywane do otworu przewodu odprowadzającego, nie pokazanego, poprzez wewnętrzną wnękę w obudowie 2.

W ten sposób wtryskiwacz paliwa według wynalazku uzyskuje siłę sprężystości i przez to ciśnienie otwarcia, które wzrasta ze wzrostem obciążeń silnika, jak pokazuje fig. 3. Umożliwia to obniżenie ciśnienia otwarcia przy małym obciążeniu silnika, ponieważ wtryskiwacz automatycznie wytwarza duże ciśnienie otwarcia przy pełnym obciążeniu. Sprężynę ściskającą można więc wykonać z obciążeniem wstępnym nadającym ciśnienie otwarcia przy małych obciążeniach wynoszące około 200 barów, co przyczynia się do stabilnej pracy silnika przy obciążeniach częściowych, a jednocześnie ciśnienie otwarcia przy pełnych obciążeniach jest wyższe niż w znanych wtryskiwaczach, co przyczynia się do dobrego rozpylania paliwa na początku okresu wtryskiwania.

Zamiast opisanego wyżej kierunku centralnego, przewód paliwa 6 może w znany sposób składać się z pewnej liczby kanałów, przebiegających w nieruchomym elemencie środkowym wzdłuż zewnętrznego boku sprężyny i otwierających się w komorze ciśnieniowej 15 przez skośne kanały w prowadnicy suwaka. W takim wykonaniu powierzchnia otwarcia suwaka zaworu jest wyznaczona przez dolną pierścieniową powierzchnię końcową otaczającą iglicę.

Przy wzrastających obciążeniach silnika, jak wspomniano wyżej, ciśnienie w przewodzie paliwa rośnie w konsekwencji oporu przepływu w dyszy. Tak więc rośnie również ciśnienie w pierwszej komorze ciśnieniowej, co powoduje przesunięcie pierwszego tłoka, tak że połączenie przepływowe między pierwszą i drugą komorą ciśnieniową otwiera się i pewna ilość paliwa wpływa do drugiej komory ciśnieniowej. Ponieważ ta komora ciśnieniowa ma większą efektywną powierzchnię przekroju poprzecznego niż pierwsza komora, wzrastanie ciśnienia w drugiej komorze będzie prowadzić do powrotu pierwszego tłoka do położenia maksymalnego przy minimalnej ilości paliwa i w tym samym czasie ilość paliwa w drugiej komorze ciśnieniowej jest ograniczona, ponieważ pierwszy tłok przerywa połączenie przepływowe pomiędzy komorami. Ponieważ drugi tłok jest w połączeniu przekazującym siłę ze sprężyną, ta ostatnia będzie stopniowo skracana przy napełnianiu komór, przez co zwiększy się siła sprężystości. Pomijając małą ilość odprowadzonego paliwa, paliwo jest ograniczane w komorze ciśnieniowej, aż do momentu, gdy wtryskiwacz paliwa będzie musiał zostać uruchomiony dla ponownego wtrysku paliwa, tak więc zwiększona siła sprężyny jest utrzymywana, co nadaje wtryskiwaczowi paliwa zarówno wyższe ciśnienie otwierające, jak i wyższe ciśnienie zamykające.

Jeśli najwyższe ciśnienie w przewodzie paliwa podczas następnego okresu wtrysku paliwa jest wyższe, ponieważ zwiększa się obciążenie silnika, ciśnienie paliwa w pierwszej komorze ciśnieniowej wytworzy siłę na pierwszy tłok, wyższą niż przeciwnie skierowana siła sprężystości, co prowadzi do przesunięcia pierwszego tłoka, tak że otwiera się połączenie przepływowe między komorami, aż do momentu, gdy wzrost ciśnienia w drugiej komorze ciśnieniowej wytworzy zwiększoną siłę sprężystości nieco większą niż ciśnienie paliwa na efektywną powierzchnię przekroju poprzecznego pierwszej komory ciśnieniowej. Zwiększona siła sprężystości spowoduje wtedy ponowny powrót pierwszego tłoka do jego położenia maksymalnego z zablokowanym połączeniem przepływowym między komorami.

Ograniczony przewód odprowadzający zapewnia ciągłe odprowadzanie małej ilości paliwa z drugiej komory ciśnieniowej. Zapewnia to, że zmniejsza się również obciążenie sprężyny, gdy zmniejszy się obciążenie silnika i przez to najwyższe ciśnienie w przewodzie paliwa. Jeśli obciążenie się nie zmniejszy, ilość odprowadzonego paliwa zostanie zastąpiona przez nowe paliwo podczas okresu wtrysku, ponieważ odprowadzenie paliwa powoduje małe obniżenie ciśnienia w drugiej komorze ciśnieniowej, tak że pierwszy tłok znowu może otworzyć połączenie przepływowe.

Ciśnienie otwierające wtryskiwacza paliwa przy określonym obciążeniu w górnym zakresie obciążenia silnika zależy od efektywnej powierzchni przekroju poprzecznego pierwszej komory. Ponieważ taką powierzchnię można wytworzyć z dużą dokładnością, wszystkie wtryskiwacze paliwa w silniku dostosują się do tego samego ciśnienia otwierającego i zamykającego, gdyż różne zmiany w charakterystyce sprężystości sprężyn ściskających, wynikłe przy produkcji i ich różne wygięcia podczas okresu pracy będą wyrównywane przez nacisk sprężyn aż do momentu, gdy będą wywierać tę samą siłę sprężystości, dostosowaną do najwyższego ciśnienia paliwa we wtryskiwaczach. Dopasowanie to zachodzi automatycznie podczas pracy silnika, a to w znacznym stopniu zmniejsza potrzebę okresowego ręcznego dopasowywania wtryskiwaczy.

Możliwe jest zaprojektowanie połączenia przepływowego z bocznym otworem, który może być przykrywany albo odkrywany przez pierwszy tłok przy jego przesuwaniu, ale korzystnie pierwszy tłok ma odcinek gniazdowy, który blokuje połączenie przepływowe między pierwszą a drugą komorą ciśnieniową przez styk z odpowiadającym odcinkiem gniazdowym elementu nieruchomego. Takie odcinki gniazdowe wykazały się dużą niezawodnością we wtryskiwaczach paliwa przez wiele lat i tworzą one dobrze określone zamknięcie, odporne na duże różnice ciśnienia.

Przewód odprowadzający korzystnie może mieć taki ograniczony rozmiar, aby objętość odprowadzona przy pełnym obciążeniu silnika podczas cyklu silnika zmnieniała się od połowy do jednej dwudziestej pełnej objętości w drugiej komorze ciśnieniowej. Jeśli odprowadzona objętość będzie większa niż połowa, szczególnie przy małym obciążeniu silnika będzie trudne osiągnięcie żądanego wzrostu ciśnienia otwierającego, a ponadto ruchy tłoka staną się duże i

176 852 częste, ponieważ druga komora ciśnieniowa będzie musiała być ponownie napełniana w każdym okresie wtrysku, także gdy obciążenie silnika jest stałe. Jeśli odprowadzana objętość będzie mniejsza niż jedna dwudziesta, ciśnienie otwierające będzie spadało nieodpowiednio wolno przy gwałtownym spadku obciążenia silnika. Wymienione stosunki odprowadzania dotyczą pełnego obciążenia silnika.

W jednym przykładzie wykonania efektywna powierzchnia przekroju poprzecznego pierwszej komory ciśnieniowej może być mniejsza niż obszar otwarcia suwaka zaworu. W rezultacie tego, pierwszy tłok pozostanie w powyższym położeniu maksymalnym przy małych obciążeniach silnika, gdy ciśnienie paliwa jest wyznaczone przez ciśnienie otwierające wywierane wyłącznie przez mechaniczne obciążenie wstępne sprężyny. Tylko w przypadku wzrostu ciśnienia paliwa przy rosnącym obciążeniu silnika, ciśnienie na efektywną powierzchnię przekroju poprzecznego pierwszej komory spodowuje siłę mogącą pokonać siłę sprężystości i przesunąć pierwszy tłok z jego położenia maksymalnego.

Druga komora ciśnieniowa ma korzystnie efektywną powierzchnię przekroju poprzecznego kilka razy większą od powierzchni pierwszej komory. W rezultacie, ciśnienie w drugiej komorze ciśnieniowej jest odpowiednią liczbę razy mniejsze od ciśnienia w pierwszej komorze, gdy siła drugiego tłoka działająca na sprężynę i przez to na pierwszy tłok wyrównuje skierowaną przeciwnie siłę paliwa działającą na pierwszy tłok. Duża efektywna powierzchnia przekroju poprzecznego drugiej komory powoduje więc zamknięcie drugiej komory przy korzystnie niskim ciśnieniu w komorze, co powoduje względnie mały spadek ciśnienia na przewodzie odprowadzającym i w konsekwencji odprowadzenie małej ilości paliwa z drugiej komory ciśnieniowej. Duża powierzchnia drugiej komory ma również tę zaletę, że komorajest napełniana dużą objętością paliwa przy pewnym przesunięciu tłoka i odpowiadającym ściśnięciu sprężyny. Obydwie te okoliczności przyczyniają się do faktu, że siła sprężyny jest tylko nieznacznie zmieniana, gdy wtryskiwacz jest w położeniu zamkniętym pomiędzy dwoma okresami wtrysku.

Możliwe jest umieszczenie obu tłoków na końcu sprężyny jak najbliżej dyszy, ponieważ element nieruchomy względem pierwszego tłoka jest wtedy tworzony przez suwak dyszy. W wyniku takiej konstrukcji tłoki uczestniczą w ruchach dopasowujących suwaka zaworu. W tym przypadku tłoki będą działać jak wzrost masy suwaka, co spodowuje wolniejsze ruchy dopasowujące wtryskiwacza. Ponieważ jest to zwykle uznawane za wadę, pierwszy tłok można alternatywnie wykonać na przeciwnym końcu sprężyny. Ma to tę wadę, że połączenie przepływowe pomiędzy dwiema komorami ciśnieniowymi wydłuża się i staje się względnie trudne do wykonania. W korzystnym przykładzie wykonania, w którym unika się obydwu tych wad i który jest łatwy do wykonania, wtryskiwacz jest wykonany tak, że w sposób znany jako taki sprężyna ściskająca jest zamontowana pomiędzy dwiema prowadnicami sprężyny, które są przesuwalne wzdłużnie na centralnym elemencie oporowym, nieruchomym w obudowie, że drugi tłok jest wykonany w górnej prowadnicy sprężyny, która jest umieszczona przeciwległe do dyszy i ma dolną ściankę cylindryczną, która obejmuje element oporowy szczelnie dla ciśnienia, oraz górną ściankę cylindryczną, która ma większą średnicę wewnętrzną niż ścianka dolna i obejmuje szczelnie dla ciśnienia pierwszy tłok oraz element środkowy łączący ścianki ze sobą, przy czym jego górna powierzchnia stanowi drugą powierzchnię, że pierwszy tłok jest pierścieniowy i jest zamknięty między elementem oporowym i górną ścianką drugiego tłoka, oraz posiada dolny wewnętrzny kołnierz, którego górna powierzchnia stanowi pierwszą powierzchnię, która wewnętrznie łączy się z odcinkiem gniazdowym, oraz że odpowiadający odcinek gniazdowy elementu oporowego jest skierowany w dół i jest umieszczony między kanałem przelotowym do przewodu paliwa i dolną powierzchnią o zmniejszonej średnicy stanowiącą połączenie przepływowe między dwiema komorami.

Przewód odprowadzający może być wykonany jako niezależny element, na przykład w kształcie małego otworu przewierconego przez drugi tłok do drugiej komory, ale korzystnie przewód odprowadzający składa się z pierścieniowych szczelin stanowiących uszczelnienie ciśnieniowe pomiędzy dwiema ściankami drugiego tłoka, oraz odpowiednio pierwszego tłoka i elementu oporowego, przy czym sprawia trudność, żeby te pierścieniowe szczeliny jako takie były zupełnie szczelne dla ciśnienia. Odprowadzona ilość paliwa będzie jednocześnie smarować szczeliny poruszające się ślizgowo względem siebie.

176 852

176 852

FIG. 2

176 852

Π 6.3

176 852

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wtryskiwacz paliwa do silnika spalinowego ze spalaniem wewnętrznym, w szczególności dużego dwusuwowego silnika wysokoprężnego, mający zewnętrzną obudowę przelotowy przewód paliwa w dyszę oraz suwak zaworu w prowadnicy suwaka, który jest połączony ze sprężyną ściskającą i w którym pierwszy tłok przy jednym końcu sprężyny ściskającej ma pierwszą powierzchnię, która jest skierowana od sprężyny i pierwszą komorę ciśnieniową, utworzoną przez tę pierwszą powierzchnię, element nieruchomy i kanał prowadzący od pierwszej komory ciśnieniowej do przewodu paliwa, przy czym pierwszy tłok ma krańcowe położenie przy minimalnej ilości paliwa w pierwszej komorze ciśnieniowej, znamienny tym, że sprężyna ściskająca (17) jest połączona z drugim tłokiem (29) mającym drugą powierzchnię skierowaną od sprężyny ściskającej (17) i stanowiącą ściankę końcową w drugiej komorze ciśnieniowej (34), która z pierwszym tłokiem (21) w odległości od krańcowego położenia przepływowego połączenia (35) rozciąga się pomiędzy pierwszą i drugą komorą ciśnieniową (28, 34), przy czym druga komora ciśnieniowa (34) ma większą powierzchnię przekroju poprzecznego niż pierwsza komora ciśnieniowa (28), przy czym ograniczony przewód odprowadzający przebiega od drugiej komory ciśnieniowej (34) do wylotu odprowadzającego.
2. 2. Wtryskiwacz według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy tłok (21) ma odcinek gniazdowy (26') stanowiący blokadę połączenia przepływowego (35) usytuowaną pomiędzy pierwszą komorą ciśnieniową (28) a drugą komorą ciśnieniową (34) przez styk z odcinkiem gniazdowym (26) na elemencie nieruchomym (9).
3. 3. Wtryskiwacz według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że powierzchnia przekroju poprzecznego pierwszej komory ciśnieniowej (28) jest mniejsza niż powierzchnia otwarcia suwaka zaworu (13).
4. 4. Wtryskiwacz według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że druga komora ciśnieniowa (34) ma powierzchnię przekroju poprzecznego kilka razy większą od powierzchni pierwszej komory ciśnieniowej (28).
5. 5. Wtryskiwacz według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że sprężyna ściskająca (17) jest zamontowana pomiędzy dwiema prowadnicami (18,19) sprężyny, które są przesuwalne wzdłużnie na centralnym elemencie oporowym (9), nieruchomym w obudowie, natomiast drugi tłok (29) jest wykonany w górnej prowadnicy (18) sprężyny, którajest umieszczona przeciwległe do dyszy (7) i ma dolną ściankę cylindryczną (31), przy centralnym elemencie oporowym (9), oraz górną ściankę cylindryczną (32), która usytuowana jest przy pierwszym tłoku (21) i ma większą średnicę wewnętrzną niż ścianka dolna oraz element środkowy (30) łączący ścianki ze sobą, przy czym pierwszy tłok (21) jest pierścieniowy i jest zamknięty między elementem oporowym (9) i górną ścianką drugiego tłoka (29), oraz posiada dolny wewnętrzny kołnierz (27), którego górna powierzchnia stanowi pierwszą powierzchnię, która wewnętrznie łączy się z odcinkiem gniazdowym (26'), oraz że odpowiadający odcinek gniazdowy (26) elementu oporowego (9) jest skierowany w dół i jest umieszczony między kanałem przelotowym (24) do przewodu paliwa (6) i dolną powierzchnią o zmniejszonej średnicy stanowiącą połączenie przepływowe (35) między dwiema komorami.
6. 6. Wtryskiwacz według zastrz. 5, znamienny tym, że przewód odprowadzający jest pierścieniową szczeliną pomiędzy dwiema ściankami (31, 32) drugiego tłoka (29) oraz odpowiednio pierwszym tłokiem (21) i elementem oporowym (9).

   176 852