Топливный распределитель
Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен топливный распределитель (1), прежде всего для систем впрыскивания топлива в ДВС со сжатием рабочей смеси и ее принудительным воспламенением, имеющий коллекторный элемент (2), несколько расположенных на нем чашек (3-6) под топливные форсунки и стяжной элемент (10). При этом стяжной элемент (10) опирается на коллекторный элемент (2) и на чашки (3-6) под топливные форсунки. Помимо этого, стяжной элемент (10) предварительно напряжен и поджимает чашки (3-6) под топливные форсунки к коллекторному элементу (2) с усилием предварительного прижима. Технический результат заключается в снижении стоимости изготовления топливного распределителя. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к топливному распределителю, предназначенному прежде всего для систем вспрыскивания топлива в двигатели внутреннего сгорания (ДВС) со сжатием рабочей смеси и ее принудительным воспламенением. Изобретение относится, в частности, к системам впрыскивания топлива, выполненным в виде систем среднего давления.
В системах впрыскивания топлива, которыми оснащаются автомобили, возможно использование так называемой топливной рампы, которая для применения в системах высокого давления изготавливается из стали или алюминия. Благодаря этому удается достичь способности такой топливной рампы выдерживать давление, составляющее, например, 20 МПа (200 бар). Подобную топливную рампу высокого давления из стали можно изготавливать в виде паяной топливной рампы. Основой при этом служит стальная трубка, к которой припаивают отдельные компоненты, такие, например, как крышки, держатели для привинчивания топливной рампы, присоединение высокого давления и переходные устройства для установки топливных форсунок, называемые также чашками под топливные форсунки. Однако такое конструктивное исполнение топливной рампы сопряжено с высокими производственными расходами на ее изготовление. Так, в частности, от цельнотянутой трубы требуется отрезать мерные части. Далее необходимо обрабатывать их концы и просверливать соответствующие отверстия. Помимо этого, необходимо изготавливать чашки под топливные форсунки и держатели из подвергнутых дополнительной обработке стальных отливок, небольших сборочных комплектов или в виде деталей, изготавливаемых глубокой вытяжкой. Крышки могут быть выполнены в виде токарных деталей или деталей, изготовленных глубокой вытяжкой, тогда как присоединения могут быть выполнены в виде токарных деталей. Перед заключительным процессом пайки отдельные присоединяемые детали необходимо фиксировать. Тем самым процесс изготовления топливного распределителя, соответственно топливной рампы, в итоге является исключительно затратоемким и требует выполнения множества рабочих операций.
Топливные рампы могут далее использоваться по аналогичному назначению в системах низкого давления, составляющего от 0,3 до 0,5 МПа (от 3 до 5 бар). Однако область применения подобных топливных рамп, изначально спроектированных для систем низкого давления, ограничена только такими системами низкого давления.
Краткое изложение сущности изобретения
Преимущество предлагаемого в изобретении топливного распределителя с отличительными признаками, представленными в п. 1 формулы изобретения, состоит в том, что изготовление такого топливного распределителя, который может использоваться прежде всего в системах среднего давления, возможно со сравнительно низкими производственными расходами.
Благодаря приведенным в зависимых пунктах формулы изобретения мерам возможны предпочтительные варианты выполнения топливного распределителя, заявленного в п. 1 формулы изобретения.
Оптимизировать конструкцию топливного распределителя удается благодаря тому, что отдельные его детали, прежде всего чашки под топливные форсунки, располагают и закрепляют на дешевом в изготовлении коллекторном элементе с использованием предпочтительной техники соединений. Благодаря этому возможно экономичное изготовление топливного распределителя и одновременно возможно достижение требуемых его прочности и способности выдерживать давление. Надежное в условиях эксплуатации соединение собранных друг с другом отдельных деталей и крепление топливного распределителя к блоку цилиндров двигателя или иному аналогичному агрегату может осуществляться при этом посредством стяжного элемента. При этом в предпочтительном варианте такой стяжной элемент может быть выполнен в виде гнутой в штампе детали. В еще одном предпочтительном варианте стяжной элемент может быть выполнен в виде стяжной металлической листовой детали. Подобная стяжная металлическая листовая деталь благодаря своему предварительному напряжению, обусловленному упругой деформацией ее геометрии, обеспечивает в последующем надежное удержание смонтированных отдельных деталей топливного распределителя в соединенном между собой состоянии. При этом возможно использование простой техники сборки, при которой отдельные детали располагают на коллекторном элементе и затем фиксируют на нем стяжным элементом.
В предпочтительном варианте коллекторный элемент выполнен из по меньшей мере одной пластмассы. Предпочтительно далее выполнять и чашки под топливные форсунки из по меньшей мере одной пластмассы и при необходимости в виде отливок, получаемых в том числе литьем под давлением. Коллекторный элемент может быть выполнен, в частности, в виде трубчатого коллекторного элемента, т.е. в виде распределительной трубки. Подобный трубчатый коллекторный элемент может быть выполнен, например, в виде толстостенной пластмассовой трубки, изготовленной методом экструзии. Для достижения достаточно высокой способности выдерживать давление при этом в предпочтительном варианте в полимер заработано несколько тканевых слоев с их перекрестной намоткой под разными углами. От такой толстостенной пластмассовой трубки отрезают мерные части требуемой длины и предусматривают в них посадочные отверстия для чашек под топливные форсунки. Тем самым возможны особо экономичное изготовление коллекторного элемента и простое его согласование с конкретными условиями его применения, прежде всего с требуемым диапазоном давления.
В предпочтительном варианте стяжной элемент может быть выполнен из нелегированной листовой стали. При этом для защиты от коррозии поверхность листовой стали может быть при необходимости снабжена соответствующим покрытием. Тем самым возможно особо экономичное изготовление стяжного элемента. Стяжной элемент в последующем надежно удерживает собранные друг с другом детали в соединенном между собой состоянии при рабочем давлении и позволяет крепить топливный распределитель к блоку цилиндров двигателя или иному аналогичному агрегату.
Предпочтителен также вариант, в котором каждая из чашек под топливные форсунки имеет по полой стержневидной части, которая вставлена в отверстие, предусмотренное в коллекторном элементе для соответствующей чашки под топливную форсунку. При этом предпочтителен далее вариант, в котором для каждой чашки под топливную форсунку предусмотрено уплотнительное кольцо, которое прилегает к наружной стороне коллекторного элемента и охватывает полую стержневидную часть соответствующей чашки под топливную форсунку и которое по причине предварительного напряжения стяжного элемента зажато между наружной стороной коллекторного элемента и соответствующей чашкой под топливную форсунку с усилием предварительного зажима (или сжатия). Такое усилие предварительного зажима уплотнительного кольца необязательно должно по величине равняться усилию предварительного прижима, которое стяжной элемент по причине своего предварительного напряжения прикладывает к чашке под топливную форсунку. С целью ограничить сжатие или сдавливание уплотнительного кольца и тем самым ограничить усилие его предварительного зажима на чашке под топливную форсунку прежде всего может быть предусмотрена кольцевая канавка, в которую по меньшей мере частично вставлено соответствующее уплотнительное кольцо. Благодаря этому прежде всего обеспечивается предварительный зажим уплотнительного кольца с определенным усилием, что позволяет исключить избыточную нагрузку на уплотнительное кольцо и сохранить создаваемое им уплотняющее действие на протяжении всего срока службы. Помимо этого, в подобном случае усилие предварительного напряжения стяжного элемента можно также изначально, т.е. при сборке, задавать соответственно большим по величине, благодаря чему даже при снижающемся с течением времени усилии предварительного напряжения стяжного элемента продолжит сохраняться необходимое для уплотнительного кольца усилие его предварительного зажима. Тем самым уплотняющее действие между отдельными чашками под топливные форсунки и коллекторным элементом можно выбирать настолько высоким, что возможно надежное достижение рабочего давления. Соответствующее конструктивное исполнение, прежде всего относительно полой стержневидной части и/или уплотнительного кольца, может использоваться и применительно к другим монтируемым на коллекторном элементе деталям, в первую очередь, к заглушке и соединительному элементу.
В еще одном предпочтительном варианте каждая из чашек под топливные форсунки имеет по каналу, который проходит от соответствующей полой стержневидной части к посадочному гнезду под вставляемую в него топливную форсунку и изогнут по меньшей мере приблизительно на 90°. Благодаря этому получают компактную конструкцию, позволяющую прежде всего оптимизировать расстояние между коллекторным элементом и блоком цилиндров двигателя.
Предпочтителен также вариант, в котором предусмотрена заглушка, которая закрывает трубчатый коллекторный элемент на одном его конце и которая нагружена стяжным элементом в направлении трубчатого коллекторного элемента усилием предварительного прижима. Тем самым заглушку также можно фиксировать стяжным элементом на коллекторном элементе. Помимо этого, посредством стяжного элемента можно обеспечить также необходимое уплотняющее действие. Заглушка при этом может быть соответствующим образом уплотнена уплотнительным кольцом, расположенным между ней и трубчатым коллекторным элементом. Соответственно предпочтителен вариант, в котором предусмотрен соединительный элемент, который расположен на одном конце трубчатого коллекторного элемента и который нагружен стяжным элементом в направлении трубчатого коллекторного элемента усилием предварительного прижима. Благодаря этому и соединительный элемент можно фиксировать стяжным элементом на трубчатом коллекторном элементе. Под действием усилия предварительного напряжения стяжного элемента при этом также достигается требуемое уплотняющее действие. При этом также может быть предусмотрено уплотнительное кольцо.
Краткое описание чертежей
В последующем описании изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых соответствующие друг другу элементы обозначены одинаковыми позициями и на которых показано:
на фиг. 1 - схематичный вид частично изображенного в разрезе топливного распределителя, выполненного по одному из вариантов осуществления изобретения,
на фиг. 2 - схематичный вид представленного на фиг. 1 топливного распределителя в разрезе плоскостью II-II и
на фиг. 3 - схематичный вид представленного на фиг. 1 и частично изображенного в разрезе топливного распределителя в направлении по стрелке III.
Описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 схематично и частично в разрезе показан топливный распределитель 1, выполненный по одному из вариантов осуществления изобретения. Такой топливный распределитель 1 может быть выполнен прежде всего в виде топливной рампы 1, называемой также топливораспределительной рампой или топливным коллектором. Подобный топливный распределитель 1 особо пригоден для применения в системах вспрыскивания топлива в ДВС со сжатием рабочей смеси и ее принудительным воспламенением. Такой топливный распределитель 1 пригоден, в частности, для применения в системе среднего давления. Среднее давление в подобной системе может при этом составлять от 3 до 10 МПа, соответственно от 30 до 100 бар. Среднее давление прежде всего может составлять от 5 до 7 МПа, соответственно от 50 до 70 бар. Однако предлагаемый в изобретении топливный распределитель 1 пригоден также для применения в иных системах.
Топливный распределитель 1 выполнен многоэлементным. При этом топливный распределитель 1 имеет трубчатый коллекторный элемент 2 и несколько расположенных на нем чашек 3, 4, 5, 6 под топливные форсунки. В данном варианте предусмотрено четыре такие чашки 3-6 под топливные форсунки. При этом, однако, в зависимости от конкретного конструктивного исполнения в целом может быть предусмотрено две или более подобных чашек 3-6 под топливные форсунки. Благодаря многоэлементному выполнению топливного распределителя 1 при этом возможно его модульное исполнение, что, помимо прочего, позволяет изготавливать чашки под топливные форсунки в больших количествах и использовать их при сборке конкретного топливного распределителя 1 в фактически необходимом для этого количестве.
Трубчатый коллекторный элемент 2 топливного распределителя 1 выполнен из пластмассы. Такой трубчатый коллекторный элемент изготавливают при этом преимущественно с использованием нескольких тканевых слоев с их перекрестной намоткой под разными углами. Благодаря этому возможно изготовление толстостенной пластмассовой трубки, от которой можно отрезать мерную часть с получением в результате трубчатого коллекторного элемента требуемой длины. Чашки 3-6 под топливные форсунки преимущественно изготовлены из пластмассы литьем под давлением в виде пластмассовых отливок.
Топливный распределитель 1 имеет, кроме того, стяжной (или зажимный) элемент 10. Такой стяжной элемент 10 в предпочтительном варианте изготовлен из листовой стали, прежде всего нелегированной листовой стали. В данном случае стяжной элемент 10 может быть выполнен в виде гнутой в штампе детали. Благодаря этому возможно экономичное изготовление стяжного элемента 10 в виде стяжной металлической листовой детали 10. Очевидно, что в зависимости от условий применения стяжной элемент 10 может также иметь покрытие, а при определенных условиях даже полимерное покрытие. В этом случае стяжной элемент 10 выполнен в основном в виде стяжной металлической листовой детали 10.
Выполненный по этому варианту топливный распределитель 1 более подробно рассмотрен ниже со ссылкой также на фиг. 2 и 3.
На фиг. 2 изображенный на фиг. 1 топливный распределитель 1 схематично показан в разрезе плоскостью II-II. На фиг. 3 изображенный на фиг. 1 топливный распределитель 1 схематично показан в направлении по стрелке III и частично в разрезе. Стяжной элемент 10 имеет прорезы 11, 12, из которых для упрощения чертежей ссылочными обозначениями снабжены только прорезы 11, 12. Наличие таких прорезов 11, 12 позволяет путем гибки формировать крепежные части 13, из которых на чертежах показана только одна крепежная часть 13. Подобная крепежная часть 13 может, например, иметь крепежное отверстие 14, которое в смонтированном положении стяжного элемента расположено под трубчатым коллекторным элементом 2. Благодаря этому возможно крепление стяжного элемента 10 к ДВС или иному аналогичному агрегату. Помимо этого, наличие прорезов 11, 12 позволяет формировать зажимные уголки 15, 16, 17, 18, которые охватывают отдельные чашки 3-6 под топливные форсунки сзади, если смотреть со стороны коллекторного элемента 2. Стяжной элемент 10 имеет, кроме того, изогнутую желобообразную охватывающую посадочную часть 19. Такая охватывающая посадочная часть 19 служит для помещения в нее трубчатого коллекторного элемента 2 и охватывает его по его наружной поверхности 20.
При сборке стяжной элемент 10 несколько разгибают, в результате чего его зажимные уголки 15-18 затем поджимают отдельные чашки 3-6 под топливные форсунки к трубчатому коллекторному элементу 2 с некоторым усилием предварительного прижима. При этом стяжной элемент 10 оказывается предварительно напряжен.
Каждая из чашек 3-6 под топливные форсунки имеет по полой стержневидной части 21, 22. Эти полые стержневидные части 21, 22 проходят через отверстия 23, 24 в стенке трубчатого коллекторного элемента 2. При сборке чашки 3-6 под топливные форсунки их полыми стержневидными частями 21, 22 вставляют в отверстия 23, 24 в стенке трубчатого коллекторного элемента 2.
Помимо этого, для каждой чашки 3-6 под топливную форсунку предусмотрено по уплотнительному кольцу 25, 26. В собранном состоянии топливного распределителя уплотнительные кольца 25, 26 прилегают к наружной поверхности (наружной стороне) 20 трубчатого коллекторного элемента 2. Уплотнительные кольца 25, 26 охватывают далее соответствующую полую стержневидную часть 21, 22 чашек 3-6 под топливные форсунки. Благодаря предварительному напряжению стяжного элемента 10 уплотнительные кольца 25, 26 зажимаются с некоторым усилием предварительного зажима между наружной стороной 20 коллекторного элемента 2 и соответствующей чашкой 3-6 под топливную форсунку. Такое усилие предварительного зажима, которым нагружается каждое из уплотнительных колец 25, 26, при этом может быть ниже, чем это возможно вследствие предварительного напряжения стяжного элемента 10. Благодаря этому исключается избыточная нагрузка на уплотнительные кольца 25, 26, прежде всего их чрезмерное сдавливание. В данном варианте для этого на чашках 3-6 под топливные форсунки предусмотрены кольцевые канавки 27, 28. В эти кольцевые канавки 27, 28, предусмотренные на чашках 5, 6 под топливные форсунки, по меньшей мере частично вставлены уплотнительные кольца 25, 26. В этом случае при сборке возникает усилие предварительного зажима, действующее на уплотнительные кольца 25, 26. При этом благодаря соответствующему конструктивному исполнению канавок 27, 28 ограничена максимальная нагрузка на уплотнительные кольца 25, 26, т.е. ограничено возникающее при сборке усилие предварительного зажима, действующее на уплотнительные кольца 25, 26.
Каждая из чашек 3-6 под топливные форсунки имеет по каналу 29, 30. При этом канал 29 проходит через полую стержневидную часть 21 и, помимо этого, изогнут по меньшей мере приблизительно на 90°. Вследствие этого ось 31 посадочного гнезда 32 в чашке 5 под топливную форсунку, в которое вставляется последняя, проходит по меньшей мере приблизительно параллельно крепежной оси 33, которая в данном варианте задается крепежным отверстием 14. Благодаря этому получают компактную конструкцию. Соответственно и канал 30 в чашке 6 под топливную форсунку изогнут по меньшей мере приблизительно на 90°.
Топливный распределитель 1 имеет, кроме того, заглушку 40 и соединительный элемент 41. Заглушка 40 установлена на одном конце 42 трубчатого коллекторного элемента 2, а соединительный элемент 41 - на другом его конце 43, обращенном от конца 42. Благодаря этому возможно особо экономичное изготовление трубчатого коллекторного элемента 2. После отрезания трубчатого коллекторного элемента 2 требуемой длины от соответствующей трубчатой заготовки и после необходимой при определенных условиях последующей обработки его концов 42, 43 на нем сразу можно смонтировать заглушку 40 и соединительный элемент 41. В соответствующий момент, предпочтительно после отрезания трубчатого коллекторного элемента требуемой длины от трубчатой заготовки, выполняют отверстия 23, 24 для установки в них отдельных чашек 3-6 под топливные форсунки.
Заглушка 40 закрывает конец 42 трубчатого коллекторного элемента 2. Между заглушкой 40 и концом 42 трубчатого коллекторного элемента 2 при этом предусмотрено уплотнительное кольцо 44, улучшающее герметичность. Помимо этого, заглушка 40 фиксируется прижимной дужкой 45 стяжного элемента 10 и нагружена в направлении конца 42 трубчатого коллекторного элемента 2 определенным усилием предварительного прижима. Кроме того, между соединительным элементом 41 и концом 43 трубчатого коллекторного элемента 2 также предусмотрено уплотнительное кольцо 46, улучшающее герметичность на конце 43. При этом соединительный элемент 41 нагружен прижимной дужкой 47 стяжного элемента 10 в направлении конца 43 трубчатого коллекторного элемента 2 определенным усилием предварительного прижима.
Заглушка 40 в предпочтительном варианте выполнена в виде отливки 40, полученной свободным литьем. Выбранное расположение канавки 48, в которую вставлено уплотнительное кольцо 44, соответственно расположение самого этого уплотнительного кольца 44 обеспечивает отсутствие облоя в зоне уплотнения. Для снижения массы и достижения максимально равномерной толщины стенок заглушка 40 может иметь в зоне радиальной направляющей глухое отверстие. В предпочтительном варианте уплотнительное кольцо 44 выполнено в виде уплотнительного кольца 44 круглого сечения.
Соединительный элемент 41 может выть выполнен в виде изготовленной на токарном автомате токарной детали из коррозионно-стойкого металла. В качестве такого соединительного элемента при этом можно использовать стандартизованное присоединение высокого давления. Уплотнительное кольцо 46 в предпочтительном варианте также выполнено в виде уплотнительного кольца 46 круглого сечения.
Помимо этого, и чашки 3-6 под топливные форсунки могут быть выполнены в виде отливок 3-6, полученных свободным литьем. Место разъема литьевой формы предпочтительно при этом не предусматривать в зоне канавок 27, 28, служащих в качестве канавок 27, 28 под уплотнительные кольца. Помимо этого, предпочтительно задавать одинаковую толщину стенок. Уплотнительные кольца 25, 26 в предпочтительном варианте также выполнены в виде уплотнительных колец 25, 26 круглого сечения.
Сборка топливного распределителя 1 может выполняться, например, на круглом сборочном столе с двумя рабочими положениями. В процессе сборки топливного распределителя 1 предварительно собранный коллекторный элемент 2 можно проверять на герметичность. Затем каждую из чашек 3-6 под топливные форсунки снабжают соответственно одним уплотнительным кольцом 25, 26 и позиционируют в сборочном приспособлении. Помимо этого, на заглушку 40 и соединительный элемент 41 также надевают соответствующие уплотнительные кольца 44, 46. После этого заглушку 40 и соединительный элемент 41 вставляют в трубчатый коллекторный элемент 2. Далее трубчатый коллекторный элемент 2 можно надеть на служащие соединительными втулками полые стержневидные части 21, 22 чашек 3-6 под топливные форсунки. После этого в разжимное приспособление можно поместить стяжной элемент 10 и в расширенном состоянии надвинуть его вместе с разжимным приспособлением на собранные между собой детали топливного распределителя 1. Затем разжимное приспособление удаляют. Смонтированный таким путем стяжной элемент 10 благодаря упругой деформации своей геометрии обеспечивает в последующем надежное соединение между собой отдельных деталей топливного распределителя 1 даже при рабочем давлении, прежде всего при среднем давлении.
Изобретение не ограничено описанными выше вариантами его осуществления.
1. Топливный распределитель (1), прежде всего для систем впрыскивания топлива в двигатели внутреннего сгорания со сжатием рабочей смеси и ее принудительным воспламенением, имеющий коллекторный элемент (2), несколько расположенных на нем чашек (3-6) под топливные форсунки и стяжной элемент (10), который опирается на коллекторный элемент (2) и на чашки (3-6) под топливные форсунки и который предварительно напряжен и поджимает чашки (3-6) под топливные форсунки к коллекторному элементу (2) с усилием предварительного прижима.
2. Топливный распределитель по п. 1, отличающийся тем, что коллекторный элемент (2) выполнен из по меньшей мере одной пластмассы и/или чашки (3-6) под топливные форсунки выполнены из по меньшей мере одной пластмассы и/или в виде отливок.
3. Топливный распределитель по п. 1, отличающийся тем, что стяжной элемент (10) по меньшей мере в основном выполнен в виде стяжной металлической листовой детали (10) и/или в виде гнутой в штампе детали (10).
4. Топливный распределитель по п. 3, отличающийся тем, что стяжной элемент (10) по меньшей мере в основном выполнен из нелегированной листовой стали.
5. Топливный распределитель по п. 1, отличающийся тем, что каждая из чашек (3-6) под топливные форсунки имеет по полой стержневидной части (21, 22), которая по меньшей мере частично вставлена в отверстие (23, 24), предусмотренное в коллекторном элементе (2) для соответствующей чашки (3-6) под топливную форсунку.
6. Топливный распределитель по п. 5, отличающийся тем, что для каждой чашки (3-6) под топливную форсунку предусмотрено уплотнительное кольцо (25, 26), которое прилегает к наружной стороне (20) коллекторного элемента (2) и охватывает полую стержневидную часть (21, 22) соответствующей чашки (3-6) под топливную форсунку и которое по причине предварительного напряжения стяжного элемента (10) зажато между наружной стороной (20) коллекторного элемента (2) и соответствующей чашкой (3-6) под топливную форсунку с усилием предварительного зажима.
7. Топливный распределитель по п. 6, отличающийся тем, что на чашках (3-6) под топливные форсунки предусмотрены кольцевые канавки (27, 28), в которые по меньшей мере частично вставлено соответствующее уплотнительное кольцо (25-26).
8. Топливный распределитель по п. 5, отличающийся тем, что каждая из чашек (3-6) под топливные форсунки имеет по каналу (29, 30), который проходит от соответствующей полой стержневидной части (21, 22) к посадочному гнезду (32) под вставляемую в него топливную форсунку и изогнут по меньшей мере приблизительно на 90°.
9. Топливный распределитель по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что коллекторный элемент (2) по меньшей мере в основном выполнен в виде трубчатого коллекторного элемента (2).
10. Топливный распределитель по п. 9, отличающийся тем, что предусмотрена заглушка (40), которая закрывает трубчатый коллекторный элемент (2) на одном его конце (42) и которая нагружена стяжным элементом (10) в направлении трубчатого коллекторного элемента (2) усилием предварительного прижима, и/или предусмотрен соединительный элемент (41), который расположен на одном конце (43) трубчатого коллекторного элемента (2) и который нагружен стяжным элементом (10) в направлении трубчатого коллекторного элемента (2) усилием предварительного прижима.
