УСТРОЙСТВО ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 2015 года по МПК F02M51/06 F02M61/08 F02M61/16 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к устройству впрыскивания топлива, применяемому прежде всего в системах питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с непосредственным впрыскиванием топлива в режиме послойного смесеобразования.

Устройства впрыскивания топлива для систем питания ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива согласно уровню техники обычно выполняют в виде топливных форсунок высокого давления с открывающимися наружу игольчатыми затворами, которые приводятся в действие пьезоэлектрическими приводами и управление которыми для обеспечения необходимого высокодинамичного их срабатывания осуществляется сложными выходными каскадами. Высокими требованиями, предъявляемыми к качеству материалов, используемых для изготовления отдельных деталей подобных топливных форсунок, и к допускам на изготовление таких деталей, обусловлены высокая продолжительность обработки и контроля и длительное технологическое время и связанная с этим высокая себестоимость изготовления таких топливных форсунок.

Поэтому подобные известные из уровня техники топливные форсунки высокого давления лишь в недостаточной степени пригодны для создания простого и экономичного в изготовлении устройства впрыскивания топлива для систем питания ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива в режиме послойного смесеобразования.

Краткое изложение сущности изобретения

Преимущество предлагаемого в изобретении устройства впрыскивания топлива, заявленного в п.1 формулы изобретения, перед известными из уровня техники устройствами состоит в наличии у него более простой и тем самым менее дорогой конструкции, а также в сниженных требованиях к необходимым допускам на изготовление отдельных деталей и допускам на отклонение их взаимного расположения. Согласно изобретению достигается это благодаря тому, что предлагаемое в нем устройство впрыскивания топлива имеет составной, открывающийся наружу игольчатый затвор и мембрану, которая герметично разделяет полость для размещения привода на первую - заполненную топливом камеру - и вторую - бестопливную - камеру и которая одновременно подразделяет игольчатый затвор на расположенную со стороны впрыскивания часть и на расположенную со стороны привода часть. При этом на расположенной со стороны впрыскивания части игольчатого затвора расположен уравнивающий давление поршень, отделяющий находящуюся под давлением полость от первой заполненной топливом камеры полости для размещения привода. Поскольку привод при этом расположен во второй бестопливной камере полости для его размещения, в предлагаемом в изобретении устройстве можно использовать недорогой электромагнитный привод, позволяющий обеспечить требуемое высокодинамичное срабатывание игольчатого затвора. Еще одно преимущество состоит в возможности применения специальных магнитомягких материалов в конструкции привода, поскольку его детали не подвергаются коррозионному воздействию топлива.

Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В одном из таких предпочтительных вариантов осуществления изобретения уравнивающий давление поршень подвижно установлен с малым зазором в цилиндрическом отверстии в корпусе и имеет уплотнительную щель. Наличие такой уплотнительной щели обеспечивает возможность простого и эксплуатационно-надежного создания перепада давления топлива с уменьшением его давления от находящейся под давлением полости в направлении соседней с ней первой камеры полости для размещения привода.

В следующем предпочтительном варианте предлагаемое в изобретении устройство имеет сливной топливопровод, отходящий от первой камеры полости для размещения привода и ведущий в топливный бак. Благодаря этому первая заполненная топливом камера полости для размещения привода находится в основном под преобладающим в топливном баке окружающим давлением, которое приложено также к обращенной к этой камере стороне мембраны.

Поскольку в еще одном предпочтительном варианте и во второй бестопливной камере полости для размещения привода, а тем самым и с другой стороны мембраны преобладает лишь окружающее давление, мембрана не нагружена давлением вовсе, соответственно испытывает лишь малую создаваемую давлением нагрузку, и поэтому в предлагаемом в изобретении устройстве можно использовать мембрану в простом и недорогом, прежде всего в тонком исполнении.

В следующем предпочтительном варианте на расположенной со стороны привода части игольчатого затвора расположен якорь. Благодаря этому удается получить привод простой и недорогой конструкции, который состоит из минимального количества деталей и который компактно размещен в малом монтажном пространстве.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения привод имеет пружину свободного хода, усилие, соответственно жесткость которой подобраны с таким расчетом, что она и при обесточенном приводе всегда удерживает расположенную с его стороны часть игольчатого затвора в прилегающем к мембране положении. Благодаря этому предотвращается воздействие на мембрану слишком высокой нагрузки и обусловленное этим снижение ее выносливости, а якорь всегда занимает строго определенное стартовое положение.

В еще одном предпочтительном варианте возвратный элемент имеет такие параметры, что он и при обесточенном приводе, т.е. при закрытом игольчатом затворе, всегда удерживает его расположенную со стороны впрыскивания часть в прилегающем к мембране положении. Благодаря этому исключается отвод уравнивающего давление поршня от мембраны и предотвращается приложение к ней ударной нагрузки, что, в свою очередь, способствует повышению долговечности мембраны, соответственно увеличению срока ее службы. В особенно предпочтительном варианте в любом режиме работы предлагаемого в изобретении устройства впрыскивания топлива расположенная со стороны привода и расположенная со стороны впрыскивания части игольчатого затвора всегда прилегают к мембране.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения расположенная со стороны впрыскивания часть игольчатого затвора состоит из двух частей, одной из которых является игла, а другой - уравнивающий давление поршень. Благодаря этому обеспечивается возможность отдельного изготовления и обработки этих деталей с соблюдением необходимых для каждой из них допусков на размер, что способствует дальнейшей экономии на издержках.

В еще одном предпочтительном варианте обращенный к мембране конец уравнивающего давление поршня и обращенный к мембране конец расположенной со стороны привода части игольчатого затвора выполнены закругленными. Благодаря этому обеспечивается однородное прилегание этих концов к мембране прежде всего в ее смещенном, т.е. выпученном, состоянии, а также исключается повреждение мембраны, например, острыми кромками незакругленных концевых участков уравнивающего давление поршня и расположенной со стороны привода части игольчатого затвора.

Краткое описание чертежа

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемый к описанию единственный чертеж, на котором схематично и упрощенно в разрезе показано предлагаемое в изобретении устройство, выполненное по одному из возможных вариантов.

Описание варианта осуществления изобретения

Ниже со ссылкой на прилагаемый к описанию чертеж подробно рассмотрено устройство впрыскивания топлива, выполненное по одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

Схематично показанное в разрезе на чертеже устройство 1 впрыскивания топлива имеет корпус 2, а также открывающийся наружу игольчатый затвор 3, который образован расположенной со стороны впрыскивания частью 3a и расположенной со стороны привода частью 3b. Расположенная со стороны впрыскивания часть 3a игольчатого затвора 3 состоит из иглы 31 и уравнивающего давление поршня 10, которые расположены в находящейся под давлением полости 4, в которую по подводящему топливопроводу 19 под давлением подается топливо. Уравнивающий давление поршень 10 подвижно установлен с малым зазором в цилиндрическом отверстии 16 в корпусе 2.

В находящейся под давлением полости 4 расположен далее возвратный элемент 20, который с одной стороны опирается на корпус 2, а с другой стороны на буртик иглы 31 и который после срабатывания игольчатого затвора 3 возвращает его в исходное положение.

Устройство впрыскивания топлива имеет также полость 9, в которой размещен электромагнитный привод 6, основными рабочими компонентами которого являются катушка 8 и якорь 7, который в предпочтительном варианте выполнен в виде показанного на чертеже дискового якоря и который закреплен на расположенной со стороны привода части 3b игольчатого затвора 3.

Помимо этого в полости 9 для размещения привода расположена мембрана 13, которая крепится к корпусу 2 и которая, с одной стороны, подразделяет игольчатый затвор 3 на его расположенную со стороны впрыскивания часть 3a и его расположенную со стороны привода часть 3b, а с другой стороны, герметично разделяет также полость 9 для размещения привода на первую заполненную топливом камеру 5 и вторую не заполненную топливом (бестопливную) камеру 18. Первая камера 5 полости 9 для размещения привода по меньшей мере частично заполнена топливом, которое поступает в эту первую камеру 5 через образованную у поверхности уравнивающего давление поршня 10 уплотнительную щель 17 из находящейся под давлением полости 4 вследствие преобладания в ней большего давления.

Как показано далее на чертеже, обращенный к мембране 13 конец 10а уравнивающего давления поршня 10 и обращенный к мембране 13 конец 15 расположенной со стороны привода части 3b игольчатого затвора 3 выполнены закругленными. Благодаря этому предотвращается повреждение мембраны 13, которое могло бы быть вызвано возможно предусмотренными уступами или кромками на концевых участках этих деталей при смещении, соответственно выпучивании мембраны 13, происходящем при срабатывании устройства 1.

Как показано на чертеже, от первой заполненной топливом камеры 5 полости 9 для размещения привода отходит сливной топливопровод 14. По этому сливному топливопроводу 14 в не показанный на чертеже топливный бак возвращается топливо, которое скапливается в первой камере 5 в результате своего просачивания через уплотнительную щель 17 у поверхности уравнивающего давление поршня 10 из-за наличия перепада давления с его уменьшением от находящейся под давлением полости 4 в направлении этой первой камеры. Поскольку в топливном баке, а тем самым и в первой камере 5 полости 9 для размещения привода преобладает окружающее давление, возврат топлива из первой заполненной им камеры 5 полости 9 для размещения привода в топливный бак происходит в безнапорном режиме. Поскольку во второй бестопливной камере 18 полости 9 для размещения привода также преобладает окружающее давление, к обеим сторонам мембраны 13 приложено в основном одинаковое давление. Тем самым к мембране 13 приложено равновесное давление.

В полости 9 для размещения привода расположена далее установленная между якорем 7 и замыкающим элементом 21 пружина 12 свободного хода, через которую расположенная со стороны привода часть 3b игольчатого затвора 3 с зафиксированным на ней якорем 7 опирается на замыкающий элемент 21. Сквозь замыкающий элемент 21 наружу выведен электрический соединительный провод 22 для подачи электрического тока на привод 6. Пружина 12 свободного хода имеет такие параметры, что она и при обесточенном приводе 6 удерживает расположенную с его стороны часть 3b игольчатого затвора 3 в прилегающем к мембране 13 положении. Помимо этого геометрические параметры подобраны с таким расчетом, что и при обесточенном приводе 6 (при закрытом игольчатом затворе) расположенная со стороны впрыскивания часть 3a игольчатого затвора удерживается 3 в прилегающем к мембране 13 положении. Благодаря двустороннему прилеганию расположенной со стороны привода и расположенной со стороны впрыскивания частей 3a, 3b игольчатого затвора 3 к мембране в каждом рабочем режиме достигается квазижесткое соединение или взаимодействие между собой деталей предлагаемого в изобретении устройства 1, необходимое для приведения в действие игольчатого затвора 3. При этом вполне допустимо возможно появляющееся при сборке незначительное радиальное или угловое смещение относительно друг друга прилегающих к мембране 13 расположенной со стороны привода и расположенной со стороны впрыскивания частей 3а, 3b игольчатого затвора 3, поскольку оно не влияет на безотказность и надежность предлагаемого в изобретении устройства 1 в работе.

Описанные выше компоновка отдельных деталей и их конструктивное исполнение позволяют упростить и ускорить их изготовление, снизив требования к допускам на их размеры и допускам на отклонение их взаимного расположения, поскольку привод 6 с расположенной с его стороны частью 3b игольчатого затвора 3 и его расположенную со стороны впрыскивания часть 3a с охватывающим ее корпусом 2 можно изготавливать и контролировать отдельно друг от друга. Благодаря этому удается в целом снизить затраты на изготовление и контроль, а также уменьшить процент брака и добиться значительной экономии на издержках, которыми не в последнюю очередь определяется себестоимость изготовления подобных топливных форсунок высокого давления.

Изобретение может быть использовано в системах питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Устройство впрыскивания топлива имеет корпус (2), открывающийся наружу игольчатый затвор (3), расположенный в имеющейся в корпусе (2) заполненной топливом и находящейся под давлением полости (4). В полость (4) под давлением подается топливо. Возвратный элемент (20) возвращает игольчатый затвор (3) в его исходное положение. Электромагнитный привод (6) расположен в предназначенной для его размещения полости (9) и служит для приведения в действие игольчатого затвора (3). Мембрана (13) расположена в полости (9) для размещения привода и герметично разделяет ее на первую заполненную топливом камеру (5) и вторую бестопливную камеру (18), а также подразделяет игольчатый затвор (3) на расположенную со стороны впрыскивания часть (3а) и на расположенную со стороны привода часть (3b). Часть (3а) имеет уравнивающий давление поршень (10), отделяющий находящуюся под давлением полость (4) от первой заполненной топливом камеры (5) полости (9) для размещения привода (6). Привод (6) расположен во второй бестопливной камере (18). Технический результат заключается в упрощении конструкции. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство впрыскивания топлива, имеющее корпус (2), открывающийся наружу игольчатый затвор (3), расположенный в имеющейся в корпусе (2) заполненной топливом и находящейся под давлением полости (4), в которую под давлением подается топливо, возвратный элемент (20), возвращающий игольчатый затвор (3) в его исходное положение, электромагнитный привод (6), который расположен в предназначенной для его размещения полости (9) и служит для приведения в действие игольчатого затвора (3), и мембрану (13), которая расположена в полости (9) для размещения привода и которая герметично разделяет ее на первую заполненную топливом камеру (5) и вторую бестопливную камеру (18), а также подразделяет игольчатый затвор (3) на расположенную со стороны впрыскивания часть (3а) и на расположенную со стороны привода часть (3b), первая из которых имеет уравнивающий давление поршень (10), отделяющий находящуюся под давлением полость (4) от первой заполненной топливом камеры (5) полости (9) для размещения привода (6), который при этом расположен в ее второй бестопливной камере (18).

2. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что уравнивающий давление поршень (10) установлен с малым зазором в цилиндрическом отверстии (16) в корпусе (2) и имеет уплотнительную щель (17) для создания перепада давления с его уменьшением от находящейся под давлением полости (4) в направлении первой камеры (5) полости (9) для размещения привода.

3. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что от первой камеры (5) полости (9) для размещения привода отходит сливной топливопровод (14), ведущий в топливный бак.

4. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что по обе стороны мембраны (13) в первой заполненной топливом камере (5) и во второй бестопливной камере (18) полости для размещения привода преобладает одинаковое или в основном одинаковое давление.

5. Устройство впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что на расположенной со стороны привода части (3b) игольчатого затвора (3) расположен якорь (7).

6. Устройство впрыскивания топлива по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что привод (6) имеет также пружину (12) свободного хода, которая имеет такие параметры, что она и при обесточенном приводе (6) удерживает расположенную с его стороны часть (3b) игольчатого затвора (3) в прилегающем к мембране (13) положении.

7. Устройство впрыскивания топлива по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что возвратный элемент (20) имеет такие параметры, что он и при обесточенном приводе (6) удерживает расположенную со стороны впрыскивания часть (3а) игольчатого затвора (3) в прилегающем к мембране (13) положении.

8. Устройство впрыскивания топлива по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что расположенная со стороны впрыскивания часть (3а) игольчатого затвора (3) состоит из двух частей, одной из которых является игла (31), а другой - уравнивающий давление поршень (10).

9. Устройство впрыскивания топлива по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что уравнивающий давление поршень (10) имеет обращенный к мембране (13) закругленный конец (10а), а расположенная со стороны привода часть (3b) игольчатого затвора (3) имеет обращенный к мембране (13) закругленный конец (15).