Топливная форсунка, клапанный элемент управляющего клапана которой имеет опорную часть



Топливная форсунка, клапанный элемент управляющего клапана которой имеет опорную часть
Топливная форсунка, клапанный элемент управляющего клапана которой имеет опорную часть
Топливная форсунка, клапанный элемент управляющего клапана которой имеет опорную часть

 


Владельцы патента RU 2505701:

РОБЕРТ БОШ ГМБХ (DE)

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет уменьшить интенсивность износа уплотнительной линии клапанного элемента управляющего клапана. Топливная форсунка, прежде всего форсунка для системы "common rail", для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания имеет управляющий впрыскиванием клапанный элемент, установленный с возможностью перемещения между своими открытым и закрытым положениями и управляемый управляющим клапаном, который имеет перемещаемый электромагнитным приводом между своими открытым и закрытым положениями и по меньшей мере приблизительно уравновешенный по давлению в своем закрытом положении клапанный элемент с уплотнительной линией, которая в закрытом положении клапанного элемента управляющего клапана взаимодействует с седлом его клапанного элемента, плотно прилегая к этому седлу, и которая в открытом положении клапанного элемента управляющего клапана поднята от указанного седла и тем самым открывает путь прохождения потока топлива в топливной форсунке из ее зоны высокого давления в ее зону низкого давления. Клапанный элемент управляющего клапана имеет опорную часть, выступающую в радиальном направлении за уплотнительную линию в сторону зоны высокого давления и выполненную и/или расположенную таким образом, что на нее при закрытом управляющем клапане не действуют никакие результирующие осевые усилия, создаваемые давлением. Клапанный элемент управляющего клапана выполнен в виде втулки, охватывающей цельный или составной работающий на сжатие стержень, который выполнен отдельно от форсуночной детали. На форсуночной детали расположено седло клапанного элемента управляющего клапана. Опорная часть расположена на внутреннем периметре втулки аксиально между работающим на сжатие стержнем и седлом клапанного элемента управляющего клапана. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к топливной форсунке, прежде всего к форсунке для системы "common rail" (системы впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления), для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Из ЕР 1612403 А1 известна топливная форсунка, выполненная в виде форсунки для системы "common rail" и имеющая уравновешенный по давлению в осевом направлении управляющий клапан (сервоклапан), управляющий закрытием и открытием сливного канала, по которому топливо сливается из управляющей полости. Управляющий клапан позволяет воздействовать на давление топлива в управляющей полости, в которую через входной дроссель постоянно поступает находящееся под высоким давлением топливо. В результате изменения давления топлива в управляющей полости происходит перемещение в ней управляющего впрыскиванием клапанного элемента между его открытым и закрытым положениями, при этом в своем открытом положении управляющий впрыскиванием клапанный элемент открывает путь прохождения потока топлива в камеру сгорания в ДВС. Управляющий клапан имеет перемещаемый в осевом направлении электромагнитным приводом втулкообразный клапанный элемент, направленно перемещающийся по выполненному за одно целое с форсуночной деталью направляющему стержню. Втулкообразный клапанный элемент управляющего клапана лишь радиально снаружи ограничивает своей внутренней боковой поверхностью образованную имеющим уменьшенный диаметр участком направляющего стержня клапанную камеру управляющего клапана, и поэтому со стороны находящегося под высоким давлением топлива в клапанной камере к клапанному элементу управляющего клапана не прикладываются никакие действующие в направлении открытия или закрытия усилия. На торцевой стороне клапанного элемента управляющего клапана расположена уплотнительная линия, которая взаимодействует с расположенным на форсуночной детали седлом клапанного элемента управляющего клапана, плотно прилегая к этому седлу. Диаметр уплотнительной линии соответствует при этом направляющему диаметру клапанного элемента управляющего клапана, при этом направляющий диаметр соответствует наружному диаметру направляющего стержня, включая минимальный зазор. Благодаря своей уравновешенности по давлению управляющий клапан пригоден для управления очень высоким давлением. Недостаток известной топливной форсунки состоит в том, что при закрытии управляющего клапана линейная уплотнительная кромка подвергается воздействию высокой нагрузки, которая может приводить к значительному износу уплотнительной линии.

Краткое изложение сущности изобретения

Задача изобретения

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать топливную форсунку с по меньшей мере приблизительно уравновешенным по давлению в осевом направлении управляющим клапаном и с уменьшенной интенсивностью износа уплотнительной линии клапанного элемента управляющего клапана.

Решение положенной в основу изобретения задачи

Указанная выше задача решается с помощью топливной форсунки с отличительными признаками, представленными в п.1 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. В объем изобретения включены также все возможные комбинации из по меньшей мере двух отличительных особенностей изобретения, представленных в описании, в формуле изобретения и/или на чертежах.

Основная идея изобретения состоит в том, чтобы для повышения стойкости, т.е. для уменьшения изнашиваемости, клапанного элемента управляющего клапана предусмотреть для приблизительно линейной уплотнительной кромки (уплотнительной линии) клапанного элемента управляющего клапана, которая в закрытом положении управляющего клапана плотно прилегает к седлу его клапанного элемента, опорную часть, которая в радиальном направлении выступает за уплотнительную линию в сторону находящейся под высоким давлением зоны топливной форсунки, каковая зона при открытом управляющем клапане сообщается с находящейся под низким давлением зоной топливной форсунки, с целью обеспечить таким путем быстрое снижение давления в управляющей полости топливной форсунки, сопровождающееся в свою очередь перемещением управляющего впрыскиванием клапанного элемента в направлении его открытия. Иными словами, клапанный элемент управляющего клапана в выполненной в соответствии с предлагаемой в изобретении концепцией топливной форсунке радиально ограничен не уплотнительной кромкой в направлении полости повышенного давления, а примыкающей к уплотнительной линии опорной частью. Благодаря предусмотренной согласно изобретению опорной части ударный импульс, с которым клапанный элемент управляющего клапана ударяется в свое седло, распределяется равномернее в управляющем клапане, прежде всего в его клапанном элементе, и вследствие этого приводит к возникновению меньших внутренних напряжений в деталях. В результате в свою очередь повышается стойкость клапанного элемента управляющего клапана с тем положительным следствием, что минимизируется интенсивность износа уплотнительной линии на протяжении срока службы топливной форсунки.

Далее, в предлагаемой топливной форсунке опорная часть клапанного элемента выполнена и/или расположена таким образом, что она не оказывает вовсе или по меньшей мере не оказывает существенного отрицательного влияния на уравновешенность клапанного элемента управляющего клапана в его закрытом положении по давлению. Для этого, например, опорную часть можно выполнить и/или расположить таким образом, чтобы действующие на нее во взаимно противоположных направлениях усилия, создаваемые давлением, по меньшей мере приблизительно полностью, а предпочтительно полностью взаимно уничтожались. Подобному условию отвечает опорная часть, у которой эффективные, соответственно спроецированные на общую плоскость поверхности для восприятия действующих во взаимно противоположных направлениях усилий, создаваемых давлением, имеют одинаковую площадь. Для этого, например, клапанный элемент управляющего клапана можно выполнить с внутренним или наружным диаметром (в зависимости от конструктивной разновидности) в зоне уплотнительной линии, соответствующим диаметру этого же клапанного элемента над опорной частью.

Кроме того, в предлагаемой топливной форсунке клапанный элемент управляющего клапана выполнен в виде втулки, охватывающей цельный или составной работающий на сжатие стержень, который выполнен отдельно от форсуночной детали, на которой расположено седло клапанного элемента управляющего клапана, при этом опорная часть клапанного элемента расположена на внутреннем периметре втулки аксиально между работающим на сжатие стержнем и седлом клапанного элемента управляющего клапана.

При этом работающий на сжатие стержень в предпочтительном варианте выполнен в виде детали, отдельной от форсуночной детали, на которой расположено седло клапанного элемента управляющего клапана, и уплотняющей в осевом направлении выполненную радиально внутри клапанного элемента управляющего клапана клапанную камеру. В предпочтительном варианте втулкообразный клапанный элемент управляющего клапана при этом направленно перемещается своей внутренней боковой поверхностью по наружной боковой поверхности работающего на сжатие стержня, который в предпочтительном варианте опирается в осевом направлении на деталь топливной форсунки, предпочтительно на крышку топливной форсунки или на корпус электромагнита электромагнитного привода. Дополнительно к выполнению работающего на сжатие стержня в качестве внутренней направляющей для втулкообразного клапанного элемента управляющего клапана можно предусмотреть охватывающую наружную направляющую. Вне зависимости от того, предусматривают внутреннюю и/или наружную направляющую для клапанной втулки, диаметр уплотнительной линии в предпочтительном варианте по меньшей мере приблизительно соответствует наружному диаметру работающего на сжатие стержня, включая при определенных условиях минимальный зазор. В одном из вариантов с выполнением клапанного элемента управляющего клапана в виде клапанной втулки предпочтительно, чтобы опорная часть выступала в выполненную во втулкообразном клапанном элементе управляющего клапана и предпочтительно непосредственно сообщающуюся с управляющей полостью клапанную камеру и находилась в осевом направлении между уплотнительной линией и работающим на сжатие стержнем.

Особенно предпочтителен вариант выполнения топливной форсунки, в котором диаметр уплотнительной линии, которая несколько расширяется из-за неизбежных проявлений износа на протяжении срока службы топливной форсунки, соответствует направляющему диаметру клапанного элемента управляющего клапана (внутреннему или наружному диаметру клапанного элемента управляющего клапана в зависимости от конструктивной разновидности этого клапанного элемента). Полностью уравновешенный по давлению управляющий клапан получают, когда внутренний диаметр уплотнительной линии точно соответствует внутреннему направляющему диаметру клапанного элемента управляющего клапана, соответственно наружный диаметр уплотнительной линии точно соответствует наружному направляющему диаметру клапанного элемента управляющего клапана.

С целью минимизировать влияние неизбежного износа уплотнительной линии на уравновешенное по давлению свойство управляющего клапана, предпочтителен вариант выполнения топливной форсунки, в котором у управляющего клапана его угол раскрытия со стороны высокого давления превышает его угол раскрытия со стороны низкого давления. При этом угол раскрытия со стороны высокого давления представляет собой находящийся в зоне высокого давления угол между примыкающей к уплотнительной линии ограничительной линией опорной части, соответственно клапанного элемента управляющего клапана и поверхностью седла его клапанного элемента. Угол же раскрытия со стороны низкого давления представляет собой расположенный в находящейся под низким давлением зоне топливной форсунки угол между (нижней) ограничительной линией клапанного элемента управляющего клапана и поверхностью седла его клапанного элемента.

Особенно предпочтителен в этом отношении вариант, в котором угол раскрытия со стороны низкого давления составляет от примерно 0 до примерно 10°. В предпочтительном варианте угол раскрытия со стороны низкого давления составляет от примерно 0,5 до примерно 5°, особенно предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 2°. В идеальном случае угол раскрытия со стороны высокого давления составляет от примерно 5 до примерно 60°, предпочтительно от примерно 10 до примерно 50°, особенно предпочтительно от примерно 20 до примерно 40°. Особенно предпочтителен вариант, в котором разность между углом раскрытия со стороны высокого давления и углом раскрытия со стороны высокого давления составляет до примерно 10°. В идеальном случае указанная разность между углами составляет от примерно 1 до примерно 5°, особенно предпочтительно от примерно 1,5 до примерно 3°.

С целью обеспечить точность изготовления уплотнительной линии у выполненной в соответствии с предлагаемой в изобретении концепцией топливной форсунки при приемлемых затратах предпочтителен вариант, в котором характеризующий клапанный элемент управляющего клапана угол между обеими проходящими в радиальном направлении и примыкающими к уплотнительной линии ограничительными линиями клапанного элемента управляющего клапана, и характеризующий седло клапанного элемента управляющего клапана угол различны. В особенно предпочтительном варианте разность между указанными углами составляет более 10°, наиболее предпочтительно более 20°. Наиболее хороших результатов с точки зрения точности изготовления уплотнительной линии можно ожидать при разности между указанными углами в пределах от 30 до 60°. В идеальном случае характеризующий седло клапанного элемента управляющего клапана угол при этом превышает характеризующий клапанный элемент управляющего клапана угол. Благодаря наличию вышеописанной разности между характеризующим клапанный элемент управляющего клапана углом и характеризующим седло клапанного элемента управляющего клапана углом, во-первых, обеспечивается достаточно большой опорной эффект опорной части, а во-вторых, обеспечивается возможность точного изготовления уплотнительной линии (уплотнительной кромки). Для повышения опорного эффекта (в ущерб точности изготовления) разность между указанными углами можно также выбирать меньшей.

С точки зрения простоты изготовления опорной части ее предпочтительно выполнять по меньшей мере приблизительно с трапециевидным профилем, у которого наклонные боковые стороны трапеции соединены между собой линией, проходящей параллельно центральной продольной оси клапанного элемента управляющего клапана.

Седло клапанного элемента управляющего клапана наиболее предпочтительно выполнять в виде плоского или конического седла.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества, отличительные особенности и частности изобретения более подробно рассмотрены в последующем описании на примере предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схематичный вид топливной форсунки, выполненной в виде форсунки для системы "common rail", со втулкообразным клапанным элементом управляющего клапана, имеющим обращенную радиально внутрь опорную часть для уплотнительной линии,

на фиг.2 - фрагмент выполненной по другому варианту топливной форсунки, в которой втулкообразный клапанный элемент ее управляющего клапана имеет обращенную радиально внутрь опорную часть и в которой седло клапанного элемента управляющего клапана в отличие от показанного на фиг.1 варианта выполнено в виде конического седла, и

1. Топливная форсунка, прежде всего форсунка для системы "common rail", для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания, имеющая управляющий впрыскиванием клапанный элемент (11), установленный с возможностью перемещения между своими открытым и закрытым положениями и управляемый управляющим клапаном (26), который имеет перемещаемый электромагнитным приводом (27) между своими открытым и закрытым положениями и по меньшей мере приблизительно уравновешенный по давлению в своем закрытом положении клапанный элемент (25) с уплотнительной линией (34), которая в закрытом положении клапанного элемента (25) управляющего клапана взаимодействует с седлом (28) его клапанного элемента, плотно прилегая к этому седлу, и которая в открытом положении клапанного элемента управляющего клапана поднята от указанного седла (28) и тем самым открывает путь прохождения потока топлива в топливной форсунке (1) из ее зоны (37) высокого давления в ее зону (9) низкого давления, отличающаяся тем, что клапанный элемент (25) управляющего клапана имеет опорную часть (40), которая выступает в радиальном направлении за уплотнительную линию (34) в сторону зоны (37) высокого давления и которая выполнена и/или расположена таким образом, что на нее при закрытом управляющем клапане (26) не действуют никакие результирующие осевые усилия, создаваемые давлением, причем клапанный элемент (25) управляющего клапана выполнен в виде втулки, охватывающей цельный или составной работающий на сжатие стержень (31), который выполнен отдельно от форсуночной детали (12), на которой расположено седло (28) клапанного элемента управляющего клапана, при этом опорная часть (40) клапанного элемента расположена на внутреннем периметре втулки аксиально между работающим на сжатие стержнем (31) и седлом (28) клапанного элемента управляющего клапана.

2. Топливная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр (DD) уплотнительной линии (34) по меньшей мере приблизительно, а предпочтительно точно соответствует направляющему диаметру (DiF, DaF) клапанного элемента (25) управляющего клапана.

3. Топливная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что угол (γ) раскрытия со стороны высокого давления, измеряемый между обращенной к седлу (28) клапанного элемента управляющего клапана и примыкающей в зоне (37) высокого давления к уплотнительной линии (34) ограничительной линией (42) опорной части (40) и поверхностью (43) седла клапанного элемента управляющего клапана, превышает угол (δ) раскрытия со стороны низкого давления, измеряемый между примыкающей в зоне (9) низкого давления к уплотнительной линии (34) и обращенной к седлу (28) клапанного элемента управляющего клапана ограничительной линией (41) и поверхностью (43) седла клапанного элемента (25) управляющего клапана.

4. Топливная форсунка по п.3, отличающаяся тем, что угол (δ) раскрытия со стороны низкого давления составляет от примерно 0 до примерно 10°, предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 5°, особенно предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 2°, и/или угол (γ) раскрытия со стороны высокого давления составляет от примерно 5 до примерно 60°, предпочтительно от примерно 10 до примерно 50°, особенно предпочтительно от примерно 20 до примерно 40°.

5. Топливная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что разность между характеризующим клапанный элемент управляющего клапана углом (α), образуемым между примыкающими к уплотнительной линии (34) ограничительными линиями (41, 42), и характеризующим седло клапанного элемента управляющего клапана углом (β) превышает 10°, предпочтительно превышает 20°, особенно предпочтительно превышает 30°.

6. Топливная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что опорная часть (40) имеет в разрезе по меньшей мере приблизительно трапециевидный профиль.

7. Топливная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что седло (28) клапанного элемента управляющего клапана выполнено в виде плоского или конического седла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение направлено на устранение кавитационной эрозии на поверхности держателя обмотки катушки электромагнита в устройстве для впрыскивания топлива.

Изобретение относится к системам впрыска топлива с общей топливной магистралью для поршневого двигателя с несколькими цилиндрами. .

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания (ДВС) с несколькими цилиндрами. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливным системам двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к электромагнитным клапанам для регулирования давления подачи топлива двигателя внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре для двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к топливным насосам высокого давления автомобильных дизелей. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам управления топливоподачей дизелей. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить надежность аккумуляторной системы.

Изобретение относится к способу управления подачей топлива и устройству управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей.

Изобретение относится к способу и устройству для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей. Предлагаемое изобретение улучшает динамику подачи топлива, повышает индикаторный КПД, реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств.

Изобретение относится к способу и устройству для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей. Предлагаемое изобретение улучшает динамику подачи топлива, повышает индикаторный КПД, реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить безотказность в работе и эксплуатационную надежность.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение направлено на устранение кавитационной эрозии на поверхности держателя обмотки катушки электромагнита в устройстве для впрыскивания топлива.

Изобретение относится к способу и устройству для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей. Предлагаемое изобретение улучшает динамику подачи топлива, повышает индикаторный КПД, реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств.

Изобретение относится к способу и устройству для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей. Предлагаемое изобретение улучшает динамику подачи топлива, повышает индикаторный КПД, реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств.

Изобретение относится к способу и устройству для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей. Предлагаемое изобретение улучшает динамику подачи топлива, повышает индикаторный КПД, реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств.

Изобретение относится к способу управления подачей топлива и устройству управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей.

Изобретение относится к способу и устройству для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте. Предлагаемое устройство для реализации способа улучшает динамику подачи топлива, повышает индикаторный к.п.д., реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств. Устройство для управления подачей топлива включает форсунку с иглой, с двумя клапанами с механическим переключением из одного положения в другое, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенные гидравлически, снабжено двумя управляющими механическими клапанами со штоками, форсунка выполнена гидравлической с иглой и втулкой, сосной игле, и с двумя уровнями отверстий, снабжено гидравлическим аккумулятором низкого давления, клапаном регулирования высокого давления, индивидуальным топливным насосом высокого давления для каждой форсунки, соединенным на выходе с форсункой и через клапан регулирования высокого давления с гидравлическим аккумулятором низкого давления, а на входе с гидравлическим аккумулятором низкого давления и топливным баком мультипликатором перемещения, быстродействующим реверсивным механическим приводом, камера управления над иглой каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления через канал, перекрываемый первым механическим клапаном, камера управления над втулкой каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления через канал, перекрываемый вторым механическим клапаном, второй механический клапан выполнен подпружиненным с возможностью совместного перемещения в верхнее крайнее положение с первым механическим клапаном на верхнем участке перемещения за счет кинематической связи между первым и вторым клапанами, первый механический клапан соединен рычагом со штоком с быстродействующим реверсивным механическим приводом, который снабжен как минимум одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой на одном конце поверхностью постоянного радиуса и определенной длиной выпуклой части с как минимум одним скосом, выпуклой части пластины, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом, с как минимум одним профилированным кулачком на нем с как минимум двумя микропрофилями одинаковой высоты для реализации предварительного впрыска и впрыска после основного через отверстия первого уровня, и как минимум одним микропрофилем большей высоты, чем высота микропрофитлей для реализации предварительного впрыска и впрыска после основного, расположенного между этими микропрофилями, на как минимум одном кулачке, для реализации основного впрыска через отверстия первого и второго уровней, микропрофили выполнены с набегающей кромкой, параллельной оси иглы форсунки, и со сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности конца пластины, при регулировании длительности впрыска каждая пластина выполнена с возможностью перемещения вдоль оси штока, соединенного напрямую или через мультипликатор перемещения со штоком, с которыми соединен первый механический клапан и второй механический клапан, кинематически связанный с первым в верхней части перемещения. Каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы и втулки при регулировании длительности впрыска, и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх