ТОПЛИВНЫЙ ИНЖЕКТОР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2012 года по МПК F02M41/02 

Изобретение относится к топливному инжектору. В частности, изобретение относится к топливному инжектору для подачи топлива в пространство сгорания двигателя внутреннего сгорания, а также к трехходовому клапану управления, используемому в нем. Инжектор, в частности, способен подавать небольшие количества топлива в широком диапазоне давлений топлива.

Для получения оптимального процесса сгорания в дизельном двигателе необходимо обеспечить точное управление количеством топлива, подаваемого топливными инжекторами. Желательно впрыскивать небольшие количества топлива в широком диапазоне давлений топлива. В частности, в режимах работы с большой нагрузкой топливные инжекторы должны подавать топливо в малых количествах под очень высокими давлениями.

Обычно топливный инжектор включает в себя распылитель, имеющий иглу распылителя, выполненную с возможностью перемещения в направлении к и от седла иглы клапана таким образом, чтобы управлять впрыском топлива в двигатель. Игла распылителя управляется с помощью клапана управления распылителем (NCV), включающего в себя стержень клапана управления, который управляет давлением топлива в камере управления для иглы распылителя. Особенно желательно это для управления количеством и моментом впрыска при раздельном впрыске, что может потребоваться для обеспечения соответствия имеющимся нормативным нормам по эмиссии вредных веществ.

Считается, что в существующих конструкциях топливных инжекторов эффекты расширения в направляющем отверстии для иглы клапана и направляющем отверстии для стержня клапана управления ведут к нежелательно высоким утечкам топлива, особенно при высоких давлениях топлива (например, примерно 3000 бар), которые требуются в современных системах впрыска топлива. Дополнительно, управляемые объемы внутри инжекторов являются относительно большими, в результате чего инжектор менее чувствителен к управляющим воздействиям, чем это требуется для точного управления при множественном впрыске.

Одним способом решения этих проблем является уменьшение размеров иглы клапана и стержня клапана управления и соответственно уменьшение размеров направляющих отверстий. Это существенно влияет на потери от паразитных утечек и быстродействие, так как управляемые объемы и массы компонентов соответствующим образом уменьшаются. Дополнительно, для управления такими небольшими компонентами требуются меньшие усилия, так как их массы и соответствующие гидравлические усилия значительно уменьшаются, позволяя обеспечить более высокое быстродействие и/или меньшее требуемое усилие для приведения их в действие. Однако уменьшение размеров в существующих конструкциях инжекторов ведет к трудностям при изготовлении.

Задачей настоящего изобретения является создание трехходового клапана управления, пригодного для использования в топливном инжекторе, который уменьшает указанные выше недостатки.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается топливный инжектор, содержащий иглу клапана для управления впрыском топлива через выход инжектора, камеру управления для приема топлива и трехходовой клапан управления, управляющий давлением топлива в камере управления для управления открывающим и закрывающим перемещением иглы клапана для управления впрыском топлива через выход, при этом трехходовой клапан управления управляет сообщением между (а) первым каналом и вторым каналом и (b) третьим каналом и вторым каналом. Клапан управления содержит первый корпус, имеющий направляющее отверстие для элемента клапана управления, причем перемещение элемента клапана управления направляется в направляющем отверстии, первое седло клапана, образованное вторым корпусом, с которым может зацепляться элемент клапана управления для управления сообщением между первым и вторым каналами, и второе седло клапана, образованное первым корпусом, с которым может зацепляться элемент клапана управления для управления сообщением между вторым и третьим каналами. Первый корпус является корпусом клапана управления, и второй корпус является корпусом инжектора, причем корпус инжектора имеет направляющее отверстие для иглы клапана или поршня, установленного на игле клапана. Промежуточный корпус, предпочтительно в виде прокладки, располагается между первым и вторым корпусами, и второй канал образован в промежуточном корпусе.

Элемент клапана управления обычно включает в себя направляющий участок, который направляется в направляющем отверстии первого корпуса, и дополнительно включает в себя головку клапана, выполненную с возможностью зацепления с первым и вторым седлами клапана для управления сообщением между первым каналом и вторым каналом и между вторым каналом и третьим каналом.

Предпочтительно, первое и/или второе седло клапана образовано плоской поверхностью соответствующего корпуса (т.е. первого корпуса или второго корпуса), и торцевая поверхность элемента клапана управления зацепляется с указанной плоской поверхностью. Коническая поверхность элемента клапана управления может быть выполнена с возможностью зацепления с другим седлом клапана, которому придана соответствующая форма для зацепления с конической поверхностью. Если элемент клапана управления имеет только одну коническую поверхность и одно седло клапана образовано плоской поверхностью, достигается преимущество при изготовлении в сравнении с клапаном, имеющим две конические поверхности, для которого труднее обеспечить точную соосность между седлами.

Предпочтительно, первый канал образован вторым корпусом и открывается в камеру, образованную промежуточным корпусом. Также третий канал может быть частично образован вторым корпусом и частично образован промежуточным корпусом.

Клапан управления особенно пригоден для использования в топливном инжекторе для подачи топлива под высоким давлением в пространство сгорания двигателя внутреннего сгорания.

Поэтому согласно другому аспекту изобретения предлагается топливный инжектор, содержащий трехходовой клапан управления согласно первому аспекту изобретения, иглу клапана для управления впрыском топлива через выход инжектора и камеру управления для приема топлива, причем трехходовой клапан управления управляет давлением топлива в камере управления для управления открывающим и закрывающим перемещением иглы клапана для управления впрыском топлива через выход инжектора. Игла клапана удобным образом перемещается в направлении к и от седла иглы клапана для управления впрыском топлива через выход инжектора, когда игла клапана упирается в седло иглы клапана, впрыск топлива отсутствует, а когда игла клапана приподнята над седлом иглы клапана, происходит впрыск топлива.

Предпочтительно, первый корпус является корпусом клапана управления, а второй корпус является корпусом инжектора, причем корпус инжектора имеет направляющее отверстие для иглы клапана инжектора или поршня, установленного на игле клапана инжектора.

Обеспечение промежуточного корпуса между корпусом клапана управления и корпусом инжектора дает конкретные преимущества с точки зрения изготовления и, в частности, позволяет использовать в клапане управления распылителем элемент клапана управления относительно небольшого диаметра (т.е. элемент клапана управления, имеющий диаметр меньше 3-3,5 мм).

Включение в конструкцию инжектора небольших клапанов представляет проблему с точки зрения изготовления, так как шлифование и механическая обработка направляющих отверстий клапана и седел клапана требует использовать максимально возможно жесткие шлифовальные и хонинговальные инструменты, но, если диаметры таких компонентов уменьшены, обеспечение жесткости соответствующих обрабатывающих инструментов становится проблемным. Эта проблема может быть смягчена в настоящем изобретении путем размещения обрабатывающих инструментов, таких как хонинговальные головки и шлифовальные круги/шпиндели, настолько близко к обрабатываемому изделию, насколько возможно. Путем включения в конструкцию в настоящем изобретении промежуточного корпуса направляющее отверстие корпуса клапана управления и второго седла клапана может быть расположено намного ближе к таким хонинговальным головкам и шлифовальным кругам/шпинделям, обеспечивая увеличенную жесткость в процессе механической обработки. Дополнительно, если требуется нанести на седло клапана покрытие, это осуществляется более легким образом, так как седло клапана располагается на (нижней) поверхности корпуса клапана управления, а не углублено, как в том случае, если бы конструкция не содержала промежуточный корпус.

При работе топливных инжекторов, в частности при работе с топливом под высоким давлением, уменьшенный диаметр направляющего отверстия в корпусе клапана управления обеспечивает значительные преимущества, состоящие в уменьшении утечек топлива, что при высоких давлениях, требуемых современными системами впрыска топлива, является особенно выгодным. Дополнительно, так как во время изготовления опора шлифовального шпинделя может быть расположена настолько близко ко второму седлу клапана, насколько это возможно, могут быть получены более высокая точность по глубине и лучшая отделка для второго седла клапана.

Еще одно преимущество достигается за счет того, что второй канал выполнен в промежуточном корпусе. Тем самым второй канал может быть изготовлен удобным образом путем сквозного сверления или рассверливания промежуточного корпуса с одной стороны до другой.

Высота подъема элемента клапана управления также может быть удобно и точно задана подбором соответствующей толщины промежуточного корпуса, так как толщина этого корпуса определяет расстояние между первым и вторым седлами клапана. Если иглы клапанов и соответствующие компоненты уменьшены, точное задание высоты становится особенно важным, так как требуется более точное управление.

Предпочтительно, камера управления инжектора сообщается со вторым каналом трехходового клапана управления.

В одном варианте осуществления первый канал сообщается со сливом низкого давления, а третий канал сообщается с источником топлива высокого давления.

В промежуточном корпусе может быть выполнен ограничитель подъема для иглы клапана, или поршня, установленного на игле клапана. За счет того что ограничитель подъема образован в промежуточном корпусе, также упрощается нанесение покрытия на ограничитель подъема, если это требуется, что в этом случае будет представлять собой нанесение покрытия на легкодоступную поверхность (т.е. промежуточный корпус).

В особенно предпочтительном варианте осуществления топливного инжектора сливной канал сообщается с камерой управления и тем самым со вторым каналом. Сливной канал предпочтительно выполнен в промежуточном корпусе и обычно имеет постоянное гидравлическое сопротивление, определяемое выходным отверстием, для потока топлива из камеры управления, когда элемент клапана управления перемещается от первого седла клапана.

За счет небольших потоков через выходное отверстие, которые ожидаются при использовании небольших компонентов, диаметр выходного отверстия должен быть относительно небольшим и обычно такого размера, что при его расположении в обычном месте, например ниже по потоку в канале, будут иметься дополнительные трудности при изготовлении. Эти трудности уменьшаются путем расположения выходного отверстия в сливном канале, который выполнен в отдельном компоненте, т.е. промежуточном корпусе.

Промежуточный корпус может дополнительно иметь поперечный паз на его поверхности для соединения сливного канала со вторым каналом, причем поперечный паз особенно удобен для изготовления, так как он располагается на поверхности компонента.

Альтернативно или дополнительно, топливный инжектор может содержать дополнительный сливной канал, сообщающийся с камерой управления, и тем самым со вторым каналом. Дополнительный сливной канал имеет регулируемое гидравлическое сопротивление для потока топлива из камеры управления, когда элемент клапана управления перемещается от первого седла клапана. Например, игла клапана, или поршень, установленный на игле клапана, взаимодействует с дополнительным сливным каналом таким образом, чтобы обеспечить регулируемое гидравлическое сопротивление для потока топлива из камеры управления, зависящее от величины открывающего перемещения иглы клапана.

Преимуществом регулируемого гидравлического сопротивления для потока топлива из камеры управления является то, что величина открывающего перемещения иглы клапана изменяется в диапазоне ее перемещения. Регулируемое гидравлическое сопротивление может быть настроено таким образом, что при начальном подъеме иглы клапана скорость потока топлива из камеры управления будет относительно высокой, так как игла клапана быстро поднимается от седла иглы клапана, но к концу диапазона перемещения иглы клапана (т.е. когда она приближается к своему полному подъему) скорость потока топлива из камеры управления уменьшается. Таким способом «подскок» иглы клапана в самом конце подъема иглы будет управляемым, и при этом преимущество быстрого открытия иглы клапана по-прежнему обеспечивается (например, перемещению иглы клапана не мешает действие гидродинамических сил, когда игла клапана поднимается от ее седла).

Промежуточный корпус может дополнительно содержать поперечный паз на его поверхности для соединения дополнительного сливного канала со вторым каналом, причем поперечный паз особенно удобен для изготовления, так как он располагается на поверхности компонента.

Согласно второму аспекту настоящее изобретение также предлагает топливный инжектор, содержащий иглу клапана для управления впрыском топлива через выход инжектора, камеру управления для приема топлива и трехходовой клапан управления, управляющий давлением топлива внутри камеры управления для управления открывающим и закрывающим перемещением иглы клапана для управления впрыском топлива через выход. Трехходовой клапан управления управляет сообщением между первым каналом и вторым каналом и третьим каналом и вторым каналом и содержит первый корпус, имеющий направляющее отверстие для элемента клапана управления, причем перемещение элемента клапана управления направляется в направляющем отверстии, первое седло клапана, образованное вторым корпусом, с которым может зацепляться головной участок элемента клапана управления для управления сообщением между первым и вторым каналами, второе седло клапана, образованное первым корпусом, с которым может зацепляться головной участок элемента клапана управления для управления сообщением между вторым и третьим каналами, и промежуточный корпус, расположенный между первым и вторым корпусами, причем второй канал образован в промежуточном корпусе, образующем ограничитель подъема для иглы клапана или поршня, установленного на игле клапана.

Изобретение также предлагает трехходовой клапан управления, являющийся частью инжектора, как было описано выше.

Предпочтительные и/или дополнительные признаки первого аспекта изобретения, описанные здесь, также могут быть включены по одному или в соответствующей комбинации во второй аспект изобретения.

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схема топливного инжектора, включающего в себя клапан управления согласно одному варианту осуществления изобретения и включающего в себя регулируемый путь для слива из камеры управления на верхнем конце иглы клапана инжектора; и

фиг.2 - схема альтернативного варианта осуществления топливного инжектора, включающего в себя клапан управления на фиг.1 и включающего в себя фиксированный путь для слива из камеры управления инжектора.

На фиг.1 представлена схема части топливного инжектора для использования при подаче топлива в цилиндр двигателя или другое пространство для сгорания двигателя внутреннего сгорания. Топливный инжектор содержит распылитель инжектора (который показан частично) и трехходовой клапан 10 управления распылителем (NCV) согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Распылитель инжектора включает в себя тело инжектора или второй корпус 12. Клапан 10 управления распылителем размещен в первом корпусе 14 и промежуточном корпусе, например прокладке 16, расположенной между вторым корпусом 12 и первым корпусом 14.

Распылитель инжектора дополнительно включает в себя иглу 20 клапана, выполненную с возможностью управления с помощью клапана 10 управления распылителем для управления потоком топлива в соответствующее пространство для сгорания (не показано) через выпускные отверстия распылителя. Нижняя часть иглы клапана не показана, но она оканчивается кончиком клапана, выполненным с возможностью зацепления с седлом иглы клапана таким образом, чтобы управлять подачей топлива через выпускные отверстия в пространство для сгорания. Также может иметься пружина для смещения иглы 20 клапана в направлении к седлу иглы клапана.

Как показано на фиг.1, верхний конец иглы 20 клапана, дальний относительно выпускных отверстий, располагается внутри камеры 18 управления, образованной вторым корпусом 12. Верхний конец иглы 20 клапана можно назвать «поршнем иглы», скользящее перемещение которого направляется в направляющем отверстии 22, выполненном во втором корпусе 12. Поршень иглы может быть выполнен за одно целое с нижней частью иглы 20 клапана, но также альтернативно может являться отдельным поршнем, установленным на игле клапана. Ступень 24 по длине иглы 20 клапана образована между направляемым участком иглы клапана и кончиком 26 уменьшенного диаметра на его верхнем конце.

Во время работы топливо под высоким давлением подается из первого подающего канала 28 для топлива, проходящего через первый корпус 14, прокладку 16 и второй корпус 12, в камеру распылителя (не показана), внутри которой располагается нижняя часть иглы клапана. Из камеры распылителя топливо под высоким давлением может течь через выпускные отверстия распылителя, когда игла клапана отходит от седла иглы клапана.

Камера 18 управления располагается в осевом направлении соосно с иглой 20 клапана и над ним в ориентации, показанной на фиг.1. Камера 18 управления образована во втором корпусе 12 частично направляющим отверстием 22 и частично торцевой поверхностью кончика 26 иглы 20 клапана и закрыта сверху нижней поверхностью прокладки 16. Давление топлива внутри камеры 18 управления прилагает силу к игле 20 клапана, которая толкает иглу клапана в направлении вниз и, следовательно, прижимает иглу клапана к седлу иглы клапана для предотвращения впрыска топлива через выпускные отверстия. Топливо под высоким давлением подается из третьего (подающего) канала 30 для топлива к камере 18 управления через клапан 10 управления распылителем. Следует отметить, что подающий канал 30 для топлива образован рассверленным отверстием, проходящим через второй корпус 12, а также через канал в прокладке 16, и далее наклонным рассверленным отверстием в первом корпусе 14.

Во время работы, когда топливо под высоким давлением подается в камеру распылителя через подающий канал 28, к упорной поверхности или поверхностям (не показаны) иглы клапана прилагается направленная вверх сила, которая толкает иглу клапана от седла иглы клапана. Если давление топлива внутри камеры 18 управления уменьшается в достаточной степени, направленная вверх сила, действующая на упорную поверхность за счет давления топлива в камере распылителя, дополнительно к силе, создаваемой давлением газа в камере сгорания, действующей на кончик иглы клапана, будет достаточна для преодоления направленной вниз силы, действующей на торцевую поверхность иглы 20 клапана, и силы на игле клапана, обеспечиваемой пружиной (сила предварительного натяга пружины). Игла клапана в результате поднимается от седла иглы клапана, чтобы начать впрыск топлива через выпускные отверстия распылителя. Если давление топлива в камере 18 управления увеличивается, сила, действующая для подъема иглы клапана от седла иглы клапана, преодолевается увеличившейся силой, создаваемой давлением топлива в камере 18 управления и игла клапана опускается на седло. Таким образом, путем управления давлением топлива в камере 18 управления можно управлять началом и окончанием впрыска топлива через выпускные отверстия.

Давлением топлива в камере 18 управления управляют с помощью клапана 10 управления распылителем. Клапан 10 управления распылителем включает в себя элемент клапана управления в виде стержня клапана, включающего в себя верхний участок 32а и нижний участок 32b. Верхний участок стержня клапана, называемый направляющий участок 32а, выполнен с возможностью скольжения в направляющем отверстии 34, образованном первым корпусом 14 клапана управления распылителем. Нижний участок стержня клапана, называемый головка 32b клапана, располагается с возможностью скольжения во втором канале 36, образованном в прокладке 16.

Головка 32b клапана является той частью стержня клапана, которая служит для управления потоком путем зацепления и расцепления с соответствующими седлами, как будет описано далее.

Второй корпус 12, примыкающий к нижней поверхности прокладки, имеет первый канал 38 в виде проходящего в осевом направлении рассверленного отверстия, которое открывается во второй канал 36. Первый канал 38 связан со сливом 40 низкого давления. Прокладка 16 содержит первое и второе проходящие в осевом направлении сквозные рассверленные отверстия 42, 44 соответственно и поперечный паз 46 на ее верхней поверхности, который связан с первым и вторым проходящими в осевом направлении рассверленными отверстиями 42, 44 на их верхних концах и соединен на одном конце со вторым каналом 36. Первое проходящее в осевом направлении рассверленное отверстие образует сливной канал 42 для потока топлива из камеры управления, причем сливной канал имеет выходное отверстие (не показано), которое задает скорость потока топлива через него.

Здесь необходимо отметить, что, хотя в данном варианте осуществления поперечный паз 46 образован полностью в прокладке 16, также возможно, чтобы поперечный паз 46 был образован, по меньшей мере, частично или даже полностью в нижней поверхности первого корпуса 14 клапана управления распылителем.

Верхняя поверхность второго корпуса 12 образует первое седло 48 клапана для головки 32b клапана стержня клапана 10 управления распылителем. Нижняя торцевая поверхность головки 32b клапана стержня клапана зацепляется с первым седлом 48 клапана, когда стержень клапана перемещается в первое положение клапана, при этом сообщение между вторым каналом 36 и первым каналом 38 прерывается, а сообщение между вторым каналом 36 и подающим каналом 30 открывается. Первый корпус 14 клапана управления распылителем образует на его нижней поверхности второе седло 50 клапана для головки 32b клапана стержня клапана. Хотя на фиг.1 показано, что второе седло 50 клапана имеет острый край (90 градусов в поперечном сечении), альтернативно на прямоугольном углу седла 50 может быть выполнен скос, образуя поверхность в форме усеченного конуса, дополняющую опорный заплечик в форме усеченного конуса головки 32b клапана. Этот признак предохраняет от ударного повреждения между головкой 32b клапана и вторым седлом 50 клапана.

Заплечик в форме усеченного конуса головки 32b клапана зацепляется со вторым седлом 50 клапана, когда стержень клапана перемещается во второе положение клапана, при этом сообщение между подающим каналом 30 и вторым каналом 36 прерывается, а сообщение между вторым каналом 36 и первым каналом 38 открывается.

Удобным образом стержень клапана смещается в зацепление с первым седлом 48 клапана с помощью пружины (не показана) или других смещающих средств. Перемещением стержня 32а, 32b клапана управляют с помощью электромагнитного приводного устройства (не показано) или другого подходящего приводного устройства, например пьезоэлектрического привода или магнитострикционного привода. Стержень 32а, 32b клапана уравновешен к действию высокого давления (например, давления топлива в подающем канале 30), когда диаметр головки 32b клапана стержня клапана на первом седле 48 клапана равен диаметру направляющего отверстия 34 для направляющего участка 32а стержня клапана.

Если только одно из седел клапана для стержня клапана представляет собой седло клапана конической формы (например, второе седло 50 клапана), а другое седло образовано плоской поверхностью (например, первое седло 48 клапана образовано вторым корпусом 12), достигается преимущество в изготовлении в сравнении с конструкцией клапана, имеющего два седла конической формы, для которых труднее получить путем механической обработки достаточно высокую степень соосности.

Второй корпус 12 имеет канал 52, называемый сливной канал, который сообщается с камерой 18 управления на верхнем конце иглы 20 клапана, пересекая камеру 18 управления под непрямым углом. Наружная поверхность иглы 20 клапана выполнена с возможностью взаимодействия с входным отверстием сливного канала 52, причем положение иглы 20 клапана внутри направляющего отверстия 22 определяет величину перекрытия входного отверстия и тем самым величину, на которую открыта связь между камерой 18 управления и сливным каналом 52.

Второе рассверленное отверстие 44 в прокладке 16 открывается на нижней поверхности прокладки 16 и сообщается с концом сливного канала 52, дальним относительно входного отверстия. Сливной канал 42 в прокладке 16 также открывается на нижней поверхности прокладки 16 и сообщается с камерой 18 управления напрямую. Поэтому между вторым каналом 36 и камерой 18 управления имеется два маршрута для потока горючего: первый маршрут через сливной канал 52 во втором корпусе 12, второй проходящий в осевом направлении канал 44 в прокладке 16 и поперечный паз 46 и второй маршрут через сливной канал 42 в прокладке 16 и поперечный паз 46.

В альтернативных вариантах осуществления (не показаны) поперечный паз 46 может быть выполнен в корпусе 14 клапана управления распылителем вместо прокладки 16 или может быть выполнен одновременно в корпусе 14 клапана управления распылителем и в прокладке 16.

Во время работы, когда клапан 10 управления распылителем отключен, стержень 32а, 32b клапана располагается в первом положении клапана, так что головка 32b клапана зацеплена с первым седлом 48 клапана под действием силы пружины. В этом положении топливо под высоким давлением может течь из подающего канала 30 через второе седло 50 клапана во второй канал 36, из которого оно может течь в камеру 18 управления по первому маршруту (через поперечный паз 46 и сливной канал 42 в прокладке 16) и по второму маршруту (через поперечный паз 46, второй проходящий в осевом направлении канал 44 и сливной канал 52 во втором корпусе 12). В этом случае в камере 18 управления повышается давление и игла 20 клапана толкается вниз, тем самым игла клапана толкается вниз к седлу иглы клапана, так что впрыск через выпускные отверстия не происходит. Очевидно, что повышение давления в камере 18 управления обеспечивает, что направленная вверх сила, действующая на упорную поверхность иглы клапана, в сочетании с любой силой за счет давления в камере сгорания, действующей на кончик иглы клапана, преодолевается в достаточной степени, чтобы прижать иглу клапана к седлу иглы клапана.

Когда клапан 10 управления приводится в действие, то есть когда стержень 32а, 32b клапана перемещается от первого седла 48 клапана в зацепление со вторым седлом 50 клапана, топливо под высоким давлением в подающем канале 30 больше не может течь через второе седло 50 клапана в камеру 18 управления. Вместо этого топливо в камере 18 управления может течь через первое седло 48 клапана в первый канал 38 к сливу 40 низкого давления. Поэтому давление топлива в камере 18 управления уменьшается. В результате игла клапана толкается вверх от седла иглы клапана за счет силы, создаваемой давлением топлива в камере распылителя, действующей на упорную поверхность иглы клапана. Область нижней поверхности прокладки 16, непосредственно над иглой 20 клапана, обеспечивает ограничитель 54 подъема, который ограничивает максимальную величину перемещения иглы 20 клапана и тем самым максимальную величину перемещения иглы клапана от седла иглы клапана.

Скорость, с которой игла клапана приводится в движение от седла иглы клапана, определяется скоростью потока топлива из камеры 18 управления в слив 40 низкого давления. В начале, когда игла клапана находится в седле иглы клапана и когда игла 20 клапана занимает самое нижнее положение в направляющем отверстии 22, входное отверстие в сливной канал 52 совсем не закрыто иглой 20 клапана, так что имеется относительно большой проход для потока топлива из камеры 18 управления в слив 40 низкого давления через сливной канал 52, второе проходящее в осевом направлении рассверленное отверстие 44 в прокладке 16, поперечный паз 46 и второй канал 36. Параллельно топливо также вытекает из камеры 18 управления через сливной канал 42 в прокладке 16, поперечный паз 46 и второй канал 36. Во время данного начального этапа подъема, если имеются гидродинамические силы, степень торможения перемещения иглы клапана относительно низка, так как топливо вытекает из камеры 18 управления в слив 40 низкого давления относительно беспрепятственно благодаря тому, что сливной канал 52 полностью открыт.

Когда игла клапана продолжает подниматься от седла иглы клапана, ступень 24 по длине иглы 20 клапана проходит через нижний край входного отверстия в сливной канал 52 во втором корпусе 12, так что входное отверстие частично перекрывается иглой 20 клапана. Во время данного среднего этапа перемещения иглы клапана поток топлива из камеры 18 управления через сливной канал 52 более ограничен и торможение перемещения иглы клапана увеличивается (например, перемещение иглы клапана более сильно тормозится на среднем участке перемещения в сравнении с начальным участком перемещения). Скорость потока топлива из камеры 18 управления ограничивается еще больше, когда игла клапана продолжает свое движение дальше, и входное отверстие сливного канала 52 перекрывается на еще большую величину. Торможение перемещения иглы клапана поэтому будет наиболее значительным к концу диапазона ее перемещения.

При приближении к концу диапазона перемещения, когда кончик 26 иглы 20 клапана подходит к сливному каналу 42, возникает дополнительный эффект дросселирования, сосредоточенный во входном отверстии в сливной канал 42, так что скорость потока топлива из камеры 18 управления еще больше уменьшается. В конечном итоге кончик 26 иглы 20 клапана соприкасается с ограничителем 54 подъема, так что сливной канал 42 закрывается полностью. Оптимальный режим торможения в конце подъема может быть обеспечен путем подбора (а) относительных размеров диаметров кончика 26 и остальной части иглы 20 клапана, (б) относительной высоты кончика 26 и ступени 24 и (в) формы кончика 26 (например, будет он скошенным или иметь другую форму). В альтернативном варианте осуществления ось сливного канала 42 может быть смещена относительно оси иглой 20 клапана, так что указанный локальный эффект дросселирования в конце всего подъема полностью исключается.

В точке, в которой входное отверстие в сливной канал 52 становится полностью перекрытым иглой 20 клапана, остается только поток из камеры 18 управления через сливной канал 42 в прокладке 16, которая имеет фиксированное гидравлическое сопротивление для горючего. В этой точке, когда скорость потока топлива из камеры 18 управления уменьшена (в сравнении с тем состоянием, когда доступны два маршрута для потока), скорость снижения давления в камере 18 управления уменьшается и тем самым скорость, с которой игла клапана продолжает перемещаться в направлении ее полностью открытого положения, также уменьшается. Поэтому игла 20 клапана приближается к ограничителю 54 подъема вверх с уменьшенной скоростью в сравнении с начальной скоростью при открытии, когда открыты оба сливных канала 52, 42.

Ближе к концу диапазона перемещения, когда кончик 26 иглы 20 клапана приближается к сливному 42 каналу, возникает дополнительный эффект дросселирования, сосредоточенный во входном отверстии в сливной канал 42, так что скорость потока топлива из камеры 18 управления еще больше уменьшается. В конечном итоге кончик 26 иглы 20 клапана соприкасается с ограничителем 54 подъема, так что сливной канал 42 перекрывается полностью. В альтернативном варианте осуществления ось сливного канала 42 может быть смещена относительно оси иглы 20 клапана, так что указанный локальный эффект дросселирования при полном подъеме исключается.

Точка, в которой входное отверстие в сливной канал 52 во втором корпусе 12 становится полностью перекрыто, может быть достигнута после того, как игла 20 клапана переместилась только на короткий отрезок ее полного диапазона перемещения, непосредственно перед соприкосновением с ограничителем 54 подъема вверх. Как только входное отверстие в сливной канал 52 полностью перекрывается, дальнейшее перемещение иглы клапана будет регулироваться только скоростью потока топлива через сливной канал 42 в прокладке 16. Поэтому геометрия иглы клапана и точка, в которой входное отверстие в сливной канал 52 становится полностью перекрытым, выбираются таким образом, чтобы получить желаемые характеристики подъема и обеспечить то, чтобы скорость, с которой игла 20 клапана сближается с ограничителем 54 подъема вверх, была меньше в сравнении с его скоростью сразу после начала открывающего перемещения иглы клапана.

В альтернативном варианте осуществления сливной канал 52 во втором корпусе 12 может оставаться немного открытым, даже когда игла 20 клапана уже приближается к ограничителю 54 подъема вверх, так что здесь будет иметься параллельный поток через оба сливных канала 42, 52 во всем диапазоне перемещения иглы клапана.

Во время фазы закрытия иглы клапана, то есть когда клапан 10 управления распылителем отключен, головка 32b клапана стержня клапана переводится в состояние, в котором она упирается в первое седло 48 клапана, а второе седло 50 клапана открыто, так что топливо, текущее из подающего канала 30, проходит через второе седло 50 клапана в камеру 18 управления. Учитывая, что сливной канал 52 во втором корпусе полностью перекрыт, когда игла 20 клапана упирается в ограничитель 54 подъема вверх, вначале топливо течет в камеру 18 управления только через сливной канал 42 в прокладке 16. Когда игла 20 клапана начинает перемещаться от ограничителя 54 подъема вверх, входное отверстие сливного канала 52 во втором корпусе 12 начинает открываться, и в этот момент топливо течет в камеру 18 управления по двум маршрутам: первый маршрут через поперечный паз 46 и сливной канал 42 в прокладке 16 и второй маршрут через поперечный паз 46, второй проходящий в осевом направлении канал 44 в прокладке 16 и сливной канал 52 во втором корпусе 12. Это ведет к быстрому выравниванию давления между камерой 18 управления и камерой распылителя во время фазы закрытия. Далее пружина иглы обеспечивает силу, которая быстро перемещает иглу клапана и прижимает ее к седлу иглы клапана, и тем самым обеспечивается быстрое прекращение впрыска топлива. Следует отметить, что топливо течет через поперечный паз 46 во время фаз открытия и закрытия инжектора.

Как показано на фиг.2, во втором варианте осуществления топливного инжектора, в котором может использоваться клапан управления, регулируемый сливной канал 52 во втором корпусе 12 может отсутствовать, так что сливной канал 42 в прокладке 16 остается единственным путем для потока в/из камеры 18 управления. В этом случае скорость перемещения иглы 20 клапана и тем самым иглы клапана является постоянной во всем диапазоне его перемещения.

В другом варианте осуществления топливного инжектора (не показан), который также предлагает регулируемую скорость открывающего перемещения иглы клапана, сливной канал 42 в прокладке 16 может отсутствовать, так что сливной канал 52 во втором корпусе 12 является единственным путем для потока топлива из камеры 18 управления, когда клапан 10 управления распылителем приведен в действие. В этом случае диапазон перемещения иглы клапана и величина перекрытия между иглой 20 клапана и сливным каналом 52 должны быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить, что сливной канал 52 будет все еще частично открыт при полном подъеме (т.е. в полностью открытом положении) и не будет полностью перекрываться. Это обеспечивает то, что сливной канал 52 будет способен обеспечить возможность повторного заполнения камеры 18 управления в верхней точке подъема иглы, когда это потребуется для повторного повышения давления в камере 18 управления, чтобы закрыть иглу клапана.

Наличие прокладки 16 между корпусом 14 клапана управления распылителем и вторым корпусом 12 обеспечивает особые преимущества с точки зрения изготовления. Во-первых, выгодно выполнить второй канал 36 в отдельной части (прокладка 16), а не в корпусе 14 клапана управления распылителем, так как камера может быть изготовлена удобным образом путем сквозного сверления или рассверливания прокладки 16 с одной стороны до другой. Если корпус 14 клапана управления распылителем упирается во второй корпус 12 напрямую, как в существующих конструкциях, сформировать равноценную камеру в нижней поверхности корпуса 14 клапана управления распылителем будет труднее. Во-вторых, наличие прокладки 16 позволяет расположить направляющее отверстие 34 для направляющего участка 32а максимально возможно близко к опоре шлифовального шпинделя во время изготовления: для шлифовального шпинделя очень важно подходить к направляющему отверстию 34 снизу (в ориентации, показанной на фиг.1), так как именно нижняя поверхность корпуса 14 клапана управления распылителем должна быть особенно точно ориентирована под прямым углом к направляющему отверстию 34. Важно, что шлифовальный шпиндель может также иметь относительно небольшой диаметр, так как опора шлифовального шпинделя может быть расположена более близко к входу в направляющее отверстие 34 для стержня 32а, 32b клапана управления. Тем самым, имея шлифовальный шпиндель с относительно небольшим диаметром, можно изготовить направляющее отверстие 34 относительно небольшого диаметра для стержня 32а, 32b клапана управления относительно небольшого диаметра. Это дает большой эффект по уменьшению утечек топлива через направляющее отверстие 34, что является особенно выгодным при высоких давлениях, требуемых в настоящее время в системах впрыска топлива. В-третьих, наличие прокладки 16 дает возможность расположить второе седло 50 клапана для клапана 10 управления распылителем на нижней поверхности корпуса 14 клапана управления распылителем, позволяя использовать удобные процессы изготовления и обеспечивая точную глубину второго седла 50 клапана.

Дополнительное преимущество достигается за счет того, что наличие прокладки 16 позволяет настроить подъем стержня 32а, 32b стержня клапана управления путем подбора соответствующей толщины прокладки 16, так как толщина прокладки 16 определяет расстояние между первым и вторым седлами 48, 50 клапана, образованными во втором корпусе 12 и в корпусе 14 клапана управления распылителем соответственно. Кроме того, высота головки 32b клапана стержня клапана управления может быть минимальной, и объемы второго канала 36 вокруг головки 32b клапана (и другие объемы и каналы 46, 42, 44 в прокладке) легко могут быть выполнены небольшими. Наконец, прокладка 16 позволяет выполнить некоторые каналы в такой конфигурации, которая в ином случае была бы трудной для изготовления или создавала бы концентраторы напряжений.

Настоящее изобретение может быть применено в инжекторе топливной системы высокого давления аккумуляторного типа, в которой общий источник (аккумулятор) подает топливо к, по меньшей мере, двум инжекторам двигателя, или может быть применено в системе «электронный насос-инжектор» (EUI), в которой каждый инжектор двигателя имеет собственный специальный насос и тем самым источник топлива высокого давления в том же блоке, что и инжектор, или системе «электронный насос-трубопровод-инжектор» (EUP), в которой каждый инжектор двигателя имеет собственный специальный насос и тем самым источник топлива высокого давления, который отделен от соответствующего инжектора трубопроводом. Настоящее изобретение может также применяться в гибридной системе, имеющей сдвоенные функциональные характеристики топливной системы высокого давления аккумуляторного типа/системы «электронный насос-инжектор».

Изобретение относится к инжектору, в частности, для подачи топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Топливный инжектор содержит: иглу (20), корпус (12) камеру управления (18) и трехходовой клапан управления (10). Корпус инжектора (12) имеет направляющее отверстие (22) для иглы (20). Клапан управления (10) управляет перемещением иглы (20) давлением в камере управления (18) посредством сообщения между (а) первым (38) и вторым (36) каналами и (б) третьим (30) и вторым (36) каналами. Клапан управления (10) включает первый корпус (14), первое (48) и второе (50) седла, элемент (32а, 32b) клапана и промежуточный корпус (16). Первый корпус (14) имеет направляющее отверстие (34) для элемента (32а, 32b) клапана. Первое седло (48) образовано корпусом инжектора (12). Второе седло образовано первым корпусом (14). С седлами зацепляется элемент (32b) клапана. Промежуточный корпус расположен между первым (14) и вторым (12) корпусами. Второй канал (36) образован в промежуточном корпусе (16). Технический результат заключается в уменьшении потерь от паразитных утечек и требуемого усилия при впрыске, а также в повышение быстродействия. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Топливный инжектор, содержащий иглу клапана для управления впрыском топлива через выход инжектора, камеру управления для приема топлива и трехходовой клапан управления, управляющий давлением топлива в камере управления для управления открывающим и закрывающим перемещениями иглы клапана для управления впрыском топлива через выход,
при этом трехходовой клапан управления управляет сообщением между (а) первым каналом и вторым каналом и (б) третьим каналом и вторым каналом, а клапан управления содержит:
первый корпус, имеющий направляющее отверстие для элемента клапана управления, в результате чего перемещение элемента клапана управления направляется в направляющем отверстии,
первое седло клапана, образованное вторым корпусом, с которым зацепляется конец элемента клапана управления для управления сообщением между первым и вторым каналами, причем первый корпус является корпусом клапана управления, а второй корпус является корпусом инжектора, при этом корпус инжектора имеет направляющее отверстие для иглы клапана или поршня, установленного на игле клапана,
второе седло клапана, образованное первым корпусом, с которым зацепляется элемент клапана управления для управления сообщением между вторым и третьим каналами, и
промежуточный корпус, расположенный между первым и вторым корпусами, причем второй канал образован в промежуточном корпусе.

2. Топливный инжектор по п.1, в котором элемент клапана управления содержит направляющий участок, направляемый в направляющем отверстии, и головку клапана, выполненную с возможностью зацепления с первым и вторым седлами клапана для управления сообщением между первым каналом и вторым каналом и между вторым каналом и третьим каналом соответственно.

3. Топливный инжектор по п.2, в котором первое и/или второе седло клапана образовано плоской поверхностью соответствующего корпуса.

4. Топливный инжектор по любому из пп.1-3, в котором первый канал образован вторым корпусом.

5. Топливный инжектор по любому из пп.1-3, в котором третий канал частично образован вторым корпусом и частично образован промежуточным корпусом.

6. Топливный инжектор по любому из пп.1-3, в котором камера управления сообщается со вторым каналом трехходового клапана управления.

7. Топливный инжектор по п.6, дополнительно содержащий сливной канал между камерой управления и вторым каналом, обеспечивающий фиксированное гидравлическое сопротивление для потока топлива из камеры управления, когда элемент клапана управления перемещается от первого седла клапана.

8. Топливный инжектор по п.7, в котором сливной канал выполнен в промежуточном корпусе.

9. Топливный инжектор по п.7 или 8, в котором промежуточный корпус дополнительно содержит поперечный паз на его поверхности для соединения сливного канала со вторым каналом.

10. Топливный инжектор по любому из пп.1-3, в котором первый канал сообщается со сливом низкого давления, а третий канал сообщается с источником топлива высокого давления.

11. Топливный инжектор по п.10, в котором элемент клапана управления уравновешен по давлению с давлением топлива в третьем канале, когда он упирается в первое седло клапана.

12. Топливный инжектор по любому из пп.1-3, в котором промежуточный корпус образует ограничитель подъема для иглы клапана или поршня, установленного на игле клапана.

13. Топливный инжектор по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий дополнительный сливной канал между камерой управления и вторым каналом, обеспечивающий регулируемое гидравлическое сопротивление для потока топлива из камеры управления, когда элемент клапана управления перемещается от первого седла клапана.

14. Топливный инжектор по п.13, в котором промежуточный корпус дополнительно содержит поперечный паз на его поверхности для соединения дополнительного сливного канала со вторым каналом.

15. Топливный инжектор по п.13, в котором игла клапана или поршень, установленный на игле клапана, взаимодействует с дополнительным сливным каналом для обеспечения регулируемого гидравлического сопротивления для потока топлива из камеры управления, определяемого величиной открывающего перемещения иглы клапана.

16. Топливный инжектор, содержащий иглу клапана для управления впрыском топлива через выход инжектора, камеру управления для приема топлива и трехходовой клапан управления, управляющий давлением топлива в камере управления для управления открывающим и закрывающим перемещением иглы клапана для управления впрыском топлива через выход,
при этом трехходовой клапан управления управляет сообщением между (а) первым каналом и вторым каналом и (б) третьим каналом и вторым каналом, причем клапан управления содержит:
первый корпус, имеющий направляющее отверстие для элемента клапана управления, в результате чего перемещение элемента клапана управления направляется в направляющем отверстии,
первое седло клапана, образованное вторым корпусом, с которым зацепляется головка клапана элемента клапана управления для управления сообщением между первым и вторым каналами,
второе седло клапана, образованное первым корпусом, с которым зацепляется головка клапана элемента клапана управления для управления сообщением между вторым и третьим каналами, и
промежуточный корпус, расположенный между первым и вторым корпусами, причем второй канал образован в промежуточном корпусе, который образует ограничитель подъема для иглы клапана или поршня, установленного на игле клапана.

17. Топливный инжектор по п.16, в котором первый корпус является корпусом клапана управления, а второй корпус является корпусом инжектора, причем корпус инжектора имеет направляющее отверстие для иглы клапана или поршня, установленного на игле клапана.

18. Топливный инжектор по п.16 или 17, в котором элемент клапана управления включает в себя направляющий участок, направляемый в направляющем отверстии, и головку клапана, выполненную с возможностью зацепления с первым и вторым седлами клапана для управления сообщением между первым каналом и вторым каналом и между вторым каналом и третьим каналом соответственно.

19. Топливный инжектор по п.16 или 17, в котором первый канал сообщается со сливом низкого давления, а третий канал сообщается с источником топлива высокого давления.

20. Топливный инжектор по п.16 или 17, в котором первый канал образован вторым корпусом и/или в котором третий канал частично образован вторым корпусом и частично образован промежуточным корпусом.

21. Топливный инжектор по п.16 или 17, дополнительно содержащий дополнительный сливной канал между камерой управления и вторым каналом, обеспечивающий регулируемое гидравлическое сопротивление для потока топлива из камеры управления, когда элемент клапана управления перемещается от первого седла клапана.

22. Топливный инжектор по п.21, в котором игла клапана или поршень, установленный на игле клапана, взаимодействует с дополнительным сливным каналом для обеспечения регулируемого гидравлического сопротивления для потока топлива из камеры управления, определяемого величиной открывающего перемещения иглы клапана.