CZ43294A3 - Injection device - Google Patents

Description

Vstřikovací zařízení

Oblast techniky ——

Vynález se týká vstřikovacího zařízení pro vstřikování tekutiny pod tlakem, například zařízení pro vstřikování paliva v motorech s vnitřním spalováním, zařízení pro vstřikování kapalin, například katalyzátorů do nádob na chemické reakce pod tlakem, a dalších zařízení pro vstřikování dávky tekutiny.

Ačkoli je vynález použitelný v každé situaci, kde je zapotřebí vstříknout pod tlakem odměřenou dávku kapaliny, bude vhodné popsat vynález především s ohledem na vstřikování paliva v motorech s vnitřním spalováním.

Dosavadní stav techniky

Zařízení pro vstřikování paliva používaná v motorech s vnitřním spalováním, včetně motorů s jiskrovým a kompresním zapalováním (nebo dieselů), obecně využívají vnější čerpadla pro přívod paliva, které má být vstřikováno do válce motoru, pod dostatečným tlakem. Načasování okamžiku vstřikování v pracovním cyklu motoru je určováno vnějším řízením činnosti výtlačného ventilu pomocí mechanických prostředků. Nevýhodou vnějšího čerpání a řízení je potřeba obsluhy a údržby takovýchto vnějších systémů.

Obecným problémem vstřikovacích zařízení, především těch, která jsou doplňována z vnějšího čerpadla, je, že nereagují na jakýkoli vadný stav v příslušném válci. Například jestliže je zlomený pístní kroužek, známá vstřikovací září2 zení budou nadále vstřikovat palivové dávky do válce. Takto je palivo z motoru vyfukováno, což vede k znečištění ovzduší vyfukovaným nespáleným palivem.

V minulosti bylo navrženo využívat tlak vytvořený uvnitř válce motoru s vnitřním spalováním během kompresního zdvihu za účelem vytvoření hybné síly pro kompresi paliva uvnitř tělesa vstřikovacího zařízení. Například bylo navrženo zařízení pro vstřikování paliva, které je opatřeno tělesem a pístem, který je pohyblivý uvnitř tělesa působením tlaku válce. Pohyb pístu v tělese vstřikovacího zařízení způsobuje zvýšení tlaku pro dávku paliva přiváděného do tělesa až k bodu, kde tlak způsobí otevření zpětného ventilu příslušejícího ke trysce vstřikovacího zařízení a ten umožní vstříknutí paliva pod tlakem do válce motoru. Mezi problémy tohoto přístroje patří obtížnost a nejistota uzavření ventilu, která vede k tomu, že palivo nadále odkapává ze vstřikovacího zařízení i po požadovaném okamžiku ukončení, a také obecný nedostatek řízení činnosti vstřikovacího zařízení.

Frenchův US patent č. 2,516,690 ukazuje zařízení pro vstřikování paliva, které využívá tlak ve válci připojeného motoru za účelem vytvoření tlaku pro vstřikování paliva. Frenchovo zařízení je opatřeno jednoduchým zpětným ventilem předepjatým pružinou na vstřikovací trysce, takže otevírání a zavírání vstřikovací trysky je výhradně řízeno rozdílem tlaku a silou pružiny. Určité řízení vytvořeného tlaku je prováděno zpětným ventilem na výstupu z čerpací komory a nastavitelným omezovačem proudu uspořádaným po proudu od zpětného ventilu. Frenchovo zařízení má velmi omezenou schopnost umožňovat řízení činnosti vstřikovacího zařízení, včetně načasování, tlaku vstřikování, objemu vstřikované kapaliny a stupně jistoty při činnosti.

Smithův US patent 4,394,856 také ukazuje vstřikovací zařízení používající tlak válce motoru pro vytvoření vstřikovacího tlaku. Smithovo zařízení používá zpětný ventil jako vstřikovací ventil. Zpětný ventil se solenoidem je uspořádán na výstupu z čerpací komory a nastavitelný omezovač proudu je uspořádán na výstupové linii směrem po proudu od zpětného ventilu pro umožněni nastavování možné intenzity proudění, když je zpětný ventil se solenoidem otevřený. Podobným způsobem jako Frenchův US patent má i Smithovo vstřikovací zařízení omezenou schopnost umožnění řízení činnosti vstřikovacího zařízení, včetně načasování, tlaku vstřikování, objemu vstřikované kapaliny a stupně jistoty při činnosti.

Trenneho US patent 4,427,151 ukazuje podobné vstřikovací zařízení jako Smithovo vstřikovací zařízení, až na to, že je zde vytvořeno opatření pro nastavování vůle mezi výstupním ventilovým členem řízeným solenoidem a k němu příslušejícím sedlem, takže toto nastavení umožňuje určité řízení intenzity proudění pro palivo proudící z řídící komory. Jako Frenchův a Smithův popis, i Trenneho vstřikovací zařízení má omezený stupeň řízení a omezenou jistotu činnosti, především zpětného vstřikovacího ventilu.

Podstata vynálezu

Vynález se týká vstřikovacího zařízení pro vstřikování kapalin pod tlakem, které zahrnuje těleso, písty pohyblivé v tělese působením z vnějšku působícího hydrostatického tlaku, přičemž písty jsou činné pro stlačení kapaliny určené ke vstřikování ve vysokotlaké komoře, písty jsou pohyblivé proti působení hydrostatického tlaku v nízkotlaké komoře, přičemž pohyb pístů je výběrově řiditelný řízením hydrostatického tlaku v nízkotlaké komoře, výtlačný ventil a k němu příslušející vstřikovací hrdlo komunikující přes kapalinu s vysokotlakou komorou, přičemž kapalina pod vysokým tlakem z vysokotlaké komory může být vstřikována skrz vstřikovací hrdlo po otevření výtlačného ventilu.

S výhodou je výtlačný ventil, který řídí vstřikování kapaliny pod vysokým tlakem skrz hrdlo, při své práci výběrově řiditelný. Výtlačný ventil může obsahovat ventilový člen pohyblivý proti působení hydrostatického tlaku v řídící komoře, přičemž hydrostatický tlak v řídící komoře je výběrově řiditelný pro řízení práce výtlačného ventilu. Řídící komora s výhodou komunikuje přes kapalinu s nízkotlakou komorou, přičemž zvýšení hydrostatického tlaku v nízkotlaké komoře pro odolání pohybu pístů taktéž zvýší hydrostatický tlak v řídící komoře odporující otevření výtlačného ventilu.

V příkladném provedení komunikuje vysokotlaká komora se vstřikovacím hrdlem skrz výtlačnou komoru, přičemž kapalina pod vysokým tlakem z vysokotlaké komory je přiváděna do výtlačné komory skrz zpětný výtlačný ventil, kterým lze uzavřít výtlačnou komoru a zachytit ve výtlačné komoře dávku kapaliny uložené pod tlakem. S výhodou je zpětný výtlačný ventil je opatřen pohyblivým členem s prvním stádiem pohybu, při kterém se přemístí tak, aby zabránil komunikaci z vyso5 kotlaké komory do výtlačné komory a druhým stádiem pohybu, při kterém ventilový člen po ukončení prvního stádia pohybu umožní omezené uvolnění tlaku do výtlačné komory a tím se sníží hydrostatický tlak od výtlačného ventilu směrem proti proudu.

Píst je s výhodou pohyblivý působením z vnějšku působícího hydrostatického tlaku proti působení hlavní pružiny, přičemž síla, kterou působí hlavní pružina, alespoň z části určuje z vnějšku působící hydrostatický tlak, nutný pro zahájení pohybu pístu, zatímco vstřikovací zařízení dále obsahuje výtlačnou pružinu, proti jejímuž působení se pohybuje výtlačný ventil, aby umožnil vstřikování kapaliny skrz hrdlo, přičemž pevnost výtlačné pružiny určuje alespoň z části tlak kapaliny ve vysokotlaké komoře nutný pro otevření výtlačného ventilu pro umožnění vstřikování skrz vstřikovací hrdlo.

Zařízení s výhodou zahrnuje vypouštěcí otvor tvořící dráhu vypouštění kapaliny pod vysokým tlakem z vysokotlaké komory po přemístění pístu o předem stanovenou maximální vzdálenost, přičemž otevřením dráhy přes vypouštěcí otvory vyplývajícím z uvedeného předem stanoveného maximálního přemístění uvolňuje hydrostatický tlak ve vysokotlaké komoře v míře dostatečné pro zastavení vstřikování kapaliny skrz výtlačný ventil.

Vynález se dále týká systému vstřikování zahrnujícího vstřikovací zařízení podle vynálezu, jehož podstatou je, že komorami tvořená cesta pro uvolňování hydrostatického tlaku, kterou může být řiditelně uvolněn hydrostatický tlak do ní z6 kotlaké komory pro umožnění a řízení pohybu pístů a k nim příslušejících regulátorů hydrostatického tlaku, kde tyto regulátory jsou výběrově řiditelné za účelem řízení hydrostatického tlaku v nízkotlaké komoře výběrovým zamezováním nebo progresivním omezováním uvolňování tlaku z nízkotlaké komory skrz cestu pro uvolňování hydrostatického tlaku v odezvu na pohyb pístů. V tomto systému vstřikování může regulátor obsahovat prostředek pro omezování proudu v cestě pro uvolňování hydrostatického tlaku pro výběrové řízení plochy průřezu cesty pro uvolňování hydrostatického tlaku, přičemž prostředky pro omezování proudu jsou opatřeny k nim příslušejícími řídícími prostředky pro řízení prostředku pro omezování proudu za účelem změny plochy průřezu cesty uvolňování, přičemž regulátor dále obsahuje zpětný ventil uspořádaný v cestě pro uvolňování hydrostatického tlaku směrem po proudu od prostředku pro omezování proudu a určený pro udržování předem stanoveného minimálního zpětného tlaku v cestě pro uvolňování hydrostatického tlaku pouhým otevřením, když je předem stanovený minimální zpětný tlak překročen.

Komorami tvořená cesta obsahuje s výhodou prostředek pro vyrovnávání tlaku, který obsahuje omezení a prostředek pro změny velikosti omezení s ohledem na změny hydrostatického tlaku směrem po proudu od něj, přičemž prostředkem je zmenšitelná plocha omezení za účelem udržení předem stanoveného tlaku směrem po proudu od prostředku pro vyrovnávání tlaku. Prostředek pro vyrovnávání tlaku může obsahovat komoru, která komunikuje s nízkotlakou komorou, dále člunkový ventil pro řízení tlakového rozdílu mezi hydrostatickým tlakem v uvedené komoře a komorou směrem po proudu dále na cestě uvolňování hydrostatického tlaku a je řiditelný s ohledem na zvýšení tlakového rozdílu za účelem zmenšení plochy omezení a tedy zpoždění uvolňování tlaku z komory do komory dále směrem po proudu.

Systém vstřikování může dále obsahovat prostředek pro tlumení komunikující s cestou uvolňování hydrostatického tlaku, který obsahuje pohyblivý tlumicí člen pro zvyšování tlaku v cestě uvolňování hydrostatického tlaku, a dále nastavitelnou zarážku příslušející k pohyblivému tlumicímu členu pro řiditelné omezování míry pružného pohybu, přičemž tyto zarážky tímto účinně stanovují uvolňování tlaku prováděné tlumicím prostředkem. Pohyblivý tlumicí člen může obsahovat pružný tlumicí kotouč, který definuje jednu stěnu komory, která komunikuje s cestou uvolňování hydrostatického tlaku, přičemž zarážky obsahují omezovači zarážku, která je nastavitelná tak, že se dostává do kontaktu s tlumicím kotoučem.

Systém vstřikování se v dalším příkladném provedení může vyznačovat tím, že cesta uvolňování hydrostatického tlaku obsahuje vysokorychlostní ventil se solenoidem pro otevírání a zavírání cesty uvolňování hydrostatického tlaku s ohledem na ovládací signály, přičemž regulátory jsou uspořádány směrem po proudu od ventilu se solenoidem a nastavitelně omezují plynulá zvětšení proudu kapaliny cestou pro uvolňování hydrostatického tlaku.

Přehled obrázků na výkresech

Možné a výhodné znaky vynálezu budou dále popsány pomocí obrázků. Je ovšem jasné, že znaky zobrazené a popsané s odkazem na obrázky neomezují rozsah vynálezu. Na výkresech obr. 1 znázorňuje příčný řez vstřikovacím zařízením podle vynálezu, obr. 2 příčný řez možným uspořádáním regulátoru nebo urychlovače pro použití v řízení vstřikovacího zařízení, obr. 3 příčný řez alternativní konstrukcí vstřikovacího zařízení podle vynálezu, obr. 4 znázorňuje příčný řez zadní částí další možné konstrukce vstřikovacího zařízení ukazující různé prostředky pro umožnění řízení vstřikování, obr. 5 půdorys detailu A z obr. 4 a obr. 6 znázorňuje řez podél čáry VI-VI na obr. 4.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 obsahuje vstřikovací zařízení těleso 10, které zahrnuje čelní část 11 tělesa, která může mít například konec 12 opatřený závitem pro uchycení v otvoru se závitem, uspořádaném v motoru, a zadní část 13.. V tělese 10 je uspořádán vstup 15, který je opatřen zpětným ventilem 16 řízeným pružinou 17. Při provozu se palivo dodává nebo přivádí do vstupu 15 pod nízkým tlakem, dostatečným pro překonání působení pružiny 17. Pevnost pružiny není kritická. Tlak paliva může být relativně nízký, takže nejsou požadovány vysokotlaké palivové křivky.

Výstup 20 je opatřen sdruženým zpětným ventilem 21 fungujícím pomocí pružiny 22. jejíž pevnost není kritická. Při takovémto uspořádání může být palivo plynule čerpáno nebo přiváděno pod nízkým tlakem do vstupu 15, skrz průchod 25 a ven skrz výstup 20.

Toto plynulé proudění může zajišťovat chlazení, ovšem může se použít i přídavného chlazení.

Vstřikovací zařízení obsahuje nízkotlaký píst 30 v čelní části 11 s možností posuvu v případě, že tlak válce motoru působí na čelo.

Těsnicí kroužek 32 a stírací kroužek 33 pro olej jsou k dispozici pro obvyklé účely. K nízkotlakému pístu 30 je přišroubován vysokotlaký píst 35.. Tato skupina pístů 30, 3J5 se pohybuje v tělese 10 proti působení hlavní pružiny 36. Síla použitá u hlavní pružiny 36 určuje z části, zda se skupina pístů 30, 35 pohne působením tlaku válce na čelo 31. Dále je hlavní pružina umístěna v nízkotlaké komoře 37. která přes kapalinu komunikuje skrz oblast 38 s průchodem 25 a skrz ventil 21 s výstupem 20, takže tlak kapaliny v nízkotlaké komoře 37 odolávající pohybu skupiny pístů 30, 35. může být relativně nízký a je řízen tak, jak bude popsáno dále.

Možnou variantou výhodné zobrazené a popsané konstrukce je nahrazení hlavní pružiny 36 pneumatickými nebo jinými předpínacími prostředky.

Vysokotlaký píst 35 je opatřen prodloužením 40 s relativně malou plochou průřezu, které se pohybuje uvnitř otvoru vyvrtaného ve vysokotlakém tělese 42.· Vysokotlaké těleso obsahuje základní část 43 a 'vysokotlaký válec 44., ve kterém se pohybuje prodloužení 40. Základní část 43 a vysokotlaký válec 44 jsou navzájem spojeny a definují vysokotlakou komoru 45, ve které je stlačováno vysokým tlakem palivo prostřednictvím prodloužení 40 vysokotlakého pístu 35. Zpětný ventil 46 ovládaný pružinou 47 umožňuje palivu vstupovat do vysokotlaké komory 45 z průchodu 25 zatahováním prodloužení 40 vysokotlakého pístu do otvoru 41. Pevnost pružiny 4.7 není kritická.

V prodloužení 40 je proveden vypouštěcí otvor 50, přičemž vypouštěcí otvor 51 prochází skrz vysokotlaký válec 44 a otevírá se do nízkotlaké komory 37.. Jestliže je zdvih skupiny pístů 35 dostatečný, aby se vypouštěcí otvor 50 srovnal s vypouštěcím otvorem 51 do jedné společné osy, palivo uvnitř vysokotlaké komory 45 je okamžitě uvedeno do komunikace s nízkotlakou komorou 37 a tlak paliva ve vysokotlaké komoře 45 okamžitě klesne tak, že tam bude nedostatečný tlak pro pokračování vstřikování, jak bude popsáno dále. Podélná vzdálenost mezi vypouštěcím otvorem 50 a vypouštěcím otvorem 51 účinně definuje maximální dávku paliva, která může být vstříknuta během jednoho zdvihu skupiny válců 30, 35. a toto zase účinně omezuje rychlost provozu připojeného motoru na předem stanovené maximum určené maximální dávkou paliva.

Průchod 55 pro palivo prochází podélně skrz prodloužení 40 vysokotlakého pístu 35 a tímto průchodem 55 prochází stlačené palivo z vysokotlaké komory 45 tak, jak se pohybuje skupina pístů 30, 35 působením tlaku válce. Palivo prochází zpětným výtlačným ventilem 56, který je znázorněn tak, že se opírá o osazení 57 působením pružiny 58. Při provozu palivo pod vysokým tlakem odsune ventil 56 od osazení 57 proti pů11 sobení pružiny 58. Palivo proudí za ventil 56 pouze tehdy, jestliže se tento pohnul dostatečně, aby se osazení 59 ventilu přemístilo za konec průchodu 60, vytvořeného na vnitřní straně povrchu vysokotlakého pístu 35. Při takovémto uspořádání, když se výtlačný ventil 56 uzavírá, proud paliva kolem ventilu 56 se zastaví, když osazení 59 dosáhne konce průchodu 60, načež ventil pokračuje v pohybu až do dále omezené vzdálenosti, než ventil 56 dojde k osazení 57. Tento pokračující pohyb ventilu 56, poté co ventil uzavřel proud paliva, uvolňuje tlak na straně směrem po proudu od ventilu 56 za účelem, který bude dále popsán.

Nízkotlaký píst 30 je opatřen výtlačnou komorou 65. do které je palivo pod vysokým tlakem přiváděno otvorem 66 vyvrtaným v rozpěrné vložce 67. Na předním konci výtlačné komory 65 je výtlačné hrdlo 68 vytvořené ve vložce 69. Hrdlo 68 je znázorněno uzavřené jehlovým výtlačným ventilem 70, který dosedá do vložky 69 působením výtlačné pružiny 71. Když je tlak paliva ve výtlačné komoře 65 dostatečně velký, pohybuje se jehlový ventil 70 proti působení výtlačné pružiny 71 a otevře hrdlo 68 a palivo je vstříknuto hrdlem 68 do válce připojeného motoru. Zahájení vstřikování hrdlem 68 způsobí okamžitý pokles tlaku paliva ve výtlačné komoře 65, a jehlový ventil 70 bude mít tendenci opět uzavřít hrdlo 68. Toto zase umožní zvýšení tlaku ve výtlačné komoře a opětovné otevření jehlového ventilu 70. Tento proces dále pokračuje, takže jehlový ventil 70 vysokou rychlostí otevírá a zavírá hrdlo 68. Tato činnost je známa jako bzučení výtlačného jehlového ventilu 70 a způsobuje, že je palivo vstřikováno hrdlem 68 ve vlnách, a to je považováno za způsob, který zlepšuje účinnost spalování.

Jehlový ventil 70 je opatřen stopkou 75, která se pohybuje uvnitř vedení 76. Od výtlačného hrdla 68 vzdálený konec 77 stopky 75 uzavírá řídící komoru 78. Řídicí komora 78 komunikuje skrz (zcentrované) otvory 79, 80 vytvořené v rozpěrné vložce 67 a nízkotlakém válci 30 a skrz prostor 81 kolem vnějšku nízkotlakého válce 30 s nízkotlakou komorou 37. Řídící komora 78 tak komunikuje normálně s palivem pod nízkým tlakem a umožňuje pohyb jehlového ventilu 70 a stopky 75 od vložky 69, aby se otevřelo hrdlo 68 pod tlakem paliva ve výtlačné komoře 65.

Na obr. 2 je znázorněn regulátor nebo urychlovač, který umožňuje řízení proudu paliva na straně směrem po proudu od vstřikovacího zařízení. Konkrétně regulátor znázorněný na obr. 2 obsahuje těleso 85 opatřené otvorem 86, který komunikuje s výstupem 20 vstřikovacího zařízení. Konec směrem po proudu od otvoru 86 je opatřen zkoseným sedlem 87. Regulátor 90 je podle potřeby podélně pohyblivý uvnitř díry 86 a ie opatřen doplňkově zkoseným osazením 91. které se může opřít o sedlo 87 a tak zcela uzavřít otvor 86. Regulátor 90 je opatřen dříkem 92, který zasahuje do otvoru 86 a těsně lícuje uvnitř tohoto otvoru. Dřík 92 je opatřen drážkou 93, která se zužuje od osazení 91 ke konci 94 směrem proti proudu od dříku 92. Palivo může proudit do otvoru 86 podél drážky 93 a mezi osazení 91 a sedlo 87. když jě regulátor 90 odtažen podélně ve směru šipky A. Jestliže je regulátor 90 pouze lehce odtažen od sedla 87, proud podél drážky 93 je výrazně omezen, neboť palivo musí proudit skrz nejmělčí konec drážky 93. kde se sedlo 87 dotýká otvoru 86 v bodě 95. Jestliže je regulátor 90 odtažen dále ve směru šipky A, je umožněn větší proud kolem bodu 95., díky prohloubení drážky 93 směrem ke konci 94. Takto výběrové odtahování a zasunování regulátoru z a do otvoru 86 umožňuje řízeni tlaku v nízkotlaké komoře 37 vstřikovacího zařízení, které zase může řídit zdvih skupiny pístů :30, 35.. Jestliže se regulátorem 90 pohne tak, aby se dotýkal osazením 91 sedla 87, zamezí se proud paliva skrz výstup 20 vstřikovacího zařízení a toto hydraulicky zablokuje skupinu pístů 30, 35 tak, aby se nemohly pohybovat, zablokováním cesty uvolnění tlaku pro palivo z nízkotlaké komory 37.

Pohyb regulátoru 90 na obr. 2 může být uskutečněn jakýmikoli vhodnými prostředky jako třeba mechanickým regulováním pozice regulátoru 90. Případně se regulátorem 90 může pohybovat elektrickým motorem na stejnosměrný proud nebo lineárním motorem, umožňujícím elektronické řízení vstřikování paliva. Tímto způsobem je možné do nekonečna měnit vstřikování paliva plynulým řízením regulátoru 90 a tím plynule řídit nízkotlakou stranu vstřikovacího zařízení, což zase umožňuje řízení toho bodu v provozním cyklu, kdy je umožněno zahájit pohyb skupiny pístů 30, 35. Všeobecně řečeno, hydraulické řízení nízkotlaké strany skupiny válců 30, 35 vstřikovacího zařízení umožňuje přesné řízení okamžiku zahájení zdvihu skupiny válců 30., 35., která řídí množství vstřikovaného paliva až do maximální dávky určené vzdáleností mezi vypouštěcími otvory 50 a 51.

Při provozu vstřikovacího zařízení v motoru s vnitřním spalováním bude zvyšující se tlak na čelo 31 nízkotlakého pístu 30 během stadia komprese motoru mít tendenci pohnout skupinou pístů 30., 35 proti působení jednak hlavní pružiny 36 a jednak hydrostatického tlaku v komoře 32· Jestliže je umožněno uvolnění tlaku z nízkotlaké komory 37 skrz výstup 20, skupina válců 20, 35 se odtáhne, aby stlačila palivo ve vysokotlaké komoře 45. Palivo proudí otvorem 55 pro palivo, kolem výtlačného ventilu 56 a dovnitř výtlačné komory 65. Tlak ve výtlačné komoře 65 způsobuje, že jehlový ventil 70 se otevře proti působení výtlačné pružiny 71 a tlaku v nízkotlaké komoře 32, která zase komunikuje s řídící komorou 78. takže se zahájí vstřikování paliva hrdlem 68.

Nejprve se palivo vstřikuje v relativně velkých kapkách, protože tlak ve válci motoru je dosud relativně nízký. Avšak u motoru s kompresním zapalováním, dojde okamžitě k zapálení paliva ve válci, prudce vzroste tlak ve válci, který působí na čelo 31 pístu 30. Tento skok tlaku okamžitě způsobí znásobení tlaku vstřikování paliva, takže palivo vstřikované hrdlem 68 při velmi zvýšeném tlaku se objeví v mnohem menších kapkách, což zvyšuje účinnost spalování. Úvodní skok tlaku vstřikování se může pohybovat mezi 6,89 až 43,2 kPa. Poměr tlaku vstřikování vůči vstupnímu tlaku může být 6:1 až 12:1.

Je možné řídit poměr celkové dávky paliva, která je vstřikována při počátečním relativně nízkém tlaků přizpůsobením sil hlavní pružiny 36 a výtlačné pružiny 21· Například zvýšením síly hlavní pružiny 36 se zdrží okamžik pohybu sku15 piny pístů 30, 35. a tak se zpozdí zahájení vstřikování a omezí se poměr paliva, které je vstřikováno během stadia úvodního vstřikování při nízkém tlaku před zapálením. Přizpůsobením těchto sil pružiny je možné ovlivnit účinnost spalování a tak řídit emise, například pro různé velikosti válců. Poměr vysokého a nízkého tlaku vstřikování lze rovněž řídit.

Maximální dávka paliva je určena vzdáleností mezi vypouštěcím otvorem 50 a vypouštěcím otvorem 51, což poskytuje také účinné omezení maximální rychlosti motoru. Zejména jestliže se vypouštěcí otvory 50 a 51 vyrovnají tak, že mají společnou osu, tlak paliva ve vysokotlaké komoře 45 se okamžitě uvolní přes vypouštěcí otvory 50, 51 a tento pokles tlaku se okamžitě dostane do výtlačné komory 65, takže se jehlový ventil 70 okamžitě uzavře.

Vnější řízení uvolňování tlaku přes výstup 20 vstřikovacího zařízení, například pomocí regulátoru znázorněného na obr. 2, nejen řídí okamžik otevíracího pohybu skupiny pístů 30, 35. ale také řídí nízkotlakou stranu v komoře 37 během vstřikování. Jestliže je uvolnění tlaku zpožděno, pohyb skupiny pístů 30, 35 je omezen uvolněním tlaku v nízkotlaké komoře 37 a také otevírací pohyb jehlového ventilu 70 je zpožděn opožděným uvolněním tlaku v řídící komoře 78 působíc proti čelu 77 stopky 75 jehlového ventilu 70. Tak hydraulické uzavření nízkotlaké strany řídí ukončení vstřikování paliva. Případně dojde k ukončení vstřikování paliva, jestliže se vstříkne maximální dávka paliva a vypouštěcí otvory 50. 51 se vyrovnají do řady a způsobí okamžitý pokles tlaku na vysokotlaké straně. V obou případech jehlový ventil 70 uzavře hrdlo 68. Jehlový ventil 56 se také okamžitě přemístí do své uzavřené polohy působením pružiny 58, takže osazení 59 se dostane ke konci průchodu 60 a tak uzavře komunikaci vysokotlakou komorou 45 a výtlačnou komorou 65. Protože výtlačný ventil pokračuje v pohybu za bod, na kterém se osazení 59 dostane ke konci průchodu 60, hydrostatický tlak ve výtlačné komoře 65 může být dále uvolňován a tak zabraňovat otevření jehlového ventilu 70, než je ve výtlačné komoře znovu vytvořen vysoký tlak. Toto kombinované působení hydraulického uzavření uvolňování tlaku nízkotlaké strany nebo vysokotlaké strany, spolu s dvoufázovým pohybem výtlačného ventilu 56, zabezpečuje okamžité a nesporné ukončení vstřikování paliva.

Vstřikovací zařízení znázorněné na obr. 3 je v mnoha ohledech stejné jako zařízení znázorněné na obr. 1 a pro odpovídající si části jsou použity stejné vztahové značky.

Mezi rozdílné znaky na obr. 3 patří modifikovaný jehlový ventil 70, který má místo kuželového konce díl 70a ve tvaru tupého nosu, který podstatně zaplňuje pytel 72, což je malý prostor hned směrem proti proudu od hrdla 68. Palivo zůstávající v pytli 72 v předcházejících vstřikovacích zařízeních bylo někdy příčinou pokračujícího přivádění paliva do válce, po požadovaném okamžiku zastavení.

Také na obr. 3 je rozpěrná vložka 67 opatřena zpětným ventilem 100 uspořádaným tak, aby bylo umožněno prouděni z řídící komory 78 do nízkotlaké komory 37, ale znemožněno, aby se rázové zatěžování kdykoli přenášelo do komory 78.

Na obr. 3 je vstup 15 znázorněn jinde s relativně malým vstupním ventilem 16, umožňujícím průchod paliva pod nízkým tlakem ze vstupu 15 ke vstupnímu rozdělovači 102, který prochází kolem tělesa 10 a umožňuje to, že tekutina prochází z prstencového rozdělovacího prostoru 103 skrz průchody 104 do nízkotlaké komory 37.

Také je na obr. 3 rychloběžný solenoid 105 opatřený sdruženým ventilem 106 pro výběrové uzavírání výstupu 20. Solenoid 105 může být zapínán řízením elektrických spínačů 107, jejichž prostřednictvím lze kontrolovat dobu zahájení vstřikování a také lze kontrolovat délku vstřikování. Zejména otevření ventilu 106 solenoidem 105 řízením řídícími prostředky 107 umožňuje zahájení vstřikování. Před otevřením ventilu 106 se skupina pístů 30, 35 zablokuje proti pohybu. Podobně uzavření ventilu 106 opět zablokuje skupinu pístů 30, 35 proti pohybu a tím ukončí vstřikování.

Směrem po proudu od ventilu 106 je uspořádán výstupní otvor 110, kterým se může uskutečňovat proudění uvolňující tlak, jestliže ventil 106 je otevřený. S výstupním otvorem 110 nebo po proudu od něj je s výhodou uspořádán prostředek pro omezování proudu, aby se umožnilo výběrové řízení intenzity proudění uvolňujícího tlak skrz výstupní otvor 110. přičemž nastavitelné omezování proudění obsahuje regulační uspořádání, jak je znázorněno na obr. 2.

Obr. 4 znázorňuje možné uspořádání řízení vstřikovacího zařízení umístěné na zadním tělese 13 vstřikovacího zařízení, přičemž řízení může být samostatnou jednotkou napojenou v dráze uvolňování hydrostatického tlaku z nízkotlaké komory

37. V provedení na obr. 4 je uvolňování tlaku z komory 37 uskutečňováno skrz dráhu uvolňování hydrostatického tlaku, která obsahuje první komoru 120, která komunikuje se střední komorou 121 skrz prostředky pro vyrovnávání tlaku, které obsahují omezení 123, viz obr. 5, znázorněné ve tvaru drážky uvnitř pouzdra 124. Uvnitř pouzdra je uspořádán člunkový ventil 125 s hlavou 126. která progresivně uzavírá nebo otevírá omezení 123 ve tvaru štěrbiny tak, jak se člunkový ventil pohybuje uvnitř pouzdra 124.

Dráha uvolňování hydrostatického tlaku také obsahuje směrem po proudu uspořádanou nízkotlakou komoru 130. Hydrostatický tlak v komoře 130 spolu se silou pružiny 131 působí proti pohybu člunkového ventilu 125 pod vlivem hydrostatického tlaku z komory 120 působícího ke střední komoře 121. Ovšem jestliže rozdíl tlaků mezi střední komorou 121 a nízkotlakou komorou 130 dostatečně vzroste, člunkový ventil 125 se pohne a hlava 126 omezí proudění uvolňující tlak skrz omezení 123 ve tvaru štěrbiny a tím umožní snížit tlak ve střední komoře 121 prostřednictvím proudění do nízkotlaké komory 130.

Mezi střední komoru 121 a nízkotlakou komoru 130 je do dráhy uvolňování hydrostatického tlaku vložen výběrově řiditelný prostředek 135 pro omezování proudění, který obsahuje jehlový ventil 136 s dílcem 137 ve tvaru zužujícího se nosu, umístěným v průchodu 138. uspořádaným mezi střední komorou 121 a nízkotlakou komorou 130. Jehlovým ventilem 136 lze výběrově pohybovat prostřednictvím elektrických nebo mechanických řídících prostředků 139 tak, aby se umožnilo výběrové řízení intenzity uvolňování tlaku skrz průchod 138. Toto zase umožňuje řízení intzenzity vstřikování.

Směrem po proudu od prostředků 135 pro omezování proudu je uspořádán zpětný ventil 140, který udržuje minimální zpětný tlak určený silou pružiny 141, která je funkcí samotné pružiny, a polohou nastavitelného sedla 142 pro pružinu 141. Při nízkých otáčkách na prázdno připojeného motoru, ventil 140 určuje minimální zpětný tlak. Při vyšších rychlostech motoru ventil 140 zůstává otevřený obecně celou dobu.

Systém znázorněný na obr. 4 obsahuje také řiditelný prostředek 150 tlumení, znázorněný detailněji na obr. 6. Prostředek 150 tlumení obsahuje pohyblivý tlumicí člen 151 znázorněný jako tlumicí kotouč upevněný v tlumicí komoře 152. která skrz kanál 153 komunikuje se střední komorou 121. Tlumicí kotouč 151 pružně stoupá při zvyšujícím se tlaku ve střední komoře 121. K dispozici je také nastavitelná zarážka 155. která je nastavitelná pomocí stavěcího šroubu 156, aby se umožnilo výběrové stanovování meze pružného pohybu tlumicího kotouče 151. Nastavováním polohy zarážky 155 může být účinně řízen chod naprázdno nebo otáčky naprázdno připojeného motoru. Zvláště relativně velká vzdálenost mezi zarážkou 155 a tlumicím kotoučem 151 umožňuje vetší zdvih skupiny pístů 30., 35 než začnou působit jiné prostředky pro omezování proudu nebo prostředky pro omezování uvolňování tlaku, a tím se umožní nastavení vyšších otáček naprázdno.

Provedení systému vstřikovacího zařízení znázorněného na obr. 4 až 6 a popsaného výše poskytuje velkou možnost ří20 zení provozu vstřikovacího zařízení, včetně načasování zahájení a ukončení vstřikování, intenzity vstřikování, otáček naprázdno a dokonce změnu intenzity vstřikování v průběhu jediného cyklu vstřikování. Umožněný vyšší stupeň řízení způsobuje, že je systém vstřikovacího zařízení obzvláště vhodný pro přímo zapalované motory s vnitřním spalováním.

Stavba a uspořádání vstřikovacích zařízení a připojených řídících prvků znázorněná a popsaná s ohledem na obrázky umožňuje přesné a opakovatelné řízení okamžiku zahájení vstřikování, přesné a opakovatelné řízení dávky kapaliny, která je vstřikována během každého cyklu vstřikování, a přesný a opakovatelný okamžik ukončení vstřikování. Třístupňové přesné ukončení vstřikování způsobuje, že je vstřikovací zařízení vhodné pro rychloběžné dvojčinné motory.

Automatické řízení znečištění je výhodou použití tlaku válce pro vyvíjení vstřikovacího tlaku. Především jestliže se u válce motoru objeví chyba, jako třeba zlomený pístní kroužek, vedoucí k poklesu tlaku ve válci, pokles tlaku okamžitě zamezí nebo alespoň sníží dávku paliva, kterou vstřikovací zařízení přivádí do válce. Tak motor odsaje méně nespáleného paliva, než by tomu bylo v případě motoru, kde se do vadného válce dále vstřikuje plná dávka. Tato kompenzace se objevuje také v případě normálního opotřebování součástí, z čehož vyplývá snížení znečištění a kompenzace opotřebení .

Další výhodou vstřikovacího zařízení je, že má automatické časové nastavení. Především, jede připojený motor zvyšuje pracovní rychlost, teoreticky by mělo být zahájení vstřikování do operačního cyklu uspíšeno, protože palivo potřebuje předem stanovený minimální čas, aby se zcela spálilo, nehledě na rychlost motoru. Se vstřikovacím zařízením podle vynálezu, když motor zahajuje kompresní cyklus, vytváří se tlak ve válci při vyšších rychlostech motoru rychleji, protože teplo neuniká tak rychle jako při nižších rychlostech. Toto rychlejší zvyšováni tlaku automaticky uspíší zahájení vstřikování v cyklu motoru. Tento předstih se může při maximální rychlosti motoru lišit o 15° od úvodního nastavení okamžiku vstřikování.

Další výhodou popsaného a znázorněného vstřikovacího zařízení je snížený průměrný pracovní tlak spalování, který vyplývá z nového způsobu spalování. To zase může vést k použití lehčích součástí. Nový způsob spalování vyplývá z rozdílných fází spalování paliva. Jestliže se znázorní graf závislosti tlaku na čase pro konvenční motor, graf prudce stoupá k vrcholu a rychle klesá. Se vstřikovacím zařízením podle výhodného provedení, řízení velikosti vstřikovaných kapek a tlaku vstřikování umožňuje řízení procesu spalování tak, že graf závislosti tlaku na čase může mít relativně ploché plató, takže oblast pod grafem, která odpovídá práci, může být stejná jako u konvenčních motorů, ale nižší maximální tlak vede k menšímu namáhání v motoru a k možnosti použití menších nebo lehčích součástí.

Protože popsané a znázorněné vstřikovací zařízení vyžaduje nízkou úroveň mazání díky nepřítomnosti ložiskových součástí, vstřikovací zařízení budou fungovat s bezparafínovým dieselovým palivem, umožňujícím pracovat v oblastech studeného klimatu. Při pečlivém výběru materiálu může být přímo použit zkapalněný topný plyn.

Další výhodou stavby a práce vstřikovacího zařízení podle vynálezu je schopnost automaticky připravit vstřikovací zařízení pro následující operaci. Uzavřením vnějšího regulátoru se hydraulicky zablokuje nízkotlaká strana a palivo se zachytí ve výtlačné komoře 65, protože palivo nemůže odejít hrdlem 68 nebo výtlačným ventilem 56. Tak když má být připojený motor znovu nastartován, první kompresní cyklus připojeného motoru umožní, aby bylo palivo pod tlakem ve výtlačné komoře vstříknuto a tak zahájena normální práce motoru.

V konstrukci vstřikovacího zařízení znázorněné na obrázcích jsou použity kontakty kov-kov, aby se zajistilo těsnění mezi nepohyblivými částmi. Například čelní část li a zadní část 13 jsou navzájem spojeny kontaktem kov-kov mezi ostrým stupněm 96 na zadní části 13 a zkoseným čelem 97 na čelní části 11. Toto platí také pro spojení mezi rozpěrnou vložkou 67 a nízkotlakým pístem 30, mezi rozpěrnou vložkou 67 a vysokotlakým pístem 35 a mezi vysokotlakým válcem 41 a základní částí 43. Tyto spoje jsou obměnou Lenzových prstencových sedel a při vysokém tlaku vytvářejí dobré těsnění.

Ventily, včetně vstupního ventilu 16, výstupního ventilu 21, zpětného ventilu 46. výtlačného ventilu 56 a jehlového ventilu 70, mají s výhodou těsnicí kontakt mezi ventilovými členy a příslušnými sedly s vnitřním úhlem menším než 90°, s výhodou asi 60°. Například úhel použitý v bodě jehlového ventilu 70 je s výhodou 60°. u tohoto relativně mělkého úhlu těsnění bylo zjištěno dobré těsnění v širokém rozsahu hydrostatických tlaků.

Claims (15)

1. -24 PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Vstřikovací zařízení pro vstřikování kapalin pod tlakem, které zahrnuje:

   těleso (10), písty (30, 35) pohyblivé v tělese (10) působením z vnějšku působícího hydrostatického tlaku, přičemž písty (30, 35) jsou činné pro stlačení kapaliny určené ke vstřikování ve vysokotlaké komoře (45), písty (30, 35) jsou pohyblivé proti působení hydrostatického tlaku v nízkotlaké komoře (37), přičemž pohyb pístů (30, 35) je výběrově řiditelný řízením hydrostatického tlaku v nízkotlaké komoře (37), výtlačný ventil (70) a k němu příslušející vstřikovací hrdlo (68) komunikující přes kapalinu s vysokotlakou komorou (45), přičemž kapalina pod vysokým tlakem z vysokotlaké komory (45) může být vstřikována skrz vstřikovací hrdlo (68) po otevření výtlačného ventilu (70).
2. 2. Vstřikovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že výtlačný ventil (70), který řídí vstřikování kapaliny pod vysokým tlakem skrz hrdlo (68) je při své práci výběrově řiditelný.
3. 3. Vstřikovací zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že výtlačný ventil (70) obsahuje ventilový člen pohyblivý proti působení hydrostatického tlaku v řídící komoře (78), přičemž hydrostatický tlak v řídící komoře (78) je výběrově řiditelný pro řízení práce výtlačného ventilu (70).
4. 4. Vstřikovací zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že řídící komora (78) komunikuje přes kapalinu s nízkotlakou komorou (37), přičemž zvýšení hydrostatického tlaku v nízkotlaké komoře (37) pro odolání pohybu pístů (30, 35) taktéž zvýší hydrostatický tlak v řídící komoře (78) odporující otevření výtlačného ventilu.
5. 5. Vstřikovací zařízení podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vysokotlaká komora (45) komunikuje se vstřikovacím hrdlem (68) skrz výtlačnou komoru (65), přičemž kapalina pod vysokým tlakem z vysokotlaké komory (45) je přiváděna do výtlačné komory skrz zpětný výtlačný ventil (56), kterým lze uzavřít výtlačnou komoru (65) a zachytit ve výtlačné komoře dávku kapaliny uložené pod tlakem.
6. 6. Vstřikovací zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že zpětný výtlačný ventil (56) je opatřen pohyblivým členem s prvním stádiem pohybu, při kterém se přemístí tak, aby zabránil komunikaci z vysokotlaké komory (45) do výtlačné komory (65), a druhým stádiem pohybu, při kterém ventilový člen po ukončení prvního stádia pohybu umožní omezené uvolnění tlaku do výtlačné komory (65) a tím se sníží hydrostatický tlak od výtlačného ventilu (70) směrem proti proudu.
7. 7. Vstřikovací zařízení podle kteréhokoli nároků, vyznačující se z předcházejících tím, že píst (30, 35) je pohyblivý působením z vnějšku působícího hydrostatického tlaku proti působení hlavní pružiny (36), přičemž síla, kterou působí hlavní pružina (36) alespoň z části určuje z vnějšku působící hydrostatický tlak, nutný pro zahájení pohybu pístu (30, 35), zatímco vstřikovací zařízení dále obsahuje výtlačnou pružinu (71), proti jejímuž působení se pohybuje výtlačný ventil (70), aby umožnil vstřikování kapaliny skrz hrdlo (68), přičemž pevnost výtlačné pružiny (71) určuje alespoň z části tlak kapaliny ve vysokotlaké komoře (45) nutný pro otevření výtlačného ventilu (70) pro umožnění vstřikování skrz vstřikovací hrdlo (68).
8. 8. Vstřikovací zařízení podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje vypouštěcí otvor (50, 51) tvořící dráhu vypouštění kapaliny pod vysokým tlakem z vysokotlaké komory (45) po přemístění pístu (30, 35) o předem stanovenou maximální vzdálenost, přičemž otevřením dráhy přes vypouštěcí otvory (50, 51) vyplývajícím z uvedeného předem stanoveného maximálního přemístění uvolňuje hydrostatický tlak ve vysokotlaké komoře (45) v míře dostatečné pro zastavení vstřikování kapaliny skrz výtlačný ventil.
9. 9. Systém vstřikování zahrnující vstřikovací zařízení podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že obsahuje komorami (120, 121, 130) tvořenou cestu pro uvolňování hydrostatického tlaku, kterou může být řiditelně uvolněn hydrostatický tlak do nízkotlaké komory (37) pro umožnění a řízení pohybu pístů (30, 35) a k nim příslušejících regulátorů (85, 90, 135, 139) hydrostatického tlaku, kde tyto regulátory jsou výběrově řiditelné za účelem řízení hydrostatického tlaku v nízkotlaké komoře (37) výběrovým zamezováním nebo progresivním omezováním uvolňování tlaku z nízkotlaké komory (37) skrz cestu pro uvolňování hydrostatického tlaku v odezvu na pohyb pístů (30, 35).
10. 10. Systém vstřikováni podle nároku 9, vyznačující se tím, že regulátor obsahuje prostředek (135) pro omezováni proudu v cestě pro uvolňování hydrostatického tlaku pro výběrové řízení plochy průřezu cesty pro uvolňování hydrostatického tlaku, přičemž prostředky (135) pro omezování proudu jsou opatřeny k nim příslušejícími řídícími prostředky (139) pro řízení prostředku pro omezování proudu za účelem změny plochy průřezu cesty uvolňování, přičemž regulátor dále obsahuje zpětný ventil (140) uspořádaný v cestě pro uvolňování hydrostatického tlaku směrem po proudu od prostředku (135) pro omezování proudu a určený pro udržování předem stanoveného minimálního zpětného tlaku v cestě pro uvolňování hydrostatického tlaku pouhým otevřením, když je předem stanovený minimální zpětný tlak překročen.
11. 11. Systém vstřikování podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že komorami (120, 121, 130) tvořená cesta obsahuje prostředek (122) pro vyrovnávání tlaku, který obsahuje omezení (123) a prostředek (125, 126) pro změny velikosti omezení (123) s ohledem na změny hydrosta28 tického tlaku směrem po proudu od něj, přičemž prostředkem (125, 126) je zmenšitelná plocha omezení za účelem udržení předem stanoveného tlaku směrem po proudu od prostředku pro vyrovnávání tlaku.
12. 12. Systém vstřikování podle nároku 11, vyznačující se tím, že prostředek (122) pro vyrovnávání tlaku obsahuje komoru (120), která komunikuje s nízkotlakou komorou (37), dále člunkový ventil (125) pro řízení tlakového rozdílu mezi hydrostatickým tlakem v uvedené komoře (120) a komorou (130) směrem po proudu dále na cestě uvolňování hydrostatického tlaku a je řiditelný v odezvu na zvýšení tlakového rozdílu za účelem zmenšení plochy omezení (123) a tedy zpoždění uvolňování tlaku z komory (120) do komory (130) dále směrem po proudu.
13. 13. Systém vstřikování podle kteréhokoli z nároků 9 až 12, vyznačující se tím, že tento systém dále obsahuje prostředek (150) pro tlumení komunikující s cestou uvolňování hydrostatického tlaku, který obsahuje pohyblivý tlumicí člen (151) pro zvyšování tlaku v cestě uvolňování hydrostatického tlaku, a dále nastavitelnou zarážku (155) příslušející k pohyblivému tlumicímu členu (151) pro řiditelné omezování míry pružného pohybu, přičemž tyto zarážky (155) tímto účinně stanovují uvolňování tlaku prováděné tlumicím prostředkem.
14. 14. Systém vstřikování podle nároku 13, vyznačující se tím, že pohyblivý tlumicí člen (151) obsahuje pružný tlumicí kotouč (151), který definuje jednu stěnu komory (152), která komunikuje s cestou uvolňování hydrostatického tlaku, přičemž zarážky (155) obsahují omezovači zarážku, která je nastavitelná tak, že se dostává do kontaktu s tlumicím kotoučem (151).
15. 15. Systém vstřikování podle nároku 9, vyznačující se tím, že cesta uvolňování hydrostatického tlaku obsahuje vysokorychlostní ventil (106) se solenoidem (105) pro otevírání a zavírání cesty uvolňování hydrostatického tlaku v odezvu na ovládací signály, přičemž regulátory (85, 90, 135, 139) jsou uspořádány směrem po proudu od ventilu (106) se solenoidem (105) a nastavitelně omezují plynulá zvětšení proudu kapaliny cestou pro uvolňování hydrostatického tlaku.