RU2637299C2

RU2637299C2 - Впрыскивающий клапан

Info

Publication number: RU2637299C2
Application number: RU2013138133A
Authority: RU
Inventors: Клеменс ГРИЗЕР; Оливер БЕРКЕМАЙЕР; Йенс ВОЯН; Ян ЛИНЗЕЛЬ; Кай ХОЕНБЕКЕН
Original assignee: ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2017-12-01
Also published as: CN103590954A; DE102012214522B3; US20140048035A1; RU2013138133A; US9541041B2

Abstract

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен впрыскивающий клапан для впрыска топлива в камеру сгорания ДВС, содержащий седло (13) клапана, клапанный элемент (14) и отверстия (17, 18) для впрыска, образованные в седле (13) клапана и ведущие в камеру (19) сгорания. Впрыскивающий клапан (10) содержит два выступа (20, 21), которые удлинены в направлении камеры (19) сгорания и выступают в камеру (19) сгорания. Каталитическое покрытие (20а, 21а) предусмотрено в области впрыскивающего клапана (10), которая обращена в камеру (19) сгорания, вокруг отверстий (17, 18) для впрыска, а также на выступах (20, 21). Технический результат – предотвращение образования отложений на торце впрыскивающего клапана и ускорение активации работы каталитического покрытия. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к впрыскивающему клапану для впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания. В частности, изобретение относится к впрыскивающему клапану, который предоставляет возможность улучшенного устранения (например, топливных) отложений в области впрыска наконечника клапана, выступающего в камеру сгорания, и, следовательно, также более благоприятные характеристики выбросов двигателя внутреннего сгорания посредством более эффективного использования существующих каталитических покрытий.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В случае непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания возникает проблема в том, что осаждения в виде топливных отложений или частиц сажи возникают в области наконечника впрыскивающего клапана, выступающего в камеру сгорания, и таковые могут иметь отрицательное воздействие, с одной стороны, на характеристики выбросов двигателя внутреннего сгорания, а также, с другой стороны, на рабочие параметры впрыскивающего клапана.

Для преодоления этой проблемы, например, DE 19951014 A1 раскрывает применение покрытий на торце камеры сгорания впрыскивающего клапана, упомянутые покрытия используются для каталитической нейтрализации или сжигания нежелательных отложений.

Даже когда такие каталитические покрытия используются на торце камеры сгорания впрыскивающего клапана, однако, есть дополнительная проблема во время его работы, что температуры, которые возникают в области каталитических покрытий во время нормальной работы двигателя, часто недостаточны для обеспечения эффективного развития требуемых каталитических реакций и, в частности, зачастую не достигается «температура розжига» каталитически активного слоя. Как следствие, может оказываться, что используемое специальное каталитическое покрытие не достигает намеченного эффекта и, как результат, ухудшение работы клапана, а также повышенные выбросы из двигателя внутреннего сгорания могут происходить по причине остаточных отложений топлива и частиц сажи.

При условии вышеприведенной исходной ситуации, задача настоящего изобретения заключается в предложении впрыскивающего клапана для впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, который предоставляет возможность улучшенного устранения нежелательных отложений на участке торца камеры сгорания впрыскивающего клапана и, следовательно, улучшения режимов работы впрыскивающего клапана и характеристик выбросов двигателя внутреннего сгорания при работе двигателя внутреннего сгорания.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эта задача решается в соответствии с признаками независимых пунктов формулы изобретения.

Согласно первому подходу к изобретению, впрыскивающий клапан согласно изобретению для впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания содержит седло клапана и клапанный элемент, причем по меньшей мере одно отверстие для впрыска, образованное в седле клапана и ведущее в камеру сгорания, может открываться или закрываться посредством хода клапанного элемента, и каталитическое покрытие предусмотрено в области впрыскивающего клапана, которая обращена в камеру сгорания, при этом впрыскивающий клапан содержит по меньшей мере один выступ, который удлинен в направлении камеры сгорания и выступает в камеру сгорания.

В этом случае, выступ может иметь осевую протяженность, в частности, относительно продольной оси впрыскивающего клапана, которая имеет значение по меньшей мере 50%, в частности по меньшей мере 75%, протяженности упомянутого выступа в направлении, перпендикулярном продольной оси впрыскивающего клапана.

Согласно одному из вариантов осуществления, впрыскивающий клапан содержит по меньшей мере два выступа, выступающих в камеру сгорания.

Согласно еще одному подходу, впрыскивающий клапан согласно изобретению для впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания содержит седло клапана и клапанный элемент, причем по меньшей мере одно отверстие для впрыска, образованное в седле клапана и ведущее в камеру сгорания может открываться или закрываться посредством хода клапанного элемента, и каталитическое покрытие предусмотрено в области впрыскивающего клапана, которая обращена в камеру сгорания, при этом впрыскивающий клапан содержит по меньшей мере два выступа, выступающих в камеру сгорания.

В обоих подходах, приведенных выше, изобретение, в частности, основано на концепции выполнения того участка впрыскивающего клапана, который обращен в камеру сгорания, таким образом, в показателях его формы и геометрии, что посредством обеспечения большей поверхности на участке, сопредельном с камерой сгорания, происходит повышенное поглощение тепловой энергии из камеры сгорания и, следовательно, повышенная подача тепла в область каталитического покрытия, с тем результатом, что температурные диапазоны, в пределах которых происходят каталитические процессы, требуемые для удаления нежелательных отложений, достигаются быстрее и/или чаще. В частности, повышенное поглощение тепловой энергии из камеры сгорания обладает эффектом, что температура розжига каталитического покрытия превышается быстрее и чаще.

Согласно одному из вариантов осуществления, впрыскивающий клапан содержит первый выступ, который расположен радиально внутри относительно продольной оси впрыскивающего клапана, и второй выступ, который расположен радиально снаружи относительно продольной оси впрыскивающего клапана. В частности, первый выступ может иметь по существу коническую геометрию, которая сходит на конус в направлении камеры сгорания. Второй выступ может быть выполнен в виде окружающего буртика, в частности, относительно продольной оси впрыскивающего клапана.

Согласно одному из вариантов осуществления, впрыскивающий клапан содержит множество отверстий для впрыска, которые расположены наклонно к продольной оси впрыскивающего клапана. В этом случае, отверстия для впрыска могут быть расположены между первым выступом и вторым выступом, в частности, в радиальном направлении. Выступ(ы), предусмотренный согласно изобретению на впрыскивающем клапане, выполнен, в терминах его позиционирования и геометрии, таким образом, что нет ухудшения впрыска топлива через отверстия для впрыска, ведущие в камеру сгорания.

Согласно одному из вариантов осуществления, по меньшей мере один выступ образован на седле клапана.

Согласно одному из вариантов осуществления, каталитическое покрытие образовано по меньшей мере на одном из выступов.

Согласно изобретению, каталитическое покрытие, в частности, должно быть образовано вокруг отверстий для впрыска, чтобы уменьшать отложения в этой области, а также вероятность, или чтобы полностью их избегать. Выступы служат, чтобы проводить большее количество тепла на поверхность и, таким образом, запускать каталитический процесс. Однако выступы, к тому же, также должны быть как можно свободнее от отложений, а потому, подобным образом, должны быть покрыты каталитическим покрытием.

Согласно одному из вариантов осуществления, клапанный элемент содержит иглу клапана и шар клапана, расположенный на одном конце иглы клапана.

Дополнительные варианты осуществления изобретения могут быть найдены в описании и в зависимых пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение подробнее пояснено ниже посредством иллюстративного варианта осуществления, описанного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 показывает схематичную иллюстрацию, предназначенную для разъяснения иллюстративной конструкции впрыскивающего клапана согласно одному из вариантов осуществления изобретения; и

фиг.2 показывает схематичную иллюстрацию, предназначенную для разъяснения конструкции впрыскивающего клапана согласно предшествующему уровню техники.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Типичная конструкция впрыскивающего клапана 1 согласно предшествующему уровню техники, прежде всего, пояснена ниже со ссылкой на фиг.2.

Согласно фиг.2, этот впрыскивающий клапан 1 содержит седло 3 клапана, которое зафиксировано в корпусе 2 клапана (например, сваркой), и клапанный элемент 4, который образован иглой 5 клапана, которая продолжается вдоль продольной оси «A» впрыскивающего клапана 1 и выполнена с возможностью осуществления хода вдоль упомянутой продольной оси A, и шаром 6 клапана, расположенным на концевом участке упомянутой иглы 5 клапана. Посредством хода клапанного элемента 4 и связанного шара 6 клапана отверстия 7, 8 для впрыска, образованные внутри седла 3 клапана и ведущие в камеру 9 сгорания, могут открываться или закрываться, при этом когда отверстия 7, 8 для впрыска открываются, топливо или распыленный туман, содержащий в себе топливо, поступает в камеру 9 сгорания из жидкостного пространства, расположенного между седлом 3 клапана и клапанным элементом 4, под подходящими углами в соответствии с ориентацией отверстий 7, 8 для впрыска.

Согласно фиг.2, участки поверхности, на которых седло 3 клапана находится в контакте с камерой 9 сгорания, обозначены «3a» и «3b». По меньшей мере в частичной области этих участков 3a, 3b поверхности предусмотрено каталитическое покрытие, как уже пояснено в начале, посредством которого каталитическая нейтрализация нежелательных отложений (в частности, топлива или сажи) достигается, если температура достаточно высока (в частности, выше температуры розжига). Пригодные материалы для каталитических покрытий этой разновидности известны специалистам в данной области техники, например, из DE 19951014 A1, и, например, могут содержать в себе кобальт (Co), никель (Ni), оксиды кобальта или никелевые сплавы, или даже благородные металлы (например, Ru, Rh, Pd, Os, Ir или Pt).

Фиг.1 показывает схематичную иллюстрацию, предназначенную для разъяснения конструкции впрыскивающего клапана 10 согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, которая предоставляет возможность более эффективного использования каталитического покрытия, описанного выше. Здесь, компоненты, которые подобны или по существу работают идентичным образом, как таковые на фиг.2, обозначены соответствующими номерами, увеличенными на 10.

Согласно фиг.1, впрыскивающий клапан 10 согласно изобретению отличается от традиционного впрыскивающего клапана 1 по фиг.2 по той причине, что седло 13 клапана содержит два выступа 20, 21 (или выпуклости), выступающих в камеру 19 сгорания (благодаря использованию добавочного материала в его области, сопредельной с камерой 19 сгорания). Более того, каталитические покрытия 20a, 21a предусмотрены на поверхностях упомянутых выступов 20, 21 в иллюстративном варианте осуществления на фиг.1.

В показанном иллюстративном варианте осуществления (хотя изобретение не ограничено этим), впрыскивающий клапан 10, в частности, содержит первый выступ 20, который расположен радиально внутри относительно его продольной оси (обозначенной «A»), и второй выступ 21, который расположен радиально снаружи относительно продольной оси A впрыскивающего клапана 10. В этом случае, первый выступ 20 содержит по существу коническую геометрию или выполнен в форме усеченного конуса, которая сходит на конус в направлении середины камеры сгорания, тогда как второй выступ 21 выполнен в виде окружающего буртика относительно продольной оси A впрыскивающего клапана 10.

Как подобным образом может быть видно из фиг.1, отверстия 17, 18 для впрыска расположены между первым выступом 20 и вторым выступом 21 в радиальном направлении - относительно продольной оси A впрыскивающего клапана 10. Выбранная геометрия гарантирует, что выступы 20, 21 не приводят к ухудшению или ограничению распыленного тумана, поступающего в камеру 19 сгорания через отверстия 17, 18 для впрыска. Однако изобретение не ограничено специфичной компоновкой отверстий 17, 18 для впрыска и, в частности, также можно предусматривать большее количество отверстий для впрыска или даже только одно отверстие для впрыска.

Хотя каталитическое покрытие 20a, 21a образовано непосредственно на выступах 20, 21 в показанном иллюстративном варианте осуществления, изобретение не ограничено этим. В дополнительных вариантах осуществления, каталитическое покрытие также может быть предусмотрено частично или полностью на областях поверхности, которые не выступают, на той стороне впрыскивающего клапана 10 и седла 13 клапана, которая обращена в камеру 19 сгорания, поскольку в таких компоновках тепловая энергия, поглощаемая из камеры 19 сгорания выступами, тоже проводится через материал впрыскивающего клапана 10 и седла 13 клапана по направлению в области соответствующего каталитического покрытия и может подобным образом вносить вклад в увеличение его эффективности.

Изобретение не ограничено специфичной геометрией, показанной на фиг.1, впрыскивающего клапана 10 в особенности в области, пограничной с камерой 19 сгорания. Таким образом, настоящее изобретение также должно пониматься включающим в себя дополнительные варианты осуществления, в которых по меньшей мере один выступ предусмотрен таким образом, что повышенное поглощение тепловой энергии из камеры сгорания и, следовательно, более быстрое и/или более частое превышение температуры розжига каталитического покрытия достигаются при работе двигателя внутреннего сгорания.

Claims

1. Впрыскивающий клапан для впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащий седло (13) и клапанный элемент (14), причем по меньшей мере одно отверстие (17, 18) для впрыска, образованное в седле (13) клапана и ведущее в камеру (19) сгорания, может открываться или закрываться посредством хода клапанного элемента (14), а каталитическое покрытие (20а, 21а) предусмотрено в области впрыскивающего клапана (10), которая обращена в камеру (19) сгорания, при этом каталитическое покрытие (20а, 21а) образовано вокруг отверстий (17, 18) для впрыска, и впрыскивающий клапан (10) содержит два выступа (20, 21), которые удлинены в направлении камеры (19) сгорания и выступают в камеру (19) сгорания, причем относительно продольной оси (А) впрыскивающего клапана (10) выступ (20, 21) содержит осевую протяженность, которая имеет значение по меньшей мере 50% протяженности соответствующего выступа (20, 21) в направлении, перпендикулярном продольной оси (А) впрыскивающего клапана (10), и каталитическое покрытие также образовано на выступах (20, 21).

2. Клапан по п. 1, в котором относительно продольной оси (А) впрыскивающего клапана (10) выступ (20, 21) содержит осевую протяженность, которая имеет значение по меньшей мере 75% протяженности соответствующего выступа (20, 21) в направлении, перпендикулярном продольной оси (А) впрыскивающего клапана (10).

3. Клапан по п. 1, содержащий первый выступ (20), который расположен радиально внутри относительно продольной оси (А) впрыскивающего клапана (10), и второй выступ (21), который расположен радиально снаружи относительно продольной оси (А) впрыскивающего клапана (10).

4. Клапан по п. 3, в котором первый выступ (20) имеет по существу коническую геометрию, которая сходит на конус в направлении камеры (19) сгорания.

5. Клапан по п. 3, в котором второй выступ (21) выполнен в виде окружающего буртика относительно продольной оси (А) впрыскивающего клапана (10).

6. Клапан по любому из пп. 1-5, содержащий множество отверстий (17, 18) для впрыска, которые расположены наклонно к продольной оси (А) впрыскивающего клапана (10).

7. Клапан по п. 6, в котором отверстия (17, 18) для впрыска расположены между первым выступом (20) и вторым выступом (21) в радиальном направлении.

8. Клапан по любому из пп. 1-5, в котором по меньшей мере один выступ (20, 21) образован на седле (13) клапана.

9. Клапан по любому из пп. 1-5, в котором клапанный элемент (14) содержит иглу (15) клапана и шар (16) клапана, расположенный на конце иглы (15) клапана.