УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТОПЛИВОМ Российский патент 2013 года по МПК F02M59/36 F02M47/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

Подобное устройство известно из DE 10247564 А1. В таком устройстве топливо в зависимости от потребности в нем дозированно подается топливным насосом через дозатор к всасывающему клапану насоса высокого давления, которым давление топлива повышается до 1600 бар и которым топливо через клапан высокого давления подается в общую топливную магистраль высокого давления (называемую также топливным аккумулятором высокого давления или топливной рампой "rail"), к которой подсоединены топливные форсунки двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Они обеспечивают собственно впрыскивание необходимого для работы ДВС топлива в его камеры сгорания.

В зависимости от частоты вращения вала ДВС топливо в него требуется подавать в различных количествах. С целью обеспечить наличие топлива в общей топливной магистрали высокого давления в достаточных для всех режимов работы двигателя количествах насос высокого давления рассчитан на 5 подачу топлива в количестве, соответствующем максимально возможной потребности в нем соответствующего ДВС. Однако связанный с этим недостаток состоит в том, что в диапазоне частичных нагрузок в общую топливную магистраль высокого давления топливо подается в излишне большом количестве и поэтому направляется через редукционный клапан обратно в топливный бак, что неудовлетворительно с энергетической точки зрения. Во избежание подобного недостатка подаваемое в насос высокого давления топливо дозируется дозатором в зависимости от его потребного количества. Редукционный клапан и дозирующий клапан в подобном устройстве являются независимыми, самостоятельными функциональными узлами. По этой причине возрастает риск возрастания давления топлива в общей топливной магистрали высокого давления до избыточного и тем самым возрастает опасность обусловленных таким избыточным давлением механических повреждений и поломок общей топливной магистрали высокого давления, соединительных топливопроводов и/или дозатора.

Краткое изложение сущности изобретения и его преимущества

Преимущество предлагаемого в изобретении устройства с отличительными признаками, указанными в п.1 формулы изобретения, состоит в том, что регулирующий клапан и дозатор не требуют более их выполнения в виде самостоятельных и независимых друг от друга функциональных узлов, а дополняют друг друга по своему действию. Поэтому весь функциональный узел обладает исключительно высокими безотказностью в работе и эксплуатационной надежностью. Благодаря этому удается эффективно избежать обусловленных избыточным давлением повреждений и поломок общей топливной магистрали высокого давления, топливопроводов и дозатора.

Различные предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении устройства приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Преимущество заявленного в п.2 формулы изобретения варианта состоит в том, что оба клапана не могут отрицательно влиять на работу друг друга, а также в том, что при нахождении по меньшей мере одного из клапанов в своем закрытом состоянии обеспечивается абсолютная герметичность.

Преимущество заявленных в п.п.3 и 4 формулы изобретения вариантов состоит в особо высоких долговечности и износостойкости всей конструкции.

Преимущество заявленного в п.5 формулы изобретения варианта состоит в том, что поршень может поворачиваться в цилиндре вокруг своей оси без снижения при этом эксплуатационной надежности устройства. Благодаря этому существенно упрощается сборка устройства.

В п.6 формулы изобретения заявлен вариант, в котором поршень с Т-образным профилем установлен в цилиндре с согласованным с ним Т-образным профилем, при этом при перемещении поршня в цилиндре в продольном направлении открывается выемка, имеющая форму кругового цилиндра. Аналогичным образом указанная выемка уменьшается в своих размерах с уменьшением величины относительного перемещения. Подобная конструкция особо проста в изготовлении и сборке.

При выполнении цилиндра и поршня со взаимно согласованным по всей их длине поперечным сечением аналогичного эффекта можно достичь в том случае, когда согласно п.7 формулы изобретения выемка образована кольцевой канавкой, а поршень при необходимости имеет поперечно проходящий через него дополнительный канал.

Простейшим путем обеспечить жесткое соединение между собой запорных элементов дозирующего клапана и регулирующего клапана можно в том случае, когда согласно п.8 формулы изобретения запорные элементы соединены между собой толкающей штангой.

Устройство, выполненное по заявленному в п.9 формулы изобретения варианту, допускает возможность целенаправленного высокоточного управления им и тем самым высокоточного и оптимального управления подачей топлива в ДВС.

Преимущество заявленного в п.10 формулы изобретения варианта состоит в том, что кольцевой электромагнит должен действовать только в одном направлении. Благодаря этому значительно упрощается точное управление им.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере нескольких вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - принципиальная конструкция предлагаемого в изобретении устройства,

на фиг.2 - фрагмент изображенного на фиг.1 устройства, в котором поршень дозирующего клапана имеет кольцевую канавку, совмещаемую с выходным и входным отверстиями всасывающего топливопровода, и

на фиг.3 - фрагмент изображенного на фиг.1 устройства, в котором поршень и охватывающий его цилиндр имеют ступенчато уменьшающееся поперечное сечение с образованием при этом окружающего поршень цилиндрического пространства, совмещаемого с выходным и входным отверстиями всасывающего топливопровода при перемещении поршня 15 относительно цилиндра в продольном направлении.

Описание вариантов осуществления изобретения

На всех чертежах функционально одинаковые детали и элементы обозначены одними и теми же позициями.

Показанное на фиг.1 устройство предназначено для питания ДВС топливом. Такое устройство имеет топливный бак 1 и насос 2 высокого давления, соединенные между собой всасывающим топливопроводом 3, а также имеет дозирующий клапан 4, изменяющий проходное сечение всасывающего топливопровода 3, общую топливную магистраль 5 высокого давления ("rail"), заполняемую находящимся под высоким давлением топливом, и регулирующий клапан 6 для регулирования давления в общей топливной магистрали 5 высокого давления.

Дозирующий клапан 4 и регулирующий клапан 6 объединены в общем корпусе 7 и имеют взаимно противоположные направления открытия, а также имеют запорные элементы 4.1, 6.1, жестко соединенные между собой и перемещающиеся только однонаправленно и совместно вдоль общей оси 14. Только один из запорных элементов, а именно: запорный элемент 6.1 регулирующего клапана 6, может опускаться непосредственно на седло 6.2, тогда как другой запорный элемент выполнен в виде безупорного золотника 4.2. Благодаря этому каждый из клапанов обладает особо высокой эксплуатационной надежностью.

Прижимаемый к седлу 6.2 запорный элемент 6.1 регулирующего клапана 6 представляет собой шарик. В соответствии с этим такой запорный элемент исключительно прост в изготовлении и обладает особо высокими износоустойчивостью и эксплуатационной надежностью. Расход топлива через регулирующий клапан 6 определяется конкретным расстоянием между шариком и седлом 6.2.

Золотник 4.2 дозирующего клапана 4 образован вставленным в продольный канал в корпусе 7 и подвижным в продольном направлении поршнем, в пределах продольной протяженности которого через корпус 7 при этом поперечно проходит поперечный канал 7.1 и который со своей регулирующей кромкой 4.3 может по плотной посадке перемещаться перед расположенными со стороны продольного канала входным и выходным отверстиями поперечного канала 7.1.

В зависимости от конкретного положения регулирующей кромки 4.3 поршня перед этими расположенными со стороны продольного канала входным и выходным отверстиями изменяется их проходное сечение, а тем самым одновременно изменяется и проходное сечение всасывающего топливопровода 3.

Для открытия поперечного канала 7,1 поршень снабжен по меньшей мере одной выемкой, совмещаемой с расположенными со стороны продольного капала входным и выходным отверстиями поперечного канала 7.1. Регулирующая кромка 4.3 образована при этом кромкой, по которой взаимно ограничиваются поперечный канал и боковая поверхность поршня.

На фиг.2 показан первый конструктивный вариант, в котором поршень для образования указанной выемки выполнен с открытой радиально наружу кольцевой канавкой 4.4 и/или с поперечно проходящим через него дополнительным каналом, совмещаемым с поперечным каналом 7.1. Регулирующая кромка 4.3 образована при этом имеющей форму кругового кольца поверхностью, ограниченной боковой поверхностью поршня.

На фиг.3 показан второй конструктивный вариант, в котором регулирующая кромка 4.3 радиально снаружи ограничивает первую имеющую форму кругового кольца поверхность поршня, которая расположена между его первым осевым участком большего поперечного сечения и вторым его осевым участком ступенчато уменьшенного поперечного сечения, а продольный канал имеет два осевых участка, которые касательно ступенчатого изменения их поперечных сечений согласованы с формой поршня и разделены второй имеющей форму кругового кольца поверхностью 7.2, при этом выемка образована кольцевой полостью 4.5, расположенной между поршнем и стенкой продольного канала и образующейся при нахождении указанных имеющих форму круговых колец поверхностей поршня и канала на расстоянии L друг от друга в продольном направлении.

В показанном на фиг.1 конструктивном варианте запорные элементы 4.1, 6.1 механически жестко соединены между собой толкающей штангой 10.

Благодаря этому отпадает необходимость в специальной юстировке. Толкающая штанга 10 охватывает катушку 11 электромагнита и несет якорь 12 из железа, находящийся в магнитном поле, создаваемом катушкой 11. Для подачи электрического напряжения на катушку 11 предназначен токоподводящий кабель.

Толкающая штанга 10 и якорь 12 снабжены проходящими сквозь них отверстиями 15 для снижения их инерционной массы и улучшения подвижности, когда полости всего функционального узла заполнены топливом. Наличие таких отверстий может оказаться целесообразным во избежание проблем с уплотнением относительно подвижных частей. При подаче электрического тока на электромагнит, которая может осуществляться под управлением компьютера, происходит изменение расстояния между якорем 12 и катушкой 11, что можно использовать для целенаправленного изменения расхода через регулирующий клапан 6 и расхода через дозирующий клапан 4 по мере необходимости в этом. В показанном на фиг.1 варианте создаваемому катушкой 11 притягивающему якорь усилию противодействует усилие опирающейся на золотник 4.2 и/или на толкающую штангу 10 пружины 13 сжатия. При обесточенной катушке 11 такая пружина сжатия удерживает запорный элемент регулирующего клапана 6 прижатым к его седлу, в результате чего все доступное проходное сечение дозирующего клапана 4 во всасывающем топливопроводе 3 полностью открыто. В этом состоянии дозирующего клапана топливо поступает в насос 2 высокого давления в максимально возможном количестве, а общая топливная магистраль 5 высокого давления исключительно быстро наполняется топливом, давление которого в этой общей топливной магистрали высокого давления соответствует необходимому для питания подсоединенного к ней ДВС. По достижении такого давления электромагнитом инициируется снижение подачи топлива, заключающееся в одновременном открытии регулирующего клапана в необходимой степени и закрытии дозирующего клапана. В результате топливо подводится к насосу высокого давления и подается в общую топливную магистраль высокого давления в соответственно меньшем количестве, а также отводится из нее в соответственно меньшем объеме. Поперечное сечение разгрузочного топливопровода подобрано с таким расчетом, чтобы в целом по нему обратно в топливный бак 1 мог при необходимости сливаться весь максимальный объем топлива, подаваемого насосом 2 высокого давления.

Благодаря этому более не существует опасность обусловленных избыточным давлением топлива повреждений и поломок. Тем самым в общей топливной магистрали высокого давления при минимальной мощности, затрачиваемой на привод насоса 2 высокого давления, при всех частотах вращения вала подсоединенного далее ДВС всегда поддерживается постоянное, необходимое в конкретном режиме работы давление.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить безотказность в работе и эксплуатационную надежность. Устройство для питания двигателя внутреннего сгорания топливом имеет топливный бак и насос высокого давления, соединенные между собой всасывающим топливопроводом, а также имеющее дозирующий клапан, изменяющий проходное сечение всасывающего топливопровода, общую топливную магистраль высокого давления ("rail"), заполняемую находящимся под высоким давлением топливом, и регулирующий клапан для регулирования давления в общей топливной магистрали высокого давления. Дозирующий клапан и регулирующий клапан объединены в общем корпусе и имеют взаимно противоположные направления открытия, а также имеют запорные элементы, жестко соединенные между собой и перемещающиеся вдоль общей оси. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для питания двигателя внутреннего сгорания топливом, имеющее топливный бак (1) и насос (2) высокого давления, соединенные между собой всасывающим топливопроводом (3), а также имеющее дозирующий клапан (4), изменяющий проходное сечение всасывающего топливопровода (3), общую топливную магистраль (5) высокого давления ("rail"), заполняемую находящимся под высоким давлением топливом, и регулирующий клапан (6) для регулирования давления в общей топливной магистрали (5) высокого давления, отличающееся тем, что дозирующий клапан (4) и регулирующий клапан (6) объединены в общем корпусе (7) и имеют взаимно противоположные направления открытия, а также имеют запорные элементы (4.1, 6.1), жестко соединенные между собой и перемещающиеся вдоль общей оси (14).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что только один (6.1) из запорных элементов выполнен опускаемым на седло (6.2), а другой запорный элемент выполнен в виде безупорного золотника (4.2).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что прижимаемый к седлу (6.2) запорный элемент (6.1) представляет собой шарик.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что золотник (4.2) образован вставленным в продольный канал в корпусе (7) и подвижным в продольном направлении поршнем, в пределах продольной протяженности которого через корпус (7) поперечно проходит поперечный канал (7.1) и который со своей регулирующей кромкой (4.3) имеет возможность перемещения по плотной посадке перед расположенными со стороны продольного канала входным и выходным отверстиями поперечного канала (7.1).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что регулирующая кромка (4.3) ограничивает открытую радиально наружу кольцевую канавку (4.4) на поршне и полностью окружает его в виде имеющей форму кругового кольца поверхности.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что регулирующая кромка (4.3) радиально снаружи ограничивает первую имеющую форму кругового кольца поверхность поршня, которая расположена между его первым осевым участком большего поперечного сечения и вторым его осевым участком ступенчато уменьшенного поперечного сечения, а продольный канал имеет два осевых участка, которые касательно ступенчатого изменения их поперечных сечений согласованы с формой поршня и разделены второй имеющей форму кругового кольца поверхностью (7.2), при этом кольцевая полость (4.5), расположенная между поршнем и стенкой продольного канала и образующаяся при нахождении указанных имеющих форму круговых колец поверхностей (4.3, 7.2) поршня и канала на расстоянии L друг от друга в продольном направлении, образует выемку.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что поршень для образования выемки выполнен с окружающей его кольцевой канавкой (4.4) и/или с поперечно проходящим через него дополнительным каналом, совмещаемым с поперечным каналом (7.1).

8. Устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что запорные элементы (4.1, 6.1) жестко соединены между собой толкающей штангой (10).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что толкающая штанга (10) охватывает катушку (11) электромагнита и несет якорь (12), находящийся в магнитном поле, создаваемом катушкой (11).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что создаваемому катушкой (11) притягивающему якорь усилию противодействует усилие опирающейся на золотник (4.2) и/или на толкающую штангу (10) пружины (13) сжатия.