SE501026C2 - Bränsleinsprutningsanordning för förbränningsmotorer - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 501 026 2 På senare tid har man i allt högre grad strävat efter att öka effekten hos befintliga motormodeller genom att modifiera insprutningssystemet, så att större volym bränsle kan insprutas i förbränningssystemet under kolvens insugnings- slag. Detta kan åstadkommas på ett enkelt och väl kontrollerat sätt enbart genom att öka insprutningsperiodens längd. Problemet är emellertid att man som en direkt följd härav får en ökning av det maximala insprutningstrycket.

Detta är emellertid något man inte eftersträvar, eftersom en sotfri förbränning erhålles redan vid 150 MPa och en ökning till till exempel 200 MPa inte medför någon förbättring vad gäller förbränningen utan endast leder till kraftigt ökade mekaniska påkänningar.

För att på enkelt sätt öka insprutningsvolymen utan att öka de mekaniska påkänningarna skulle man visserligen kunna öka genomströmningsarean hos spridarhålen, men då uppnås inte tillräckligt högt tryck för att en sotfri förbränning skall uppnås vid låga varvtal och vid dellast. Teoretiskt skulle detta problem kunna lösas med spridare med variabel hål- storlek, men detta är knappast möjligt att åstadkomma i praktiken.

Syftet med föreliggande uppfinningen är generellt att åstad- komma en bränsleinsprutningsanordning av i inledningen angivet slag, som gör det praktiskt möjligt att öka insprut- ningsperiodens längd från en given period utan att maximalt insprutningstryck ökar och att kunna uppnå det önskade trycket även vid dellast och låga varvtal. Isynnerhet är- syftet att åstadkomma en lösning, som inte kräver komplettering av befintliga bränsleinsprutningsanordningar med mer eller mindre komplicerade reglersystem utan som kan uppnås med enkla mekaniska medel.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att drivorganen är så anordnade, att de genom elastisk deformation av minst ett ingående element vid en förutbestämd kraft begränsar pump- kolvslagets hastighet, varigenom insprutningstrycket kan 10 15 '20 25 30 35 501 026 3 hållas åtminstone i huvudsak konstant under en slutfas av bränsleinsprutningen.

Uppfinningen utnyttjar såleds elastisk deformation i pump- kolvdrivningen på sådant sätt, att - under en viss vridnings- vinkel hos kamaxeln - ingen direktkopplad vipprörelse inträffar vid den ände av vipparmen, som samverkar med pump- kolven, så att dess hastighet begränsas till den, som erfordras för att ge önskat tryck.

I en föredragen utföringsform av bränsleinsprutningsanord- ningen uppnås den beskrivna elastiska deformationen i själva vipparmen genom att utforma denna av ett styvt vipparms- element och ett i detta ledbart lagrat och förspänt fjädrande element. Det styva elementet uppbär en kamföljare och det fjädrande elementet en med pumpkolven samverkande tapp.

Förspänningen är så vald, att de bägge elementen fungerar som en styv enhet upp till belastningen vid till exempel 150 MPa insprutningstryck och att det fjädrande, med pumpkolven samverkande elementet därefter fjädrar undan varigenom kolv- slagets hastighet under insprutningen begränsas.

Uppfinningen beskrives närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. 1 visar ett tvärsnitt genom en del av en schematiskt framställd cylinder med tillhörande del av cylinderhuvudet i en tidigare känd dieselmotor med enhetsspridare, fig. 2 en schematisk sidovy av en vipparm i en föredragen utföringsform av bränsleanordningen enligt uppfinningen samt fig. 3 och 4 olika diagram över insprutningstryck och insprutningsvolym som funktion av insprutningsperiodens längd.

I fig. 1 betecknar 1 en del av ett cylinderblock och 2 en del av ett cylinderhuvud. Detaljer som insugnings- och avgas- kanaler med tillhörande ventiler samt övrigt som saknar betydelse för tydliggörande av uppfinningen har utelämnats i förenklande syfte. Motorn är en direktinsprutad diesel och har en kolv 3 med en fördjupning 4, som bildar förbrännings- rum. Den har ett bränsleinsprutningssystem med s.k. enhets- 10 15 20 25 30 35 501 026 4 injektorer 5, det vill säga injektorer, som var och en har en integrerad, av en kam 6 på en kamaxel 7 och en vipparm 8 på en vipparms axel 9 driven pumpkolv 10 (schematiskt antydd).

Vidare uppvisar injektorn en av en elektromagnet 11 manövrerad spillventil (icke visad), som bestämmer starttid- punkten och längden av insprutningsperioden. När spill- ventilen öppnas leds bränsle via en kanal 12 till en retur- ledning 13.

När kammen 6 via vipparmen 8 och en på vipparmen anordnad ställskruv 14, som pressar mot en med pumpkolven 10 förbunden spindel 15, trycker ned kolven stiger trycket i spridaren, när spillventilen stängs. Vid ett tryck av ca 30 MPa (insprutningsmunstyckets öppningstryck; se fig. 3) börjar bränsleinsprutningen. Under inverkan av kammen 6, stiger insprutningstrycket utefter kurvan "p" i fig. 3 samtidigt som bränslet insprutas. Kurvan "v" i fig. 3 indikerar härvid summerad insprutad bränslevolym. Efter knappt 20 vevgrader öppnas spillventilen igen, varvid trycket sjunker och insprutningen avbryts. Under insprutningsperioden stiger trycket till max. 150 MPa, vilket räcker för att finfördela bränslet så att en sotfriförbränning erhålles. Insprutad volym uppgår då till ca 150 mm3.

Om man önskar öka insprutningsvolymen till till exempel 250 mm3 för att få ut högre effekt ur motorn, kan detta åstad- kommas genom senareläggning av spillventilens öppnande. I diagrammet i fig. 4 markeras detta med den punktstreckade volymkurvan "v ". Spillventilen öppnas här efter 30 vegrader, varvid den medlstreckade linjer visade insprutningstryck- kurvan "pl" erhålles. Såsom framgår av diagrammet erhålles då ett maximalt insprutningstryck på hela 200 MPa, vilket resul- terar i en kraftigt ökad belastning på de mekaniska komponen- terna. Genom att enligt uppfinningen utforma vipparmen på det sätt, som visas i fig. 2 och som skall beskrivas nedan, kan en utplaning av insprutningstryckkurvan uppnås, så att ett tryck på till exempel 150 MPa kan uppnås vid dellast och låga varvtal och upprätthållas under den senare fasen av insprut- ningen vid fullast, såsom indikeras med den heldragna kurvan 10 15 220 25 30 35 501 Û26 5 "pz" i fig. 4. Insprutningsvolymen ca 250 mm3 uppnås här genom att förlänga ínsprutningsperioden ett par vevaxel- grader, jämfört med kurvan "p1", såsom indikeras med den heldragna volymkurvan "v2“ i fig. 4.

I fig. 2 visas en vipparm 20 avsedd att ersätta vipparmen 8 i fig. 1 och tillsammans med kammen 6 ge den beskrivna utplanade insprutningstryckkurvan "pz" i fig. 4.

Vipparmen 20 består av två huvudkomponenter, nämligen dels en huvudvipparm 22, som är styv inom sitt belastningsområde, och dels en fjädrande vipparm 23. Vipparmen 22 uppvisar vid sitt ena ändparti 24 en kamföljare i form av en roterbart lagrad rulle 25. Den fjädrande vipparmen 23 är uppdelad i ett parti 23a, som är styvt inom sitt belastningsområde, och ett lång- sträckt fjädrande parti 23b, det vill säga ett parti med mindre styvhet än partiet 23a, så att det kan fjädra inom en övre del av belastningsområdet. Den fjädrande vipparmens styva parti 23a är utformat med en kort arm 26 med en gängad borrning 27 för en ställskruv 14 (se fig. 1) och är ledbart föbunden med den styva vipparmen 22 via en ledtapp 28.

Den fjädrande vipparmen 23 är förspänt inspänd i vipparmen 22 med hjälp av en tapp 29, som anligger mot ett hakformigt parti 30, och ett distansstycke 31, som är vippbart inspänt mellan ytteränden av det fjädrande vipparmspartiet 23b och en näsa 32 vid vipparmens 22 ände. Deformationen vid för- spänningen motvarar sträckan "e", som i praktiska utföranden är 8-20 mm och resulterar i en förspänning av ca 2000 N.

Härvid erhålles en helt styv konstruktion upp till en belastning av ca 13000 N på ställskruven 14 vid ett hävarms- förhållande a/b ~ 8/1 och en längd "c" hos det fjädrande partiet 23b, som är ca 80% av hävarmen "a".

Genom att på det beskrivna sättet utnyttja en lång hårt inspänd vek fjäder erhålles stor utväxling och hög precision.

Vid den beskrivna utföringsformen leder en belastningsökning från 13000 N 1-.111 lsooo N till att ställskruven 14 fjädrar 10 501 026 6 'undan 0,15 mm, vilket räcker för att ge den i fig. 4 illu- strerade utplaningen av insprutningstryckkurvan "pz".

Uppfinningen gör det sålunda möjligt att öka effekten hos en befintlig motor genom att öka volymen bränsle som insprutas utan att de mekaniska påkänningarna på de i bränsle- insprutningssystemet ingående komponenterna ökar vid fullast samtidigt som så höga insprutningstryck kan uppnås redan vid låga varvtal och dellast, att bildandet av svart rök kraftigt begränsas.

Claims (12)

10 15 20 A25 30 35 501 026 7 Patentkrav

1. Bränsleinsprutningsanordning för förbränningsmotorer, innefattande en i varje cylinderrum inskjutande enhets- spridare innehållande en pumpkolv samt pumpkolven drivande organ, som omfattar en med pumpkolven samverkande, på en vipparmsaxel lagrad vipparm och en kamaxel med en kam för varje vipparm, vilken kam vid kamaxelns rotation via vipp- armen åstadkommer pumpslag hos pumpkolven, k ä n n e - t e c k n a d av att drivorganen (20, 21) är så anordnade, att de genom elastisk deformation av minst ett ingående element (20) vid en förutbestämd kraft begränsar pumpkolv- slagets hastighet, varigenom insprutningstrycket kan hållas åtminstone i huvudsak konstant under en slutfas av bränsle- insprutningen.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda, vid en förutbestämd kraft elastiskt deformerade element (20) innefattar ett förspänt fjädrande element (23).

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att vipparmen (20) innefattar ett styvt vipparmselement (22) och ett i detta förspänt fjädrande element (23) och att dessa bägge element har åt motsatta håll riktade första ändpartier (24, 26), av vilka det ena (24) samverkar med kammen (21) och det andra (26) med pumpkolven.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att det fjädrande elementet (23) uppvisar dels ett kort styvare parti (23b), som bildar nämnda första ändparti och är ledbart förbundet med ett andra ändparti hos det styva vipparms- elementet (22), och dels ett långsträckt mindre styvt parti (23b), som har en ytterände inspänd mot det styva vipparms- elementets första ändparti.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att det långsträckta mindre styva partiets (23b) ytterände är inspänd mot det styva vipparmselementet (22) första ändparti 10 15 20 25 30 35 501 026 8 (24) medelst ett spännorgan (29) mellan det fjädrande elemen- tets korta styva parti (23a) och det styva vipparmselementet.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att spännorganet är en tapp (29), vilken sträcker sig genom det styva vipparmselementet i dess vippaxelriktning och anligger mot en anslagsyta (30) på det fjädrande elementets styva parti (23a).

7. Anordning enligt något av kraven 4-6, k ä n n e - t e c k n a d av att längden av det fjädrande elementets styva parti (23a) uppgår till en bråkdel av dess mindre styva parti (23b).

8. Anordning enligt något av kraven 4-7, k ä n n e - t e c k n a d av att längden av det fjädrande elementets styva parti (23a) uppgår till högst 20% och lägst 10% av dess mindre styva parti (23b).

9. Anordning enligt något av kraven 3-8, k ä n n e - t e c k n a d av att det styva vipparmselementet (22) vid sitt första ändparti (24) uppbär en kamföljare (25) och att det fjädrande elementet vid sitt första ändparti (26) är utformat med en gängad borrning (27) för en ställskruv (14), som samverkar med en med pumpkolven förbunden spindel (15).

10. Anordning enligt något av kraven 4-9, k ä n n e - t e c k n a d parti (23b) har mot sin ytterände successivt avtagande tvär- av att det fjädrande elementets mindre styva snitt.

11. Anordning enligt något av kraven 6-10, k ä n n e - t e c k n a d av att tappen (29) i vipparmens obelastade tillstånd ligger i en bågformig fördjupning (30) i det fjädrande elementets styva parti.

12. Anordning enligt något av kraven 4-11, k ä n n e - t e c k n a d av att ytteränden av det mindre styva partiet 501 026 9 (23b) är inspänd mot det styva vipparmselementet (22) via ett vippbart lagrat distansstycke (31) .