ПЕРЕПУСКНОЙ КЛАПАН СИСТЕМЫ ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 2016 года по МПК F02M59/34 F02M59/46 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к перепускному клапану системы впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС), имеющему по меньшей мере корпус, золотник и держатель своей пружины.

Подобный перепускной клапан известен из DE 102006018702 A1. Такой перепускной клапан используется в насосе, который применяется в системе впрыскивания топлива в ДВС, снабженной топливным аккумулятором высокого давления, называемым также общей топливной магистралью высокого давления (система "common rail"), и который выполнен с количественным регулированием со своей стороны всасывания. В результате такой насос повышает давление топлива и подает его далее в топливный аккумулятор высокого давления ("rail") только в таком количестве, в котором его требуется впрыскивать в ДВС в конкретном режиме его работы. Благодаря этому предотвращаются излишние энергозатраты, характерные для систем с регулированием давления.

Общеизвестно, что осуществляемое со стороны всасывания количественное регулирование в находящейся под низким давлением части насоса системы "common rail" реализуется электромагнитным клапаном, так называемым дозатором. Дозатор при прохождении через него топлива регулирует его расход путем электрически управляемого перемещения подвижного элемента, так называемого затвора. Для создания максимально равномерных условий касательно подводимого в дозатор давления топлива обычно устанавливают механический перепускной клапан. Такой перепускной клапан обеспечивает поддержание давления топлива перед дозатором на максимально близком к постоянному уровне, соответственно в определенных пределах. Отдельные компоненты известных перепускных клапанов выполнены из металла.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать перепускной клапан, усовершенствованный касательно его работы с топливом, требовательным к контактирующим с ним материалам, при малых производственных издержках.

Краткое изложение сущности изобретения

Указанная задача решается благодаря тому, что по меньшей мере одна деталь перепускного клапана изготовлена из материала, отличного от стали.

Преимущества изобретения

Подобное предлагаемое в изобретении решение основано на том установленном опытным путем факте, что известный до настоящего времени перепускной клапан, изготовленный исключительно из стальных компонентов, не имеет никакой специальной защиты от коррозии. Наличие такой защиты от коррозии и не требуется при эксплуатации на регулярных видах топлива, которое отвечает заданным и стандартизованным требованиям. Однако подобные перепускные клапаны, соответственно системы впрыскивания топлива находят постоянно расширяющееся применение на рынках с низкокачественным топливом, соответственно топливом, требовательным к контактирующим с ним материалам. На таких рынках с топливом, требовательным к контактирующим с ним материалам и характеризующимся повышенным содержанием в нем воды, что относится, прежде всего, к дизельному топливу, результаты рабочих испытаний свидетельствуют о том, что агрессивному воздействию присутствующей в топливе воды особенно подвержен золотник, из-за чего на поверхностях скольжения в корпусе перепускного клапана возникает коррозия. Данным фактором обусловлено, например, возникновение явно повышенных эффектов гистерезиса, что в свою очередь приводит к появлению сбоев в работе насоса высокого давления, а также контура низкого давления, являющегося частью системы впрыскивания топлива. Возникновение коррозии на контактирующих с топливом частях в перепускном клапане может дополнительно приводить к увеличению количества частиц ржавчины, попадающих в контур низкого давления. В принципе, однако, частицы ржавчины могут попасть и в контур высокого давления с сопутствующим этому риском повреждения насоса высокого давления и топливных форсунок.

Возросшее применение дизельного биотоплива, соответственно его примешивание к обычному дизельному топливу также может привести к возникновению подобного рода сбоев в работе, обусловленных залипаниями подвижных частей (например, из-за наличия состарившегося биотоплива в системе).

Изготовление по меньшей мере одной детали перепускного клапана, которая соответствующим образом определена на основании указанных выше различных условий эксплуатации и обусловленных ими проблемных ситуаций, из материала, отличного от стали, позволяет улучшить работу перепускного клапана, а тем самым и всей системы впрыскивания топлива касательно эксплуатации на топливе, требовательном к контактирующим с ним материалам. Производственные издержки при этом по меньшей мере не превышают издержки, связанные с изготовлением традиционного перепускного клапана, а обычно даже ниже них, и поэтому в зависимости от конкретного выбора материала производственные издержки можно поддерживать на уровне ниже затрат на изготовление традиционного перепускного клапана.

В одном из вариантов осуществления изобретения материал, отличный от стали, обладает водостойкостью и химической стойкостью к химическим веществам, содержащимся в топливе, требовательном к контактирующим с ним материалам. Благодаря этому отсутствует необходимость в дорогостоящей и трудоемкой в нанесении дополнительной защите поверхности, например, путем углеродоазотирования для предотвращения коррозии соответствующих деталей перепускного клапана. В остальном наиболее уязвимой деталью перепускного клапана является золотник, однако в принципе возможны также все подробно рассмотренные ниже сочетания материалов отдельных его деталей.

В еще одном варианте осуществления изобретения поверхность материала, отличного от стали, обладает сверхгидрофобными свойствами. В соответствии с этим такая поверхность обладает так называемым эффектом лотоса, благодаря чему явно снижается ее склонность к образованию на ней отложений.

В еще одном варианте осуществления изобретения материал, отличный от стали, обладает стойкостью к образованию отложений, обусловленному состарившимся биотопливом.

В следующем варианте осуществления изобретения материал, отличный от стали, представляет собой пластмассу, например, термопласт или реактопласт. В принципе отличный от стали материал в наиболее общем варианте может представлять собой любой материал, кроме стали, например, медь, алюминий или аналогичный материал, который при необходимости подвергнут улучшению с учетом соответствующих условий эксплуатации или которому иным путем, например, путем специального легирования приданы свойства, делающие его особо пригодным для применения в подобных целях. Однако при создании изобретения было установлено, что для применения в подобных целях наиболее пригодна прежде всего пластмасса. Использование пластмассы приводит, кроме того, к явному снижению массы, например, золотника по сравнению с его изготовлением из стали, что проявляется в ускорении срабатывания перепускного клапана. Помимо этого снижается нагрузка на ограничитель хода золотника, каковой ограничитель может быть образован, например, фильтром.

В еще одном варианте осуществления изобретения на золотнике перепускного клапана зафиксирована его пружина. Благодаря подобному выполнению перепускного клапана предотвращается нежелательный износ в месте контакта между собой его пружины и золотника. Указанную фиксацию можно обеспечить, например, путем выполнения крепежного осевого выступа на конце золотника с незначительным избыточным размером по сравнению с внутренним диаметром пружины.

Благодаря меньшей массе изготовленного из пластмассы золотника повышается быстродействие перепускного клапана и тем самым улучшается удаление воздуха из него при пуске двигателя и при его работе на холостом ходу.

В еще одном варианте осуществления изобретения прежде всего (пластмассовая) деталь изготовлена методом литья под давлением. Благодаря этому сокращается объем необходимой последующей механической обработки деталей, прежде всего осевых контактных поверхностей, а также внутренних и наружных контуров, поскольку применение подобного метода литья под давлением позволяет изготавливать детали с высокой точностью. Благодаря этому сокращается далее время обработки из-за уменьшения количества обрабатываемых поверхностей. Помимо этого сокращаются затраты на очистку из-за уменьшения количества остатков от обработки (загрязнение частицами). В целом же благодаря этому сокращаются производственные издержки, во-первых, из-за снижения расходов на материал, а во-вторых, из-за уменьшения затрат на обработку.

В еще одном варианте осуществления изобретения возможны следующие сочетания материалов отдельных деталей перепускного клапана:

а) корпус (сталь), золотник (не сталь), держатель пружины (сталь),

б) корпус (не сталь), золотник (не сталь), держатель пружины (сталь),

в) корпус (не сталь), золотник (не сталь), держатель пружины (не сталь),

г) корпус (не сталь), золотник (сталь), держатель пружины (не сталь),

д) корпус (сталь), золотник (не сталь), держатель пружины (не сталь),

е) корпус (сталь), золотник (сталь), держатель пружины (не сталь). Среди указанных сочетаний особо пригодны варианты а), б), в) и е).

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения рассмотрены в последующем описании со ссылкой на прилагаемые к нему чертежи на примере представленного на них и более подробно описанного ниже варианта осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показан контур низкого давления, являющийся частью системы впрыскивания топлива в ДВС.

На фиг. 2 приведен поэлементный вид предлагаемого в изобретении перепускного клапана.

Описание варианта осуществления изобретения

На фиг. 1 показан контур низкого давления, являющийся частью системы впрыскивания топлива типа "common rail" для ДВС, который работает прежде всего на дизельном топливе, и имеющий насос 1 низкого давления, которым топливо подается из бака 2 через фильтр 3 в дозатор 4. Дозатор 4 при прохождении через него топлива регулирует его расход путем электрически управляемого перемещения подвижного элемента таким образом, что в рабочую камеру насоса высокого давления через обратный клапан 5 топливо поступает в точно определенном количестве. Насос высокого давления, являющийся компонентом системы впрыскивания топлива, повышает давление этого топлива до уровня, достигающего 3000 бар, и нагнетает его под таким давлением в топливный аккумулятор высокого давления ("rail"), откуда топливо управляемо впрыскивается топливными форсунками в соответствующие камеры сгорания в ДВС. Благодаря подаче топлива в топливный аккумулятор высокого давления только в таком количестве, в котором оно отбирается топливными форсунками, давление в топливном аккумуляторе высокого давления поддерживается по меньшей мере приблизительно на постоянном уровне. Поддержание постоянного давления в топливном аккумуляторе высокого давления предпочтительно для обеспечения точной работы системы впрыскивания топлива.

Избыточное топливо, не используемое дозатором 4 и поступающее в него от насоса 1 низкого давления, работающего с постоянной объемной подачей, подается по возвратному топливопроводу 6 к перепускному клапану 7, через который это избыточное топливо сливается обратно бак 2. Перепускной клапан 7 поддерживает давление топлива перед дозатором 4 на по меньшей мере приблизительно постоянном уровне.

На фиг. 2 приведено поэлементное изображение перепускного клапана 7. Такой перепускной клапан 7 имеет корпус 8, золотник 9, пружину 10, ее держатель 11, уплотнительное кольцо 12 круглого сечения, фильтр 13, шайбу 14, держатель 15 и кольцевое уплотнение 16.

Золотник 9, который изготовлен прежде всего из пластмассы, при сборке перепускного клапана 7 вставляется в проходящее через его корпус 8 сквозное цилиндрическое отверстие 17 и в смонтированном состоянии опирается через пружину 10 на ее держатель 11, вставленный в цилиндрическое отверстие 17 со стороны его левого в плоскости чертежа конца.

Уплотнительное кольцо 12 круглого сечения надвинуто на корпус 8 перепускного клапана до упора во фланец 18, тогда как кольцевое уплотнение 16 вставлено в кольцевую канавку 19. Уплотнительное кольцо 12 круглого сечения и кольцевое уплотнение 16 служат для герметичного отделения более подробно рассмотренной ниже сливной (или выходной) части вставленного в корпус перепускного клапана от его приточной (или входной) части. Фильтр 13 прилегает к правому в плоскости чертежа концу корпуса 8 перепускного клапана и через промежуточно установленную шайбу 14 удерживается держателем 15, который отбортовкой зафиксирован в кольцевой канавке 19. Отбортовка выполнена при этом таким образом, что она не ухудшает уплотняющее прилегание кольцевого уплотнения 16 в кольцевой канавке 19.

В своем ненагруженном давлением состоянии золотник 9 прилегает к фильтру 13, а под действием поступающего через фильтр 13 топлива начинает перемещаться, деформируя, соответственно сжимая пружину 10, в цилиндрическом отверстии 17 до тех пор, пока топливо не начнет выходить через выходные отверстия 20. С выходным отверстием 20 сообщается вне корпуса 8 перепускного клапана компенсационное отверстие 21, которое в зоне пружины 10 перепускного клапана взаимодействует с цилиндрическим отверстием 17 и которое образует показанный на фиг. 1 сливной топливопровод, по которому топливо сливается из перепускного клапана 7 обратно в бак 2, тогда как показанный на фиг. 1 возвратный топливопровод 6 входит в фильтр 13. Весь перепускной клапан 7 для придания компактности системе впрыскивания топлива встроен совместно с дозатором 4 в насос высокого давления, который тем самым образует корпус для перепускного клапана.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен перепускной клапан (7) системы впрыскивания топлива для ДВС, имеющий по меньшей мере корпус (8), золотник (9) и держатель (11) своей пружины. Согласно изобретению подобный перепускной клапан (7) усовершенствуют касательно его работы с топливом, требовательным к контактирующим с ним материалам. Для этого по меньшей мере одну деталь перепускного клапана (7) предлагается изготавливать из материала, отличного от стали, например пластмассы, обладающей водостойкостью и химической стойкостью. Технический результат - предотвращение возникновения коррозии на деталях перепускного клапана. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Перепускной клапан (7) системы впрыскивания топлива для двигателя внутреннего сгорания, имеющий по меньшей мере корпус (8), золотник (9) и держатель (11) своей пружины, при этом по меньшей мере одна такая деталь перепускного клапана (7) изготовлена из материала, отличного от стали, отличающийся тем, что указанная деталь изготовлена методом литья под давлением из обладающей водостойкостью и химической стойкостью пластмассы в качестве материала, отличного от стали, при этом возможны следующие сочетания материалов отдельных деталей:
а) корпус - сталь, золотник - не сталь, держатель пружины - сталь,
б) корпус - не сталь, золотник - не сталь, держатель пружины - сталь,
в) корпус - не сталь, золотник - не сталь, держатель пружины - не сталь,
г) корпус - не сталь, золотник - сталь, держатель пружины - не сталь,
д) корпус - сталь, золотник - не сталь, держатель пружины - не сталь,
е) корпус - сталь, золотник - сталь, держатель пружины - не сталь.

2. Перепускной клапан (7) по п. 1, отличающийся тем, что поверхность материала, отличного от стали, обладает сверхгидрофобными свойствами.

3. Перепускной клапан (7) по п. 1, отличающийся тем, что материал, отличный от стали, обладает стойкостью к образованию отложений, обусловленному состарившимся биотопливом.

4. Перепускной клапан (7) по п. 1, отличающийся тем, что на золотнике зафиксирована пружина (10) перепускного клапана.