СИСТЕМА ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 2003 года по МПК F02M47/00 

Настоящее изобретение относится к системе впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания, имеющей топливный аккумулятор высокого давления, в который топливо нагнетается насосом высокого давления и который предназначен для подачи топлива к нескольким установленным на двигателе внутреннего сгорания клапанным форсункам, в каждой из которых по ходу потока перед их распылительным отверстием предусмотрена нагнетательная полость, сообщающаяся с топливным аккумулятором высокого давления.

Система впрыскивания топлива подобного типа известна, например, из заявки DE-OS 4341546. В такой системе в качестве источника подачи топлива под высоким давлением предусмотрен первый топливный аккумулятор высокого давления, из которого топливо распределяется во вторые топливные аккумуляторы высокого давления, каждый из которых связан с соответствующей клапанной форсункой. Из этого второго аккумулятора высокого давления через переключающий клапан топливо подается к клапанной форсунке. Топливные аккумуляторы высокого давления соединены между собой соответствующими топливопроводами высокого давления. Последние имеют ограниченное проточное поперечное сечение и оказывают тем самым дросселирующее воздействие на поток подаваемого к клапанной форсунке топлива. Подача необходимого количества топлива к клапанной форсунки за один цикл впрыскивания зависит от емкости аккумулятора высокого давления, уровня давления в нем, скорости его повторного заполнения топливом и, наконец, от дросселирования в топливопроводах высокого давления. При недостаточном учете этих параметров может произойти "провал", или потеря, давления на клапанной форсунке в ходе соответствующего цикла впрыскивания топлива. Вместе с тем увеличение этих параметров, уменьшающих расход подаваемого к форсункам топлива, приводит к существенному увеличению размеров системы. Так, в частности, помимо дросселирующего воздействия соединительные трубопроводы между аккумулятором высокого давления и клапанной форсункой также и из-за их эластичности и связанной с этим переменной пропускной способности при изменениях давления оказывают значительное отрицательное влияние на обеспечение определенного уровня давления, даже если топливо под высоким давлением подается из аккумуляторов высокого давления в достаточном количестве.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать систему впрыскивания топлива, которая была бы лишена недостатков известной системы впрыскивания топлива.

Указанная задача решается согласно изобретению благодаря тому, что топливный аккумулятор высокого давления имеет присоединительные участки, с помощью которых он непосредственно соединен с каждым из корпусов нескольких клапанных форсунок.

Существенное преимущество предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива состоит в том, что исключается применение отрицательно влияющих на параметры потока топлива соединительных трубопроводов благодаря тому, что на топливном аккумуляторе высокого давления предусмотрены присоединительные участки, которыми он непосредственно соединен с каждым из корпусов нескольких клапанных форсунок. Тем самым предотвращается дросселирующий эффект, возникающий в соединительных трубопроводах, а также обеспечивается возможность более быстрого заполнения подаваемым под давлением топливом нагнетательной полости в клапанной форсунке.

Согласно одному из предпочтительных вариантов топливный аккумулятор высокого давления выполнен в виде удлиненной полой детали, расположенной поперечно продольным осям клапанных форсунок. Благодаря этому обеспечивается непосредственное присоединение топливного аккумулятора высокого давления к клапанным форсункам, что позволяет наиболее коротким путем соединить полость топливного аккумулятора высокого давления с нагнетательной полостью в клапанной форсунке. При этом топливный аккумулятор высокого давления и клапанные форсунки предпочтительно вставлены в соответствующим образом пригнанные гнезда в корпусе двигателя внутреннего сгорания.

Согласно следующему варианту топливный аккумулятор высокого давления зафиксирован на корпусе двигателя внутреннего сгорания таким образом, что он расположен поперечно осям клапанных форсунок и образует с ними соответствующие присоединительные участки, каждый из которых состоит из предусмотренного на корпусе клапанной форсунки или на топливном аккумуляторе высокого давления выступа, образующего соответственно впускной участок на корпусе клапанной форсунки или выпускной участок на топливном аккумуляторе высокого давления, причем под действием прижимного усилия, приложенного к одной из деталей, а именно к корпусу клапанной форсунки или к топливному аккумулятору высокого давления, эти детали удерживаются в зоне присоединительного участка плотно прилегающими друг к другу. За счет этого обеспечивается эффективное, плотное, выдерживающее высокое давление соединение между топливным аккумулятором высокого давления и клапанными форсунками. При этом указанное соединение не зависит от того, вставлен ли топливный аккумулятор высокого давления, как упомянуто выше, в соответствующее гнездо в корпусе двигателя внутреннего сгорания или зафиксирован на двигателе внутреннего сгорания иным способом.

Однако в другом предпочтительном варианте топливный аккумулятор высокого давления вставлен в гнездо, выполненное в корпусе двигателя внутреннего сгорания в виде продольного канала, пересекающегося с гнездами под клапанные форсунки, а в каждом отверстии, образованном в каждом из мест пересечения указанного продольного канала с гнездами под клапанные форсунки, выполнено по одному присоединительному участку с предусмотренным на корпусе клапанной форсунки или на топливном аккумуляторе высокого давления выступом, образующим впускной участок на корпусе клапанной форсунки или выпускной участок на топливном аккумуляторе высокого давления и выступающим из указанного отверстия, причем под действием прижимного усилия, приложенного к одной из деталей, а именно к корпусу клапанной форсунки или к топливному аккумулятору высокого давления, эти детали удерживаются в зоне присоединительного участка плотно прилегающими друг к другу. В этом случае создается возможность индивидуально проверять и обеспечивать герметичность каждой клапанной форсунки.

В еще одном предпочтительном варианте корпуса клапанных форсунок прижаты их впускными участками к соответствующему выпускному участку на топливном аккумуляторе высокого давления нажимным элементом. При этом указанные впускной и выпускной участки окружены поверхностью, выполненной в виде уплотняющей поверхности и обеспечивающей герметичность при приложении прижимного усилия.

Согласно следующему варианту уплотняющая поверхность на одной из деталей, а именно на корпусе клапанной форсунки или на топливном аккумуляторе высокого давления, выполнена конической, а уплотняющая поверхность на другой из этих деталей выполнена сферической. В другом варианте уплотняющие поверхности на обеих деталях, а именно на корпусе клапанной форсунки и на топливном аккумуляторе высокого давления, выполнены сферическими с различными радиусами. В соответствии еще с одним вариантом уплотняющие поверхности на обеих деталях, а именно на корпусе клапанной форсунки и на топливном аккумуляторе высокого давления, выполнены коническими с различными углами при вершинах конусов. Все эти варианты позволяют при заданном фиксированном положении топливного аккумулятора высокого давления компенсировать погрешности в соосности в зоне присоединительного участка между корпусом клапанной форсунки и топливным аккумулятором высокого давления.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере двух вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - схематичное изображение системы впрыскивания топлива с топливным аккумулятором высокого давления и клапанными форсунками,
на фиг.2 - частичный разрез топливного аккумулятора высокого давления и взаимодействующей с ним клапанной форсунки согласно первому варианту осуществления изобретения,
на фиг. 3 - увеличенное изображение присоединительного участка между топливным аккумулятором высокого давления и клапанной форсункой,
на фиг.4 - второй вариант выполнения соединения между клапанной форсункой и топливным аккумулятором высокого давления.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива. В этой системе топливо подается топливоподкачивающим насосом 2 из топливного бака 1 в насос 3 высокого давления, соединенный нагнетательным трубопроводом 4 с топливным аккумулятором 5 высокого давления. В последний топливо для питания клапанных форсунок 6 поступает под давлением, которое доведено до необходимого давления впрыскивания.

Давление в топливном аккумуляторе 5 высокого давления может при этом контролироваться с помощью датчика 8 давления, сигналы которого поступают в электронный блок 9 управления, который в свою очередь управляет объемной подачей насоса 3 высокого давления. Дополнительно к этому из соображений безопасности предусмотрен клапан 10 ограничения давления, или предохранительный клапан, который в другом варианте вместо указанной функции управления насосом высокого давления может служить также для регулирования давления в топливном аккумуляторе 5 высокого давления путем регулируемого сброса давления из этого топливного аккумулятора 5 высокого давления. Далее, блок 9 управления управляет также впрыскиванием топлива через клапанные форсунки 6, выполненные в виде клапанных форсунок с электроприводом. На фиг.1 видно, что клапанные форсунки непосредственно связаны с топливным аккумулятором 5 высокого давления. Их взаимодействие более подробно показано на фиг.2. На этом чертеже еще раз показан топливный аккумулятор 5 высокого давления, зафиксированный в своем положении с помощью непоказанных средств. Далее показан разрез части клапанной форсунки 6, вставленной в гнездо 12 корпуса 14 двигателя внутреннего сгорания и зафиксированной в нем в осевом и радиальном направлениях. Топливный аккумулятор высокого давления также закреплен, например, в гнезде 15, которое представляет собой, например, продольный канал в корпусе 14 двигателя внутреннего сгорания.

В клапанной форсунке 6 имеется игла 17, которая известным образом управляет открытием и закрытием распылительных отверстий 18. По ходу потока перед этими отверстиями предусмотрена нагнетательная полость 19, топливо в которую подается по нагнетательному топливопроводу 20, проходящему в продольном направлении в корпусе 21 клапанной форсунки. Игла клапанной форсунки удерживается пружиной 22 сжатия в положении закрытия. Усилию этой пружины 22, опирающейся на корпус клапанной форсунки, противодействует давление топлива в нагнетательной полости 19, передаваемое через уступ 23, благодаря которому суммарное усилие, создаваемое в нагнетательной полости под действием давления на нагруженную им поверхность, может перемещать иглу 17 против усилия пружины в положение открытия. С другой стороны на иглу дополнительно действует толкатель 24, который также нагружен не показанным на чертеже образом преобладающим в нагнетательной полости давлением, а величина его нажимного усилия может регулироваться с помощью клапана с электроприводом. При сбросе давления в нагнетательной полости игла 17 может перемещаться, противодействуя усилию пружины 22 сжатия, в направлении открытия. Однако при нарастании давления в указанной нагнетательной полости толкатель 24 начинает перемещать иглу 17 в положение закрытия, противодействуя ее усилию открытия.

Для подачи в нагнетательную полость 19 топлива, давление которого доведено до высокого давления впрыскивания, предусмотрен нагнетательный топливопровод 20 с впускным участком 27, выполненным на боковой поверхности 25 корпуса 21 клапанной форсунки в его средней части. К этому впускному участку 27 плотно прилегает выпускной участок 26 на топливном аккумуляторе 5 высокого давления. Впускной и выпускной участки образуют присоединительный участок. Для обеспечения герметичного соединения клапанная форсунка нажимным элементом 36 прижимается ее впускным участком к выпускному участку 26, как это наглядно показано на фиг. 3. На этом чертеже также видна часть корпуса 21 клапанной форсунки с нагнетательным топливопроводом, соответственно нагнетательным каналом 20. От него ответвляется поперечный канал 28, который оканчивается в зоне выемки 29, имеющей форму лунки. Эта имеющая форму лунки выемка за счет ее соответствующей обработки выполнена в виде уплотняющей поверхности на боковой поверхности 25 корпуса 21 клапанной форсунки и служит гнездом под впускной участок 26 на топливном аккумуляторе 5 высокого давления. Выпускной участок 26 выполнен в виде утолщенного ("шишкообразного") выступа 31 со сферической поверхностью 32, которая также выполнена за счет ее соответствующей обработки в виде уплотняющей поверхности. В радиальном направлении к продольной оси 33 топливного аккумулятора высокого давления из самой верхней точки выступа 31 выходит топливный канал 34, который при плотном прилегании топливного аккумулятора высокого давления к корпусу 21 клапанной форсунки проходит соосно поперечному каналу 28 и тем самым непосредственно соединяет топливный аккумулятор 5 высокого давления с нагнетательным каналом 20, соответственно с нагнетательной полостью 19 клапанной форсунки.

Для обеспечения герметичности в соединении между впускным участком 27 и выпускным участком 26 предусмотрен установленный поперечно продольной оси клапанной форсунки нажимной элемент 36, который выступает внутрь гнезда 12 и упирается в корпус 21 клапанной форсунки, прижимая этот корпус впускным участком 27 к выпускному участку 26 топливного аккумулятора высокого давления, зафиксированного в гнезде 15, выполненном в виде продольного канала. Сферическая форма выступа 31 позволяет в этом случае компенсировать отклонение от соосности. При этом сопряжение этих двух деталей (корпуса клапанной форсунки и топливного аккумулятора высокого давления) можно также реализовать иначе, а именно обеспечить их линейный контакт с образованием уплотняющей кромки, выполнив с этой целью поверхность выступа 31 сферической, а поверхность выемки 29 конусной. Очевидно, однако, что место сопряжения между впускным и выпускным участками можно также реализовать в виде сочетания соответствующим образом припасованных сферических/лункообразных поверхностей с различными радиусами. Кроме того, обе соединительные поверхности могут быть также выполнены коническими, причем в этом случае уже невозможно достаточно полно компенсировать погрешности в соосности. Так, в частности, углы конусов должны быть различными, а именно в зоне выступа 31 коническая поверхность должна быть выполнена с меньшим углом при вершине образующего ее конуса, тогда как соответствующий конус, образующий коническую поверхность на корпусе 21 клапанной форсунки, должен быть соответственно большим.

Другой вариант выполнения, альтернативный показанному на фиг.3 варианту, представлен на фиг.4. На этом чертеже выступ предусмотрен не со стороны топливного аккумулятора высокого давления, а со стороны клапанной форсунки. Этот выступ 31' аналогично выступу в показанном на фиг.3 варианте имеет сферическую поверхность 32', выполненную за счет соответствующей обработки в виде уплотняющей поверхности, а поперечный канал 28' в этом варианте также выходит в самой верхней точке этого сферического выступа 31'. Напротив этого выступа расположена лункообразная выемка 29' топливного аккумулятора 5' высокого давления, которая может быть сферической или конической формы и также должна служить уплотняющей поверхностью. Далее, в этой выемке оканчивается канал 34, выходящий из внутренней полости 37 топливного аккумулятора высокого давления, которая постоянно заполнена топливом, нагнетаемым насосом 3 высокого давления.

Указанный выступ в обоих вариантах, показанных на фиг.3 и 4, перекрывает отверстие 38, образующееся в месте пересечения гнезда 12 с гнездом 15. Это отверстие 38 обеспечивает соединение между установленным в корпусе 14 двигателя внутреннего сгорания топливным аккумулятором высокого давления и установленной в этом же корпусе клапанной форсункой. При этом выступ 31, соответственно 31' необходим для компенсации погрешностей в соосности и создания необходимого свободного пространства для прижатия корпуса клапанной форсунки к топливному аккумулятору высокого давления, благодаря чему может быть реализовано штуцерное соединение между ними обоими. Прижимное усилие, которое в данном случае создается нажимным элементом 36, может быть обеспечено с помощью различных конструктивных элементов и, кроме того, отрегулировано индивидуально на каждом присоединительном участке, благодаря чему всегда достигается точное плотное соединение между клапанной форсункой и топливным аккумулятором высокого давления независимо от необходимых допусков на изготовление и сборку.

Предлагаемое в изобретении решение позволяет кратчайшим путем соединить топливный аккумулятор высокого давления с распылительным участком на клапанной форсунке, благодаря чему потери от дросселирования при прохождении топлива от аккумулятора высокого давления к распылительному участку на клапанной форсунке сводятся к минимуму.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливовпрыскивающей аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию, повысить ее надежность и компактность. Система впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания содержит топливный аккумулятор высокого давления, в который топливо нагнетается насосом высокого давления и который предназначен для подачи топлива к нескольким установленным на двигателе внутреннего сгорания клапанным форсункам, в каждой из которых по ходу потока перед их распылительным отверстием предусмотрена нагнетательная полость, сообщающаяся с топливным аккумулятором высокого давления. Топливный аккумулятор высокого давления имеет присоединительные участки, с помощью которых он непосредственно соединен с каждым из корпусов нескольких клапанных форсунок. 9 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Система впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания, имеющая топливный аккумулятор (5) высокого давления, в который топливо нагнетается насосом (3) высокого давления и который предназначен для подачи топлива к нескольким установленным на двигателе внутреннего сгорания клапанным форсункам (6), в каждой из которых по ходу потока перед их распылительным отверстием (18) предусмотрена нагнетательная полость (19), сообщающаяся с топливным аккумулятором (5) высокого давления, отличающаяся тем, что топливный аккумулятор (5) высокого давления имеет присоединительные участки (26), с помощью которых он непосредственно соединен с каждым из корпусов (21) нескольких клапанных форсунок (6). 2. Система впрыскивания топлива по п.1, отличающаяся тем, что топливный аккумулятор (5) высокого давления выполнен в виде удлиненной полой детали, расположенной поперечно продольным осям клапанных форсунок (6). 3. Система впрыскивания топлива по п.2, отличающаяся тем, что топливный аккумулятор (5) высокого давления и клапанные форсунки (6) вставлены в соответствующим образом пригнанные гнезда (12, 15) в корпусе (14) двигателя внутреннего сгорания. 4. Система впрыскивания топлива по п.2 или 3, отличающаяся тем, что топливный аккумулятор (5) высокого давления зафиксирован на корпусе (14) двигателя внутреннего сгорания таким образом, что он расположен поперечно осям клапанных форсунок (6) и образует с ними соответствующие присоединительные участки, каждый из которых состоит из предусмотренного на корпусе (21) клапанной форсунки или на топливном аккумуляторе (5) высокого давления выступа (31, 31'), образующего соответственно впускной участок (27) на корпусе (21) клапанной форсунки или выпускной участок (26) на топливном аккумуляторе (5) высокого давления, причем под действием прижимного усилия, приложенного к одной из деталей, а именно к корпусу клапанной форсунки или к топливному аккумулятору (5) высокого давления, эти детали удерживаются в зоне присоединительного участка (26, 27) плотно прилегающими друг к другу. 5. Система впрыскивания топлива по п.4, отличающаяся тем, что топливный аккумулятор (5) высокого давления вставлен в гнездо (15), выполненное в корпусе (14) двигателя внутреннего сгорания в виде продольного канала, пересекающегося с гнездами (12) под клапанные форсунки (6), а в каждом отверстии (38), образованном в каждом из мест пересечения указанного продольного канала с гнездами (12) под клапанные форсунки, выполнено по одному присоединительному участку с предусмотренным на корпусе (21) клапанной форсунки или на топливном аккумуляторе (5) высокого давления выступом (31, 31'), образующим впускной участок (27) на корпусе (21) клапанной форсунки или выпускной участок (26) на топливном аккумуляторе (5) высокого давления и выступающим из указанного отверстия (38), причем под действием прижимного усилия, приложенного к одной из деталей, а именно к корпусу клапанной форсунки или к топливному аккумулятору высокого давления, эти детали удерживаются в зоне присоединительного участка плотно прилегающими друг к другу. 6. Система впрыскивания топлива по п.4 или 5, отличающаяся тем, что корпуса (21) клапанных форсунок прижаты их впускными участками (27) к соответствующему выпускному участку (26) на топливном аккумуляторе (5) высокого давления нажимным элементом (36). 7. Система впрыскивания топлива по п.6, отличающаяся тем, что впускные участки (27) и выпускные участки (26) окружены поверхностью, выполненной в виде уплотняющей поверхности. 8. Система впрыскивания топлива по п.7, отличающаяся тем, что уплотняющая поверхность на одной из деталей, а именно на корпусе клапанной форсунки или на топливном аккумуляторе высокого давления, выполнена конической, а уплотняющая поверхность на другой из этих деталей выполнена сферической. 9. Система впрыскивания топлива по п.7, отличающаяся тем, что уплотняющие поверхности на обеих деталях, а именно на корпусе клапанной форсунки и на топливном аккумуляторе высокого давления, выполнены сферическими с различными радиусами. 10. Система впрыскивания топлива по п.7, отличающаяся тем, что уплотняющие поверхности на обеих деталях, а именно на корпусе клапанной форсунки и на топливном аккумуляторе высокого давления, выполнены коническими с различными углами при вершинах конусов.