Устройство впрыскивания топлива со встроенным ограничением расхода
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет увеличить действующие на управляющий элемент запорные усилия, повысить герметичность изоляции топливного аккумулятора высокого давления, надежность в работе форсунок. Устройство впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания имеет общий топливный аккумулятор высокого давления, топливо в который подается насосом высокого давления и который соединен с форсунками, имеющими распределительный клапан. Распределительный клапан выполнен в виде трехходового двухпозиционного распределителя (3/2-распределителя) и имеет управляющий элемент и поверхности распределения, управляющие соединением питающего топливопровода высокого давления с топливопроводом высокого давления, ведущим к соответствующей форсунке, или с разгрузочным топливопроводом. Управляющий элемент приводится в действие с помощью управляемой выпускной линии и имеет дросселирующий элемент, который через отверстие сообщается с полостью. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к устройствам впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности к устройству впрыскивания топлива для ДВС, имеющему общий топливный аккумулятор высокого давления.
В системах впрыскивания топлива, в которых для подачи топлива к отдельным форсункам используются топливные аккумуляторы высокого давления (так называемые "Common Rail"), применяют устройства впрыскивания топлива (инжекторы), в которых постоянно может поддерживаться исключительно высокое создаваемое в системе давление топлива, что, с одной стороны, позволяет практически полностью исключить запаздывание начала впрыскивания, а с другой стороны, связано с необходимостью предотвратить подвпрыскивание небольших количеств топлива по окончании впрыскивания в результате быстрого закрытия иглы форсунки.
Подобное устройство впрыскивания топлива для ДВС описано в заявке ЕР 0657642 А2. В этом устройстве топливный аккумулятор высокого давления постоянно сообщается с форсунками. С целью исключить постоянное воздействие высокого давления топлива, создаваемого в системе, на форсунки распределительный клапан выполнен таким образом, что в перерывах между отдельными процессами впрыскивания он перекрывает соединение между форсункой и аккумулятором высокого давления и соединяет форсунку с разгрузочной полостью. Тем самым удается уменьшить запорные усилия, которые должны развивать соответствующие запорные пружины, обеспечивающие закрытие форсунки. При этом по мере постоянного возрастания требований к создаваемому в системе напору приходится увеличивать и запорные усилия, что связано с необходимостью использования более сильных пружин, соответственно пружин иных - больших - размеров. Однако в подобных устройствах впрыскивания топлива имеется лишь ограниченное пространство под установку подвижных пружин.
В заявке DE 19701879 А1 также описано устройство впрыскивания топлива для ДВС. Предусмотренный в этом устройстве управляемый электромагнитный клапан позволяет управлять разгрузочным каналом, оканчивающимся в рабочей полости, в которой преобладает определенное давление, обеспечивая перемещение распределительного клапана в открытое, соответственно закрытое положение.
Предлагаемое устройство впрыскивания топлива для ДВС также имеет общий топливный аккумулятор высокого давления, топливо в который подается насосом высокого давления и который соединен с форсунками, имеющими распределительный клапан. Этот распределительный клапан выполнен в виде трехходового двухпозиционного распределителя (3/2-распределителя) и имеет управляющий элемент, а также поверхности распределения, управляющие соединением питающего топливопровода высокого давления с топливопроводом высокого давления, ведущим к соответствующей форсунке, или с разгрузочным топливопроводом. Управляющий элемент распределительного клапана приводится в действие с помощью управляемой выпускной линии.
В предлагаемом устройстве управляющий элемент имеет дросселирующий элемент, который через отверстие сообщается с полостью. Выполнение дросселирующего элемента на управляющем элементе позволяет увеличить действующие на этот управляющий элемент запорные усилия без необходимости использования дополнительных деталей или винтовых пружин, развивающих более высокие запорные усилия. Отверстие через дросселирующий элемент может сообщаться с топливопроводом, подающим топливо к распылителю форсунки. Благодаря этому обеспечиваются более быстрое закрытие иглы распылителя по окончании впрыскивания, а также повышается герметичность изоляции общего топливного аккумулятора высокого давления от питающего топливопровода высокого давления.
Перекрытие разгрузочного топливопровода поверхностями распределения распределительного клапана, выполненными в виде управляющих кромок, предпочтительно сопровождается увеличением действующего на этот управляющий элемент запорного давления. Воздействие на управляющий элемент более высокого запорного усилия исключает подвпрыскивание даже минимального количества топлива благодаря увеличению давления в полости установки пружины. В процессе впрыскивания в эту полость, в которой установлена пружина, под высоким давлением впрыскивания подается топливо. В процессе впрыскивания разгрузочный топливопровод, предусмотренный рядом с управляющим элементом, перекрыт поверхностями распределения последнего, выполненными в виде управляющих кромок, в результате чего при впрыскивании в полости установки пружины также преобладает высокое давление топлива, благодаря чему давление этого топлива, способствующее более быстрому возврату управляющего элемента в исходное положение, повышается в полости установки пружины в функции продолжительности нахождения управляющего элемента в открытом положении.
Напротив управляющего элемента в охватывающей его втулке может быть расположен еще один дросселирующий элемент, предусмотренный в безнапорном разгрузочном топливопроводе. По окончании впрыскивания, т.е. при сбросе давления из распылителя форсунки, этот расположенный в разгрузочном топливопроводе дросселирующий элемент предотвращает развитие кавитации в распылителе форсунки. Путем выбора соответствующего размера проходного сечения дросселирующего элемента можно либо обеспечить полный сброс давления из полости установки пружины, либо предотвратить подобный полный сброс давления из полости установки пружины, чтобы в зависимости от частоты вращения вала ДВС в полости обеспечивалось установление остаточного давления, повышающего давление открытия распылителя.
Еще одно преимущество предлагаемого в изобретении решения состоит в том, что при первом пуске ДВС существует возможность продувки полости, с которой дросселирующий элемент сообщается через имеющееся в нем отверстие, через этот дросселирующий элемент, выполненный в управляющем элементе трехходового двухпозиционного распределителя (3/2-распределителя).
Предлагаемое в изобретении решение обладает также еще одним важным преимуществом, позволяющим повысить надежность в работе форсунок и заключающимся в том, что при возникновении сбоев в работе форсунки, например в результате отказа электромагнитного клапана, который перестает перекрывать соответствующее отверстие, либо заклинивания управляющего элемента или его трения о седло, дросселирующий элемент обеспечивает постепенное выравнивание давления на участке между иглой распылителя, с одной стороны, и полостью установки пружины через этот дросселирующий элемент и сверленое отверстие, с другой стороны. Очевидно, что подобный процесс выравнивания давления длится некоторое время. При этом от времени выравнивания давления, определяемого проходным сечением дросселирующего элемента, зависит максимальное количество впрыскиваемого топлива при максимальном давлении в системе. Соответствующим подбором размера проходного сечения, выполненного в управляющем элементе дросселирующего элемента, это максимальное количество впрыскиваемого топлива, превышающее номинальное его количество, можно ограничить такой величиной, чтобы впрыскивание в ДВС максимального количества топлива не приводило к его поломке. Таким образом, изобретением предусмотрена возможность задания интервала времени, которое при повышении давления в системе до максимального требуется для выравнивания давления, действующего на иглу распылителя, и ограничения тем самым максимального количества впрыскиваемого топлива за счет выбора соответствующего проходного сечения дросселирующего элемента.
Подобное механическое регулирование максимального количества впрыскиваемого топлива позволяет также скомпенсировать сбои в работе электроники, проявляющиеся, например, в полном отсутствии управляющих сигналов или в подаче управляющих сигналов слишком большой длительности.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - устройство впрыскивания топлива (инжектор), топливо в которое поступает от общего топливного аккумулятора высокого давления ("Common Rail"), и
на фиг.2 - увеличенное изображение управляющего элемента 3/2-распределителя, установленного между электромагнитным клапаном и полостью установки пружины.
На фиг.1 показано устройство впрыскивания топлива (называемое далее инжектором), топливо в которое подается под высоким давлением от общего топливного аккумулятора высокого давления ("Common Rail").
На дальнем по отношению к распылителю конце этого инжектора установлен двухходовой двухпозиционный распределитель (2/2-распределитель), который предпочтительно выполнен в виде электромагнитного клапана с электрическим управлением. Функция этого 2/2-распределителя 1 состоит в том, чтобы сбрасывать высокое давление топлива, создаваемое в золотниковой камере, расположенной над распределительным или управляющим элементом 2, который предпочтительно выполнен в виде золотника, за счет открытия разгрузочного канала. В результате этого открывается вход в ведущий к игле 8 распылителя 13 топливопровод 9, 9' высокого давления, в который тем самым из питающего топливопровода 18 начинает поступать находящееся под высоким давлением топливо. Затем в начале фазы впрыскивания это находящееся под высоким давлением топливо впрыскивается распылителем 13 в точно заданном количестве в камеру сгорания ДВС.
Управляющий элемент 2, который более подробно показан в увеличенном масштабе на фиг.2, установлен во втулке, в которой выполнены впускные и выпускные отверстия, сообщающиеся с соответствующими топливопроводами 4, 18, а также с топливопроводом 9 высокого давления. Втулка 12 в свою очередь установлена в корпусе 21. Внутри этого корпуса 21 выполнена полость 7, в которой установлена винтовая пружина 24. Эта винтовая пружина 24 одним своим концом упирается в пару шайб 26, а вторым концом - в кольцевую вставку, в которую вставлена игла 8, служащая для открытия входа в распылитель 13 и его последующего закрытия по окончании впрыскивания топлива.
Показанный на фиг.1 инжектор соединяется с общим топливным аккумулятором высокого давления (Common Rail) посредством топливопровода 18 высокого давления. Сам общий топливный аккумулятор высокого давления на фиг.1 не показан. Безнапорный разгрузочный топливопровод 4 служит для отвода избытка топлива в топливный бак, который также не показан на чертеже. В отличие от корпуса 21, который может быть изготовлен из сравнительно недорогого материала, втулка 12, в которой установлен управляющий элемент 2, и сам этот управляющий элемент 2 изготовлены из высококачественного материала. Для уменьшения потерь топлива в результате его утечки, возникающей при перемещении управляющего элемента 2 относительно охватывающей его втулки 12, указанные детали, т.е. управляющий элемент 2 и втулка 12, исключительно точно пригнаны друг к другу, для чего их выполняют с минимально возможным допуском на отклонение их формы и размера от номинальных значений.
На фиг.2 более подробно показан расположенный в корпусе 21 и установленный во втулке 12 управляющий элемент 2.
Установленный в корпусе 21 инжектора 2/2-распределитель 1 обеспечивает открытие запорного элемента 15, который в исходном положении нагружен пружинным элементом 16 и закрывает выполненную в ограничителе 17 управляемую выпускную линию, или разгрузочное отверстие, 23. Это разгрузочное отверстие 23 имеет небольшое проходное сечение, благодаря чему это разгрузочное отверстие 23 выполняет функцию дросселя. В корпусе 21 инжектора оканчивается питающий топливопровод 18 высокого давления, по которому в инжектор под высоким давлением подается топливо. Этот питающий топливопровод 18 высокого давления соединяет общий топливный аккумулятор высокого давления (Common Rail) с соответствующим отверстием во втулке 12. При срабатывании 2/2-распределителя 1 выполненный предпочтительно в виде золотника управляющий элемент 2 открывает оканчивающееся в золотниковой камере 22 разгрузочное отверстие 23, что сопровождается падением давления в этой золотниковой камере 22. В результате такого падения давления выполненный в виде золотника управляющий элемент 2 начинает перемещаться в сторону упорной поверхности ограничителя 17, ограничивающей выполненное во втулке 12 отверстие 20, в котором установлен указанный управляющий элемент 2.
В результате падения давления в золотниковой камере 22 управляющий элемент 2 приподнимается от седла 3, и находящееся под высоким давлением топливо начинает перетекать вдоль соответствующей поверхности распределения, выполненной в виде управляющего уступа 19, в топливопроводы 9, 9' высокого давления, ведущие к распылителю 13. Придание определенной формы этому управляющему уступу 19 позволяет существенным образом влиять на характеристику впрыскивания. При этом высоким давлением топлива нагружаются не только ведущие к распылителю топливопроводы 9, 9' высокого давления, но и дросселирующий элемент 10, предусмотренный на управляющем элементе 2 и расположенный перед поверхностями распределения, выполненными в виде управляющих кромок 5, 6. Этот дросселирующий элемент 10, который может быть выполнен, например, в виде простого отверстия, просверленного в управляющем элементе 2, оканчивается в имеющемся в управляющем элементе 2 осевом отверстии 11, которое в свою очередь оканчивается в полости 7 установки пружины. В этой полости корпуса 21 инжектора расположены шайбы 26, в которые упирается пружинный элемент 24. Другой конец пружинного элемента 24 расположен в ближней к игле 8 части полости 7.
В процессе впрыскивания топлива давление в полости 7 возрастает в зависимости от продолжительности нахождения управляющего элемента 2 в открытом состоянии. При этом давление в полости 7 повышается на дальней от иглы 8 стороне (см. фиг.1). По окончании впрыскивания топлива, т.е. когда 2/2-распределитель закрывается, давление в золотниковой камере 22, как следствие, начинает возрастать, что сопровождается перемещением управляющего элемента 2 в сторону выполненного в корпусе 21 инжектора седла 3 и сбросом давления в распылителе 13 в результате открытия входа в разгрузочный топливопровод 4 управляющей кромкой 5, выполненной на управляющем элементе 2, и управляющей кромкой 6, выполненной на втулке.
Во втулке 12, в которой установлен управляющий элемент 2, предусмотрен еще один дросселирующий элемент 14, который также выполнен в виде сверленого отверстия и расположен в разгрузочном топливопроводе 4. Этот дополнительный дросселирующий элемент 14 предотвращает скачкообразное падение давления топлива ниже соответствующего давления пара и тем самым исключает кавитацию.
Поскольку в процессе впрыскивания топлива давление в полости 7 установки пружины повышалось непрерывно в соответствии с продолжительностью нахождения управляющего элемента 2 в открытом состоянии, при перемещении этого управляющего элемента 2 в направлении закрытия в сторону полости 7 достигается более интенсивное повышение запорного давления, действующего на указанный управляющий элемент 2. Благодаря этому удается эффективно предотвратить возможное просачивание топлива между седлом 3 и управляющим уступом 19, что могло бы привести к исключительно нежелательному подвпрыскиванию топлива.
В промежутках между отдельными процессами впрыскивания топлива давление из полости 7 установки пружины может сбрасываться через дросселирующий элемент 10, имеющий определенное проходное сечение. При этом управляющие кромки 5, 6 обеспечивают отвод топлива через разгрузочный топливопровод 4 в не показанный на чертеже топливный бак. В зависимости от выбранного размера проходного сечения дросселирующего элемента 10 он может обеспечивать полный сброс давления в полости 7 установки пружины. Тем не менее, при соответствующем выборе размера проходного сечения этого дросселирующего элемента 10, выполненного в управляющем элементе 2, можно обеспечить поддержание в полости 7 установки пружин определенного остаточного давления, зависящего от частоты вращения вала ДВС, что при высокой частоте вращения вала ДВС позволяет повысить давление начала подъема иглы распылителя.
При первом пуске ДВС предпочтительно осуществлять продувку его камер сгорания, что позволяет облегчить запуск ДВС.
Предлагаемое в изобретении решение позволяет избежать нежелательных последствий неисправностей, возникающих в механических или электрических узлах. Так, например, при нарушении герметичности 2/2-распределителя 1, при поломке пружины 16 или при заклинивании управляющего элемента 2 во втулке 12 на иглу 8 распылителя со стороны ее седла будет действовать такое же давление, что и давление, преобладающее с другой стороны, где дросселирующий элемент 10, отверстие 11 и полость 7 установки пружины обеспечивают постепенное выравнивание давления. Интервал времени, необходимый для подобного постепенного выравнивания давления, определяется проходным сечением дросселирующего элемента 10. От этого времени, затрачиваемого на выравнивание давления при максимальном давлении в системе, действующем на иглу 8 распылителя, зависит максимальное количество впрыскиваемого топлива. Максимальное количество впрыскиваемого топлива, превышающее номинальное его количество, можно задавать подбором проходного сечения дросселирующего элемента 10 таким образом, чтобы впрыскивание этого максимального количества топлива в камеру сгорания ДВС не приводило к его поломке.
При возникновении сбоев в работе электроники, проявляющихся, например, в подаче на электромагнитный клапан 1 управляющего сигнала слишком большой длительности, подобный сбой позволяет скомпенсировать механика инжектора за счет соответствующего выбора размера проходного сечения дросселирующего элемента 10, поскольку максимальное количество впрыскиваемого топлива определяется параметрами механики инжектора.
1. Устройство впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), имеющее общий топливный аккумулятор высокого давления, топливо в который подается насосом высокого давления и который соединен с форсунками, имеющими распределительный клапан, который выполнен в виде трехходового двухпозиционного распределителя (3/2-распределителя) и имеет управляющий элемент (2) и поверхности (5, 6, 19) распределения, управляющие соединением питающего топливопровода (18) высокого давления с топливопроводом (9, 9') высокого давления, ведущим к соответствующей форсунке, или с разгрузочным топливопроводом (4), при этом управляющий элемент (2) приводится в действие с помощью управляемой выпускной линии (23), отличающееся тем, что управляющий элемент (2) имеет дросселирующий элемент (10), который через отверстие (11) сообщается с полостью (7).
2. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что отверстие (11) через дросселирующий элемент (10) сообщается с топливопроводом (9) высокого давления, подающим топливо к распылителю форсунки.
3. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что в разгрузочном топливопроводе (4) предусмотрен еще один дросселирующий элемент (14), предотвращающий кавитацию при сбросе давления из распылителя (13) форсунки.
4. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что перекрытие разгрузочного топливопровода (4) поверхностями (5, 6) распределения распределительного клапана, выполненными в виде управляющих кромок, сопровождается увеличением действующего на этот управляющий элемент запорного давления.
5. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что проходное сечение дросселирующего элемента (10) имеет такой размер, при котором обеспечивается полный сброс давления из полости (7).
6. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что проходное сечение дросселирующего элемента (10) имеет такой размер, при котором в зависимости от частоты вращения вала ДВС в полости (7) обеспечивается установление остаточного давления, повышающего давление открытия распылителя (13).
7. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что предусмотрена возможность продувки полости (7) через дросселирующий элемент (10) при первом пуске ДВС.
8. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что при возникновении сбоев в работе управляющего элемента (2) дросселирующий элемент (10), выполненный в этом управляющем элементе (2), обеспечивает выравнивание давления на участке между иглой (8) распылителя и полостью (7).
9. Устройство впрыскивания топлива по п.8, отличающееся тем, что предусмотрена возможность задания интервала времени, которое при повышении давления в системе до максимального требуется для выравнивания давления, действующего на иглу (8) распылителя, и ограничения тем самым максимального количества впрыскиваемого топлива за счет выбора соответствующего проходного сечения дросселирующего элемента (10).
