устройство впрыскивания топлива под высоким давлением с гидравлическим управлением перемещением золотника и двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Устройство впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), имеющее топливный аккумулятор (1) высокого давления, соединяемый через трехходовой двухпозиционный распределитель (3) (3/2-распределитель) с форсункой (2), при этом указанный распределитель (3) имеет золотник (5), соединяющий питающий топливопровод (28) с топливопроводом (9) высокого давления или с оканчивающимся в топливном баке (24) разгрузочным топливопроводом (13), отличающееся тем, что золотник (5) имеет на своих концевых частях, обращенных к соответствующим ограничителям (8, 18) хода, демпфирующие его перемещение элементы (7, 21; 6, 22).

2. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что каждый из предусмотренных на концевых частях золотника (5) демпфирующих элементов выполнен в виде уступа, образованного на золотнике в месте перехода между его участками со ступенчато изменяющимся диаметром (7, 21; 6, 22).

3. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что каждая из концевых частей золотника (5) входит в одну из соответствующих камер (17, 29) для демпфирования перемещений этого золотника.

4. Устройство впрыскивания топлива по п.3, отличающееся тем, что предусмотрена возможность сброса давления в верхней камере (17) с помощью дросселя (16).

5. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что золотник (5) установлен во втулке (15), запрессованной в корпус 3/2-распределителя (3).

6. Устройство впрыскивания топлива по п.5, отличающееся тем, что втулка (15), в которой установлен золотник (5), выполнена сменной из высококачественного материала.

7. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что над золотниковой камерой (17) расположен 2/2-распределитель (55) с управлением от электрического привода (4).

8. Устройство впрыскивания топлива по п.7, отличающееся тем, что электрический привод выполнен в виде пьезопривода с регулируемым ходом, позволяющего регулировать дросселирование в зависимости от хода золотника (5).

9. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что 3/2-распределитель (3) выполнен в виде отдельного модуля, установленного между топливным аккумулятором (1) высокого давления и комплектом форсунок (2).

10. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что золотник (5) имеет на участке размещения расположенной с входной стороны управляющей кромки (19, 19’) определяющий характеристики впрыскивания уступ (23).

11. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что потери от утечки топлива при впрыскивании сведены к минимуму за счет перекрытия управляющих кромок (19, 19’; 20, 20’) между золотником (5) и втулкой (15).

12. Двигатель внутреннего сгорания с устройством впрыскивания топлива, имеющим топливный аккумулятор (1) высокого давления, соединяемый через трехходовой двухпозиционный распределитель (3) (3/2-распределитель) с форсунками (2), при этом предусмотрен золотник (5), соединяющий питающий топливопровод (28) с топливопроводом (9) высокого давления или с оканчивающимся в топливном баке (24) разгрузочным топливопроводом (13), отличающийся тем, что золотник (5) имеет на своих концевых частях, обращенных к соответствующим ограничителям (8, 18) хода, демпфирующие его перемещение элементы (7, 21; 6, 22).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам впрыскивания топлива, в частности, к устройству впрыскивания топлива под высоким давлением с гидравлическим перемещением золотника и к двигателю внутреннего сгорания, оснащенному таким устройством.

В устройствах впрыскивания топлива описанного выше типа применяют трехходовые двухпозиционные распределители (3/2-распределители), имеющие золотники, возвратно-поступательное движение которых влияет на характеристику впрыскивания. Поскольку золотники совершают внутри корпуса 3/2-распределителя возвратно-поступательные движения, посадочные (опорные) поверхности и управляющие кромки золотника подвергаются высоким нагрузкам.

В 3/2-распределителях золотники, открывающие и перекрывающие подачу топлива к клапанной форсунке, устанавливают в корпусе. С целью обеспечить максимально точное дозирование топлива и свести к минимуму потери от его утечек или просачивания золотники и отверстия в корпусах распределителей выполняют с исключительно узким полем допуска на их диаметры. Дозирование топлива обеспечивается расположенными с выходной и входной сторон управляющими кромками и зависит от хода золотника в корпусе 3/2-распределителя. При этом опорные поверхности золотника подвергаются исключительно высоким механическим нагрузкам, поскольку золотник перемещается практически без демпфирования.

При небольшой длине хода золотников в корпусах 3/2-распределителей эти золотники могут лишь в ограниченной степени влиять на характеристику впрыскивания. Поскольку, однако, характеристика впрыскивания топлива в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) имеет важное значение для протекания процесса и полноты сгорания топлива в цилиндрах, представляется неприемлемым задавать характеристику впрыскивания с целью оптимизации протекания процесса сгорания топлива и с целью полного использования внутренней энергии топлива в виде параметра, зависящего от хода золотника.

Предлагаемое устройство впрыскивания топлива для ДВС имеет топливный аккумулятор высокого давления, соединяемый через трехходовой двухпозиционный распределитель (3/2-распределитель) с форсункой, при этом указанный распределитель имеет золотник, соединяющий питающий топливопровод с топливопроводом высокого давления или с оканчивающимся в топливном баке разгрузочным топливопроводом. Для повышения рабочих характеристик устройства золотник имеет на своих концевых частях, обращенных к соответствующим ограничителям хода, демпфирующие его перемещение элементы.

Предлагаемое в изобретении демпфирование золотника при его приближении к конечным положениям в процессе возвратно-поступательного движения, совершаемого им в корпусе 3/2-распределителя, позволяет значительно повысить срок службы этой детали 3/2-распределителя.

В частных вариантах выполнения предлагаемого устройства каждый из предусмотренных на концевых частях золотника демпфирующих элементов выполнен в виде уступа, образованного на золотнике в месте перехода между его участками со ступенчато изменяющимся диаметром, благодаря чему в месте перехода между этими участками в каждой их паре образуется по уступу, которые выполняют функцию гидравлического демпфера.

Кроме того, каждая из концевых частей золотника может входить в одну из соответствующих камер для демпфирования перемещений этого золотника, что позволяет уравновешивать давление в соответствующих камерах, в которые входят указанные концевые части золотника, обеспечивая тем самым демпфирование золотника при его приближении в процессе возвратно-поступательного движения к одному из конечных положений. Благодаря этому удается значительно продлить срок службы цилиндрического элемента, выполняющего функцию золотника. Выполнение упорных поверхностей, расположенных напротив соответствующих торцов золотника и выполняющих функцию ограничителей его хода, в виде плоских кольцевых поверхностей позволяет упростить процесс обработки и одновременно с этим значительно повысить износостойкость выполненной таким образом упорной поверхности по сравнению, например, с коническим седлом.

В соответствии с изобретением может быть предусмотрена возможность сброса давления в верхней камере с помощью дросселя. Соответственно, для инициирования процесса впрыскивания сначала можно подавать соответствующий управляющий сигнал на установленный над верхней золотниковой камерой привод, при срабатывании которого обеспечивается сброс давления в этой верхней золотниковой камере, вследствие чего золотник начинает перемещаться в верхнее конечное положение. В результате открывается впускное отверстие подающего топливопровода, ведущего к форсунке, в которую при этом начинает поступать находящееся под высоким давлением топливо.

Золотник предпочтительно устанавливать во втулке, запрессованной в корпус 3/2-распределителя. Это позволяет легко заменить втулку при ремонте на новую. В этом варианте корпус распределителя можно выполнять из недорогого материала, а из высококачественного материала выполнять только саму сменную втулку. Управляющие кромки, образованные между запрессованной в корпус 3/2-распределителя втулкой и уступами золотника, изготавливают с соблюдением узких полей допуска на их размеры и форму, что позволяет свести к минимуму утечки топлива. За счет перекрытия имеющихся между золотником и втулкой управляющих кромок на выходной и входной сторонах золотника удается свести к минимуму потери топлива от утечек, которое можно отводить обратно в топливный бак по разгрузочному топливопроводу.

Для управления процессом впрыскивания можно использовать регулируемое в зависимости от хода золотника дросселирование, для чего над золотниковой камерой может быть расположен 2/2-распределитель с управлением от электрического привода, в качестве которого может быть использован пьезопривод с регулируемым ходом, позволяющий регулировать дросселирование в зависимости от хода золотника.

Золотник на участке размещения расположенной с входной стороны управляющей кромки может иметь уступ, определяющий характеристики впрыскивания и обеспечивающий с входной стороны дросселирование в зависимости от хода золотника.

3/2-распределитель может быть выполнен в виде отдельного модуля, установленного между топливным аккумулятором высокого давления и комплектом форсунок.

Объектом изобретения является также ДВС с устройством впрыскивания топлива, имеющим топливный аккумулятор высокого давления, соединяемый через трехходовой двухпозиционный распределитель (3/2-распределитель) с форсунками. В устройстве впрыскивания топлива предусмотрен золотник, соединяющий питающий топливопровод с топливопроводом высокого давления или с оканчивающимся в топливном баке разгрузочным топливопроводом. Для повышения эксплуатационных характеристик ДВС золотник имеет на своих концевых частях, обращенных к соответствующим ограничителям хода, демпфирующие его перемещение элементы.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - 3/2-распределитель модульной конструкции, установленный между топливным аккумулятором высокого давления и клапанной форсункой, и

на фиг.2 - золотник, который установлен в запрессованной в корпус втулке с возможностью перемещения в ней и который имеет расположенный на входной стороне уступ, определяющий характеристику впрыскивания.

На фиг.1 показан трехходовой двухпозиционный распределитель 3 (3/2-распределитель), установленный между топливным аккумулятором 1 высокого давления ("common rail") и форсункой 2.

Отходящий от топливного бака 24 питающий топливопровод проходит к насосу 26 высокого давления, в котором оканчивается также перепускной топливопровод 27 и который поддерживает в топливном аккумуляторе 1 высокое давление топлива. От топливного аккумулятора 1 высокого давления отходят питающие топливопроводы 28, проходящие к соответствующим 3/2-распределителям 3, один из которых подробно изображен на чертеже. Блок 14 управления управляет топливным аккумулятором 1 высокого давления и приводом 4, который обеспечивает сброс давления в расположенной над золотником 5 золотниковой камере 17.

Верхний концевой участок золотника 5, который заключен внутрь выполненной из высококачественного материала втулки 15, запрессованной в горячем состоянии в корпус 30, имеет диаметр 6, который больше диаметра 22 того его участка, который непосредственно примыкает к торцу. В показанном на фиг.1 положении оба указанных участка со ступенчато изменяющимися диаметрами 6, 22 в верхней концевой части золотника 5 входят внутрь золотниковой камеры 17. Когда последняя при обесточенном приводе 4 закрыта двухходовым двухпозиционным распределителем 55 (2/2-распределителем), уступ, образованный в месте перехода между участками со ступенчато изменяющимся диаметром 22, 6, выполняет функцию гидравлического демпфирующего элемента для золотника 5.

В направлении сужающегося среднего участка золотника 5 находятся расположенные с входной стороны управляющие кромки 19, 19’, которые при движении золотника 5 вверх после сброса давления в золотниковой камере 17 открывают расположенное с входной стороны впускное отверстие, ведущее в топливопровод 9 высокого давления, который проходит к форсунке 2. В открытом положении золотника находящееся под высоким давлением топливо через питающий топливопровод 28 поступает внутрь втулки 15 и через открытое управляющими кромками 19, 19’ отверстие подается в топливопровод 9 высокого давления. В этот момент времени в результате перекрытия поверхностей управляющих кромок 19, 19’ и 20, 20’ расположенное на выходной стороне отверстие уже закрыто, что исключает утечку топлива на золотнике 5. По завершении впрыскивания золотник 5 занимает показанное на фиг.1 положение, при этом проход между расположенными с выходной стороны управляющими кромками 20, 20’ открыт, и топливо может поступать через перепускное отверстие 11 и перепускной канал 12 в нижней части золотника 5 в разгрузочный топливопровод 13, который в свою очередь оканчивается в топливном баке 24.

Та часть золотника 5, в которой выполнен перепускной канал 12, имеет диаметр 7 и заключена внутрь втулки 15 с диаметром 7’, что позволяет исключительно точно подогнать одну деталь к другой с соблюдением узких полей допусков и тем самым свести к минимуму просачивание топлива. Ниже выполненного с диаметром 7 участка золотника 5 расположен участок с диаметром 21, который несколько меньше диаметра 7. Аналогично верхней концевой части золотника 5 в его нижней концевой части в месте перехода между участками различных диаметров 7, 21 также образован уступ, который выполняет функцию демпфирующего элемента для золотника 5 при его перемещении вниз и предотвращает тем самым преждевременный износ служащей ограничителем хода золотника нижней поверхности втулки 15. Установленный во втулке 15 золотник 5 работает следующим образом.

При обесточенном электрическом приводе 4 соединение между топливным аккумулятором 1 высокого давления ("common rail") и форсункой 2 отсутствует. При этом подаче находящегося под высоким давлением в питающем топливопроводе 28 топлива к форсунке препятствует золотник 5. Благодаря плотной посадке 7, 7’ на участке расположения управляющих кромок 19, 19’ впускное отверстие, ведущее в топливопровод 9 высокого давления, проходящий к форсунке 2, перекрыто. При этом давление в форсунке 2, а также в разгрузочном топливопроводе 13, перепускном канале 12, перепускном отверстии 11, отверстиях 10 и топливопроводе 9 высокого давления отсутствует. При срабатывании привода 4, что сопровождается срабатыванием 2/2-распределителя 55 и открытием дросселя 16, происходит сброс давления в золотниковой камере 17, в результате чего золотник 5 начинает перемещаться вверх в сторону опорной поверхности, служащей ограничителем 18 хода золотника. При этом уступ, образованный в месте перехода между участками со ступенчато изменяющимся диаметром 6, 22, обеспечивает демпфирование (торможение) золотника 5, замедляя его перемещение по мере приближения к верхней плоской кольцевой поверхности, служащей ограничителем 18 хода золотника. Проходное сечение на участке диаметром 6, т.е. зазор между золотником 5 и направляющей втулкой 15, имеет меньшие размеры по сравнению с размерами поперечного сечения дросселя 16 в верхнем ограничителе 18. При перемещении золотника вверх расположенные с выходной стороны управляющие кромки 20, 20’ перекрывают выпускное отверстие, тогда как расположенные с входной стороны управляющие кромки 19, 19’ открывают впускное отверстие топливопровода 9 высокого давления. При перемещении золотника 5 вверх сила его удара о кольцевую поверхность ограничителя 18 гасится благодаря демпфирующему действию уступа, образованного в месте перехода между участками со ступенчато изменяющимся диаметром 6, 22. При перемещении вниз, начинающемся в результате отключения привода 4, золотник 5 движется в сторону нижнего ограничителя 8 под действием высокого давления, преобладающего в этом случае и в золотниковой камере 17, в результате чего его смещающаяся вниз управляющая кромка 19 и управляющая кромка 19’ перекрывают впускные отверстия топливопровода 9 высокого давления. В процессе перемещения золотника 5 вниз топливо перетекает через перепускное отверстие 11 и перепускной канал 12 в разгрузочный топливопровод 13, ведущий к топливному баку 24. Торможение золотника 5 при его перемещении вниз обеспечивается за счет демпфирующего действия уступа, который образован в месте перехода между участками со ступенчато изменяющимся диаметром 7, 21 и который в расположенной в нижней части втулки 15 демпфирующей камере 29 обеспечивает тем самым равномерное демпфирование золотника 5 при его возвратно-поступательном движении внутри охватывающей его втулки 15.

Предлагаемый в изобретении 3/2-распределитель может быть непосредственно встроен в форсунку или же может быть выполнен в виде отдельного узла, устанавливаемого между топливным аккумулятором 1 высокого давления ("common rail") и форсункой 2.

В показанном на фиг.2 варианте золотник 5, установленный с возможностью перемещения в запрессованной в горячем состоянии втулке 15, имеет расположенный с входной стороны уступ 23, определяющий характеристику впрыскивания.

Ниже расположенных с входной стороны управляющих кромок 19, 19’ золотник 5 имеет уступ 23, который в показанном на чертеже примере конически сужается в сторону нижнего ограничителя 8 и который позволяет влиять на характеристику впрыскивания путем дросселирования, являющегося функцией хода золотника 5. В другом варианте выполнения изобретения задавать и влиять на характеристику впрыскивания можно за счет регулируемого дросселирования с помощью 2/2-распределителя 55 с использованием для этой цели, например, пьезоэлектрического привода. Соответствующее расположение находящихся с входной стороны управляющих кромок 19, 19’ и находящихся с выходной стороны управляющих кромок 20, 20’ позволяет снизить давление в системе на первой фазе открытия золотника.

Исключить нежелательное неконтролируемое поступление топлива можно, обеспечив такое перемещение золотника 5, чтобы при нормальной работе он не доходил до ограничителя 18, а его верхняя часть входила в контакт с кольцевой поверхностью ограничителя 18 лишь при выходе из строя привода 4 или 2/2-распределителя 55. В случае отказа одного из этих узлов перепускное отверстие 11 может переместиться в обозначенное позицией 11’ положение, что позволяет сбросить давление в форсунке 2 за счет вытекания находящегося под высоким давлением топлива через перепускной канал 12 и разгрузочный топливопровод 13 в топливный бак 24. Благодаря этому при выходе из строя управляющих элементов 4, 55 удается защитить остальные детали и узлы от воздействия слишком высоких механических нагрузок, возникающих при подобном выходе из строя управляющих элементов 4, 55.