RU2247855C1 - Форсунка для двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к форсункам с микропроцессорным управлением для впрыска топлива в цилиндр ДВС. Изобретение позволяет снизить расход топлива на управление форсункой и повысить качество управления впрыском топлива. Форсунка ДВС с гидрозапорной камерой в клапане содержит корпус с топливоподводящим каналом и каналом низкого давления, распылитель с седлом, игольчатый клапан, центрированный в распылитетеле относительно седла направляющей частью и взаимодействующий с упором, выполненный за одно целое с поршнем, спаренным разделительной поверхностью с плавающей втулкой поршня, гидрозапорную камеру, сливной канал, в который встроен сливной клапан с электрическим управлением, и клапан с электрическим приводом для разобщения гидрозапорной камеры с топливоподводящим каналом. Гидрозапорная камера выполнена подключаемой к сливному каналу плавающей втулкой поршня, по торцу открытой в полость топливоподводящего канала и выполненной в виде переключающего клапана/втулки поршня. Сливной канал выполнен с открытым в полость топливоподводящего канала входом, размещенным на торце упора игольчатого клапана с возможностью его разобщения с топливоподводящим каналом переключающим клапаном/втулкой поршня, который снабжен связанным с ним управляющим звеном электропривода, размещенным в топливоподводящем канале и сопряженным с корпусом форсунки разделительной поверхностью с разделением топливоподводящего канала от канала низкого давления, и глухой плавающей втулкой, спаренной с управляющим звеном разделительной поверхностью, с которой скреплен упор игольчатого клапана и в которую встроен сливной клапан, взаимодействующий с управляющим звеном. Управляющее звено при этом выполнено гидравлически уравновешенным. В нем соосно размещен сливной канал низкого давления и с ним скреплен вильчатый элемент связи переключающего клапана/втулки поршня с возможностью углового отклонения осей плавающей втулки поршня и управляющего звена для выравнивания технологических неточностей их соосного выполнения. Упор игольчатого клапана шарнирно скреплен с глухой плавающей втулкой, выполненной с расширенным входом сливного канала, образующим между этой глухой плавающей втулкой и седлом переключающего клапана/втулки поршня замкнутую камеру, выполненную в виде части сливного канала. Переключающий клапан/втулка поршня выполнена с запирающим пояском, средний диаметр которого равен или меньше диаметра поршня. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к производству форсунок для впрыска топлива в цилиндр ДВС с микропроцессорным управлением.

Известна форсунка с электрическим управлением, содержащая распылитель, поршень с гидрозапорной камерой для управления запиранием/открытием распылителя, сообщенной с топливоподводящим каналом высокого давления питающим дросселем и с сливным каналом, в который встроен сливной дроссель и управляющий клапан с электромагнитным приводом. Поршень с гидрозапорной камерой размещен в корпусе форсунки и в виде толкателя нагружает запорный элемент распылителя, изменяя усилие запирания, открывает и закрывает распылитель (см. например, US 6328017 ВА1, 7 F 02 M 37/04).

При управлении открытием такой форсунки гидрозапорную камеру посредством встроенного в ее сливной канал управляющего клапана сообщают с каналом низкого давления и понижают в ней давление. При этом при осуществлении дозирования на всем периоде открытия форсунки осуществляется слив топлива из топливоподводящего канала высокого давления через дроссель питающего канала и гидрозапорную камеру в канал низкого давления. Имеет место расход топлива, находящегося под высоким давлением, расходуемый на управление при осуществлении открытия форсунки и впрыскивании топлива, что является недостатком гидравлической схемы такой форсунки. Кроме того форсунка имеет увеличенные подвижные массы, выполненные в виде нагружающего игольчатый клапан поршня-толкателя, ограничивающие ее быстродействие.

Известна форсунка, имеющая распылитель с клапанным элементом, сообщенный с топливоподводящем каналом форсунки, клапанный элемент выполнен воедино с управляющим поршнем, а поршень нагружен топливом на запирание клапанного элемента с камеры управления, которую ограничивает частично плавающая втулка, размещенная на управляющем поршне, а втулка с клапанным элементом размещены в топливоподводящем канале. Камера управления сообщена дроссельным каналом, выполненным в плавающей втулке, с питающим каналом и с сливным каналом пониженного давления, в который встроен сливной дроссель и управляющий клапан с электрическим приводом, а торец управляющего поршня, взаимодействуя с упором клапанного элемента, перекрывает вход сливного канала камеры управления (см., например, патент US 6293254 ВА).

Недостатком такой форсунки является расход на управление форсункой топлива на всем периоде частичного дозирования и в фазах открытия и закрытия форсунки (при подъеме до упора и при перемещении от упора до посадки клапанного элемента на седло) и ограниченные возможности управления законом открытия форсунки и управления давлением при истечении топлива из распылителя в период открытия форсунки из-за настроенных на ограниченный диапазон режимов по подачам и частотам вала двигателя постоянных дросселей.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая форсунка для двигателя внутреннего сгорания содержит корпус с топливоподводящим каналом и каналом низкого давления, распылитель с седлом, игольчатый клапан, центрированный в распылителе относительно седла направляющей частью и взаимодействующий с упором, выполненный за одно целое с поршнем, спаренным разделительной поверхностью с плавающей втулкой поршня, и размещенным с плавающей втулкой поршня в топливоподводящем канале, гидрозапорную камеру, ограниченную плавающей втулкой поршня между поршнем и упором игольчатого клапана и открытую в топливоподводящий канал, сливной канал, в который встроен сливной клапан с электрическим управлением, и клапан с электрическим приводом для разобщения гидрозапорной камеры с топливоподводящим каналом и отличается тем, что гидрозапорная камера выполнена подключаемой к сливному каналу плавающей втулкой поршня, по торцу открытой в полость топливоподводящего канала и выполненной в виде переключающего клапана/втулки поршня, сливной канал выполнен с открытым в полость топливоподводящего канала входом, размещенным на торце упора игольчатого клапана с возможностью его разобщения с топливоподводящим каналом переключающим клапаном/втулкой поршня, который снабжен связанным с ним управляющим звеном электропривода, размещенным в топливоподводящем канале и сопряженным с корпусом форсунки разделительной поверхностью с разделением топливоподводящего канала от сливного канала низкого давления, и глухой плавающей втулкой, спаренной с управляющим звеном разделительной поверхностью, с которой скреплен упор игольчатого клапана и в которую встроен сливной клапан, взаимодействующий с управляющим звеном, а управляющее звено при этом выполнено гидравлически уравновешенным, в нем соосно размещен сливной канал низкого давления и с ним скреплен вильчатый элемент связи переключающего клапана/втулки поршня с возможностью углового отклонения осей плавающей втулки поршня и управляющего звена для выравнивания технологических неточностей их соосного выполнения. При этом упор игольчатого клапана шарнирно скреплен с глухой плавающей втулкой, выполненной с расширенным входом сливного канала, образующим между этой глухой плавающей втулкой и седлом переключающего клапана/втулки поршня замкнутую камеру, выполненную в виде части сливного канала, а переключающий клапан/втулка поршня выполнена с запирающим пояском, средний диаметр которого равен или меньше диаметра поршня.

Предлагаемая форсунка изображена на фиг.1 - принципиальная схема форсунки; на фиг.2 - фрагмент в увеличенном виде части форсунки в поясе размещения открытого сливного и поднятого до седла переключающего клапанов и поднятого до упора игольчатого клапана.

Форсунка состоит из корпуса 1 с топливоподводящим каналом 2, распылителя 3, в котором игольчатый клапан 4 центрирован направляющей частью 5 относительно седла 6 распылителя 3 и выполнен за одно целое с поршнем 7. На поршне 7 размещена плавающая втулка поршня 8. Игольчатый клапан 4 взаимодействует при смещении на полное открытие распылителя 3 с упором 9. С упором 9 взаимодействует также плавающая втулка поршня 8 торцом 10, обращенным к упору 9 и выполненным с запирающим пояском 11. Упор 9 выполнен в виде седла 12, на торце которого размещены входы 13 сливного канала 14, 15, 16, закрытого сливным клапаном 17, управляемым звеном 18 посредством электропривода 19, 20. Управляющее звено 18 размещено в корпусе 1, выполнено со сливным каналом низкого давления 21 и вильчатым элементом 22, которым звено 18 связано с плавающей втулкой поршня 8 посредством замкового элемента 23. Сливной клапан 17 размещен в глухой плавающей втулке 24. Часть 14 сливного канала выполнена в упоре 9, а части 15 и 16 с седлом 25 сливного клапана 17 - в глухой плавающей втулке 24. Упор 9 с возможностью самоустановки скреплен с глухой плавающей втулкой 24, которая спарена с управляющим звеном 18 разделительной поверхностью 26 с возможностью относительного смещения в ней управляющего звена 18. Игольчатый клапан 4 с поршнем 7 и размещенной на нем плавающей втулкой поршня 8, управляющее звено 18 с вильчатым элементом 22 и глухой плавающей втулкой 24 с закрепленным в ней упором 9 размещены в топливоподводящем канале 2.

Управляющее звено 18 нагружено в сторону запирания сливного клапана 17 упругим элементом 27. При этом управляющее звено 18 торцом 28 взаимодействует с сливным клапаном 17, который запирает сливной канал высокого давления 14, 15, 16, а его вильчатым элементом 22 плавающая втулка поршня 8 смещена на h_k от седла 12. Игольчатый клапан 4 нагружен упругим элементом 29, прилегает к седлу 6, запирая распылитель 3, и находится на удалении h_и от упора 9.

Плавающая втулка 8 поршня 7 между седлом 12 и ступенчатым торцом 30, 31 поршня 7 ограничивает полость 32, которая является гидрозапорной, открытой по торцу 10, 11 в топливоподводящий канал 2 (показано на фиг.1). С открытой по торцу 10, 11 в топливоподводящий канал 2 полости 32 плавающей втулки 8 игольчатый клапан 4 нагружается давлением топлива посредством поршня 7 совместно с усилием упругого элемента 29.

Плавающая втулка 8 поршня 7 и седло 12 выполнены с возможностью их герметичного прилегания по пояску 11 торца 10, 11 и разобщения полости 32 от топливоподводящего канала 2 в поднятом до упора в седло 12 положении втулки (фиг.2). Прилегающий поясок 11 торца 10, 11 к седлу 12 является запорным и может быть выполнен плоским, коническим или образован выпуклой образующей. В варианте прилегающий поясок 11 может быть выполнен диаметром (средним), немного меньшим, равным и немного большим диаметра поршня для дозированной коррекции (снижения, увеличения) гидравлического усилия на поднятой до седла 12 плавающей втулки 8 (не показано). Связанная замковым 23 и вильчатым 22 элементами с управляющим звеном 18 и выполненная с запорным (уплотнительным) пояском 11, плавающая втулка 8 поршня 7 составляет переключающий клапан 33, который в поднятом до взаимодействия пояска 11 торца 10, 11 с седлом 12 на величину h_к положении запирает полость 32 по входу (разобщает полость 32 от топливоподводящего канала 2). Переключающий ее клапан 33 по пояску 11 торца 10, 11 выполнен с развитым проходным сечением при малом его ходе (подъеме) h_к.

В поднятом до прилегания к седлу 12 положении плавающая втулка поршня 8 (или переключающий клапан 33) ограничивает полость 32, которая вместе с объемом канала высокого давления 14, 15, 16 в данном ее положении составляют управляющую камеру 34, закрытую по входу (пояском 11 торца 10, 11) и открытую посредством открытого при этом сливного клапана 17 в канал низкого давления 21. В поднятом положении переключающего клапана 33 сливной клапан 17 разгружен от усилия упругого элемента 27 поднятым управляющим звеном 18 и при наличии давления топлива в полости камеры 32 он отходит от седла (поднимается), сообщая канал 14, 15, 16 и канал низкого давления 21. Камера 34 при этом разгружается от давления (показано на фиг.2).

Часть 15, 16 сливного канала высокого давления 14, 15, 16 в глухой плавающей втулке 24 на входе выполнена расширенной и образует камеру 15, способствующую более плотному прилеганию упора 9 к плавающей втулке 24 при работе форсунки.

Вильчатый элемент 22 жестко закреплен на управляющем звене 18 и с некоторой свободой самоустановки плавающей втулки 8 скреплен замковым элементом 23 с плавающей втулкой 8 для выравнивания технологических неточностей (соосности ее с управляющим звеном 18).

Управляющее звено 18 частью 35 спарено разделительной поверхностью этой части с корпусом форсунки 1 с возможностью относительного перемещения и спарено частью 36 с глухой плавающей втулкой 24 разделительной поверхностью 26. Части 35 и 36 управляющего звена 18 выполнены одного диаметра, обеспечивая полную гидравлическую уравновешенность управляющего звена 18.

Разделительные поверхности частей 36 и 35 управляющего звена 18 разделяют полость топливоподводящего канала 2 высокого давления от полостей низкого давления 21, 37 с возможностью малого (незначительного) просачивания топлива (дренажа) по зазору сопряжения.

Работает форсунка следующим образом.

При подаче на вход 38 топливоподводящего канала 2 давления топлива от источника постоянного или переменного давления с отключенным электроуправляемым приводом 20, например, электромагнитным, в топливоподводящем канале 2 и открытой в канал 2 гидрозапорной полости 32 (части полости топливоподводящего канала 2) установится давление источника (не показан). Игольчатый клапан 4 с полости 32 становится нагруженным давлением топлива в направлении запирания распылителя 3. При этом сливной клапан 17 запирает открытый по входу 13 в полость топливоподводящего канала 2 в зоне его гидрозапорной полости (камеры) 32 сливной канал высокого давления 14, 15, 16, а переключающий клапан 33/втулка поршня 8 занимает исходное открытое положение. Полость 32 открыта в топливоподводящий канал 2.

Управляющее звено 18, нагруженное упругим элементом 27, удерживает сливной клапан 17 в закрытом положении, и переключающий клапан 33/втулку поршня 8 посредством вильчатого элемента 22 в исходном положении с открытой гидрозапорной полостью 32 (в смещенном на h_к положении) до того временного момента, пока не будет приведен в действие электроуправляемый привод 19, 20 со смещением управляющего звена 18 в положение открытия сливного 17 и смещения до седла 12 (разобщения гидрозапорной полости 32 с топливоподводящим каналом 2) переключающего 33 клапанов.

При приведении в действие электроуправляемого привода 20, 19 управляющее звено 18 становится поднятым вместе с переключающим клапаном 33/втулкой поршня 8, сливной клапан 17 разгружается от усилия упругого элемента 27, давлением топлива переводится в открытое (второе) положение. Переключающий клапан 33 управляющее звено 18 перемещает во второе (закрытое) положение (до взаимодействия клапана/втулки 33/8 с седлом 12). Гидрозапорная полость (камера) 32 при этом становится переключенной на управляющую камеру 34, с которой через открытый сливным клапаном 17 сливной канал 14, 15, 16, находившийся под высоким давлением, сбрасывается давление топлива в сливной канал низкого давления 21, 37. Пониженное давление топлива на игольчатый клапан 4 в полости камеры 34 уменьшит усилие его запирания с полости камеры 34 и высокое давление топлива питающего канала 2 поднимает игольчатый клапан 4, открывая распылитель и осуществляя рабочий цикл впрыска форсункой под высоким давлением топлива. Игольчатый клапан поднимается до упора ступенчатого торца 31 поршня 7 в упор 9. Продолжительность рабочего цикла впрыска определяет управляющее звено 18 удерживанием обоих клапанов 17 и 33 во втором положении до того временного момента, пока электроуправляемый (показанный на фиг.1 электромагнитный или пъезо-) привод не будет отключен со снятием удерживающего звено 18 усилия, а упругий элемент 27 не возвратит управляющее звено 18 в исходное первое положение с переключением управляющей камеры 34 на гидрозапорную полость (камеру) 32, открытую в топливоподводящий канал 2. В гидрозапорной полости (камере) 32 установится при этом давление топливоподводящего канала 2 и избыточное усилие давления топлива с полости (камеры) 32 на поршень 7 по торцу 30, 31 и усилие упругого элемента 29 на игольчатый клапан 4 возвратят его в исходное положение с посадкой на седло 6 (положение закрытия распылителя), завершив цикл впрыска топлива.

Выполнением переключающего клапана 33/втулки поршня 8 с запирающим пояском 11 диаметром (средним) меньшим, равным или большим диаметра поршня 7 достигают соответственно получения некоторой (выбранной) величины гидравлического усилия, действующего в направлении его открытия (в противоположном усилию упругого элемента 27), которым ускоряют страгивание и открытие этого клапана, полного гидравлического уравновешивания или усиления закрытия. Запирающий поясок 11 выполняют по среднему диаметру немногим меньше диаметра поршня 7, равным или немногим больше.

Наличие развитого проходного сечения переключающего клапана 33 по зазору h_к (при малом ходе h_к) позволяет достигнуть высокого быстродействия срабатывания форсунки (открытия/закрытия) и осуществить при этом гибкое управление процессом ее открытия/закрытия, формируя в широком диапазоне гибкое управление давлением впрыска или скоростью впрыска топлива (скоростью ввода топлива в цилиндр двигателя).

Такое техническое решение снижает также расход топлива на управление форсункой и повышает качество управления впрыском топлива.

Claims (3)

1. Форсунка ДВС с гидрозапорной камерой в клапане, содержащая корпус с топливоподводящим каналом и каналом низкого давления, распылитель с седлом, игольчатый клапан, центрированный в распылителе относительно седла направляющей частью и взаимодействующий с упором, выполненный за одно целое с поршнем, спаренным разделительной поверхностью с плавающей втулкой поршня и размещенным с плавающей втулкой поршня в топливоподводящем канале, гидрозапорную камеру, ограниченную плавающей втулкой поршня между поршнем и упором игольчатого клапана и открытую в топливоподводящий канал, сливной канал, в который встроен сливной клапан с электрическим управлением, и клапан с электрическим приводом для разобщения гидрозапорной камеры с топливоподводящим каналом, отличающаяся тем, что гидрозапорная камера выполнена подключаемой к сливному каналу плавающей втулкой поршня, по торцу открытой в полость топливоподводящего канала и выполненной в виде переключающего клапана/втулки поршня, сливной канал выполнен с открытым в полость топливоподводящего канала входом, размещенным на торце упора игольчатого клапана с возможностью его разобщения с топливоподводящим каналом переключающим клапаном/втулкой поршня, который снабжен связанным с ним управляющим звеном электропривода, размещенным в топливоподводящем канале и сопряженным с корпусом форсунки разделительной поверхностью с разделением топливоподводящего канала от канала низкого давления, и глухой плавающей втулкой, спаренной с управляющим звеном разделительной поверхностью, с которой скреплен упор игольчатого клапана и в которую встроен сливной клапан, взаимодействующий с управляющим звеном, а управляющее звено при этом выполнено гидравлически уравновешенным, в нем соосно размещен сливной канал низкого давления и с ним скреплен вильчатый элемент связи переключающего клапана/втулки поршня с возможностью углового отклонения осей плавающей втулки поршня и управляющего звена для выравнивания технологических неточностей их соосного выполнения.

2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что упор игольчатого клапана шарнирно скреплен с глухой плавающей втулкой, выполненной с расширенным входом сливного канала, образующим между этой глухой плавающей втулкой и седлом переключающего клапана/втулки поршня замкнутую камеру, выполненную в виде части сливного канала.

3. Форсунка по п.1, отличающаяся тем что, переключающий клапан/втулка поршня выполнена с запирающим пояском, средний диаметр которого равен или меньше диаметра поршня.

Images