Клапан для дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания с силовым многослойным пьезокерамическим приводом затвора

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является возможность оптимизации динамических, экологических и экономических показателей ДВС на различных режимах работы за счет гибкого регулирования характеристик впрыскивания топлива при помощи предложенного клапана. Клапан для дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания с силовым наборным пьезокерамическим приводом затвора содержит корпус с пристыкованной к нему направляющей с коническим седлом. Ниже седла направляющей расположена полость, которая через дроссель соединена с полостью над затвором, куда подводится топливо от источника давления. Выше седла размещен карман, гидравлически связанный с каналом отвода топлива. В направляющей размещен подпружиненный затвор с уплотняющим по внешнему контуру усеченным конусом, а прецизионный компенсатор, коаксиально расположенный относительно оси затвора, разделяет полость над затвором и сливную полость, в которой размещен силовой привод затвора. Нижний упор прецизионного компенсатора давления и упор на затворе образуют подвижное в радиальном и осевом направлениях соединение. В качестве привода затвора применен силовой многослойный пьезокерамический привод, который своим нижним торцом закреплен в корпусе клапана и имеет центральное отверстие, через которое продета верхняя часть прецизионного компенсатора давления, снабженная верхним упором. Верхний упор компенсатора давления в свою очередь поджат пружиной сжатия к верхнему торцу силового многослойного пьезокерамического привода. При положении затвора на седле между нижним упором прецизионного компенсатора и упором затвора гарантирован меньший хода затвора зазор. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Известен клапан для дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания с силовым приводом затвора (Электромагнитный клапан для дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания: RU 2075622 С1 6 F 02 М 51/00, 51/06 / М.Г.Крупский, С.В.Гришин; №94015857/06: Заявлено 28.04.94; Опубл. 20.03.97, Бюл. № 8), содержащий корпус с пристыкованной к нему направляющей с коническим седлом. Ниже седла направляющей расположена полость, которая через дроссель соединена с полостью над затвором, куда подводится топливо от источника давления. Выше седла размещен карман, гидравлически связанный с каналом отвода топлива. В направляющей размещен подпружиненный затвор с уплотняющим по внешнему контуру усеченным конусом. Прецизионный компенсатор давления, коаксиально расположенный относительно затвора, разделяет полость над затвором и сливную полость, в которой размещен силовой привод затвора. Нижний упор прецизионного компенсатора давления и упор на затворе образуют подвижное в радиальном и осевом направлениях соединение.

Однако такой клапан, снабженный электромагнитным силовым приводом затвора, обладает сравнительно низкими возможностями по быстродействию и связанные с этим ограниченные возможности по обеспечению оптимальных характеристик подачи топлива.

Цель изобретения - увеличение быстродействия клапана и соответственно расширение возможностей по обеспечению оптимальных характеристик подачи топлива независимо от режима работы ДВС.

Предлагаемый клапан отличается от прототипа тем, что в качестве привода затвора применен силовой многослойный пьезокерамический привод. Силовой многослойный пьезокерамический привод затвора, своим нижним торцом закрепленный в корпусе клапана, имеет центральное сквозное отверстие, через которое продета верхняя часть прецизионного компенсатора давления, снабженная верхним упором. Верхний упор прецизионного компенсатора давления поджат в свою очередь пружиной сжатия к верхнему торцу силового многослойного пьезокерамического привода. При этом при положении затвора на седле между нижним упором прецизионного компенсатора и упором затвора гарантирован меньший хода затвора зазор.

Использование многослойного пьезокерамического привода затвора позволяет существенно увеличить быстродействие клапана, а также повысить возможности по управлению характеристиками впрыскивания топлива.

Клапан такой конструкции может найти применение, например, в качестве дозатора топлива в аккумуляторных системах с гидромеханическими форсунками, питаемыми от него непосредственно, или через механический распределитель подачи топлива по цилиндрам (Устройство для подачи топлива в многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания RU 2075621 С1 6 F 02 М 51/00 / М.Г.Крупский, Ю.Ф.Куянов, В.Е.Кузин, С.В.Гришин; 94015856/06: Заявлено 28.04.94; Опубл. 20.03.97, Бюл. № 8). Применение механического распределителя подачи топлива позволяет улучшить стабильность характеристик подачи топлива по цилиндрам, упростить и удешевить конструкцию системы топливоподачи.

На чертеже изображена конструкция клапана для дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания с силовым многослойным пьезокерамическим приводом затвора.

Клапан содержит корпус 1, к которому с помощью гайки 2 пристыкована направляющая 3 с коническим седлом 4. Полость 5 над подпружиненным затвором 6, куда подводится топливо от источника давления, соединена дросселем 7 с полостью 8, расположенной ниже седла 4. Выше седла 4 расположен карман 9, гидравлически связанный с каналом 10 отвода топлива. Расположенный в направляющей 3 подпружиненный затвор 6 диаметром d₁ имеет уплотняющий по внешнему контуру усеченный конус с внутренним диаметром d₂. Прецизионный компенсатор 11 диаметром d₃, разделяющий сливную полость 12 и полость 5 над затвором 6, связан нижним упором 13 с упором затвора 6. При положении затвора 6 на седле 4 между нижним упором 13 прецизионного компенсатора 11 и упором затвора 6 с помощью регулирующей прокладки 14 выставляется гарантированно меньший хода затвора 6 зазор. Размещенный в сливной полости 12 и жестко связанный нижним торцом с корпусом 1 силовой наборный пьезокерамический привод 15 имеет центральное сквозное коаксиально расположенное оси затвора 6 отверстие 16, через которое продета верхняя часть прецизионного компенсатора 11. На торце прецизионного компенсатора 11 закреплен поджатый пружиной сжатия 17 к верхнему торцу наборного пьезокерамического привода 15 затвора 6 верхний упор 18.

Клапан с пьезокерамическим управлением работает следующим образом. В исходном состоянии при отсутствии управляющего импульса на наборном пьезокерамическом приводе 15 и наличии давления топлива на входе в полость 5 корпуса 1 подпружиненный затвор 6 запирает клапан. В этом случае, при условии d₂ ²=d₁ ²-d₃ ², затвор 6 практически полностью разгружен от сил давления топлива.

При подаче на наборный пьезокерамический привод 15 управляющего электрического импульса специальной формы он увеличивает свою длину и перемещает упор 18 прецизионного компенсатора 11 вверх. При этом затвор 6 поднимается, и тем самым обеспечивается подача топлива из полости 5 корпуса 1 в полость 8 направляющей 3 и далее через карман 9 в канал 10 отвода топлива.

Длительность подачи прямо пропорциональна длительности управляющего электрического импульса. При этом преимуществами такого клапана являются более высокое по сравнению с прототипом быстродействие и возможность управления амплитудой давления впрыскивания за счет уменьшения хода затвора 6 в зависимости от характеристики управляющего электрического импульса, подаваемого на наборный пьезокерамический привод 15.

По окончании управляющего электрического импульса подпружиненный затвор 6 возвращается в исходное состояние. Более быстрому возврату затвора 6 способствует перепад давления топлива, обусловленный наличием дросселя 7. Наличие подвижной связи (пьезокерамический привод-компенсатор-затвор) существенно упрощает конструкцию клапана и снижает трение и износ прецизионного компенсатора 11, а также ударную нагрузку на седло 4 в момент посадки затвора 6.

Клапан прост конструктивно и может быть выполнен практически для всего диапазона размерностей ДВС.

При этом такой клапан наиболее целесообразно использовать в аккумуляторных системах топливоподачи, с применением его как индивидуально для каждой форсунки, так и через механический распределитель, связанный с коленчатым валом двигателя, для нескольких форсунок (например, 8). Такое использование клапана наиболее предпочтительно, так как позволяет обеспечить идентичность подачи топлива по цилиндрам, упростить и удешевить систему топливоподачи в целом.

Путем гибкого регулирования характеристик впрыскивания топлива при помощи предложенного клапана возможно оптимизировать динамические, экологические и экономические показатели ДВС на различных режимах работы.

Клапан для дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания с силовым наборным пьезокерамическим приводом затвора, содержащий корпус с пристыкованной к нему направляющей с коническим седлом, ниже седла направляющей расположена полость, которая через дроссель соединена с полостью над затвором, куда подводится топливо от источника давления, выше седла размещен карман, гидравлически связанный с каналом отвода топлива, в направляющей размещен подпружиненный затвор с уплотняющим по внешнему контуру усеченным конусом, а прецизионный компенсатор, коаксиально расположенный относительно оси затвора, разделяет полость над затвором и сливную полость, в которой размещен силовой привод затвора, нижний упор прецизионного компенсатора давления и упор на затворе образуют подвижное в радиальном и осевом направлениях соединение, отличающийся тем, что в качестве привода затвора применен силовой многослойный пьезокерамический привод, который своим нижним торцом закреплен в корпусе клапана и имеет центральное отверстие, через которое продета верхняя часть прецизионного компенсатора давления, снабженная верхним упором, а верхний упор компенсатора давления в свою очередь поджат пружиной сжатия к верхнему торцу силового многослойного пьезокерамического привода, при этом при положении затвора на седле между нижним упором прецизионного компенсатора и упором затвора гарантирован меньший хода затвора зазор.