PL191054B1 - Zawór dozujący płyn i układ zasilania paliwem silnika spalinowego wyposażony w taki zawór - Google Patents

Abstract

1. Zawór dozujacy plyn, który jest normalnie zamkniety i ma obudowe polaczona z przewodem zasilajacym w paliwo, majacy przynajmniej jeden otwór dozujacy i przynajmniej jeden czlon zamykajacy, który jest ruchomy miedzy polozeniem, w którym zamyka otwór dozujacy a polozeniem, w którym pozostawia otwór dozujacy przy- najmniej czesciowo otwarty, przy czym czlon zamykajacy jest sterowany za pomoca wspólpracujacej z nim pneuma- tycznej i/lub hydraulicznej sprezyny i sterownika, zas pneumatyczna lub hydrauliczna sprezyna sterowana jest dozowanym plynem, natomiast zawór zawiera dwie komory znajdujace sie w obudowie, oddzielone od siebie czlonem zamykajacym, przy czym kazda komora ma przynajmniej jeden otwór dostepu i jest polaczona z przewodem zasila- jacym, zas przewód zasilajacy dolaczony jest do obudowy po tej samej stronie czlonu zamykajacego, co otwór dozu- jacy, a komora znajdujaca sie po tej samej stronie czlonu zamykajacego stanowi komore przeplywowa, zas komora, znajdujaca sie po przeciwnej stronie czlonu zamykajacego stanowi komore sterujaca, natomiast otwory dostepu obu komór sa tak zwymiarowane, ze sila dzialajaca na czlon zamykajacy od strony komory przeplywowej jest mniejsza, niz sila dzialajaca od strony komory sterujacej, znamienny tym, ze zawór (9) jest tak skonfigurowany, ze czlon zamy- kajacy (8) jest zamykany tylko za pomoca sprezyny pneu- matycznej i/lub hydraulicznej. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zawór dozujący płyn i układ zasilania paliwem silnika spalinowego wyposażony w taki zawór. Zawór według wynalazku zaopatrzony jest w obudowę, ma przynajmniej jeden otwór dozujący i przynajmniej jeden człon zamykający, który jest ruchomy między położeniem, w którym zamyka otwór dozujący a położeniem, w którym pozostawia otwór dozujący przynajmniej częściowo otwarty. Człon zamykający jest wstępnie ustawiony w jednym z powyższych położeń przez współpracujące z nim środki nastawcze i może być przestawiony do drugiego, przeciwnego położenia za pomocą sterownika. Takie zawory dozujące są znane i stosowane na przykład w układach wtrysku paliwa, zwłaszcza do wtryskiwania paliwa gazowego takiego, jak system wtrysku LPG, wprowadzanego na rynek pod nazwą DGI przez zgłaszającego obecne zgłoszenie.

Znane zawory dozujące lub wtryskiwacze gazu zaopatrzone są w człon zamykający lub zatyczkę, która wyciągana jest z gniazda za pomocą elektromagnesu, przeciwstawiającego się sprężynie mechanicznej i która dociskana jest z powrotem do gniazda za pomocą sprężyny po ustąpieniu działania elektromagnesu. Ponieważ wyciągnięcie zatyczki z gniazda wymaga przeciwstawienia się sile sprężyny, więc siła działania elektromagnesu musi być większa niż właściwie jest potrzebna. Zarówno cewka elektromagnetyczna jak i zatyczka muszą więc być przewymiarowane, a więc większe i cięższe niż byłyby potrzebne przy braku sprężyny.

Taka nadmiernie ciężka zatyczka stwarza problemy związane z tzw. odbiciem powstającym, gdy ciężka zatyczka uderza z dużą prędkością o górny blok przy końcu fazy przyciągania elektromagnesu. Zjawisko odbicia wynika z nieliniowego i niestabilnego zachowania zaworu, które z kolei zależne jest od temperatury i wtryskiwacza. W rezultacie dostatecznie precyzyjna produkcja dużych ilości tego typu wtryskiwaczy gazu nie jest łatwa.

W wymienionym powyżej systemie DGI problem ten rozwiązano stosując regulator wtryskiwacza gazu ze sprzężeniem zwrotnym, dzięki czemu wahania zachowań zaworu wynikające z odbicia są mierzone i korygowane. System ten jest jednak stosunkowo drogi i z tego powodu nadaje się w szczególności dla systemów z wtryskiem grupowym lub z wtryskiem jednopunktowym, gdy dla dozowania gazu stosuje się jeden centralny wtryskiwacz, a gaz jest następnie kierowany przez dyszę alternatywnie do odpowiedniego cylindra.

W dokumencie US 4500067 ujawniono stosowany w urządzeniach domowych przeponowy zawór wodny z urządzeniem kontrolno-wspomagającym. Zawór ten zawiera człon zamykający utrzymywany w położeniu zamkniętym za pomocą mechanicznej sprężyny i doprowadzany do położenia otwartego za pomocą solenoidu. Zawór według US 4500067 zawiera więc mechanizm wspomagający, tzn. sprężynę mechaniczną, co znacznie komplikuje jego konstrukcję. W zaworze tym przepona nie powraca do położenia zamkniętego.

W rozwiązaniu według WO 98/08014 również przedstawiono zawór, w którym wykorzystano spiralną sprężynę mechaniczną wspomaganą elektromagnesem.

W dokumencie GB 1450402 ujawniono zawór przeponowy dla paliw płynnych. We wszystkich opisanych w tym dokumencie przykładach realizacji, wykonane z materiałów magnetyzowanych przepony zawierają otwory, które łączą komory znajdujące się po przeciwnych stronach przepon. W tym rozwiązaniu również na przeponę działa sprężyna.

Celem wynalazku jest więc opracowanie ulepszonego zaworu dozującego, który jest prostszy, lżejszy i mniejszy niż znane zawory, wskutek czego może być produkowany taniej. Taki zawór nadawałby się do stosowania w systemie, w którym stosuje się oddzielny wtrysk do każdego cylindra, lub do systemu wtrysku wielopunktowego.

Cel ten osiągnięto w rozwiązaniu według wynalazku w ten sposób, że środki nastawcze zawierają przynajmniej jedną sprężynę pneumatyczną i/lub hydrauliczną. Korzystne warianty zaworu dozującego według wynalazku stanowią istotę zastrzeżeń zależnych.

Zawór według wynalazku jest to zawór dozujący płyn, który jest normalnie zamknięty i ma obudowę połączoną z przewodem zasilającym w paliwo, mający przynajmniej jeden otwór dozujący i przynajmniej jeden człon zamykający, który jest ruchomy między położeniem, w którym zamyka otwór dozujący a położeniem, w którym pozostawia otwór dozujący przynajmniej częściowo otwarty, przy czym człon zamykający jest sterowany za pomocą współpracującej z nim pneumatycznej i/lub hydraulicznej sprężyny i sterownika, zaś pneumatyczna lub hydrauliczna sprężyna sterowana jest dozowanym płynem, natomiast zawór zawiera dwie komory znajdujące się w obudowie, oddzielone od siebie członem zamykającym, przy czym każda komora ma przynajmniej jeden otwór dostępu i jest

PL 191 054 B1 połączona z przewodem zasilającym, zaś przewód zasilający dołączony jest do obudowy po tej samej stronie członu zamykającego, co otwór dozujący, a komora znajdująca się po tej samej stronie członu zamykającego stanowi komorę przepływową, zaś komora, znajdująca się po przeciwnej stronie członu zamykającego stanowi komorę sterującą, natomiast otwory dostępu obu komór są tak zwymiarowane, że siła działająca na człon zamykający od strony komory przepływowej jest mniejsza, niż siła działająca od strony komory sterującej.

Zawór według wynalazku jest znamienny tym, że jest tak skonfigurowany, że człon zamykający jest zamykany tylko za pomocą sprężyny pneumatycznej i/lub hydraulicznej.

Korzystnie, otwór dostępu w przepływowej komorze połączony jest z zasilającym przewodem za pośrednictwem zwężenia, ewentualnie za pośrednictwem odgałęzienia umieszczonego w ściance obudowy.

Człon zamykający korzystnie stanowi przepona.

Przepona korzystnie zawiera zasadniczo sztywną centralną część, zamykającą otwór dozujący oraz zasadniczo giętką brzegową część.

Sterownik korzystnie jest typu elektromagnetycznego.

Również korzystnie, sterownik zawiera cewkę z twornikiem w kształcie litery W i przynajmniej jeden metalowy przyciągający element połączony z członem zamykającym.

Element przyciągający korzystnie jest płytkowy.

Układ zasilania paliwem silnika spalinowego według wynalazku zaopatrzony jest w zbiornik paliwa i przynajmniej jeden przewód zasilający, łączący zbiornik z silnikiem, w którym przewód doprowadzony jest do przynajmniej jednego normalnie zamkniętego zaworu dozującego płyn, który ma obudowę połączoną z przewodem zasilającym w paliwo, mającego przynajmniej jeden otwór dozujący i przynajmniej jeden człon zamykający, który jest ruchomy między położeniem, w którym zamyka otwór dozujący a położeniem, w którym pozostawia otwór dozujący przynajmniej częściowo otwarty, przy czym człon zamykający jest sterowany za pomocą współpracującej z nim pneumatycznej i/lub hydraulicznej sprężyny i sterownika, zaś pneumatyczna i/lub hydrauliczna sprężyna sterowana jest dozowanym płynem, natomiast zawór zawiera dwie komory znajdujące się w obudowie, oddzielone od siebie członem zamykającym, przy czym każda komora ma przynajmniej jeden otwór dostępu i jest połączona z przewodem zasilającym, zaś przewód zasilający dołączony jest do obudowy po tej samej stronie członu zamykającego, co otwór dozujący, a komora znajdująca się po tej samej stronie członu zamykającego stanowi komorę przepływową, zaś komora, znajdująca się po przeciwnej stronie członu zamykającego stanowi komorę sterującą, natomiast otwory dostępu obu komór są tak zwymiarowane, że siła działająca na człon zamykający od strony komory przepływowej jest mniejsza, niż siła działająca od strony komory sterującej.

Układ zasilania według wynalazku jest znamienny tym, że zawór jest tak skonfigurowany, że człon zamykający jest zamykany tylko za pomocą sprężyny pneumatycznej i/lub hydraulicznej.

Korzystnie, silnik ma wiele komór spalania i przynajmniej po jednym zaworze dozującym na każdą komorę spalania.

Dzięki pneumatycznemu (lub hydraulicznemu) zamykaniu zaworu, w którym elementem zamykającym korzystnie jest przepona, ewentualnie otwierana eletromagnetycznie, sprężyna nie jest potrzebna. Dzięki temu cewka i zatyczka mogą być małe i lekkie i znika problem odbicia. Pneumatyczna lub hydrauliczna sprężyna korzystnie sterowana jest dozowanym płynem. Dzięki wykorzystaniu płynu do sterowania zaworem uzyskuje się prostą i mocną konstrukcję o stosunkowo małej liczbie części składowych.

W korzystnym rozwiązaniu sterownik może być typu elektromagnetycznego, co umożliwia prostą kontrolę. Sterownik może więc zawierać cewkę z twornikiem w kształcie litery U i przynajmniej jeden metalowy element przyciągający połączony z członem zamykającym. Element przyciągający korzystnie jest w kształcie płytki. Wariant z twornikiem w kształcie litery U i z płaską, płytkową zatyczką wymaga stosunkowo małej siły przyciągania magnetycznego, dzięki czemu wystarcza tzw. cewka o wysokiej impedancji. Kolejną konsekwencją powyższego jest możliwość elektrycznej kontroli przy użyciu prostego dolnego sterownika, używanego również w nowoczesnych systemach wtrysku paliwa. Gdyby operację dozowania przez zawór można było dopasować do działania wtryskiwacza paliwa, można by nawet sterować zaworem bezpośrednio za pomocą komputera sterującego działaniem silnika.

Człon zamykający korzystnie stanowi przepona. Jest ona lekka i prosta w konstrukcji i może być obsługiwana za pomocą niewielkiej siły. Przepona ta w korzystnym wariancie może mieć stosunkowo sztywną część centralną, która bierze udział w otwieraniu i zamykaniu, oraz stosunkowo giętką część brzegową. W ten sposób można uzyskać jednocześnie dobre uszczelnienie i odkształcalność przepony.

PL 191 054 B1

Układ zasilania paliwem dla silnika spalinowego według wynalazku działa precyzyjnie, ma wielopunktowy system wtrysku paliwa, który można wytwarzać w sposób prosty i niedrogi.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny z częściowym widokiem perspektywicznym zaworu dozującego według wynalazku; fig. 2 - schematycznie konstrukcję układu zasilania paliwem, w którym dla każdego cylindra zastosowano zawór według wynalazku.

Zawór dozujący 9 (fig. 1) zawiera obudowę, która składa się z podstawy 17 i przykrywy 18 przylegającej szczelinie do podstawy. Człon zamykający 8 umieszczony jest między przykrywą 18 a podstawą 17, wskutek czego wnętrze obudowy podzielone jest na sterującą komorę 3 i przepływową komorę 5. Przepływowa komora 5 jest połączona z przewodem 1 zasilania gazem i z przewodem odprowadzającym (nie pokazanym). Przewód odprowadzający dochodzi do części łączącej 19, z którą przepływa komora 5 połączona jest przez otwór dozujący 6. Wokół dozującego otworu 6 ukształtowane jest pierścieniowe gniazdo 11 zaworu, na którym człon zamykający 8 spoczywa w sposób szczelny.

Człon zamykający 8 ma w tym przypadku kształt okrągłej przepony z tworzywa sztucznego o stosunkowo sztywnej części centralnej 20, która wspópracuje z gniazdem 11 znajdującym się wokół dozującego otworu 6 i o stosunkowo giętkiej brzegowej części 21, otaczającej centralną część 20. Brzegowa część 21 ma w przekroju poprzecznym kształt zakrzywiony, co pozwala na stosunkowo duże przemieszczenia centralnej części 20. Do centralnej części 20 przymocowany jest płytkowy, metalowy element przyciągający 15, który stanowi część sterownika członu zamykającego 8. Sterownik zawiera ponadto elektromagnes 22 utworzony przez twornik 13 i owiniętą na nim cewkę 12. Twornik 13 zawiera rdzeń 23 i cylindryczną część 24, a więc w przekroju poprzecznym ma kształt odwróconej litery W lub dwóch odwróconych liter U.

Zarówno przepływowa komora 5 jak i znajdująca się nad nią sterująca komora 3 połączone są z przewodem 1 zasilającym w gaz. W ściankę podstawy 17 i ściankę przykrywy 18 wpuszczone jest odgałęzienie, którym płyn doprowadzony przewodem 1 może dopłynąć do sterującej komory 3. Między przewodem 1 a przepływową komorą 5 znajduje się zwężenie, czyli „przepustnica” 4, której działanie opisano poniżej.

Zawór dozujący 9 według wynalazku działa w sposób następujący. Paliwo gazowe dostarczane jest z parownika 10 przez przewód 7 (fig. 2) do zasilającego przewodu 1, po czym wpływa przez zwężenie 4 do przepływowej komory 5, znajdującej się pod członem zamykającym 8. Część paliwa wpływa jednocześnie przez odgałęzienie 2 do sterującej komory 3, nad człon zamykający (przeponę) 8. To samo ciśnienie gazu przeważa po jednej albo po drugiej stronie przepony 8. Od góry ciśnienie to działa na całą powierzchnię przepony, podczas gdy od dołu działa ono tylko na tę część przepony, która znajduje się na zewnątrz gniazda 11. W rezultacie istniejącej różnicy powierzchni A1, powstaje siła zamykająca, która dociska element zamykający 8 do gniazda 11 i dociska go w położeniu odcinającym dozujący otwór 6 zaworu 9.

W chwili pobudzenia cewki 12 elektromagnesu znajdującego się nad elementem zamykającym 8, między twornikiem 13 cewki 12 a metalową płytką 15, przymocowaną do elementu zamykającego 8, powstaje siła przyciągania magnetycznego. Element zamykający 8 jest więc przyciągany do twornika 13 i otwór dozujący 6 zostaje otwarty. Gazowe paliwo przepływa następnie z przewodu zasilającego 1, przez zwężenie 4, do otworu dozującego 6, który prowadzi przez przewód odprowadzający (nie pokazany), do wlotowych rozgałęzień 14 odpowiednich cylindrów silnika 16.

Zwężka 4 działa tu jak „przepustnica” lub różnicowy regulator ciśnienia, dzięki któremu, wskutek przepływu paliwa, między przepływową komorą 5, znajdującą się pod elementem zamykającym (przeponą) 8, a sterującą komorą 3 na górze, powstaje różnica ciśnień. Skierowana w dół siła zasysająca, będąca wynikiem różnicy ciśnień, pokonywana jest jednak w tej sytuacji przez skierowaną w górę siłę przyciągania, wywieraną przez elektromagnes 22 na element zamykający 8. Gdy tylko ustaje pobudzanie cewki 12, skierowana w dół siła zasysająca natychmiast skutkuje przemieszczeniem elementu zamykającego 8 w dół, w kierunku gniazda 11, przez co otwór dozujący 6 zostaje zamknięty.

W wyniku prostej, a więc niedrogiej konstrukcji, wyżej opisany zawór dozujący według wynalazku można zastosować w systemie, w którym stosuje się oddzielny wtrysk do każdego cylindra, lub do systemu wtrysku wielopunktowego, co pokazano na fig. 2. Zawór według wynalazku można jednak również zastosować jako jedyny zawór dozujący w systemie wtrysku centralnego.

Wynalazek nie ogranicza się do wyżej wymienionych przykładów, zaś jego zakres określają wyłącznie zastrzeżenia patentowe.

Claims (10)

1. Zawór dozujący płyn, któryjest normalniezamknięty i maobudowępołączonąz przewodem zasilającym w paliwo, mający przynajmniej jeden otwór dozujący i przynajmniej jeden człon zamykający, który jest ruchomy między położeniem, w którym zamyka otwór dozujący a położeniem, w którym pozostawia otwór dozujący przynajmniej częściowo otwarty, przy czym człon zamykający jest sterowany za pomocą współpracującej z nim pneumatycznej i/lub hydraulicznej sprężyny i sterownika, zaś pneumatyczna lub hydrauliczna sprężyna sterowana jest dozowanym płynem, natomiast zawór zawiera dwie komory znajdujące się w obudowie, oddzielone od siebie członem zamykającym, przy czym każda komora ma przynajmniej jeden otwór dostępu i jest połączona z przewodem zasilającym, zaś przewód zasilający dołączony jest do obudowy po tej samej stronie członu zamykającego, co otwór dozujący, a komora znajdująca się po tej samej stronie członu zamykającego stanowi komorę przepływową, zaś komora, znajdująca się po przeciwnej stronie członu zamykającego stanowi komorę sterującą, natomiast otwory dostępu obu komór są tak zwymiarowane, że siła działająca na człon zamykający od strony komory przepływowej jest mniejsza, niż siła działająca od strony komory sterującej, znamienny tym, że zawór (9) jest tak skonfigurowany, że człon zamykający (8) jest zamykany tylko za pomocą sprężyny pneumatycznej i/lub hydraulicznej.

2. Zawórwedługzassrz. 1, tym, że otwór dossępu w pr^^|^łł^\^(ł\w^j komorze (5) połączony jest z zasilającym przewodem (1) za pośrednictwem zwężenia (4).

3. Zawór według zas^z. 1 albo 2, tym. że otwór dossępu w sterującej komorze (3) połączony jest z zasilającym przewodem (1) za pośrednictwem odgałęzienia (2) umieszczonego w ściance obudowy.

4. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że człon zamykający (8) stanowi przepona.

5. Zawór według zas^z. 4, tym, że prrzepona j8) zawiera zasadniczo sztywną centralną część (20), zamykającą otwór dozujący (6), oraz zasadniczo giętką brzegową część (21).

6. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że sterownik jest typu elektromagnetycznego.

7. Zawór według 1 albo 3, znam ienny tym, że sserownik zawiera cewkę (12) z twom kiem w kształcie litery W i przynajmniej jeden metalowy przyciągający element (15) połączony z członem zamykającym (8).

8. Zawór według zastrz. 7, znamienny tym, że przyciągający element (15) jest płytkowy.

9. Układ zasiiania paliwem siinika spallnowego, zaopatrzony w zbiornik pallwa i przynajmniei jeden przewód zasilający, łączący zbiornik z silnikiem, w którym przewód doprowadzony jest do przynajmniej jednego normalnie zamkniętego zaworu dozującego płyn, który ma obudowę połączoną z przewodem zasilającym w paliwo, mającego przynajmniej jeden otwór dozujący i przynajmniej jeden człon zamykający, który jest ruchomy między położeniem, w którym zamyka otwór dozujący a położeniem, w którym pozostawia otwór dozujący przynajmniej częściowo otwarty, przy czym człon zamykający jest sterowany za pomocą współpracującej z nim pneumatycznej i/lub hydraulicznej sprężyny i sterownika, zaś pneumatyczna i/ilub hydrauliczna sprężyna sterowana jest dozowanym płynem, natomiast zawór zawiera dwie komory znajdujące się w obudowie, oddzielone od siebie członem zamykającym, przy czym każda komora ma przynajmniej jeden otwór dostępu i jest połączona z przewodem zasilającym, zaś przewód zasilający dołączony jest do obudowy po tej samej stronie członu zamykającego, co otwór dozujący, a komora znajdująca się po tej samej stronie członu zamykającego stanowi komorę przepływową, zaś komora, znajdująca się po przeciwnej stronie członu zamykającego stanowi komorę sterującą, natomiast otwory dostępu obu komór są tak zwymiarowane, że siła działająca na człon zamykający od strony komory przepływowej jest mniejsza, niż siła działająca od strony komory sterującej, znamienny tym, że zawór (9) jest tak skonfigurowany, że człon zamykający (8) jest zamykany tylko za pomocą sprężyny pneumatycznej i/lub hydraulicznej.

10. Ukkad według z^^si'^^. 9, t^r^, że siinik (16) ma wiele komór si^^l^r^i^ i przynajmniej po jednym zaworze dozującym (9) na każdą komorę spalania.