Клапан впрыска топлива и устройство для впрыска топлива - RU2607568C2

Чертежи

Описание

Данное изобретение относится к клапану впрыска топлива для периодического впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания согласно пункту 1 формулы изобретения, а также к устройству для периодического впрыска топлива в несколько камер сгорания двигателя внутреннего сгорания согласно пункту 13 формулы изобретения.

Клапан впрыска топлива известен из документа WO 2009/033304 А1. Он имеет задающий продольную ось и ограничивающий пространство высокого давления корпус, на одном конце которого установлено соединенное с пространством высокого давления распылительное тело. Образующее корпус клапана тело выполнено в своей противоположной распылительному телу концевой зоне с утолщением в виде головки и имеет два лежащих диаметрально противоположно друг другу относительно продольной оси подключения высокого давления (см. фиг. 8). Проходящее в направлении продольной оси отверстие закрыто с помощью уплотнительной заглушки, которая имеет окружную соединительную канавку, входящее в зону ее дна радиальное отверстие, а также лежащее на продольной оси глухое отверстие. Через соединительную канавку соединены друг с другом оба подключения высокого давления и через радиальное отверстие, а также глухое отверстие подключения высокого давления соединены с пространством высокого давления.

Подобного рода выполнение клапана впрыска топлива позволяет соединять друг с другом ряд подобных клапанов впрыска топлива с помощью соединительных топливопроводов высокого давления и соединять первый из ряда клапанов впрыска топлива через питающий топливопровод высокого давления с подающим насосом высокого давления. Такое устройство для периодического впрыска топлива в камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания имеет то преимущество, что можно отказаться от объемистых и дорогих так называемых общих топливных магистралей (common rails) и несмотря на это при компактной конструкции обеспечивать надежную работу клапанов впрыска топлива. Возможность реализации этого особенно простым образом указана в документах WO 2007/009279 А1 и WO 2009/033304 А1.

В документе WO 2011/085058 А1 раскрыто устройство для впрыска топлива, которое имеет вход высокого давления, первый клапан впрыска топлива и по меньшей мере один другой клапан впрыска топлива. При этом через вход высокого давления обеспечивается возможность подачи топлива по меньшей мере опосредованно в топливное пространство первого клапана впрыска топлива, при этом второй клапан впрыска топлива соединен через трубопровод с первым клапаном впрыска топлива и при этом с помощью трубопроводов обеспечивается возможность направления топлива из топливного пространства первого клапана впрыска топлива в топливное пространство другого клапана впрыска топлива. Для демпфирования импульсов давления топливные пространства клапанов впрыска топлива вмещают общий объем топлива, который содержит частичный объем впрыска топлива и по меньшей мере дополнительный частичный объем для обеспечения возможности демпфирования. Кроме того, в трубопроводы или подключения высокого давления клапанов впрыска топлива встроены дроссели.

Задачей данного изобретения является создание клапана впрыска топлива для периодического впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания и устройства для периодического впрыска топлива в несколько камер сгорания двигателя внутреннего сгорания так, что топливопроводы высокого давления выполнены особенно простым образом и могут быть присоединены к клапану впрыска топлива, соответственно, к клапанам впрыска топлива.

Эта задача решена с помощью клапана впрыска топлива, который имеет признаки пункта 1 формулы изобретения, и устройства, которое имеет признаки пункта 13 формулы изобретения.

Клапан впрыска топлива согласно изобретению для периодического впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания имеет предпочтительно удлиненный и предпочтительно имеющий по меньшей мере приблизительно цилиндрическую форму корпус клапана, который задает продольную ось и в котором расположено имеющее отдельную накопительную камеру пространство высокого давления. Это пространство высокого давления проходит внутрь распылительного тела, которое расположено на одном продольном конце корпуса клапана и опирается на него. В противоположной распылительному телу концевой зоне корпуса клапана он имеет соединительную часть с двумя подключениями высокого давления. Они задают соответствующую соединительную ось и соединены с возможностью прохождения потока без дросселей друг с другом, а также с пространством высокого давления.

Согласно изобретению два подключения высокого давления расположены в одной общей соединительной поверхности соединительной части, при этом они одинаково направлены и их соединительные оси проходят параллельно друг другу.

Другими словами, предусмотрена возможность присоединения к двум подключениям высокого давления топливопроводов высокого давления с одной и той же стороны.

Предпочтительно имеется соединительный трубопровод, который образован в корпусе клапана и соединяет подключения высокого давления друг с другом и с пространством высокого давления. Первый участок соединительного трубопровода ведет от первого подключения высокого давления к пространству высокого давления. Второй соединительный трубопровод ответвляется от первого участка и соединяет его со вторым подключением высокого давления. За счет этого подключения высокого давления соединены друг с другом через трубопровод, а не через пространство высокого давления.

В одном предпочтительном варианте выполнения соединительная поверхность является соединительной плоскостью. Это обеспечивает возможность особенно простого выполнения.

Особенно предпочтительно эта соединительная плоскость проходит под прямым углом к продольной оси клапана впрыска топлива. За счет этого подключения высокого давления находятся в установленном состоянии на обращенной от головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания и тем самым свободно доступной стороне клапана впрыска топлива. Особенно предпочтительно соединительная плоскость образует торцевую сторону корпуса клапана.

В другом предпочтительном варианте выполнения продольная ось и соединительная ось лежат в одной общей плоскости, при этом особенно предпочтительно продольная ось и соединительные оси находятся на одной прямой линии друг с другом.

Особенно простое выполнение как клапана впрыска топлива, так и топливопроводов высокого давления обеспечивается, когда подключения высокого давления выполнены идентичными.

Подключения высокого давления обычно имеют концентрично соединительной оси предпочтительно конически сужающуюся внутрь корпуса уплотнительную поверхность высокого давления для топливопроводов высокого давления.

В некоторых областях применения клапанов впрыска топлива согласно изобретению, в частности, когда они используются в судовых двигателях, может быть необходимым выполнение контролирования утечки. Для этой цели подключения высокого давления имеют в радиальном направлении снаружи уплотнительных поверхностей высокого давления отверстия для контролирования утечки, которые соединены друг с другом с возможностью прохождения потока в соединительной части. В этих случаях топливопроводы высокого давления выполнены с двойными стенками, при этом внутренняя трубка служит для направления находящегося под высоким давлением топлива, а боковое пространство между внутренней трубкой и наружной трубкой служит для контролирования утечки. В этом случае боковое пространство в смонтированном состоянии соединено с отверстием для контролирования утечки и внутренняя трубка в этом случае прилегает своей уплотнительной поверхностью с уплотнением к уплотнительной поверхности высокого давления.

В одном предпочтительном варианте выполнения клапана впрыска топлива распылительное тело имеет седло клапана впрыска, которое соединено по потоку с пространством высокого давления. Проходящие через распылительное тело распылительные отверстия находятся известным образом в зоне седла клапана впрыска или центрально относительно него в вершине сопла. С седлом клапана впрыска взаимодействует выполненное, в частности, в виде иглы звено клапана впрыска, которое расположено в корпусе клапана с возможностью перестановки в направлении продольной оси. Пружина сжатия опирается на звено клапана впрыска и нагружает его направленной противоположно седлу клапана впрыска силой закрывания. С другой стороны пружина сжатия опирается на направляющую втулку и прижимает ее с уплотнением (герметично) к промежуточной пластине. Направляющая втулка вместе с направляемым в направляющей втулке, выполненным на звене клапана впрыска управляющим поршнем отделяет управляющее пространство от пространства высокого давления. Управляющее устройство для управления осевым перемещением звена клапана впрыска за счет изменения давления в управляющем пространстве имеет промежуточный клапан, звено которого в открытом положении освобождает соединенный с пространством высокого давления проход высокого давления в управляющее пространство, а в закрытом положении отделяет управляющее пространство от прохода высокого давления. Кроме того, предпочтительно выполненное с грибообразной формой звено промежуточного клапана длительно отделяет управляющее пространство от клапанного пространства, при этом управляющее пространство и клапанное пространство длительно соединены друг с другом лишь через дроссельный проход. С помощью управляемой электрически исполнительной системы приводится в действие пилотный клапан, который соединяет клапанное пространство с возвратом топлива низкого давления, соответственно, отделяет от него.

Управляющее устройство предпочтительно выполнено в соответствии с раскрытием в документе WO 2007/098621 А1.

Исполнительная система предпочтительно выполнена, как это известно из документа WO 2008/046238 А2.

Соответствующее раскрытие в этих публикациях включается в данное описание в виде ссылки.

В другом предпочтительном варианте выполнения пространство высокого давления имеет отдельную накопительную камеру. Она позволяет удерживать в пределах падение давления в процессах впрыска.

Кроме того, предпочтительно предусмотрено дроссельное устройство, которое допускает по меньшей мере приблизительно беспрепятственное прохождение потока топлива от подключений в накопительную камеру и дросселирует в противоположном направлении. Это обеспечивает возможность подачи в каждый клапан впрыска топлива во время его процесса впрыска находящегося под высоким давлением топлива как из отдельных накопительных камер других клапанов впрыска топлива, так и из транспортирующего устройства высокого давления (подающего насоса высокого давления). В этом отношении делается ссылка на документ WO 2007/009279 А1, из которого известно выполнение и принцип действия, а также размеры таких клапанов впрыска топлива и отельных накопительных камер (а также их взаимодействие с топливопроводами высокого давления). Полное содержание этого раскрытия включается в данное описание.

Дроссельное устройство предпочтительно выполнено в виде обратного клапана, звено которого снабжено дроссельным отверстием.

В другом предпочтительном варианте выполнения соединительная часть имеет соединительное тело или образовано с помощью его. На соединительном теле образованы подключения высокого давления и соединительный трубопровод, при этом соединительный трубопровод соединяет друг с другом подключения высокого давления без дросселирования и с отдельной накопительной камерой, которая образована в прилегающем к соединительному телу накопительном теле корпуса клапана. Кроме того, предпочтительно на соединительном теле расположено подключение для возврата топлива низкого давления, которое соединено со стоком топлива низкого давления, а также электрическое подключение, которое через электрический соединительный провод соединено с исполнительной системой. Кроме того, к накопительному телу предпочтительно прилегает промежуточное тело, в котором расположена исполнительная система. Дополнительно к этому к промежуточному телу предпочтительно прилегает клапанное тело корпуса клапана, которое на обращенной от промежуточного тела стороне несет распылительное тело. В корпусе клапана расположено звено клапана впрыска и управляющее устройство.

Эти тела предпочтительно прилегают последовательно друг к другу в направлении продольной оси и предпочтительно скреплены друг с другом с помощью накидных гаек.

Предпочтительно указанные тела имеют по меньшей мере приблизительно круглый цилиндрический наружный контур, при этом они могут (ступенчато) уменьшаться в диаметре от промежуточного тела к распылительному телу.

Предпочтительно корпус клапана, в частности соединительное тело, имеет по меньшей мере один крепежный фланец, который выступает наружу в радиальном направлении. В частности, предусмотрены два лежащих диаметрально противоположно крепежных фланца. Предпочтительно крепежный фланец, соответственно крепежные фланцы снабжены сквозным отверстием. Для крепления клапана впрыска топлива на головке цилиндров двигателя внутреннего сгорания через сквозное отверстие проходит стяжной винт, который в этом случае опирается своей головкой на соответствующий крепежный фланец, а на другой стороне ввинчивается в головку цилиндров.

Особенно предпочтительно крепежный фланец, соответственно крепежные фланцы находятся в направлении продольной оси между соединительной частью и распылительным телом, в частности на проходящем в направлении продольной оси плече соединительного тела.

Устройство согласно изобретению для периодического впрыска топлива в несколько камер сгорания двигателя внутреннего сгорания имеет для каждой камеры сгорания клапан впрыска топлива согласно изобретению. Клапаны впрыска топлива выполнены конструктивно одинаково. На первом из обоих подключений высокого давления первого из этих клапанов впрыска топлива присоединен первый топливопровод высокого давления, т.е. подающий топливо трубопровод высокого давления, который соединен с другой стороны для подачи в клапаны впрыска топлива находящегося под высоким давлением топлива с подающим насосом высокого давления. Ко второму из обоих подключений высокого давления этого первого клапана впрыска топлива присоединен второй топливопровод высокого давления, который на другой стороне соединен с первым подключением высокого давления из обоих подключений высокого давления следующего клапана впрыска топлива. Этот второй топливопровод высокого давления образует соединительный топливопровод высокого давления. Клапаны впрыска топлива соединены друг с другом без дросселирования и предпочтительно также без дросселирования соединены с возможностью прохождения потока с подающим насосом высокого давления.

Если имеются лишь два клапана впрыска топлива, то второе подключение высокого давления второго клапана впрыска топлива закрыто с помощью заглушки.

Однако если имеется по меньшей мере один другой клапан впрыска топлива, то ко второму подключению высокого давления второго клапана впрыска топлива присоединен другой второй топливопровод высокого давления, который, в свою очередь, своим другим концом соединен с первым подключением высокого давления следующего клапана впрыска топлива. Таким образом, можно без дросселирования снабжать топливом несколько клапанов впрыска топлива через топливопроводы высокого давления, при этом в последнем из ряда клапанов впрыска топлива второе подключение высокого давления закрыто с помощью заглушки.

В таком устройстве, с одной стороны, все клапаны впрыска топлива могут быть выполнены конструктивно одинаково и обеспечивается возможность подачи без дросселирования находящегося под высоким давление топлива. Можно отказаться от большого накопительного пространства, которое известно как общая топливная магистраль (common rail). Для этого каждый клапан впрыска топлива предпочтительно имеет отдельную накопительную камеру и дроссельное устройство, описание которых приведено выше. Принцип действия, возможности выполнения и размеры раскрыты в документе WO 2007/009279 А1 для обеспечения при всех рабочих условиях оптимальных процессов впрыска.

В одном предпочтительном варианте выполнения второй топливопровод высокого давления, соответственно вторые топливопроводы высокого давления снабжены лежащей в одной плоскости кривизной, т.е. средняя линия второго топливопровода высокого давления лежит в плоскости. Такие топливопроводы высокого давления можно изготавливать простым образом, и это обеспечивается тем, что выполненные конструктивно одинаково клапаны впрыска топлива расположены параллельно друг другу и их подключения высокого давления лежат на общей соединительной поверхности, предпочтительно в соединительной плоскости.

В одном особенно предпочтительном варианте выполнения все вторые топливопроводы высокого давления, т.е. их средние линии, лежат в одной единственной плоскости, и особенно предпочтительно продольные оси клапанов впрыска топлива и их соединительные оси лежат в той же единственной плоскости, что и вторые топливопроводы высокого давления. Если клапаны впрыска топлива расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, то все вторые топливопроводы высокого давления могут быть выполнены конструктивно одинаково.

Ниже приводится более подробное пояснение данного изобретения на основании примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых чисто схематично изображено:

фиг. 1 - клапан впрыска топлива согласно изобретению;

фиг. 2 - разрез клапана впрыска топлива согласно фиг. 1 по линии II-II на фиг. 1;

фиг. 3 - первый участок клапана впрыска топлива согласно фиг. 2, но в увеличенном масштабе;

фиг. 4 - второй участок клапана впрыска топлива согласно фиг. 2, но в увеличенном масштабе;

фиг. 5 - общая для двух камер сгорания двигателя внутреннего сгорания головка цилиндров, в которой смонтирован для каждой камеры сгорания соответствующий показанный на фиг. 1-4 клапан впрыска топлива, а также топливопроводы высокого давления, на виде сверху;

фиг. 6 - клапаны впрыска топлива, а также топливопровод высокого давления согласно фиг. 5 без головки цилиндров;

фиг. 7 - топливопровод высокого давления на виде сверху;

фиг. 8 - разрез по линии VIII-VIII на фиг. 7 показанного там топливопровода высокого давления;

фиг. 9 - соединительный участок показанных на фиг. 5-8 топливопроводов высокого давления; и

фиг. 10 - крепежная втулка для топливопроводов высокого давления в изометрической проекции.

Показанный на чертежах клапан впрыска топлива и показанное устройство с таким клапанами впрыска топлива предусмотрены для системы зажигания для больших поршневых двигателей, которые работают на газе и/или дизельном топливе, называемых также двухтопливными двигателями. Поскольку при этом речь идет о двигателях очень большой мощности, то инжекторы могут иметь большую длину, как показано на фигурах. Клапаны впрыска топлива служат, так сказать, в качестве пилотного клапана для зажигания основного заряда топлива. Однако клапаны впрыска топлива и устройства согласно изобретению можно использовать также в двигателях меньшей мощности для впрыска основного заряда топлива.

Как показано на фиг. 1 и 2, клапан 10 впрыска топлива, согласно изобретению для периодического впрыска находящегося под очень высоким давлением топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания имеет корпус 12 клапана, который задает продольную ось 14 и в котором имеется пространство 16 высокого давления.

Корпус 12 клапана имеет на своем расположенном на стороне впрыска конце распылительное тело 18, которое ограничивает соединенное с пространством 16 высокого давления распылительное пространство.

В противоположной распылительному телу 18 в направлении продольной оси 14 концевой зоне корпус 12 клапана имеет соединительную часть 20, которая образует соединительную головку 20' клапана 10 впрыска топлива. В показанном примере выполнения соединительная часть 20 образована соединительным телом 20'.

На соединительной части 20, соответственно соединительной головке 20' образованы два одинаково выполненных подключения 22, 24 высокого давления, которые задают соответствующую соединительную ось 22', соответственно 24'. Оба подключения 22, 24 высокого давления одинаково направлены, и их соединительные оси 22', 24' проходят параллельно друг другу.

В показанном примере выполнения соединительная ось 22' первого подключения 22 высокого давления находится на одной прямой линии с продольной осью 14; продольная ось 14 и обе соединительные оси 22' и 24' лежат в одной общей плоскости 26, которая совпадает с плоскостью II-II разреза на фиг. 1 и с плоскостью чертежа на фиг. 2.

Оба подключения 22, 24 высокого давления соединены друг с другом без дросселирования и с пространством 16 высокого давления с помощью образованного на соединительной части 20 соединительного трубопровода 28, в частности, в соединительной головке 20'.

Первый участок 28' соединительного трубопровода 28 соединяет первое подключение 22 высокого давления с пространством 16 высокого давления. От этого первого участка 28' ответвляется второй участок 28ʺ соединительного трубопровода 28, который ведет ко второму подключению 24 высокого давления. Соединительный трубопровод не имеет дросселя; подключения 22, 24 выполнены также без дросселей.

Оба подключения 22 и 24 высокого давления образованы в одной, в данном случае образующей соединительную плоскость 30 соединительной поверхности 30', которая при рассматривании в направлении продольной оси 14 образует торцевую сторону корпуса 12 клапана. В показанном примере выполнения соединительная плоскость 30 проходит под прямым углом к продольной оси 14 и тем самым также под прямым углом к соединительным осям 22', 24'.

В показанном примере выполнения образующее соединительную часть 20 соединительное тело 20' выполнено L-образным, при этом проходящее в направлении продольной оси 14 плечо 32 имеет круглое поперечное сечение, а проходящее под прямым углом к нему соединительное плечо 34 выполнено в форме прямоугольного параллелепипеда, оно образует соединительную головку 20'.

На одной торцевой поверхности соединительного плеча 34 расположено подключение 36 низкого давления для возврата топлива, и на проходящей под прямым углом к ней боковой поверхности находится выполненное в виде штекерного разъема электрическое подключение 38.

Из плеча 32 выступают диаметрально противоположно друг другу в радиальном направлении наружу крепежные фланцы 40, сквозные отверстия 40' которых предназначены для прохождения стяжных винтов 40ʺ, с помощью которых клапан впрыска топлива закрепляется на головке 42 цилиндров двигателя 44 внутреннего сгорания (см. фиг. 5).

К обращенной от подключений 22, 24 высокого давления торцевой стороне плеча 32 и тем самым соединительного тела 20' прилегает круглое цилиндрическое накопительное тело 46, которое с помощью первой накидной гайки 48 удерживается с плотным прилеганием. Накопительное тело 46 образует часть корпуса 12 клапана.

К обращенной от соединительного тела 20' торцевой стороне накопительного тела 46 прилегает промежуточное тело 50 корпуса 12 клапана. Его наружный контур имеет круглую цилиндрическую форму.

К обращенной от накопительного тела 46 стороне промежуточного тела 50 прилегает клапанное тело 52. С ним в зацеплении находится вторая накидная гайка 54, которая охватывает промежуточное тело 50 и на другом конце навинчена на наружную резьбу накопительного тела 46. С помощью второй накидной гайки 54 клапанное тело 52 удерживается на промежуточном теле, а промежуточное тело 50 на накопительном теле 46 с обеспечивающим уплотнение прилеганием.

К свободному концу клапанного тела 52 прилегает распылительное тело 18, которое, в свою очередь, с помощью третьей накидной гайки 56 закреплено с уплотнением на клапанном теле 52.

Для полноты следует упомянуть, что средние оси накопительного тела 46, промежуточного тела 50, клапанного тела 52 и распылительного тела 18 лежат на продольной оси 14.

Как показано на фиг. 2 и 3, оба подключения 22, 24 высокого давления образованы с помощью круглых в поперечном сечении выемок 58 в соединительном теле 20' концентрично соответствующим соединительным осям 22', 24'.

Подключения 22, 24 высокого давления, соответственно образующие их выемки 58 имеют примыкающий после фаски к соединительной плоскости 30 круглый цилиндрический первый участок 60. Боковая стенка этого первого участка 60 служит в качестве уплотнительной поверхности 60' низкого давления, как будет пояснено ниже со ссылками на фиг. 7-10.

За первым участком 60 следует в направлении внутрь соединительного тела 20' конически сужающееся плечо, к которому примыкает круглый цилиндрический участок 62. Боковая стенка этого второго участка 62 выполнена в виде внутренней резьбы 62'.

Плоское проходящее под прямым углом к соответствующей соединительной оси 22', 24' дно выемки 58 обозначено позицией 64.

Кроме того, каждый из обоих подключений 22, 24 высокого давления имеет исходящую от дна 64, предпочтительно посередине, конически сужающуюся уплотнительную поверхность 66 высокого давления, ось которой совпадает с соответствующей соединительной осью 22', 24'. От уплотнительной поверхности 66 высокого давления первого подключения 22 высокого давления проходит концентрично соединительной оси 22' и продольной оси 14 продольное отверстие 68 через соединительное тело 20' до его обращенной от присоединений 22, 24 высокого давления торцевой стороны.

От уплотнительной поверхности 66 второго подключения 24 высокого давления проходит в направлении соединительной оси 24' глухое отверстие 70, которое входит в поперечное отверстие 72, которое, в свою очередь, входит в продольное отверстие 68.

Поперечное отверстие 72 проходит под прямым углом к продольной оси 14 и соединительным осям 22', 24', а также в плоскости 26. Оно выполнено от лежащей ближе ко второму подключению 24 высокого давления боковой поверхности 74 соединительного плеча 34 до продольного отверстия 68, при этом оно имеет в граничащей с боковой поверхностью 74 концевой зоне большее поперечное сечение и выполнено со ступенчатым сужением. В лежащем внутри конце этой концевой зоны расположен уплотнительный шарик 76, который с помощью ввинченной в концевую зону и уплотнительной прижимной заглушки 78 удерживается так, что он уплотняет поперечное отверстие 72 относительно высокого давления. Для этой цели поперечное отверстие 72 может иметь примыкающую к концевой зоне конически сужающуюся уплотнительную поверхность, к которой прижимается уплотнительный шарик 76.

Ведущий от подключения 22 высокого давления к пространству 16 высокого давления участок 68' продольного отверстия 68 (соответствующий первому участку 28' трубопровода), глухое отверстие 70 и поперечное отверстие 72 (соответствующее второму участку 28ʺ трубопровода) образуют указанный выше соединительный трубопровод 28.

От проходящего вокруг уплотнительного шарика 76 кольцевого пространства на обращенной от прижимной заглушки 78 стороне проходит параллельно соединительной оси 24' продольное отверстие 80 утечки к дну 64 второго подключения 24 высокого давления, где оно, при рассматривании в радиальном направлении, снаружи соответствующей уплотнительной поверхности 66 высокого давления входит в выемку 58 и образует там отверстие для контролирования утечки.

Кроме того, от дна 64 выемок 58 обоих подключений 22, 24 высокого давления от обращенных друг к другу сторон проходят наклонные отверстия 82 утечки, которые входят друг в друга. Для полноты следует упомянуть, что расположенные на стороне подключений высокого давления выходы наклонных отверстий 82 утечки лежат в радиальном направлении снаружи уплотнительных поверхностей 66 высокого давления и также образуют отверстия для контролирования утечки.

Следует отметить, что отверстия утечки, такие как продольное отверстие 80 утечки и наклонное отверстие 82 утечки, не требуются, если не предусмотрено контролирование утечки. Принцип действия контролирования утечки поясняется более подробно ниже в связи с фиг. 7-10. Продольное отверстие 80 утечки в показанном примере выполнения служит для контролирования герметизации соединительного трубопровода 28 с помощью уплотнительного шарика 76.

Накопительное тело 46 имеет выполненное с обращенной в смонтированном состоянии к соединительному телу 20' торцевой стороны глухое отверстие к поперечному сечению соединительного трубопровода большего диаметра. В показанном примере выполнения этот диаметр составляет примерно 1/3 наружного диаметра круглого цилиндрического накопительного тела 46. Глухое отверстие служит для образования отдельной накопительной камеры 84 для находящегося под высоким давлением топлива. От обращенной от соединительного тела 20' торцевой стороны накопительного тела 46 проходит наклонно относительно продольной оси 14 соединительное отверстие 86 к дну накопительной камеры 84.

В обращенном к соединительному телу 20' концевом участке глухое отверстие имеет больший диаметр для образования плеча для опоры клапанного держателя 88 обратного клапана 90. Седло 92 обратного клапана образовано проходящей вокруг выхода соединительного трубопровода 28 частью, обращенной к накопительному телу 46 торцевой стороны соединительного тела 20'. С седлом 92 обратного клапана взаимодействует выполненное в виде пластины тело 94 обратного клапана, которое имеет посредине на продольной оси 14 сквозное дроссельное отверстие 96.

Тело 94 обратного клапана нагружается с помощью выполненной в виде пружины сжатия закрывающей пружины 98, которая на другой стороне опирается на клапанный держатель 88, направленной в положение закрывания обратного клапана 90 закрывающей силой.

Центрально через держатель 88 клапана проходит проход 100 по меньшей мере приблизительно того же диаметра, что и соединительный трубопровод 28. В остальном держатель 88 клапана закрывает накопительную камеру 84 в осевом направлении к соединительному телу 20'.

Обратный клапан 90, который образует дроссельное устройство, пропускает поток топлива высокого давления от подключений 22, 24 высокого давления в накопительную камеру 84 по меньшей мере приблизительно без препятствий и дросселирует поток в противоположном направлении.

Если несколько клапанов 10 впрыска топлива соединены с помощью топливопроводов 164, 164' высокого давления друг с другом и с топливным насосом 166 высокого давления, как показано на фиг. 5 и 6 и поясняется ниже, то дроссельное действие обратного клапана 90 выбирается так, что к каждому клапану 10 впрыска топлива во время процесса впрыска подается топливо высокого давления из накопительных камер 86 других клапанов 10 впрыска топлива, из топливопроводов 164, 164' высокого давления и из нагнетательного устройства 166 высокого давления. Подробное описание этого принципа действия приведено в документе WO 2007/009279 А1, а также в документе WO 2009/033304 А1, содержание которых включается в данное описание в виде ссылки.

Кроме того, на держателе 88 клапана закреплен фильтр 102, в данном случае стаканообразный перфорированный фильтр, который выступает от держателя 88 клапана внутрь накопительной камеры 84 и в который входит проход 100 через держатель 88 клапана. Фильтр 102 и обратный клапан 90 могут быть выполнены различно, предпочтительные варианты выполнения указаны в документе WO 2009/033304 А1.

Фильтр 102 предотвращает прохождение твердых частиц в пространство 16 высокого давления и оказания ими отрицательного влияния на работу клапана 10 впрыска топлива.

Кроме того, через ограничивающую накопительную камеру 84 стенку накопительного тела 46 проходит в продольном направлении канал 104. Соответствующий канал образован также в соединительном теле 20', который с каналом 104 находится соосно и ведет к электрическому подключению 38. От него проходит электрический управляющий провод 106 через канал 104 в соединительном теле 20' и накопительном теле 46 к соединительным контактам 108, которые в смонтированном состоянии выступают в канал 104.

Наконец, накопительное тело 46 имеет открытую к обращенной от соединительного тела 20' и обращенную к торцевой стороне промежуточного тела 50 выемку, в которой расположена пружина 110 сжатия. Она служит для удерживания электрически управляемой исполнительной системы 112 в соответствующей выемке в промежуточном теле 50. Исполнительная система 112 электрически соединена с соединительными контактами 108 и через них и электрический управляющий провод 106 с электрическим подключением 38.

Такие исполнительные системы 112 широко известны и в данном случае выполнены так, как показано на фиг. 5 и подробно пояснено в документе WO 2008/046238 А2. Также различно выполненные исполнительные системы, раскрытые в указанном документе, можно использовать в данном клапане 10 впрыска топлива. Относительно конструкции и принципа действия делается ссылка на документ WO 2008/046238 А.

В показанном на фиг. 2, 3 и 4 примере выполнения исполнительная система 112 расположена в выемке 113 промежуточного тела 50, которая относительно продольной оси 14 расположена со смещением в сторону. Это обеспечивает место для другого соединительного отверстия 86', которое соединено по потоку с соединительным отверстием 86 и проходит параллельно продольной оси 14 через промежуточное тело 50.

Исполнительная система 112 имеет управляющий вал 114, который с помощью исполнительной пружины 116 подпружинен в направлении закрывания пилотного клапана 118 и предназначен для движения с преодолением силы исполнительной пружины 116 с помощью электромагнита 120 в направлении открывания пилотного клапана 118. Электромагнит 120 управляется управляющим устройством, которое подает управляющие сигналы в электрическое подключение 38.

От дна выемки 113 для исполнительной системы промежуточного тела 50 проходит через него проход, в котором размещено с возможностью движения в осевом направлении звено 122 пилотного клапана. Оно приводится в действие с помощью управляющего вала 114.

Из зоны дна выемки 113 для исполнительной системы проходит через промежуточное тело 50, затем накопительное тело 46 и соединительное тело 20' к подключению 36 возврата топлива низкого давления изображенный штриховыми линиями возврат 123 топлива низкого давления. Таким образом, вытекающее при открытом пилотном клапане 118 топливо направляется в резервуар для сбора возвратного топлива, как это широко известно.

Как показано, в частности, на фиг. 4, клапанное тело 52 имеет круглую в поперечном сечении, с несколькими ступеньками, сквозную в осевом направлении и концентричную ему выемку 124 для клапанного тела, в которой размещено с возможностью сдвига в осевом направлении имеющее форму иглы звено 126 клапана впрыска, а также гидравлическое устройство 128 для управления движением звена 126 клапана впрыска известным образом.

Звено 126 клапана впрыска выступает в стаканообразное распылительное тело 18 и взаимодействует там известным образом с седлом 130 клапана впрыска с целью соединения сквозных распылительных отверстий 132 с пространством 16 высокого давления, соответственно для отделения от него. Для полноты следует отметить, что между звеном 126 клапана впрыска и клапанным телом 52, а также распылительным телом 18 имеется щель с целью обеспечения возможности протекания находящегося под высоким давлением топлива без потерь к седлу 130 клапана впрыска и распылительным отверстиям 132.

Пружина 134 сжатия опирается на одной стороне известным образом на звено 126 клапана впрыска и нагружает его направленной в направлении седла 130 клапана впрыска закрывающей силой. На другой стороне пружина 134 сжатия опирается на направляющую втулку 136, которая за счет этого прижимается с уплотнением к промежуточной пластине 138.

В расположенной на этой стороне концевой зоне звено клапана впрыска выполнено в виде управляющего поршня 140, который проходит в направляющей втулке 136 с плотной скользящей посадкой. Управляющий поршень вместе с направляющей втулкой отделяют управляющее пространство 142 от пространства 16 высокого давления.

В показанном примере выполнения иглообразное звено 122 клапана впрыска направляется, с одной стороны, в направляющей втулке 136 и, с другой стороны, с помощью радиально выступающих направляющих ребер в распылительном теле 18.

Для управления движением звена 126 клапана впрыска в осевом направлении изменяют с помощью гидравлического управляющего устройства 128 давление в управляющем пространстве 142.

Управляющее устройство 128 имеет промежуточный клапан 145 со звеном 146 промежуточного клапана, которое в положении открывания освобождает выполненный на промежуточной пластине 138 проход 148 высокого давления, который ведет из пространства 16 высокого давления в управляющее пространство 142, и закрывает в положении закрывания с целью отделения управляющего пространства 142 от пространства 16 высокого давления.

Кроме того, звено 146 промежуточного клапана постоянно отделяет управляющее пространство 142 от клапанного пространства 150 за исключением дроссельного прохода 152, через которое управляющее пространство 142 постоянно соединено с клапанным пространством 150 через небольшое проточное поперечное сечение.

В показанном примере выполнения звено 146 промежуточного клапана выполнено в форме гриба, при этом ножка направляется со скользящей посадкой в проходе промежуточной пластины 138, а расположенная в управляющем пространстве 142 шляпка гриба в положении закрывания прилегает к промежуточной пластине 138 с целью закрывания расположенного в этой зоне выхода прохода 148 высокого давления. Если шляпка гриба поднята с промежуточной пластины, то топливо может втекать между ней и направляющей втулкой 136 в управляющее пространство 142.

На обращенной от управляющего пространства 142 стороне промежуточная пластина 138 прилегает с уплотнением к другой промежуточной пластине 154, которая с помощью штифта 156 позиционирования удерживается в предварительно заданном положении поворота в корпусе 12 клапана и которая вместе с промежуточной пластиной 138 и звеном 146 промежуточного клапана, соответственно ножкой гриба ограничивает клапанное пространство 150.

На одной прямой линии с осью исполнительной системы 112 другая промежуточная пластина 154 имеет выпускной проход 158, который образован от клапанного пространства 150 в направлении исполнительной системы 112 со ступенчатым сужением.

Выпускной проход 158 предназначен для закрывания с помощью управляемого исполнительной системой 112 звена 122 пилотного клапана, соответственно открывания к возврату 123 топлива низкого давления. Другая промежуточная пластина 154 образует с проходящей вокруг выхода выпускного прохода 158 кольцевой зоной седло пилотного клапана 118, взаимодействующее со звеном 122 пилотного клапана.

Подробное описание конструкции и принципа действия клапанов 10 впрыска топлива с таким управляющим устройством 128, с пилотным клапаном 118 и исполнительной системой 112 приведено в документах WO 2007/098621 А и WO 2008/046238 А. Раскрытые в этих документах варианты выполнения можно также использовать в клапане 10 впрыска топлива согласно изобретению.

На фиг. 5 показана часть устройства для периодического впрыска топлива в несколько камер сгорания двигателя 44 внутреннего сгорания. От него на фиг. 5 показана лишь соответствующая двум камерам сгорания головка 42 цилиндров. Как известно, головка 42 цилиндров имеет для каждой камеры сгорания один проход для размещения клапана впрыска топлива, в который вставляется соответствующий клапан 10 впрыска топлива, такой, как показан на фиг. 1-4, описание которого приведено выше.

С помощью натяжных винтов 40ʺ клапаны 10 впрыска топлива закреплены на головке 42 цилиндров.

Своей соединительной частью 20, соответственно соединительным телом 20' клапаны 10 впрыска топлива выступают над головкой 42 цилиндров, и подключения 22, 24 высокого давления находятся на обращенной от головки 42 цилиндров соединительной плоскости 30 и тем самым свободно доступны.

Первый топливопровод 164 высокого давления образует подающий топливо трубопровод высокого давления и соединен с одной стороны с подающим насосом 166 высокого давления и с другой стороны с первым подключением 22 высокого давления первого клапана 10 впрыска топлива ряда клапанов впрыска топлива.

Со вторым подключением 24 высокого давления этого клапана 10 впрыска топлива соединен второй топливопровод 164' высокого давления, который с другой стороны соединен с первым подключением 22 высокого давления следующего клапана 10 впрыска топлива.

На фиг. 5 и 6 показан другой второй топливопровод 164' высокого давления, который соединяет второе подключение 24 высокого давления второго клапана 10 впрыска топлива с первым подключением 22 высокого давления неизображенного следующего клапана 10 впрыска топлива.

Вторые топливопроводы высокого давления образуют топливные соединительные трубопроводы высокого давления.

В последнем из ряда клапанов 10 впрыска топлива второе подключение 24 высокого давления закрыто с помощью заглушки.

На фиг. 6 показано то же расположение клапанов 10 впрыска топлива и топливопроводы 164, 164' высокого давления, что и на фиг. 5, однако без головки 42 цилиндров.

Предпочтительно продольные оси 14 клапанов 10 впрыска топлива ряда клапанов 10 впрыска топлива, а также их соединительные оси 22', 24' подключений 22, 24 высокого давления лежат, как в показанном примере выполнения, в общей плоскости 26.

Кроме того, в показанном примере выполнения средние линии 168 вторых топливопроводов 164' высокого давления, которые образуют топливные соединительные трубопроводы высокого давления, также лежат в той же плоскости 26. В показанном примере выполнения это относится также к первому топливопроводу 164 высокого давления.

Соединительные плоскости 30 всех соединенных друг с другом клапанов 10 впрыска топлива лежат также в одной плоскости.

Преимущество этого расположения состоит в том, что вторые топливопроводы 164' высокого давления, и в данном случае также первый топливопровод 164 высокого давления, должны иметь каждый лишь две лежащие в плоскости 26 дуги в 90° и обеспечивают простым образом возможность монтажа и демонтажа.

В данном примере выполнения топливопроводы 164, 164' высокого давления для контролирования возможной утечки выполнены с двойной стенкой, как это показано на фиг. 7 и 8. Внутренняя трубка 170 предназначена для прохождения находящегося под очень высоким давлением топлива. Она имеет на обоих концах конически сужающуюся к свободному концу, лежащую в радиальном направлении снаружи уплотнительную поверхность 172 высокого давления, которая в смонтированном состоянии предназначена для взаимодействия с уплотнительной поверхностью 66 высокого давления соответствующего подключения 22, 24 высокого давления.

Внутренняя трубка 170 проходит внутри (тонкостенной) наружной трубки 174, при этом между наружной стенкой 174 и внутренней стенкой 170 имеется зазор 176 для возврата утечки.

На своих обоих концах топливопроводы 164, 164' высокого давления имеют соединительную гайку 178, как показано на фиг. 9 и 10.

Соединительная гайка 178 снабжена в обращенной к свободному концу топливопровода 164, 164' высокого давления концевой зоне наружной резьбой 180, которая предназначена для ввинчивания во внутреннюю резьбу 62' второго участка 62 соответствующего подключения 22, 24 высокого давления.

Кроме того, соединительная гайка 178 имеет открытую снаружи в радиальном направлении окружную канавку, в которую вставлено кольцо 182 круглого поперечного сечения, которое в смонтированном состоянии взаимодействует с уплотнительной поверхностью 60' в первом участке 60 соответствующего подключения 22, 24 высокого давления с целью герметизации выемки 58 от окружения.

Кроме того, соединительная гайка 178 имеет проходящий в осевом направлении через нее проход 184, через который проходит внутренняя трубка 170 с образованием зазора 186. В своих расположенных по обе стороны концевых зонах проход 184 гайки выполнен с большим диаметром. В противоположную наружной резьбе 180 концевую зону 190 входит наружная трубка 174, к наружной стороне которой прилегает с уплотнением другое кольцо 182' круглого поперечного сечения, которое на другой стороне размещено в лежащей внутри окружной канавке соединительной гайки 178.

В обращенной к свободному концу топливопровода 164, 164' высокого давления второй концевой зоне 190' расположена крепежная втулка 192, конструкция которой особенно хорошо показана на фиг. 10. Она имеет в осевом направлении на среднем участке внутреннюю резьбу 194, с помощью которой она навинчена на соответствующую наружную резьбу внутренней трубки 170. В своей обращенной от свободного конца топливопровода 164, 164' высокого давления концевой зоне крепежная втулка 194 имеет четыре лежащих крестообразно противоположно друг другу сквозные в радиальном направлении имеющие форму канавки выемки 196 для утечки. Здесь крепежная втулка 192 снабжена на наружной стороне коническим сужением 198, которое взаимодействует с соответствующей конической опорной поверхностью 200 в проходе 184 гайки.

В смонтированном состоянии уплотнительная поверхность 172 высокого давления внутренней трубки 170 удерживается с помощью соединительной гайки 178 через крепежную втулку 192 с плотным прилеганием к уплотнительной поверхности 66 высокого давления соответствующего подключения 22, 24 высокого давления. Если образованное обеими уплотнительными поверхностями 66 и 172 уплотнение имеет утечку, то топливо утечки может попадать через выемки 196 для утечки в ограниченный снаружи соединительной гайкой 178 зазор 186. Он соединен с возможностью прохождения потока с зазором 176 возврата утечки между внутренней трубкой 170 и наружной трубкой 174. Если протекает сама внутренняя трубка 170, то соответствующее топливо утечки также остается в наружной трубке 174.

Кроме того, в соединительных частях 20 с помощью наклонных отверстий 182 утечки зазоры 186 и тем самым зазоры 176 возврата утечки топливопроводов 164, 164' высокого давления соединены по потоку друг с другом. Внутрь этого соединения ведет также продольное отверстие 80 утечки, за счет чего простым образом может быть установлена возможная утечка топлива. Таким образом, один единственный датчик утечки, который предпочтительно расположен в начале или в конце системы трубопроводов, достаточен для контролирования всего устройства на предмет утечки.

Известным образом осуществляется управление клапанами 10 впрыска топлива в заданной последовательности друг за другом для впрыска находящегося под очень высоким давлением топлива. В исходном состоянии пилотный клапан 180 находится в положении закрывания, а промежуточный клапан 145 в положении открывания, и звено 126 клапана впрыска прилегает с уплотнением к седлу 130 клапана впрыска.

Для инициирования процесса впрыска электрически приводится в действие исполнительная система 112 соответствующего клапана 10 впрыска топлива, за счет чего освобождается звено 122 пилотного клапана. Вследствие имеющегося в клапанном пространстве 150 высокого давления звено 122 поднимается от своего прилегания к другой промежуточной пластине 154, после чего топливо стекает из клапанного пространства 150 в возврат 123 топлива низкого давления. Вследствие возникающей за счет этого разницы давления между давлением в управляющем пространстве 142 и в клапанном пространстве 150 закрывается промежуточный клапан 145, так что в управляющее пространство 142 не может протекать находящееся под высоким давлением топливо из пространства 16 высокого давления. За счет вытекания топлива из управляющего пространства через дроссельное отверстие 96 в клапанное пространство падает давление в управляющем пространстве 142, что приводит к подниманию звена 126 клапана впрыска с седла 130 клапана впрыска. За счет этого находящееся под большим давлением топливо впрыскивается через распылительные отверстия 132 в камеру сгорания.

Для завершения процесса впрыска выключается исполнительная система 112, что приводит к закрыванию пилотного клапана 118. За счет этого в клапанном пространстве 150 повышается давление за счет возможности втекания топлива через дроссельное отверстие 96 из управляющего пространства 142. Это повышение давления приводит к тому, что открывается промежуточный клапан 145 и обеспечивается возможность втекания находящегося под высоким давление топлива из пространства 16 высокого давления в управляющее пространство 142. Это приводит к быстрому повышению давления в управляющем пространстве 142, что приводит к перемещению звена 126 клапана впрыска к седлу 130 клапана впрыска и завершению процесса впрыска.

Во время процесса впрыска падает давление в пространстве 16 высокого давления. За счет отдельных накопительных камер 84 и снабженного дроссельным отверстием 96 обратного клапана 90 во время процесса впрыска топливо может протекать из подающего насоса 166 высокого давления, топливопроводов 164, 164' высокого давления и других клапанов 10 впрыска топлива в осуществляющий впрыск клапан 10 впрыска топлива. Это обеспечивает оптимальные процессы впрыска при небольших отдельных накопительных камерах 46 и тем самым занимающих мало места клапанах 10 впрыска топлива без наличия большой накопительной камеры в виде общей питающей магистрали (common rail).

Подключения 22, 24 высокого давления могут быть в отличие от показанного на фиг. 2, 3, 4 и 5 варианта выполнения расположены также так, что их соединительные оси 22', 24' образуют с заданным продольной осью 14 продольным направлением угол 90° или лежащий между 0° и 90° угол.

Реферат

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен клапан (10) впрыска топлива для периодического впрыска топлива в камеру сгорания ДВС, имеющий корпус (12) клапана, который задает продольную ось (14) и снабжен пространством (16) высокого давления. Соединительная часть (20) корпуса (12) клапана имеет два одинаково выполненных соединительных вывода (22, 24) высокого давления для топливопроводов высокого давления. Оба одинаково выполненных соединительных ввода (22, 24) высокого давления расположены в одной общей соединительной поверхности (30') так, что они одинаково направлены и их соединительные оси (22', 24') проходят параллельно друг другу. Внутри корпуса (12) клапана соединительные вводы (22, 24) высокого давления соединены друг с другом и с пространством (16) высокого давления. Технический результат – обеспечение последовательного питания клапанов впрыска топлива при упрощении конструкции топливопроводов и подключения их к клапанам. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула