КЛАПАННАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02M61/04 

Изобретение относится к клапанной форсунке для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения. У клапанной форсунки такого типа, известной из описания к полезной модели Германии DE G 9320433.7, обращенная к камере сгорания торцевая поверхность корпуса клапана ограничивает кольцеобразную полость нагнетания, в которой оканчивается подводящий топливопровод от топливного насоса. Полость нагнетания ограничена по направлению радиально внутрь выступающим вдоль оси от торцевой поверхности корпуса клапана хвостовиком, поперечное сечение которого на обращенном к камере сгорания конце конически сужается, образуя седло клапана. На своем обращенном к камере сгорания конце полость нагнетания ограничена дискообразной клапанной мембраной, внешний край которой через промежуточную втулку прижат зажимной гайкой к корпусу клапана и которая имеет центральное отверстие, кольцевой край которого образует уплотнительную кромку, взаимодействующую с седлом клапана. При этом клапанная мембрана в закрытом состоянии клапанной форсунки плотно с предварительным натяжением прилегает своей уплотнительной поверхностью к седлу клапана, за счет чего полость нагнетания закрыта в направлении камеры сгорания ДВС, к которой подается топливо. Когда должно произойти впрыскивание, в полость нагнетания через подводящий топливопровод подается топливо под высоким давлением, под действием которого уплотнительная поверхность упругой клапанной мембраны отжимается от седла клапана, преодолевая силу предварительного натяжения. Затем через открывшуюся при этом кольцевую щель на хвостовике происходит впрыск топлива аналогично известным штифтовым распылителям с конусом, выступающим за донышко. Окончание процесса впрыскивания управляется прекращением подачи топлива под высоким давлением в полость нагнетания. Однако при этом недостаток известной клапанной форсунки состоит в том, что в ней возможно выполнить лишь такое отверстие распылителя, которое не позволяет достаточно точно сформировать топливную струю. Кроме того, возможный ход клапанной мембраны и действующая в качестве уплотнительной контактная поверхность между седлом клапана и клапанной уплотнительной поверхностью ограничены вследствие зажима по внешнему краю.

Описание изобретения
Преимущество клапанной форсунки для ДВС согласно изобретению с отличительными признаками п. 1 формулы изобретения по сравнению с уровнем техники состоит в том, что центральная фиксация дискообразного клапанного элемента (клапанной мембраны) обеспечивает большую свободную длину изгиба и тем самым возможность большего хода клапанного элемента, что положительно сказывается на нагруженности мембраны и, следовательно, на ее долговечности. С другой стороны, благодаря тому, что в радиальной внешней зоне клапанного элемента предусмотрена уплотнительная поверхность, контактная поверхность в зоне уплотнения получается значительно большей в сравнении с известным решением. Другое преимущество заключается в расположении распылительных отверстий в запорной тарелке, ограничивающей полость нагнетания, что обеспечивает возможность индивидуальной подгонки положения и числа таких отверстий в соответствии с конкретными требованиями.

Поскольку клапанная мембрана более не оказывает непосредственного влияния на формирование струи впрыскиваемого топлива, она может иметь очень простое конструктивное исполнение.

Фиксация клапанного элемента по его центру при этом может быть реализована альтернативно либо с силовым замыканием, например, путем зажима между двумя упорами, либо с геометрическим замыканием, например, путем приваривания к упору.

Распылительные отверстия расположены за местом плотного прилегания уплотнительной поверхности к седлу клапана по ходу потока топлива, причем входы в эти отверстия могут быть либо не перекрыты в радиальном направлении клапанным элементом, либо они могут перекрываться радиальным краем клапанного элемента.

Перетекание топлива из полости нагнетания в пространство, заключенное между торцевой поверхностью корпуса клапана и обращенной в противоположную сторону от полости нагнетания торцевой поверхностью клапанного элемента, может быть при этом легко и просто предотвращено с помощью уплотнительного кольца, выполненного таким образом, чтобы оно не препятствовало отжатию клапанного элемента от седла. Необходимое давление открытия клапанной форсунки может быть установлено путем выбора соответствующей толщины распорной втулки между корпусом клапана и запорной тарелкой, что позволяет изменять расстояние между местом центральной фиксации клапанного элемента и местом его прилегания к седлу клапана в крайней радиальной зоне.

Другие преимущества и предпочтительные варианты выполнения изобретения представлены на чертежах, в последующем описании и в формуле изобретения.

Описание чертежей
На чертежах показаны и ниже более подробно описаны три примера выполнения предлагаемой клапанной форсунки для ДВС, в частности:
на фиг. 1 в продольном разрезе показан первый пример выполнения клапанной форсунки;
на фиг. 2 показан вырез по фиг. 1 в увеличенном масштабе с изображением участка клапанного элемента согласно изобретению;
на фиг. 3 показан вырез из второго примера выполнения, в котором клапанный элемент приварен к хвостовику корпуса клапана;
на фиг. 4 показан вырез из третьего примера выполнения, в котором распылительное отверстие на входе перекрывается клапанным элементом (клапанной мембраной).

Описание примеров выполнения
Изображенный на фиг. 1 и в увеличенном вырезе на фиг. 2 первый пример выполнения клапанной форсунки согласно изобретению имеет вращательно-симметричный корпус 1 клапана, на впускном конце которого предусмотрен соединительный элемент 3 для не показанного топливопровода высокого давления от соответствующего топливного насоса. Корпус 1 клапана имеет, кроме того, соединенный с топливопроводом подводящий канал 5, образованный осевым сквозным отверстием, проходящим от верхней торцевой поверхности в зоне соединительного элемента 3 корпуса 1 клапана через хвостовик 9, который аксиально выступает от нижней обращенной к камере сгорания торцевой поверхности 7 корпуса 1. К торцевой поверхности хвостовика 9 корпуса 1 своей центральной частью прилегает выполненный в виде выпуклой клапанной мембраны дискообразный клапанный элемент 11 из пружинящего материала, причем в этом клапанном элементе 11 в зоне его перекрытия с хвостовиком 9 расположено сквозное отверстие 13, являющееся продолжением подводящего канала 5. К обращенной в противоположную сторону от корпуса 1 торцевой поверхности клапанного элемента 11, а именно к его центральной части, прилегает пята 15 запорной тарелки 17, перекрывающая зону прилегания хвостовика 9, благодаря чему клапанный элемент 11 зажат между хвостовиком 9 и пятой 15 и в своем положении зафиксирован относительно корпуса 1. Запорная тарелка, имеющая пяту 15, выполнена при этом дискообразной и прижата в осевом направлении к обращенной к камере сгорания торцевой поверхности 7 корпуса 1 радиально охватывающей внешний край этой тарелки зажимной гайкой 19, причем между запорной тарелкой 17 и торцевой поверхностью 7 клапанного элемента 11 зажата распорная втулка 21.

Пята 15 запорной тарелки 17 имеет соединительный канал 23, который выходит из ее обращенного к торцу места перекрытия со сквозным отверстием 13 в клапанном элементе 11 и оканчивается в полости 25 нагнетания, образованной между клапанным элементом 11 и запорной тарелкой 17. Соединительный канал 23 образован при этом предпочтительно осевым глухим отверстием и отходящим от него поперечным отверстием.

Полость 25 нагнетания, ограниченная выпуклым клапанным элементом 11 и обращенной в противоположную сторону от камеры сгорания торцевой поверхностью запорной тарелки 17, герметично перекрыта благодаря упругому прилеганию клапанного элемента 11 своей свободной обращенной радиально наружу краевой зоной к запорной тарелке 17. При этом радиальная внешняя часть обращенной к камере сгорания торцевой поверхности клапанного элемента 11 образует уплотнительную поверхность 27 клапана, плотно прилегающую с предварительным натяжением (собственное натяжение клапанной мембраны) к кольцеобразной поверхности 29 седла клапана, образованной частью обращенной в противоположную сторону от камеры сгорания торцевой поверхности запорной тарелки 17. При этом ниже по ходу потока за местом плотного взаимного прилегания уплотнительной поверхности 27 к седлу 29 предусмотрены распылительные отверстия 31, расположенные в запорной тарелке 17 радиально с внешней стороны от указанного места прилегания. Количество и расположение этих отверстий 31, оканчивающихся в камере сгорания ДВС, может при этом выбираться произвольно и с учетом существующих условий. С целью предупредить перетекание топлива в пространство 33, заключенное между обращенной в противоположную сторону от полости 25 нагнетания торцевой поверхностью клапанного элемента 11 и торцевой поверхностью 7 корпуса 1, между радиальным внешним краем запорной тарелки 17 и распорной втулкой 21 зажато уплотнительное кольцо 35, прилегающее к обращенной в противоположную сторону от полости нагнетания краю клапанного элемента 11 и выполненное таким образом, что оно не препятствует движению свободного конца клапанного элемента 11 при его подъеме (отжиме). При этом в обращенной радиально наружу краевой зоне запорной тарелки 17 предпочтительно предусмотрен кольцевой выступ 37, за счет которого толщина запорной тарелки 17 увеличивается по внешней окружности в направлении корпуса 1.

Предлагаемая клапанная форсунка для двигателей внутреннего сгорания работает следующим образом.

Когда через клапанную форсунку должен производиться впрыск топлива, в эту форсунку от топливного насоса через топливопровод известным образом подается топливо под высоким давлением, которое через подводящий канал 5 передается топливу, находящемуся в полости 25 нагнетания. В этой полости нагнетания находящееся под высоким давлением топливо отжимает свободный внешний край клапанного элемента 11 с уплотнительной поверхностью 27 от седла 29 клапана против действия силы предварительного натяжения упругого клапанного элемента 11 (клапанной мембраны), за счет чего открывается проходное сечение отверстия, через которое топливо из полости 25 нагнетания перетекает к распылительным отверстиям 31, по которым оно попадает далее в камеру сгорания ДВС. При этом выполненное из устойчивой к действию высоких температур и к топливу резины уплотнительное кольцо 35 препятствует перетеканию топлива в пространство 33.

Впрыскивание топлива заканчивается прерыванием подачи топлива под высоким давлением к клапанной форсунке и падением вследствие этого давления в полости 25 нагнетания до уровня, ниже необходимого для впрыска, за счет чего клапанный элемент 11 возвращается своей уплотнительной поверхностью 27 в положение, в котором он прилегает к поверхности седла 29 клапана, перекрывая тем самым клапанную форсунку. При этом преимущество состоит в том, что в одной детали, а именно в клапанном элементе 11, интегрированы клапанная функция и возвратная функция.

Давление впрыска можно установить при этом соответствующим подбором толщины распорной втулки 21, которая позволяет установить осевое расстояние между местом центральной фиксации и внешним прилеганием клапанного элемента 11 и тем самым силу его предварительного натяжения.

Изображенный в вырезе на фиг. 3 второй пример выполнения отличается от первого примера реализаций центральной фиксации и крепления клапанного элемента 11 к хвостовику 9 корпуса 1 клапана, причем клапанный элемент 11 в этом случае приварен к хвостовику 9, предпочтительно лазерной сваркой. Преимущество такого крепления клапанного элемента 11 состоит в возможности отказа от применения пяты 15 на запорной тарелке 17, что существенно упрощает конструкцию последней.

В изображенном в вырезе на фиг. 4 третьем примере выполнения упругий клапанный элемент 11 полностью перекрывает своим наружным краем с уплотнительной поверхностью 27 вход в распылительное отверстие 31 в запорной тарелке 17, которая в этом случае выполнена заодно с распорной втулкой.

Таким образом, клапанная форсунка согласно изобретению благодаря ее простому конструктивному исполнению по сравнению с известными так называемыми мембранными форсунками обладает значительными преимуществами в отношении нагрузки, а также расположения и геометрии распылительных отверстий.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к клапанным форсункам для двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию, точно сформировать топливную струю и обеспечить долговечность мембраны. Клапанная форсунка для двигателей внутреннего сгорания содержит корпус клапана, на обращенном к камере сгорания конце которого предусмотрена соединенная с подводящим каналом кольцеобразная полость нагнетания, ограниченная упругим клапанным элементом, который под собственным натяжением прилегает уплотнительной поверхностью к неподвижному седлу клапана и может отжиматься от него под действием давления в полости нагнетания. За открываемым проходным сечением отверстия расположено по меньшей мере одно распылительное отверстие для впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания. Выполненный в виде мембраны упругий клапанный элемент зафиксирован своей центральной частью относительно корпуса клапана и образует своей обращенной радиально наружу краевой зоной уплотнительную поверхность, которая может упруго отжиматься от седла клапана. 11 з.п. ф-лы, 4 ил. .

1. Клапанная форсунка для двигателей внутреннего сгорания, имеющая корпус (1) клапана, на обращенном к камере сгорания конце которого предусмотрена соединенная с подводящим каналом (5) кольцеобразная полость (25) нагнетания, ограниченная упругим клапанным элементом (11), который под собственным натяжением прилегает уплотнительной поверхностью (27) к неподвижному седлу (29) клапана и может отжиматься от него под действием давления в полости (25) нагнетания, причем за отрываемым проходным сечением отверстия расположено по меньшей мере одно распылительное отверстие (31) для впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания (ДВС), отличающаяся тем, что выполненный в виде мембраны упругий клапанный элемент (11) зафиксирован своей центральной частью относительно корпуса (1) клапана и образует своей обращенной радиально наружу краевой зоной уплотнительную поверхность (27), которая может упруго отжиматься от седла (29) клапана. 2. Клапанная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что упругий клапанный элемент (11) зажат в своей центральной части между хвостовиком (9), аксиально выступающим от обращенной к камере сгорания торцевой поверхности (7) корпуса (1) клапана, и пятой (15), выступающей над обращенной в противоположную сторону от камеры сгорания торцевой поверхностью запорной тарелки (17), закрепленной на корпусе (1) клапана. 3. Клапанная форсунка по п.2, отличающаяся тем, что заключенное между запорной тарелкой (17) и упругим клапанным элементом (11) кольцевое пространство образует полость (25) нагнетания. 4. Клапанная форсунка по п.3, отличающаяся тем, что подводящий канал (5) в корпусе (1) клапана переходит на торцевой поверхности хвостовика (9) в сквозное отверстие (13) в центральной части клапанного элемента (11), с которым с другой стороны сообщается соединительный канал (23) в пяте (15) запорной тарелки (17), оканчивающийся в полости (25) нагнетания. 5. Клапанная форсунка по п.4, отличающаяся тем, что соединительный канал (23) в пяте (15) запорной тарелки (17) образован осевым глухим отверстием, пересекаемым поперечным отверстием. 6. Клапанная форсунка по п.2, отличающаяся тем, что запорная тарелка (17) с помощью охватывающей ее радиальный внешний край зажимной гайки (19) прижата к корпусу (1) клапана, причем между торцевой поверхностью (7) корпуса (1) клапана и запорной тарелкой (17) зажата распорная втулка (21). 7. Клапанная форсунка по п.3, отличающаяся тем, что в радиальной внешней зоне, обращенной к полости (25) нагнетания торцевой поверхности запорной тарелки (17), образована круглая кольцеобразная поверхность седла (29) клапана, к которой клапанный элемент (11) прилегает с предварительным натяжением своей уплотнительной поверхностью (27), расположенной в зоне свободного радиального внешнего края. 8. Клапанная форсунка по п.7, отличающаяся тем, что запорная тарелка (17) по радиальному внешнему краю ее обращенной к полости нагнетания торцевой поверхности имеет кольцевой выступ (37), за счет которого толщина запорной тарелки (17) увеличивается к краевой зоне в направлении к корпусу (1) клапана, причем между краем клапанного элемента (11) и кольцевым выступом (37) остается зазор. 9. Клапанная форсунка по п.7, отличающаяся тем, что в запорной тарелке (17) предусмотрено множество распылительных отверстий (31), которые радиально вне кольцеобразной поверхности седла (29) клапана проходят от ограничивающей полость (25) нагнетания торцевой поверхности запорной тарелки (17) и оканчиваются в камере сгорания ДВС. 10. Клапанная форсунка по п.6, отличающаяся тем, что между запорной тарелкой (17) и распорной втулкой (21) предусмотрено уплотнительное кольцо (35), которое, прилегая к обращенной в противоположную сторону от камеры сгорания торцевой поверхности клапанного элемента (11), препятствует перетеканию топлива в пространство (33), образованное клапанным элементом (11) и торцевой поверхностью (7) корпуса (1) клапана. 11. Клапанная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что упругий клапанный элемент (11) выполнен в виде выпуклого диска из пружинящего материала. 12. Клапанная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что упругий клапанный элемент (11) своей центральной частью приварен к хвостовику (9), аксиально выступающему от обращенной к камере сгорания торцевой поверхности (7) корпуса (1) клапана.