ТОПЛИВНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ВПРЫСКИВАНИЯ ЗАПАЛЬНОГО ЖИДКОГО ТОПЛИВА И ДЛЯ ВПРЫСКИВАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕМ Российский патент 2016 года по МПК F02B43/00 F02M43/04 F02M61/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к топливному клапану газообразного топлива для двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением, имеющего систему для подачи газообразного топлива, в частности к топливному клапану газообразного топлива для крупного низкоскоростного прямоточного двухтактного двигателя внутреннего сгорания, имеющего турбонаддув, с системой для подачи газообразного топлива и впрыскиванием запального жидкого топлива.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Крупные низкоскоростные двухтактные дизельные двигатели крейцкопфного типа обычно используются в силовых установках крупных судов или первичного движителя на электростанциях. Очень часто эти двигатели работают на тяжелом дистиллятном топливе или на мазутном топливе.

В последнее время наблюдается спрос на крупные двухтактные дизельные двигатели, чтобы иметь возможность работать с альтернативными видами топлива, такими как газ, угольная суспензия, нефтяной кокс и т.п., в частности газ.

Газообразное топливо, такое как природный газ, является относительно чистым видом топлива, которое приводит к значительному уменьшению уровней сернистых компонентов, NOx и СО₂ в выхлопных газах при использовании в качестве топлива для крупного низкоскоростного прямоточного двухтактного двигателя внутреннего сгорания, имеющего турбонаддув, по сравнению, например, с использованием тяжелого дистиллятного топлива, в качестве топлива.

Тем не менее существуют проблемы, связанные с использованием газообразного топлива в крупном низкоскоростном прямоточном двухтактном двигателе внутреннего сгорания, имеющем турбонаддув. Одной из этих проблем является готовность и предсказуемость самовоспламенения газа, и оба эти обстоятельства существенны для управления двигателем с самовоспламенением (Diesel). Таким образом, существующие крупные низкоскоростные прямоточные двухтактные двигатели внутреннего сгорания, имеющие турбонаддув, используют запальное впрыскивание жидкого топлива одновременно с впрыскиванием газообразного топлива, чтобы обеспечивать надежное и правильно рассчитанное по времени воспламенение газообразного топлива.

Крупные низкоскоростные прямоточные двухтактные двигатели внутреннего сгорания, имеющие турбонаддув, обычно используются для приведения в движение больших океанских грузовых судов, и поэтому их надежность имеет первостепенное значение. Работа этих двигателей на газообразном топливе все еще представляет собой относительно недавнее новшество, и надежность работы с газом еще не достигла уровня надежности работы с обычным топливом. Таким образом, все существующие крупные низкоскоростные двухтактные дизельные двигатели являются двигателями, работающими на двух видах топлива, с топливной системой для работы на газообразном топливе и топливной системой для работы на мазутном топливе (тяжелом дистиллятном топливе), так что они могут работать на полной мощности только на мазутном топливе.

Вследствие большого диаметра камеры сгорания этих двигателей они, как правило, снабжены тремя клапанами для впрыскивания топлива на цилиндр, размещенными вокруг центрального выпускного клапана с разделением на угол приблизительно 120°. Таким образом, с топливной системой, работающей на двух видах топлива, будут использоваться из расчета три топливных клапана для газообразного топлива на цилиндр и три топливных клапана для мазутного топлива на цилиндр, с одним клапаном для впрыскивания мазутного топлива, расположенным рядом с соответствующим клапаном для впрыскивания газа, чтобы обеспечивать надежное воспламенение газообразного топлива, а вследствие этого верхняя крышка цилиндра представляет собой относительно плотно заполненное место.

В существующих двигателях, работающих на двух видах топлива, использованы топливные клапаны для мазутного топлива, чтобы обеспечивать впрыскивание запального жидкого топлива во время работы с газообразным топливом. Эти топливные клапаны для мазутного топлива имеют размеры, обеспечивающие возможность подачи мазутного топлива в количестве, необходимом работы двигателя с полной нагрузкой только на мазутном топливе. Тем не менее количество жидкого топлива, впрыскиваемого при запальном впрыскивании, должно быть как можно меньше, чтобы получить желаемое снижение выбросов. Дозирование в таком небольшом количестве с полноразмерной системой впрыскивания топлива, которая также может осуществлять подачу в большом количестве, необходимом для работы при полной нагрузке, создает значительные технические проблемы, и на практике очень трудно достижимо, а поэтому в существующих двигателях очень желательно обеспечение дозирования запального жидкого топлива в больших количествах на событие впрыскивания топлива. Альтернатива дополнительной небольшой системы впрыскивания, которая может работать с небольшим количеством запального топлива, представляет собой значительное осложнение и повышение затрат. Кроме того, дополнительные небольшие клапаны для впрыскивания запального жидкого топлива делают верхнюю крышку цилиндра еще более плотно заполненным объектом.

ЕР 2578867 раскрывает топливный клапан в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С учетом уровня техники задачей настоящей заявки является предложение топливного клапана для газообразного топлива для двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением, в котором преодолены или по меньшей мере уменьшены проблемы, указанные выше. Эта задача решается посредством топливного клапана для впрыскивания запальной текучей среды и для впрыскивания газообразного топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением, причем топливный клапан содержит удлиненный корпус топливного клапана с задним концом и передним концом, форсунку с форсуночными отверстиями, расположенную на переднем конце корпуса, проходное отверстие для впуска газообразного топлива для соединения с источником сжатого газообразного топлива, выполненную с возможностью осевого смещения иглу клапана, имеющую закрытое положение и открытое положение, причем в закрытом положении выполненная с возможностью осевого смещения игла клапана упирается в седло и таким образом предотвращает протекание от проходного отверстия для впуска газообразного топлива к форсунке, а в открытом положении выполненная с возможностью осевого смещения игла поднята от седла с обеспечением, таким образом, протекания от проходного отверстия для впуска газообразного топлива к форсунке, приводную систему для управляемого перемещения выполненной с возможностью осевого смещения иглы клапана между закрытым положением и открытым положением, проходное отверстие для запальной текучей среды для соединения с источником запальной текучей среды, канал для впрыскивания запальной текучей среды, проходящий в осевом направлении внутри выполненной с возможностью осевого смещения иглы, насосную камеру с входным отверстием, соединенным по текучей среде с проходным отверстием для запальной текучей среды и выходным отверстием, соединенным с первым концом канала для впрыскивания запальной текучей среды, причем насосная камера сжата, когда выполненная с возможностью осевого смещения игла перемещена из закрытого положения в открытое положение и насосная камера расширена, когда выполненная с возможностью осевого смещения игла перемещена из открытого положения в закрытое положение, при этом второй конец канала для впрыскивания запальной текучей среды соединен по текучей среде с форсункой, так что при сжатии насосной камеры запальная текучая среда поступает к форсунке.

Путем интеграции впрыскивания запальной текучей среды в топливный клапан для газообразного топлива становится возможным дозирование очень небольших количеств запальной текучей среды без специальной отдельной небольшой системы впрыскивания. Не требуется дополнительного управления. Когда приводят в действие топливный клапан для газообразного топлива, происходит автоматическое генерирование давления для впрыскивания запальной текучей среды, впрыскиваемой вместе с газообразным топливом, которое необходимо воспламенить.

В одном варианте реализации изобретения топливный клапан, кроме того, содержит средства наподобие невозвратного клапана, размещенные между проходным отверстием для запальной текучей среды и насосной камерой для предотвращения протекания от насосной камеры к проходному отверстию для запальной текучей среды.

В одном варианте реализации изобретения топливный клапан, кроме того, содержит канал для подачи запальной текучей среды, который соединяет по текучей среде проходное отверстие для запальной текучей среды с насосной камерой.

В одном варианте реализации изобретения топливный клапан, кроме того, содержит средства наподобие невозвратного клапана, размещенные в канале для впрыскивания запальной текучей среды для предотвращения протекания в канале для впрыскивания запальной текучей среды по направлению к насосной камере.

В одном варианте реализации изобретения форсунка имеет рабочее пространство между входным отверстием форсунки и форсуночными отверстиями, причем второй конец канала для впрыскивания запальной текучей среды оканчивается на кончике выполненной с возможностью осевого смещения иглы клапана, и при этом второй конец канала для впрыскивания запальной текучей среды выполнен с возможностью впрыскивания запальной текучей среды в рабочее пространство внутри форсунки.

В одном варианте реализации изобретения выполненная с возможностью осевого смещения игла клапана функционально соединена с выполненным с возможностью осевого смещения поршнем, который с возможностью перемещения размещен в отверстии в корпусе и образует вместе с корпусом приводную камеру, причем приводная камера соединена по текучей среде с проходным отверстием управления для соединения с источником масла контура управления.

В одном варианте реализации изобретения насосная камера образована между цилиндром внутри приводного поршня и неподвижного насосного поршня.

В одном варианте реализации изобретения топливный клапан, кроме того, содержит камеру для газообразного топлива, размещенную в корпусе и окружающую часть выполненной с возможностью осевого смещения иглы клапана.

В одном варианте реализации изобретения седло расположено выше по течению относительно форсунки, и предпочтительно седло расположено между камерой для газообразного топлива, окружающей часть выполненной с возможностью осевого смещения иглы клапана, и рабочим пространством.

В одном варианте реализации изобретения канал для подачи запальной текучей среды проходит в корпусе и в осевом направлении через неподвижный насосный поршень, чтобы соединять по текучей среде проходное отверстие для запальной текучей среды с насосной камерой.

В одном варианте реализации изобретения канал для впрыскивания запальной текучей среды оканчивается на седле, так что соединение по текучей среде между насосной камерой и форсункой закрыто, когда выполненная с возможностью осевого смещения игла клапана упирается в седло.

Указанная выше задача также решается посредством двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением с множеством цилиндров, системой для подачи газообразного топлива и системой для подачи запальной текучей среды, один или большее количество топливных клапанов для газообразного топлива, как определено выше в настоящем документе, выполнены на цилиндрах двигателя, причем указанные топливные клапаны для газообразного топлива соединены с указанной системой для подачи газообразного топлива и с указанной системой для подачи запальной текучей среды.

Дальнейшие задачи, отличительные признаки, преимущества и свойства топливного клапана для газообразного топлива в соответствии с настоящим изобретением станут очевидными из подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В последующем разделе настоящего описания, настоящее изобретение будет объяснено более подробно со ссылкой на примерные варианты осуществления, показанные на чертежах, на которых:

Фиг. 1 представляет собой вид спереди крупного низкоскоростного двухтактного дизельного двигателя согласно примерному варианту реализации изобретения,

Фиг. 2 представляет собой вид сбоку крупного двухтактного двигателя по фиг. 1,

Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение крупного двухтактного двигателя по фиг. 1,

Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение вида в разрезе примерного варианта реализации системы газообразного топлива с впрыскиванием запального жидкого топлива для двигателя по фиг. 1, верхней части цилиндра,

Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение вида сверху цилиндра и системы для впрыскивания газообразного топлива варианта реализации по фиг. 4,

Фиг. 6 представляет собой вид в разрезе клапана для впрыскивания газообразного топлива, используемого в двигателе, показанном на фиг. 1, согласно варианту реализации изобретения,

Фиг. 7 представляет собой детальный вид участка по фиг. 6,

Фиг. 8 представляет собой детальный вид в разрезе еще одного примерного варианта реализации клапана для впрыскивания газообразного топлива, используемого в двигателе, показанном на фиг. 1, и

Фиг. 9 представляет собой вид, применимый к вариантам реализации изобретения согласно фигурам 6-8.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В нижеследующем подробном описании будет описан двигатель внутреннего сгорания с самовоспламенением со ссылкой на крупный низкоскоростной двухтактный двигатель внутреннего сгорания, имеющий турбонаддув, (дизель) в примерных вариантах реализации изобретения. Фиг. 1, 2 и 3 показывают крупный низкоскоростной двухтактный дизельный двигатель, имеющий турбонаддув, с коленчатым валом 42 и крейцкопф 43. Фиг. 3 показывает схематическое изображение крупного низкоскоростного двухтактного дизельного двигателя, имеющего турбонаддув, со своими впускной и выпускной системами. В этом примерном варианте реализации двигатель имеет шесть расположенных последовательно цилиндров 1. Крупные низкоскоростные двухтактные дизельные двигатели с турбонаддувом имеют обычно от четырех до четырнадцати расположенных последовательно цилиндров, размещенных на подрамнике 13 двигателя. Двигатель может, например, быть использован в качестве основного двигателя в океанском судне или в качестве стационарного двигателя для обеспечения работы генератора на электростанции. Общая выходная мощность двигателя может, например, находиться в диапазоне от 1000 до 110000 кВт.

Двигатель в этом варианте реализации представляет собой дизельный двигатель двухтактного прямоточного типа с продувочными проходными отверстиями в нижней области цилиндров 1 и центральным выпускным клапаном 4 в верхней части цилиндров 1. Продувочный воздух проходит от приемника 2 продувочного воздуха к продувочным проходным отверстиям (не показано) отдельных цилиндров 1. Поршень 41 в цилиндре 1 сжимает продувочный воздух, топливо впрыскивается из клапанов для впрыскивания топлива в крышке цилиндра, затем происходит воспламенение и образование выпускного газа. Когда выпускной клапан 4 открыт, выпускной газ протекает через выпускной канал, связанный с цилиндром 1, в приемник 3 выпускного газа и дальше через первый выпускной канал 18 к турбине 6 турбонагнетателя 5, от которой выпускной газ через второй выпускной канал, через экономайзер 28 протекает к выходному отверстию 29 и в атмосферу. Посредством вала турбина 6 осуществляет привод компрессора 9, в который подают свежий воздух через воздушное входное отверстие 10. Компрессор 9 подает продувочный воздух под высоким давлением к каналу 11 продувочного воздуха, ведущему к приемнику 2 продувочного воздуха.

Продувочный воздух в канале 11 проходит промежуточный охладитель 12 для охлаждения продувочного воздуха, который покидает компрессор приблизительно при 200°С - до температуры между 36 и 80°С.

Охлажденный продувочный воздух проходит через вспомогательный вентилятор 16, приводимый в действие электродвигателем 17, который создает высокое давление потока продувочного воздуха к приемнику 2 продувочного воздуха в условиях низкой или частичной нагрузки на двигатель. При более высоких нагрузках на двигатель, компрессор 9 турбонагнетателя подает достаточно сжатый продувочный воздух, и затем происходит обход вспомогательного вентилятора 16 через невозвратный клапан 15.

Фиг. 4 и 5 показывают верхнюю часть одного из множества цилиндров 1 согласно примеру реализации изобретения. Верхняя крышка 48 цилиндров 1 снабжена тремя топливными клапанами 50 для газообразного топлива для впрыскивания газообразного топлива из выходного отверстия топливных клапанов 50, такого как форсунка, в камеру сгорания в цилиндре 1. В этом примерном варианте реализации показаны три топливных клапана 50 для газообразного топлива на цилиндр, однако следует отметить, что может быть достаточно одного или двух топливных клапанов для газообразного топлива, в зависимости от размера камеры сгорания. Топливный клапан 50 для газообразного топлива имеет входное отверстие 53, соединенное с каналом 62 для подачи газообразного топлива, которое осуществляет подачу газообразного топлива под высоким давлением к топливному клапану 50 для газообразного топлива. В один из трех топливных клапанов 50 для газообразного топлива подача осуществляется подающим каналом 62, а в другие два топливных клапана 50 для газообразного топлива подача осуществляется подающими каналами 63. В этом варианте реализации изобретения подающие каналы 62, 63 представляют собой просверленные отверстия в верхней крышке 48, соединенные с газовым накопителем 60, связанным с цилиндром 1. Газовый накопитель 60 принимает газ высокого давления из системы подачи газа (не показано), которая включает в себя газовые баллоны и насосы высокого давления.

Топливный клапан 50 для газообразного топлива также имеет входное отверстие, соединенное с источником сжатой запальной текучей среды или запального жидкого топлива 57, такого как морское дизельное топливо, биодизельное топливо, смазочное масло, тяжелое дистиллятное топливо или диметиловый эфир (DME), и выполненное с возможностью впрыскивания запального жидкого топлива. Источник запального жидкого топлива/запальной текучей среды имеет давление, которое по меньшей мере незначительно превосходит давление источника газообразного топлива 60. Далее, в описании запальная текучая среда будет упоминаться как запальное жидкое топливо, однако следует отметить, что этот термин охватывает запальные текучие среды, которые не являются жидким топливом.

Каждый цилиндр 1 в этом примерном варианте реализации изобретения снабжен накопителем 60 газообразного топлива. Накопитель 60 газообразного топлива содержит некоторое количество газообразного топлива под высоким давлением (например, приблизительно 300 бар), готовое для подачи в топливные клапаны 50 цилиндра 1. Подающие каналы 62, 63 для подачи газообразного топлива проходят между накопителем 60 газообразного топлива и соответствующим необходимым топливным клапаном 50 газообразного топлива для цилиндра 1.

Оконный клапан 61 размещен на выходном отверстии накопителя 60 газообразного топлива, и оконный клапан 61 управляет протеканием газообразного топлива от накопителя 60 газообразного топлива к подающим каналам 62, 63 для подачи газообразного топлива.

Три топливных клапана 49 для мазутного топлива выполнены в верхней крышке 48 для работы двигателя на мазутном топливе. Топливные клапаны для мазутного топлива соединены с источником жидкого топлива под высоким давлением хорошо известным способом.

Двигатель снабжен электронным блоком управления ECU, который управляет его работой. Сигнальные линии соединяют электронный блок управления ECU с топливными клапанами 50 для газообразного топлива, с топливными клапанами 49 для мазутного топлива и с оконными клапанами 61.

Электронный блок управления ECU выполнен с возможностью правильного распределения по времени событий впрыскивания топливным клапаном для газообразного топлива и управления дозированием газообразного топлива топливными клапанами 50 для газообразного топлива.

Электронный блок управления ECU открывает и закрывает оконный клапан 61 с тем, чтобы обеспечивать наполнение подающих каналов 62, 63 газообразным топливом высокого давления перед началом впрыскиваний газообразного топлива под управлением топливного клапана 50 для газообразного топлива.

Фиг. 6, 7 и 9 показывают топливный клапан 50 для впрыскивания газообразного топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением и для впрыскивания запального жидкого топлива. Топливный клапан 50 имеет удлиненный корпус 52 с самым задним концом 59 и форсунку 54 на переднем конце. Самый задний конец 59 снабжен множеством проходных отверстий, включающих проходное отверстие 72 управления, проходное отверстие 78 для запального жидкого топлива и проходное отверстие 86 для обнаружения утечки газа. Самый задний конец 59 выполнен увеличенным с образованием головной части и снабжен отверстиями 94 в головной части для приема болтов (не показано), которые крепят топливный клапан 50 в крышке 48 цилиндра. В данном варианте реализации корпус 52 и другие компоненты клапана 50 для впрыскивания топлива выполнены из стали, такой как нержавеющая сталь.

Форсунка 54 снабжена форсуночными отверстиями 56, которые распределены по длине и в радиальном направлении вокруг форсунки 54. Кончик форсунки 54 закрыт в этом варианте реализации изобретения. Задняя часть форсунки 54 соединена с передним концом корпуса 52, причем рабочее пространство 55 в форсунке 54 открыто по направлению к корпусу 52.

Выполненная с возможностью осевого смещения игла 61 клапана с возможностью перемещения размещена в отверстии в корпусе 52. Игла 61 клапана имеет кончик, выполненный с возможностью входа в уплотнительное взаимодействие с седлом 69, которое выполнено в корпусе 52. В одном варианте реализации изобретения седло 69 размещено возле переднего конца корпуса 52. Корпус 52 снабжен проходным отверстием 53 для впуска газообразного топлива для соединения с источником 60 сжатого газообразного топлива, например, через подающие каналы 62, 63 для подачи газообразного топлива. Проходное отверстие 53 для впуска газообразного топлива соединено с камерой 58 для газообразного топлива, расположенной в корпусе 52 и окружающей часть иглы 61 клапана. Седло 69 расположено между камерой 58 для газообразного топлива и рабочим пространством 55, так что газообразное топливо может протекать от камеры 58 для газообразного топлива к рабочему пространству 55, когда игла 61 клапана поднята. Из рабочего пространства 55 газообразное топливо может поступать камеру сгорания двигателя через форсуночные отверстия 56.

Выполненная с возможностью осевого смещения игла 61 клапана имеет закрытое положение и открытое положение. В закрытом положении выполненная с возможностью осевого смещения игла 61 клапана упирается в седло 69. В своем закрытом положении выполненная с возможностью осевого смещения игла 61 клапана таким образом предотвращает протекание от проходного отверстия 53 для впуска газообразного топлива к форсунке 54. В своем открытом положении выполненная с возможностью осевого смещения игла 61 клапана поднята от седла 69 с обеспечением, таким образом, протекания от проходного отверстия 53 для впуска газообразного топлива к форсунке 54.

Предварительно напряженная винтовая пружина 66 воздействует на выполненную с возможностью осевого смещения иглу 61 клапана и смещает иглу 61 клапана по направлению к своему закрытому положению на седле 69. Однако следует отметить, что для смещения иглы 61 клапана по направлению к своему закрытому положению могут быть использованы другие средства, такие как давление газа или давление масла. В одном варианте реализации изобретения один конец винтовой пружины 66 взаимодействует с задним концом корпуса 52, а другой конец винтовой пружины 66 взаимодействует с расширенным участком или выступом 83 на заднем конце иглы 61 клапана, при этом задний конец иглы 61 клапана может быть сформирован приводным поршнем 64.

Топливный клапан 50 для газообразного топлива снабжен приводной системой для управляемого перемещения выполненной с возможностью осевого смещения иглы 61 клапана между своим закрытым положением и своим открытым положением. В этом варианте реализации изобретения приводная система включает в себя выполненный с возможностью осевого смещения поршень 64, который с возможностью перемещения размещен в цилиндрическом участке корпуса 52. Приводной поршень 64 образует вместе с корпусом 52 приводную камеру 74. В этом варианте реализации изобретения приводной поршень 64 является выполненной заодно и наиболее удаленной назад частью выполненной с возможностью осевого смещения иглы 61 клапана. Однако следует отметить, что приводной поршень 64 может быть функционально соединен с иглой 61 клапана различными способами, такими как путем резьбового соединения или с помощью сварки, и в предпочтительном варианте реализации приводной поршень 64 совершает перемещение вместе с иглой 61 клапана, хотя это не является обязательным условием.

Приводная камера 74 соединена по текучей среде с проходным отверстием 72 для масла контура управления через канал 70 для масла контура управления. Проходное отверстие 72 для масла контура управления соединено с электронным клапаном 96 для масла контура управления, который в свою очередь соединен с источником масла 97 высокого давления. В предпочтительном варианте реализации изобретения электронный клапан 96 для масла контура управления осуществляет операции включения/выключения и получает электрический сигнал управления от электронного блока управления ECU для управления событиями впрыскивания.

Еще в одних вариантах реализации изобретения (не показано) игла клапана может быть приведена в действие с помощью других средств приведения в действие, например соленоида или линейного электродвигателя.

Приводной поршень 64 предпочтительно снабжен концентрическим цилиндром, который открыт по направлению к заднему концу корпуса, а внутри этого цилиндра с возможностью перемещения размещен неподвижный поршень 87. Приводной поршень 64 выполнен с возможностью смещения относительно неподвижного поршня 87. Цилиндр внутри приводного поршня 64 образует насосную камеру 80 вместе с неподвижным поршнем 87.

Корпус 52 клапана снабжен проходным отверстием 78 для запального жидкого топлива для соединения с источником запального жидкого топлива 57. Канал 76 для подачи запального жидкого топлива соединяет по текучей среде проходное отверстие 78 для запального жидкого топлива с насосной камерой 80. Невозвратный клапан 82 размещен между проходным отверстием 78 для запального жидкого топлива и насосной камерой 80 для предотвращения протекания от насосной камеры 80 к проходному отверстию 78 для запального жидкого топлива.

Канал 67 для впрыскивания запального жидкого топлива проходит в осевом направлении внутри выполненной с возможностью осевого смещения иглы 61. Насосная камера 80 имеет входное отверстие, соединенное по текучей среде с проходным отверстием 78 для запального жидкого топлива через канал 76 для подачи запального жидкого топлива, и выходное отверстие, соединенное с первым концом канала 67 для впрыскивания запального жидкого топлива.

Второй конец канала 67 для впрыскивания запального жидкого топлива оканчивается на кончике выполненной с возможностью осевого смещения иглы 61 клапана, и второй конец канала 67 для впрыскивания запального жидкого топлива выполнен с возможностью впрыскивания запального жидкого топлива в рабочее пространство 55 внутри форсунки 54.

Насосная камера 80 сжата, когда выполненная с возможностью осевого смещения игла 61 перемещена из закрытого положения в открытое положение, поскольку таким образом приводной поршень 64 перемещен по направлению к самому заднему концу корпуса 52.

Насосная камера 80 расширена, когда выполненная с возможностью осевого смещения игла 61 перемещена из открытого положения в закрытое положение, поскольку таким образом приводной поршень 64 перемещен от самого заднего конца корпуса 52.

Второй конец канала 67 для впрыскивания запального жидкого топлива соединен по текучей среде с форсункой 54, так что запальное жидкое топливо поступает к форсунке 54 при сжатии насосной камеры 8. При расширении насосная камера наполняется запальным жидким топливом из источника запального клапана 57 через канал 76 для подачи запального жидкого топлива.

Топливный клапан 50 для газообразного топлива содержит невозвратный клапан 65, размещенный в канале 67 для впрыскивания запального жидкого топлива для предотвращения протекания в канале для впрыскивания запального жидкого топлива по направлению к насосной камере 80.

Канал 76 для подачи запального жидкого топлива проходит в корпусе 52 и в осевом направлении через неподвижный поршень 87, чтобы соединить по текучей среде проходное отверстие 78 для запального жидкого топлива с насосной камерой 80.

Радиальные уплотнительные каналы 85 проходят в выполненной с возможностью осевого смещения игле 61 клапана от канала 67 для впрыскивания запального жидкого топлива к наружной поверхности выполненной с возможностью осевого смещения иглы 61 клапана для обеспечения подачи запального жидкого топлива в промежуток между корпусом 52 и иглой клапана, чтобы, в результате этого, смазывать и уплотнять иглу 61 клапана, обеспечивая, таким образом, использование запального жидкого топлива в качестве уплотнительного масла.

Канал 84 обнаружения утечек газа в корпусе 52 ведет к проходному отверстию 86 обнаружения утечек газа для обеспечения возможности обнаружения утечек газа.

Событием впрыскивания газообразного топлива управляют посредством электронного блока управления ECU через продолжительность времени открытия топливного клапана 50 для газообразного топлива. Таким образом, по сигналу от электронного блока управления ECU, давление масла контура управления в приводной камере 74 увеличивается, и игла 61 клапана поднимается от седла 69 с перемещением из своего закрытого положения в свое открытое положение. Игла 61 клапана всегда будет выполнять полный ход из своего закрытого положения в свое открытое положение, когда давление масла контура управления увеличивается и увеличенное давление в приводной камере 74 поджимает приводной поршень 64 против усилия винтовой пружины 66 в осевом направлении от форсунки 54 и седла 69.

Во время этого перемещения насосная камера 80 сжимается и запальное жидкое топливо выдавливается из насосной камеры 80 и через канал 67 для впрыскивания запального жидкого топлива запальное жидкое топливо впрыскивается из кончика выполненной с возможностью осевого смещения иглы 61 клапана в рабочее пространство 55. Таким образом, в одном варианте реализации изобретения фиксируется количество запального жидкого топлива на событие впрыскивания независимо от нагрузки двигателя. Ход приводного поршня 64 и диаметр неподвижного насосного поршня 87 определяют количество запального жидкого топлива, подаваемого на каждое событие впрыскивания. Таким образом, нужное количество запального жидкого топлива, необходимое для события впрыскивания, получают путем выбора подходящего хода приводного поршня 64 и подходящего диаметра насосного поршня 87.

Вариант реализации изобретения, показанный на фиг. 8, по существу идентичен варианту реализации по фиг. 6 и 7 за исключением того, что канал 67 для впрыскивания запального жидкого топлива разделен возле кончика иглы 61 клапана на два канала 68, которые оба оканчиваются на седле 69, так что соединение по текучей среде между насосной камерой 80 и форсункой 54 закрыто, когда выполненная с возможностью осевого смещения игла 61 клапана упирается в седло 69. Таким образом, этот вариант реализации может обойтись без невозвратного клапана, который предотвращает протекание от второго конца канала 67 для впрыскивания запального жидкого топлива по направлению к насосной камере 80.

В одном варианте реализации изобретения (не показано) средства приведения в действие содержат соленоид или линейный электродвигатель, и поршень и контур масла управления не нужен. В одном варианте реализации изобретения насосная камера не обязательно должна быть образована поршнем, который приводит в действие иглу 61 клапана. В одном варианте реализации изобретения насосная камера может быть образована поршнем, который выполнен с возможностью смещения относительно цилиндра в корпусе, однако поршень функционально не соединен с иглой клапана и имеет отдельные средства приведения в действие, и этот поршень не обязательно совершает перемещение вместе с иглой клапана.

Термин "содержащий", как он используется в формуле изобретения, не исключает другие элементы или этапы. Термин "а" или "an" (неопределенные артикли), как он используется в формуле изобретения (на английском языке), не исключает множества. Электронный блок управления может выполнять функции нескольких средств, перечисленных в формуле изобретения.

Ссылочные обозначения, используемые в формуле изобретения, не должны быть истолкованы как ограничивающие ее объем.

Настоящее изобретение было подробно описано в целях иллюстрации, однако следует отметить, что такие подробности приводятся исключительно для этой цели, и специалистами в данной области техники могут быть выполнены другие модификации без отклонения от сущности и объема изобретения.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания с самовоспламенением (ДВС). Предложен топливный клапан (50) для впрыскивания запального жидкого топлива и газообразного топлива в камеру сгорания ДВС, содержащий: удлиненный корпус (52), форсунку (54) с отверстиями (56) и проходным отверстием (53) подачи газообразного топлива и иглу (61) клапана, выполненную с возможностью осевого перемещения между открытым и закрытым положениями. Топливный клапан содержит приводную систему для управления перемещением иглы (61), проходное отверстие (78) для подвода жидкого топлива, канал (67) для впрыскивания жидкого топлива, проходящий в осевом направлении внутри иглы (61), и насосную камеру (80), соединенную по текучей среде с отверстием (78) и с каналом (67). Насосная камера (80) сжата, когда игла (61) перемещена из закрытого положения в открытое, и насосная камера (80) расширена, когда игла (61) перемещена из открытого положения в закрытое, причем жидкое топливо поступает к форсунке (54) при сжатии насосной камеры (80). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Топливный клапан (50) для впрыскивания запальной текучей среды и для впрыскивания газообразного топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением, содержащий:
удлиненный корпус (52) топливного клапана с задним концом и передним концом,
форсунку (54) с форсуночными отверстиями (56), расположенную на переднем конце указанного корпуса (52),
проходное отверстие (53) для впуска газообразного топлива для соединения с источником (60) сжатого газообразного топлива,
выполненную с возможностью осевого смещения иглу (61) клапана, имеющую закрытое положение и открытое положение,
причем в указанном закрытом положении выполненная с возможностью осевого смещения игла (61) клапана упирается в седло (69) и таким образом предотвращает протекание от проходного отверстия (53) для впуска газообразного топлива к форсунке (54), а
в указанном открытом положении выполненная с возможностью осевого смещения игла (61) поднята от указанного седла (69) с обеспечением, таким образом, протекания от проходного отверстия (53) для впуска газообразного топлива к форсунке (54),
приводную систему для управляемого перемещения указанной выполненной с возможностью осевого смещения иглы (61) клапана между указанным закрытым положением и указанным открытым положением,
проходное отверстие (78) для запальной текучей среды для соединения с источником запальной текучей среды,
канал (67) для впрыскивания запальной текучей среды, проходящий в осевом направлении внутри указанной выполненной с возможностью осевого смещения иглы (61),
характеризующийся насосной камерой (80) с входным отверстием, соединенным по текучей среде с указанным проходным отверстием (78) для запальной текучей среды, и выходным отверстием, соединенным с первым концом указанного канала (67) для впрыскивания запальной текучей среды,
причем насосная камера (80) сжата, когда выполненная с возможностью осевого смещения игла (61) перемещена из указанного закрытого положения в указанное открытое положение, и насосная камера (80) расширена, когда выполненная с возможностью осевого смещения игла (61) перемещена из указанного открытого положения в указанное закрытое положение,
при этом второй конец указанного канала (67) соединен по текучей среде с указанной форсункой (54), так что при сжатии насосной камеры (80) запальная текучая среда поступает к форсунке (54).

2. Топливный клапан по п. 1, кроме того, содержащий невозвратный клапан (82), размещенный между указанным проходным отверстием (78) для запальной текучей среды и указанной насосной камерой (80) для предотвращения протекания от указанной насосной камеры (80) к указанному проходному отверстию (78) для запальной текучей среды.

3. Топливный клапан по п. 1 или 2, кроме того, содержащий канал (76) для подачи запальной текучей среды, который соединяет по текучей среде указанное проходное отверстие (78) для запальной текучей среды с указанной насосной камерой (80).

4. Топливный клапан по п. 3, кроме того, содержащий невозвратный клапан (65), размещенный в указанном канале (67) для впрыскивания запальной текучей среды для предотвращения протекания в указанном канале для впрыскивания запальной текучей среды по направлению к указанной насосной камере (80).

5. Топливный клапан по п. 1, в котором указанная форсунка (54) имеет рабочее пространство (55) между входным отверстием форсунки и форсуночными отверстиями (56), причем второй конец канала (67) для впрыскивания запальной текучей среды оканчивается на кончике выполненной с возможностью осевого смещения иглы (61) клапана, и при этом указанный второй конец канала (67) для впрыскивания запальной текучей среды выполнен с возможностью впрыскивания запальной текучей среды в рабочее пространство (55) внутри форсунки (54).

6. Топливный клапан по п. 1, в котором указанная выполненная с возможностью осевого смещения игла (61) клапана функционально соединена с выполненным с возможностью осевого смещения поршнем (64), который с возможностью перемещения размещен в указанном корпусе и образует вместе с корпусом (52) приводную камеру (74), причем указанная приводная камера (74) соединена по текучей среде с проходным отверстием (72) управления для соединения с источником масла контура управления.

7. Топливный клапан по п. 1, в котором указанная насосная камера (80) образована между цилиндром внутри указанного приводного поршня (64) и неподвижного насосного поршня (87).

8. Топливный клапан по п. 1, кроме того, содержащий камеру (58) для газообразного топлива, размещенную в указанном корпусе (52) и окружающую часть выполненной с возможностью осевого смещения иглы (61) клапана.

9. Топливный клапан по п. 1, в котором указанное седло (69) расположено выше по течению относительно указанной форсунки (54), и предпочтительно указанное седло (69) расположено между камерой (58) для газообразного топлива, окружающей часть указанной выполненной с возможностью осевого смещения иглы клапана, и указанным рабочим пространством (55).

10. Топливный клапан по п. 7 или 8, в котором указанный канал (76) для подачи запальной текучей среды проходит в указанном корпусе (52) и в осевом направлении через указанный неподвижный насосный поршень (87), чтобы соединять по текучей среде указанное проходное отверстие (78) для запальной текучей среды с указанной насосной камерой (80).

11. Топливный клапан по п. 1, в котором указанный канал (67) для впрыскивания запальной текучей среды оканчивается на указанном седле (69), так что соединение по текучей среде между насосной камерой (80) и форсункой (54) закрыто, когда выполненная с возможностью осевого смещения игла (61) клапана упирается в указанное седло (69).

12. Двигатель внутреннего сгорания с самовоспламенением с множеством цилиндров (1), системой для подачи газообразного топлива и системой для подачи запальной текучей среды, одним или большим количеством топливных клапанов (50) для газообразного топлива по любому из пп. 1-11, выполненными на цилиндрах двигателя, причем топливные клапаны (50) для газообразного топлива соединены с указанной системой для подачи газообразного топлива и с указанной системой для подачи запальной текучей среды.