RU2170363C2 - Устройство впрыска топлива для двигателей внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам впрыска топлива для двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию, повысить ее надежность. Устройство впрыска топлива для двигателей внутреннего сгорания содержит насос высокого давления, рабочая полость которого со стороны всасывания соединена подающим топливопроводом с топливным баком, а со стороны нагнетания соединена топливопроводом высокого давления с ресивером высокого давления, от которого к отдельным клапанным форсункам отходит множество топливопроводов. Устройство также содержит по одному нагнетательному клапану на подающем топливопроводе и топливопроводе высокого давления, предотвращающие обратный слив топлива соответственно из рабочей полости насоса в подающий топливопровод и из топливопровода высокого давления в рабочую полость насоса. Нагнетательные клапаны подающего топливопровода и топливопровода высокого давления объединены в одну общую клапанную систему. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания, содержащему насос высокого давления, рабочая полость которого со стороны всасывания соединена подающим топливопроводом с топливным баком, а со стороны нагнетания соединена топливопроводом высокого давления с ресивером высокого давления, от которого к отдельным клапанным форсункам отходит множество топливопроводов, и нагнетательный клапан подающего топливопровода, и нагнетательный клапан топливопровода высокого давления, предотвращающие обратный слив топлива соответственно из рабочей полости насоса в подающий топливопровод и из топливопровода высокого давления в рабочую полость насоса.

В известном из EP 0531533 A1 такого рода устройстве впрыска топливо подается насосом высокого давления из резервуара низкого давления в ресивер высокого давления (общий коллектор), от которого к отдельным выступающим внутрь камеры сгорания двигателя клапанным форсункам отходит множество топливопроводов высокого давления. При этом резервуар низкого давления у известного устройства впрыска топлива представляет собой топливный бак, из которого топливо под низким давлением подкачки подается топливоподкачивающим насосом по подающему топливопроводу в рабочую полость насоса высокого давления, выполненного в виде поршневого насоса.

С целью предотвратить, в частности, во время подачи топлива под высоким давлением обратный слив топлива из рабочей полости насоса высокого давления в резервуар низкого давления и для дозировки определенного количества подаваемого под высоким давлением топлива на подающем топливопроводе установлен нагнетательный клапан, который в известном устройстве впрыска топлива приводится в действие при помощи магнитного клапана. В известном из GB 2263317 устройстве впрыска указанного выше типа этот нагнетательный клапан на подающем топливопроводе также выполняют в виде простого обратного клапана. Другой нагнетательный клапан, предпочтительно обратный клапан, у известных устройств впрыска топлива размещен на топливопроводе высокого давления (напорном топливопроводе) между рабочей полостью насоса высокого давления и ресивером высокого давления, и он должен препятствовать обратному сливу находящегося под высоким давлением топлива из ресивера в сторону насоса высокого давления во время пауз в подаче топлива.

Однако недостаток известных устройств впрыска топлива состоит в том, что необходимо использовать отдельные нагнетательные клапаны соответственно для топливопровода высокого давления и подающего топливопровода, что имеет следствием значительные конструкционные и монтажные затраты.

Задача изобретения заключается в создании устройства впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания, свободного от указанного недостатка.

Эта задача решается с помощью предложенного устройства впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания, содержащего насос высокого давления, рабочая полость которого со стороны всасывания соединена подающим топливопроводом с топливным баком, а со стороны нагнетания соединена топливопроводом высокого давления с ресивером высокого давления, от которого к отдельным клапанным форсункам отходит множество топливопроводов, и нагнетательный клапан подающего топливопровода, и нагнетательный клапан топливопровода высокого давления, предотвращающие обратный слив топлива соответственно из рабочей полости насоса в подающий топливопровод и из топливопровода высокого давления в рабочую полость насоса. Согласно изобретению нагнетательные клапана подающего топливопровода и топливопровода высокого давления объединены в одну общую клапанную систему, размещенную в корпусе насоса высокого давления и образованную установленным в отверстии корпуса насоса корпусом клапана и поджимающим этот корпус клапана в осевом направлении к упору соединительным штуцером на топливопроводе высокого давления, причем в направляющее отверстие корпуса клапана аксиально установлен первый клапанный элемент, уплотнительная поверхность которого взаимодействует с первым седлом клапана в корпусе клапана и вторым клапанным элементом, который установлен в глухом отверстии первого клапанного элемента и уплотнительная поверхность которого взаимодействует со вторым седлом клапана в корпусе клапана.

Предпочтительно нагнетательные клапаны подающего топливопровода и топливопровода высокого давления расположить аксиально друг за другом.

При этом насос высокого давления целесообразно выполнить в виде поршневого насоса с возвратно-поступательно перемещаемым поршнем так, чтобы клапанная система в осевом направлении насосного поршня примыкала к рабочей полости насоса.

В предпочтительной форме реализации изобретения первый клапанный элемент одним своим концом выступает внутрь примыкающего к первому седлу клапана и выполненного в соединительном штуцере сквозного отверстия, в котором размещена первая пружина клапана, зажатая между первым клапанным элементом и выступом в сквозном отверстии и плотно прижимающая первый клапанный элемент к первому седлу клапана.

Предпочтительно вторую пружину клапана, прижимающую второй клапанный элемент ко второму седлу клапана, зажать между выступающим внутрь глухого отверстия в первом клапанном элементе концом второго клапанного элемента и глухой стенкой этого отверстия.

Между корпусом клапана и стенкой корпуса насоса целесообразно предусмотреть кольцевую полость, которая была бы соединена с подающим топливопроводом и через отверстие - с замкнутой полостью в корпусе клапана, проходящей до второго седла клапана.

К противоположному замкнутой полости концу второго седла клапана может примыкать нагнетательная полость, которая через соединительное отверстие постоянно соединена с рабочей полостью насоса и которая проходит вдоль первого клапанного элемента до первого седла клапана.

При этом в первом клапанном элементе может быть предусмотрено поперечное отверстие, выходящее из нагнетательной полости и входящее в конец глухого отверстия.

Предпочтительно первое и второе седла клапанов в корпусе клапана и взаимодействующие с ними уплотнительные поверхности на первом и втором клапанных элементах выполнить коническими. Предпочтительно также нагнетательные клапана выполнить в виде обратных клапанов.

Преимущество предлагаемого устройства впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания по сравнению с известным заключается в том, что нагнетательные клапана для подающего и нагнетательного топливопроводов объединены в одну общую клапанную систему. При этом такая общая клапанная система предпочтительно размещена в корпусе насоса высокого давления, за счет чего обеспечивается компактная и очень надежная в отношении прочности конструкция. Кроме того, исключается также необходимость раздельного встраивания нагнетательных клапанов в отдельные топливопроводы, что значительно уменьшает затраты на монтаж.

За счет установки отдельных клапанных элементов друг в друга может быть также получена компактная конструкция, благодаря чему клапанная система и в конструктивном отношении может быть еще более просто встроена соосно поршню в корпус насоса. При этом одна часть клапанной системы разграничивает рабочую полость насоса со стороны его поршня, а другая часть одновременно служит необходимым соединительным штуцером насоса высокого давления для подсоединения к нагнетательному топливопроводу.

Другим преимуществом изобретения является размещение аксиально друг за другом отдельных нагнетательных клапанов в клапанной системе, что обеспечивает максимально возможную толщину стенки в зоне нагнетательных полостей при сохранении неизменными внешних размеров.

Другие преимущества изобретения станут более понятны из описания предпочтительного примера его выполнения с ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показано сечение части насоса высокого давления и клапанной системы, а также схематическое изображение присоединяемых топливопроводов.

Изображенное на чертеже устройство впрыска топлива для двигателей внутреннего сгорания имеет насос 1 высокого давления, в корпусе 3 которого предусмотрено цилиндрическое отверстие 5, где аксиально и возвратно-поступательно перемещается кулачковым приводом (не показан) поршень 7 насоса. При этом поршень 7 ограничивает в цилиндрическом отверстии 5 своим обращенным от кулачкового привода торцом рабочую полость 9 насоса, ограниченную с противоположной стороны от насосного поршня клапанной системой 11, размещенной в расточке цилиндрического отверстия 5. Рабочая полость 9 насоса соединена через клапанную систему 11 с подающим топливопроводом 13, выходящим из топливного бака 15 и входящим в один из топливоподкачивающих насосов 17, подающих с небольшим давлением подкачки топливо из топливного бака 15 по подающему топливопроводу 13 и через клапанную систему 11 в рабочую полость 9 насоса 1 высокого давления. К клапанной системе 11 подсоединен далее топливопровод 19 высокого давления, которым рабочая полость 9 насоса соединена с ресивером 21 высокого давления, от которого к отдельным выступающим в камеру сгорания двигателя клапанным форсункам 25 отходит множество топливопроводов 23 высокого давления.

Во избежание при этом нежелательного обратного слива топлива из рабочей полости 9 насоса в подающий топливопровод 13 и из нагнетательного топливопровода 19 в рабочую полость 9 на топливопроводе 19 высокого давления и подающем топливопроводе 13 установлено по одному нагнетательному клапану, которые объединены в общую клапанную систему 11, размещенную в корпусе 3 насоса.

Клапанная система 11 имеет прежде всего один корпус 27 клапана, который размещен в корпусе 3 насоса таким образом, что этот корпус клапана одним своим торцом прилегает к упору 29 в корпусе 3 насоса, выполненному между цилиндрическим отверстием 5 и его расточкой. В корпус 27 клапана с его противоположной упору 29 торцевой стороны 31 вставлен ввинчиваемый в отверстие корпуса 3 насоса соединительный штуцер 33, который аксиально прижимает корпус 27 клапана к образующему уступ упору 29, а выступающий из корпуса 3 конец штуцера 33 присоединен к нагнетательному топливопроводу 19.

Корпус 27 клапана имеет выходящее из его торца 31 направляющее отверстие 35, в котором аксиально установлен клапанный элемент 37. Снабженный по своему периметру лысками первый цилиндрический клапанный элемент 37 имеет также расположенную на кольцевом пояске коническую уплотнительную поверхность 39, которой он взаимодействует с первым коническим седлом 41 клапана в корпусе 27 клапана, выполненном на выходе направляющего отверстия 35 на торце 31. При этом первый клапанный элемент 37 своим выступающим из корпуса 27 клапана концом входит в примыкающее к первому седлу 41 клапана и выполненное в соединительном штуцере 33 сквозное отверстие 43, в котором размещена первая пружина 45 клапана, зажатая между первым клапанным элементом 37 и опирающейся на выступ опорной деталью 47 со сквозным отверстием и удерживающая первый клапанный элемент 37 плотно прижатым к первому седлу 41 клапана.

В первом клапанном элементе 37 предусмотрено глухое отверстие 51, которое выходит из его нижнего, противоположного присоединительному штуцеру 33 торца 49 и в котором аксиально установлен второй клапанный элемент 53. Этот второй клапанный элемент 53 на своем выступающем из глухого отверстия 51 конце имеет сужающуюся в поперечном сечении коническую или сферическую уплотнительную поверхность 55, которой он взаимодействует со вторым седлом 57 клапана в корпусе 27 последнего. Ко второму седлу 57 клапана примыкает расточенная в корпусе 27 клапана нагнетательная полость 59, которая проходит вдоль первого клапанного элемента 37 в направляющем отверстии 35 до первого седла 41 клапана.

Между глухим концом отверстия 51 и вставленным в него вторым клапанным элементом 53 зажата вторая пружина 61 клапана, которая удерживает этот второй клапанный элемент 53 плотно прижатым ко второму седлу 57 клапана. Кроме того, в стенке первого клапанного элемента 37 предусмотрено поперечное отверстие 63, соединяющее нагнетательную полость 59 с полостью 65 возврата, в которой расположена вторая пружина 61. Между корпусом 27 клапана и стенкой корпуса 3 насоса расположена кольцевая полость 67, соединенная с подающим топливопроводом 13 и через отверстие 69 в корпусе 27 клапана с замкнутой полостью 71, которая проходит вдоль второго клапанного элемента 53 до противоположного нагнетательной полости 59 конца второго седла 57 клапана.

Еще одно соединительное отверстие 73 выходит из рабочей полости 9 насоса 1 высокого давления и входит в нагнетательную полость 59 клапанной системы 11.

Предлагаемое согласно изобретению устройство впрыска топлива работает следующим образом.

Во время заполнения рабочей полости 9 насоса 1 высокого давления топливо из топливного бака 15 под действием давления подачи попадает сначала по нагнетательному топливопроводу 13 и через кольцевую полость 67 в замкнутую полость 71. При одновременном ходе впуска насосного поршня 7 в направлении нижней мертвой точки между замкнутой полостью 71 и нагнетательной полостью 59 возникает разность давлений, за счет чего второй клапанный элемент 53, преодолевая усилие возврата второй пружины 61 клапана, приподнимается от седла 57 клапана, и топливо из замкнутой полости 71 через проходное сечение во втором седле 57 клапана поступает в нагнетательную полость 59 и далее через соединительное отверстие 73 в рабочую полость 9 насоса.

При этом соединение нагнетательной полости 59 с нагнетательным топливопроводом 19 перекрыто первым клапанным элементом 37, причем первая пружина 45 клапана рассчитывается на большее усилие, чем сила давления поступающего топлива. Кроме того, давление в нагнетательном топливопроводе 19 действует на первый клапанный элемент 37 в направлении закрытия.

Во время хода нагнетания насосного поршня 7, следующего после прохождения нижней мертвой точки, давление в рабочей полости 9 насоса поднимается, причем по достижении выравнивания давления между замкнутой полостью 71 и нагнетательной полостью 59 вторая пружина 61 клапана возвращает второй клапанный элемент 53 до упора во второе седло 57 клапана, перекрывая соединение между подающим топливопроводом 13 и рабочей полостью 9 насоса. Во время последующего хода нагнетания насосного поршня 7 при превышении усилия открытия на первом клапанном элементе 37, определяемого давлением в ресивере 21 высокого давления и усилием первой пружины 45 клапана, этот поршень поднимается от первого седла 41 клапана так, что находящееся под высоким давлением топливо начинает перетекать из рабочей полости 9 насоса через соединительное отверстие 73, нагнетательную полость 59, проходное сечение в первом седле 41 клапана и сквозное отверстие 43 в соединительном штуцере 33 в нагнетательный топливопровод 19 к ресиверу 21 высокого давления. При этом второй клапанный элемент 53 дополнительно к усилию второй пружины 61 под действием находящегося под высоким давлением и протекающего через поперечное отверстие 63 в полость 65 возврата топлива прижимается ко второму седлу 57 клапана, благодаря чему второй клапанный элемент 53, несмотря на аксиальный ход открытия первого клапанного элемента 37, остается постоянно прижатым ко второму седлу 57 и таким образом препятствует обратному потоку топлива в подающий топливопровод 13.

После снижения давления нагнетания в рабочей полости 9 насоса первый клапанный элемент 37 возвращается на свое седло 41 и снова перекрывает топливопровод 19 высокого давления от рабочей полости 9 насоса 1 высокого давления.

Claims (10)

1. Устройство впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания, содержащее насос (1) высокого давления, рабочая полость (9) которого со стороны всасывания соединена подающим топливопроводом (13) с топливным баком (15), а со стороны нагнетания соединена топливопроводом (19) высокого давления с ресивером (21) высокого давления, от которого к отдельным клапанным форсункам (25) отходит множество топливопроводов (23), и содержащее также нагнетательный клапан подающего топливопровода (13) и нагнетательный клапан топливопровода (19) высокого давления, предотвращающие обратный слив топлива соответственно из рабочей полости (9) насоса в подающий топливопровод (13) и из топливопровода высокого давления (19) в рабочую полость (9) насоса, отличающееся тем, что нагнетательные клапаны подающего топливопровода (13) и топливопровода (19) высокого давления объединены в одну общую клапанную систему (11), размещенную в корпусе (3) насоса (1) высокого давления и образованную установленным в отверстии корпуса (3) насоса корпусом (27) клапана и поджимающим этот корпус клапана в осевом направлении к упору (29) соединительным штуцером (33) на топливопроводе (19) высокого давления, причем в направляющее отверстие (35) корпуса (27) клапана аксиально установлен первый клапанный элемент (37), уплотнительная поверхность которого взаимодействует с первым седлом (41) клапана в корпусе (27) клапана и вторым клапанным элементом (53), который установлен в глухом отверстии (51) первого клапанного элемента (37) и уплотнительная поверхность (55) которого взаимодействует со вторым седлом (57) клапана в корпусе (27) клапана.

2. Устройство впрыска топлива по п.1, отличающееся тем, что нагнетательные клапаны подающего топливопровода (13) и топливопровода (19) высокого давления расположены аксиально друг за другом.

3. Устройство впрыска топлива по п.2, отличающееся тем, что насос (1) высокого давления выполнен в виде поршневого насоса с возвратно-поступательно перемещаемым поршнем (7), причем клапанная система (11) в осевом направлении насосного поршня (7) примыкает к рабочей полости (9) насоса.

4. Устройство впрыска топлива по п.1, отличающееся тем, что первый клапанный элемент (37) одним своим концом выступает внутрь примыкающего к первому седлу (41) клапана и выполненного в соединительном штуцере сквозного отверстия (43), в котором размещена первая пружина (45) клапана, зажатая между первым клапанным элементом (37) и выступом в сквозном отверстии (43) и плотно прижимающая первый клапанный элемент (37) к первому седлу (41) клапана.

5. Устройство впрыска топлива по п.4, отличающееся тем, что между выступающим внутрь глухого отверстия (51) в первом клапанном элементе (37) концом второго клапанного элемента (53) и глухой стенкой этого отверстия (51) зажата вторая пружина (61) клапана, прижимающая второй клапанный элемент (53) ко второму седлу (57) клапана.

6. Устройство впрыска топлива по п.5, отличающееся тем, что между корпусом (27) клапана и стенкой корпуса (3) насоса предусмотрена кольцевая полость (67), которая соединена с подающим топливопроводом (13) и через отверстие (69) соединена с замкнутой полостью (71) в корпусе (27) клапана, проходящей до второго седла (57) клапана.

7. Устройство впрыска топлива по п.6, отличающееся тем, что к противоположному замкнутой полости (71) концу второго седла (57) клапана примыкает нагнетательная полость (59), которая через соединительное отверстие (73) постоянно соединена с рабочей полостью (9) насоса и которая проходит вдоль первого клапанного элемента (37) до первого седла (41) клапана.

8. Устройство впрыска топлива по п.7, отличающееся тем, что в первом клапанном элементе (37) предусмотрено поперечное отверстие (63), которое выходит из нагнетательной полости (59) и входит в конец глухого отверстия (51).

9. Устройство впрыска топлива по п.8, отличающееся тем, что первое и второе седла (41, 57) клапанов в корпусе (27) клапана, а также взаимодействующие с ними уплотнительные поверхности (39, 55) на первом и втором клапанных элементах (37, 53) выполнены коническими.

10. Устройство впрыска топлива по п.1, отличающееся тем, что нагнетательные клапаны выполнены в виде обратных клапанов.