ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ С ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКОЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК F02M51/06 F02M61/16 

Изобретение относится к области двигателестроения и, в частности, к топливным форсункам двигателей внутреннего сгорания, а также к способам эксплуатации двигателя с топливной форсункой.

Для впрыскивания топлива из источника топлива в двигатели внутреннего сгорания могут быть использованы топливные форсунки. Например, топливные форсунки могут впрыскивать топливо напрямую в камеры сгорания двигателя (так называемый прямой впрыск) или во впускной канал двигателя (так называемый впрыск во впускные каналы).

Топливные форсунки имеют подвижные части, которые управляют потоком топлива через форсунку. Например, топливная форсунка может содержать клапанный механизм, который сцепляется с седлом для перекрытия подачи топлива двигателю. Привод клапана, например, электромагнитный привод клапана, может приводить в действие клапанный механизм для его поднятия из седла, чтобы топливо могло быть подано в двигатель во время впрыскивания топлива.

Однако было обнаружено, что подвижные части в топливной форсунке, например, вышеописанные компоненты, могут соударяться друг с другом во время движения. Это соударение может привести к повреждению компонентов форсунки и ухудшению ее работы. Например, соударение может привести к утечке топлива из форсунки, вызывая просачивание топлива в двигатель. Просочившееся топливо может, например, увеличить образование твердых частиц (РМ) во время сгорания в двигателе. Кроме того, просочившееся топливо не учитывается, что может вызвать проблемы с контролем топлива. Кроме того, утечка топлива также может привести к образованию отложений в наконечнике форсунки, таким образом изменяя пропускающую способность форсунки и качество разбрызгивания. Кроме того, соударение в форсунке может ограничить скорость ее открывания для последующих впрыскиваний. Более того, соударение подвижных частей может усилить тикающий звук и увеличить износ компонентов форсунки.

В одном примере эти проблемы могут быть, по крайней мере частично, решены с помощью использования топливной форсунки, которая содержит клапанный механизм и седло клапанного механизма, причем по меньшей мере один из этих компонентов постоянно намагничен, а также привод форсунки для включения клапанного механизма и пружину, смещающую клапанный механизм в закрытое положение с седлом клапанного механизма.

Таким образом, за счет постоянной намагниченности клапанного механизма и/или седла клапанного механизма сила магнитного поля может притянуть клапанный механизм к седлу, уменьшая соударение при сцеплении клапанного механизма с седлом. Такое уменьшение соударения может сократить нежелательную остаточную утечку топлива при закрытой форсунке, в дальнейшем уменьшая образование твердых частиц и их выделение с отработавшими газами. Кроме того, может увеличиться точность замера расхода топлива из-за уменьшения утечки топлива. Например, из-за уменьшения соударения в форсунке может быть уменьшено время закрывания форсунки, и ее быстродействие может быть увеличено. Более того, могут увеличиться скорость и инерция топлива, что, соответственно, сократит время между последовательными впрыскиваниями, что, в свою очередь, может, например, улучшить работу дробного впрыскивания.

Кроме того, при постоянной намагниченности клапанного механизма привод форсунки может работать в двух режимах в зависимости от направления подаваемого на него тока. Например, первое количество тока может быть подано в первом направлении на привод форсунки для поднятия постоянно намагниченного клапанного механизма форсунки из седла, а второе количество тока может быть подано во втором направлении на привод форсунки для создания плотного контакта постоянно намагниченного клапанного механизма форсунки с седлом в положении «закрыто».

Таким образом, для противодействия притяжению клапанного механизма с седлом может быть, например, изменена полярность привода форсунки, за счет чего может быть уменьшена скорость клапанного механизма вблизи закрытого положения, создавая эффект "мягкой посадки". Это может уменьшить тикающий шум и напряжение компонентов топливной форсунки. Например, могут быть уменьшены исходные пружинящие силы клапанного механизма и износ контактной поверхности между клапанным механизмом и седлом.

Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создана топливная форсунка для двигателя, содержащая: клапанный механизм и седло клапанного механизма, причем клапанный механизм и седло клапанного механизма являются постоянно намагниченными, при этом магнитный диполь клапанного механизма является по существу встречным магнитному диполю седла клапанного механизма; привод форсунки для приведения в действие клапанного механизма; и пружину, выполненную с возможностью смещения клапанного механизма в закрытом положении к седлу клапанного механизма.

Предпочтительно клапанный механизм является постоянно намагниченным, а седло клапанного механизма является ферромагнитным.

Предпочтительно седло клапанного механизма является постоянно намагниченным, а клапанный механизм является ферромагнитным.

Предпочтительно клапанный механизм содержит стержень и шар, расположенный на нижнем конце стержня с возможностью вхождения в плотный контакт с седлом клапанного механизма, образуя закрытое положение.

Предпочтительно шар является постоянно намагниченным, а седло клапанного механизма выполнено из ферромагнитного материала.

Согласно второму объекту изобретения создан способ эксплуатации двигателя с топливной форсункой, при котором: подают первое количество тока в первом направлении на привод форсунки для поднятия постоянно намагниченного клапанного механизма форсунки от седла клапанного механизма форсунки; и подают второе количество тока во втором направлении на привод форсунки для прижатия постоянно намагниченного клапанного механизма форсунки к седлу клапанного механизма форсунки.

Предпочтительно седло клапанного механизма является ферромагнитным.

Предпочтительно седло клапанного механизма является постоянно намагниченным, а магнитный диполь клапанного механизма является по существу встречным магнитному диполю седла клапанного механизма.

Предпочтительно используют клапанный механизм, содержащий стержень и шар, который расположен на нижнем конце стержня с возможностью вхождения в плотный контакт с седлом клапанного механизма, когда на привод форсунки во втором направлении подано второе количества тока.

Предпочтительно второе количество тока определяют на основании давления топлива, подаваемого форсунке.

Предпочтительно второе количество тока определяют на основании силы возвратной пружины, действующей на намагниченный клапанный механизм форсунки.

Предпочтительно первое направление отличается от второго направления.

Предпочтительно первое направление совпадает со вторым направлением, а второе количество тока больше, чем первое количество тока.

Предпочтительно первое направление совпадает со вторым направлением, а первое количество тока больше, чем второе количество тока, причем второе количество тока определяют на основе силы возвратной пружины, действующей на намагниченный клапанный механизм форсунки, и на основе давления топлива, подаваемого форсунке.

Согласно третьему объекту изобретения создан способ эксплуатации двигателя с топливной форсункой, при котором: подают первое количество тока в первом направлении на привод форсунки для преодоления силы пружины, смещающей клапанный механизм в закрытое положение к седлу клапанного механизма, и магнитной силы между клапанным механизмом и седлом клапанного механизма для поднятия клапанного механизма форсунки от седла клапанного механизма форсунки.

Предпочтительно на привод форсунки дополнительно подают второе количество тока во втором направлении для прижимания постоянно намагниченного клапанного механизма форсунки к седлу клапанного механизма форсунки.

Предпочтительно седло клапанного механизма является постоянно намагниченным, и магнитный диполь клапанного механизма является по существу встречным магнитному диполю седла клапанного механизма.

Рассмотренные выше преимущества, а также другие преимущества и характеристики данного изобретения будут очевидны из нижеследующего подробного описания, отдельно или с использованием прилагаемых чертежей.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое изложение сущности изобретения представлено для описания в упрощенной форме ряда выбранных концепций, дальнейшее изложение которых приводится ниже в подробном описании. Краткое раскрытие сущности изобретения не направлено на определение основных или существенных характеристик заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется формулой изобретения. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами реализации изобретения, устраняющими какой-либо из недостатков, указанных выше или в любой части данного описания.

На чертежах:

Фиг. 1 - схематическое изображение одного цилиндра в примере системы двигателя.

Фиг. 2 - схематическое изображение примера топливной системы.

Фиг. 3 - схематическое изображение примера топливной форсунки.

Фиг. 4 - блок-схема, иллюстрирующая пример процедуры для двигателя с топливной форсункой в соответствии с изобретением.

Изобретение относится к постоянно намагниченному клапанному механизму и/или седлу клапанного механизма топливной форсунки в двигателе внутреннего сгорания, например, двигателе, показанном на Фиг. 1. Такие топливные форсунки могут быть включены в топливную систему, например, в топливную систему, изображенную на Фиг. 2, и предназначены для впрыскивания топлива из топливного источника в двигатель внутреннего сгорания. Как было отмечено выше, топливные форсунки, например, топливная форсунка, изображенная на Фиг. 3, имеют подвижные части, которые управляют потоком топлива, проходящим через форсунку. Например, топливная форсунка может содержать клапанный механизм, который входит в контакт с седлом клапанного механизма для перекрытия подачи топлива двигателю. Исполнительный механизм (привод) клапана, например, электромагнитный привод клапана, может приводить в действие клапанный механизм для его поднятия из седла, чтобы топливо могло поступать в двигатель при впрыскивании топлива. Для уменьшения соударения, износа компонентов и для функционирования топливной форсунки некоторые ее компоненты могут быть постоянно намагниченными, так как это будет описано более подробно далее. Такие топливные форсунки могут впрыскивать топливо в двигатель, например, так, как это показано в примере способа на Фиг. 4.

На Фиг. 1 представлено схематическое изображение двигателя 10, который может быть частью ходовой системы автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, а также с помощью входных сигналов, направляемых водителем 132 транспортного средства с помощью устройства 130 ввода данных. В данном примере устройство 130 ввода данных представляет собой педаль газа и датчик 134 положения педали, которые генерируют пропорциональный сигнал положения педали PP. Камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может иметь стенки 32 с расположенным в них поршнем 36. Поршень может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства с помощью системы. Кроме того, для запуска двигателя 10 к коленчатому валу 40 может быть с помощью маховика подключен пусковой мотор.

В камеры 30 сгорания воздух поступает из впускного канала 44 через впускной коллектор 42, а газообразные продукты сгорания выводятся через выхлопной канал 48. Впускной канал 44 и выхлопной канал 48 выборочно сообщаются с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные и выпускные клапаны. В других вариантах камеры 30 сгорания могут иметь по два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.

Впускной клапан 52 может управляться контроллером 12 через электрический привод 51 клапана (EVA). Аналогичным образом впускной клапан 54 может управляться контроллером 12 через EVA 53.

При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, посылаемые приводам 51 и 53, для регулирования открывания и закрывания соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может быть определено соответствующими датчиками 55 и 57 положения клапанов. В альтернативных вариантах выполнения один или несколько впускных и выпускных клапанов могут приводиться в действие одним или несколькими кулачками и использовать одну или несколько систем переключения профиля кулачка (CPS), изменяемой синхронизации кулачка (VCT), изменяемой фазы газораспределения (VVT) и/или изменяемого подъема клапана (VVL) для изменения работы клапана. Например, цилиндр 30 может в качестве альтернативы содержать впускной клапан, регулируемый через электрическое срабатывание клапана, и выпускной клапан, регулируемый через срабатывание кулачка, включая CPS и/или VCT.

Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с камерой 30 сгорания для подачи топлива непосредственно внутрь камеры пропорционально ширине импульса сигнала (FPW), полученного от контроллера 12 через электронный привод 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивают так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена на стенке или в верхней части камеры сгорания. Топливо подается к топливной форсунке 66 с помощью топливной более подробно показанной на Фиг. 2. В других вариантах воплощения изобретения камера 30 сгорания может альтернативно или дополнительно содержать топливную форсунку, установленную во впускном канале 44, в конфигурации, которая обеспечивает так называемый впрыск топлива во впускной канал, находящийся перед камерой 30 сгорания. Например, бензиновый двигатель может использовать топливные форсунки прямого впрыска (DI), тогда как дизельный двигатель может использовать топливные форсунки впрыска во впускные каналы (PFI) для подачи топлива двигателю для осуществления сгорания. Кроме того, как будет описано далее, один или несколько компонентов топливной форсунки могут быть постоянно намагничены так, что некоторые компоненты форсунок за счет магнитного воздействия притягиваются или отталкиваются друг от друга. Это намагничивание может быть использовано для уменьшения соударения компонентов, их сдавливания и износа. Кроме того, такое намагничивание между компонентами форсунок может использоваться для облегчения управления компонентами топливных форсунок при их работе, как это будет описано далее.

Впускной коллектор 42 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом отдельном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 с помощью сигнала, подаваемого на электродвигатель или исполнительный механизм, содержащийся в дросселе 62. Такую конфигурацию принято называть электронным управлением положения дроссельной заслонки (ETC). Таким образом, дроссель 62 может использоваться для варьирования потока впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. Информация о положении дроссельной заслонки 64 может передаваться контроллеру 12 при помощи сигнала положения дросселя ТР. Впускной коллектор 42 может содержать датчик 120 расхода воздуха (MAF) и датчик 122 давления воздуха в коллекторе (MAP) для передачи соответствующих сигналов MAF и MAP контроллеру 12.

Система 88 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в соответствии с сигналом опережения зажигания SA от контроллера 12 в выбранных рабочих режимах. Несмотря на то, что показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления изобретения камера сгорания 30 или одна или более камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия с искрой зажигания или без искры.

Датчик 126 выхлопных газов показан подключенным к выпускному каналу 48 выше по потоку устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов. Датчиком 126 может быть любой подходящий датчик, пригодный для получения информации о топливно-воздушном коэффициенте выхлопных газов, например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), бистабильный датчик кислорода или EGO, датчик HEGO (подогреваемый EGO), датчик NOx, датчик углеводородов или датчик СО. Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов показано установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку датчика 126 выхлопных газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), ловушку NOx, другое устройство снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления изобретения во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов может периодически перезапускаться за счет работы по меньшей мере одного цилиндра двигателя при определенном воздушно-топливном коэффициенте.

Контроллер 12 показан на Фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорный блок 102 (CPU), порты ввода/вывода 104 (I/O), электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный как постоянное запоминающее устройство 106 (ROM), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (KAM) и обычную шину данных. В дополнение к сигналам, рассмотренным ранее, контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, подключенных к двигателю 10, включая: измерение массового расхода воздуха, поступающего в двигатель (MAF) от датчика 120, температуру охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, подключенного к рукаву охлаждения 114; профильный выходной сигнал зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), подключенного к коленчатому валу 40; измерение положения дроссельной заслонки (TP) от датчика положения дросселя; и сигнал об абсолютном давлении во впускном коллекторе двигателя (MAP) от датчика давления 122. Сигнал частоты вращения двигателя RPM может генерироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления во впускном коллекторе (MAP) от датчика давления во впускном коллекторе может использоваться для получения показаний о разрежении или давлении во впускном коллекторе. Необходимо принять во внимание, что могут использоваться различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, MAF без MAP или наоборот. Во время стехиометрической работы датчик MAP может подавать сигналы о крутящем моменте двигателя. Кроме того, этот датчик вместе с фиксированной частотой вращения двигателя может предоставить информацию о величине заряда (включая воздух), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также может быть использован как датчик частоты вращения двигателя, может выдавать заданное количество равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала. Также следует принять во внимание, что топливная система может посылать различные сигналы и/или информацию контроллеру, что будет описано более подробно далее со ссылкой на Фиг. 2.

Можно отметить, что на Фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Каждый цилиндр может подобным образом иметь свой набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д. В одном примере цилиндры двигателя могут работать в определенном заданном порядке зажигания, который задается клапанным распределением.

На Фиг. 2 схематически показан пример топливной системы 200 с непосредственным впрыскиванием топлива высокого давления. Топливная система 200 может включать в себя топливный бак 210, изображенный с первым топливным насосом 212, который может быть установлен внутри, рядом или снаружи топливного бака 210. Первый топливный насос 212 может также представлять собой насос низкого давления, который может повысить давление топлива до уровня умеренного давления (например, приблизительно 4 бар). Топливо под давлением может выходить из первого насоса 212 и поступать ко второму топливному насосу 214, так называемому насосу высокого давления, который может значительно повысить давление топлива до уровня высокого давления (например, приблизительно 50-150 бар) в зависимости от условий работы. Второй топливный насос 214 может передавать топливо под давлением топливной рампе 216, которая далее распределяет топливо на несколько топливных форсунок 218 прямого впрыска, одна из которых может представлять собой топливную форсунку 66.

Давление топлива может быть измерено датчиком давления 220 топливной рампы. Датчик 220 давления топливной рампы может посылать сигналы о результатах измерения давления контроллеру 12 для регулирования давления топлива во время различных режимов работы. В частности, первый топливный насос 212 и второй топливный насос 214 могут сообщаться с контроллером 12 и получать командные сигналы для регулирования давления топлива на основании различных условий работы и/или режимов работы двигателя. В одном примере второй топливный насос 214 может иметь регулируемый ход поршня, который может регулироваться контроллером 12 для варьирования степени увеличения давления топлива в зависимости от условий работы.

Можно отметить, что хотя на Фиг. 2 показаны различные непосредственные соединения, например, между первым и вторым насосами, но между ними также могут быть подсоединены различные дополнительные клапаны, фильтры и/или другие устройства, тем не менее не прерывая сообщение между первым и вторым насосами. Кроме того, несмотря на то, что на Фиг. 2 показан пример системы непосредственного впрыска, в некоторых примерах может использоваться система впрыска топлива во впускные каналы, например, как в дизельных двигателях.

На Фиг. 3 приведено схематическое изображение примера топливной форсунки 300, которая может использоваться для подачи топлива из топливной системы, например, из топливной системы 200, в двигатель, например, в двигатель 10. Топливная форсунка 300 может быть форсункой любого типа. Например, топливная форсунка 300 может быть форсункой прямого впрыска или форсункой впрыска во впускные каналы. Как будет описано далее, различные компоненты топливной форсунки 300 могут быть постоянно намагничены для уменьшения соударения компонентов во время работы топливной форсунки и для содействия операциям управления.

Топливная форсунка 300 имеет корпус 302 сопла, который может использоваться в качестве опоры седла клапанного механизма и части корпуса клапана. Клапанный механизм 303 внутри корпуса форсунки 302 является передвижным в осевом направлении, например, вдоль центральной оси 355 топливной форсунки 300. Например, клапанный механизм может представлять собой штифт или иглу, которая передвигается в направлении центральной оси 355. В некоторых примерах клапанный механизм может состоять, по меньшей мере частично, из постоянно намагниченного материала. Например, клапанный механизм 303 может быть выполнен из такого материала, как железо, которое может быть намагничено внешним магнитным полем и оставаться намагниченным после удаления внешнего поля. В некоторых примерах клапанный механизм 303 может быть в основном выполнен из ферромагнитного материала, такого как железо, никель, кобальт и/или их сплавы.

Топливная форсунка 300 может открываться изнутри и иметь по меньшей мере одно распыляющее отверстие 307, расположенное в корпусе 305 седла клапанного механизма так, что, когда активирован привод 311 форсунки для включения клапанного механизма, клапанный механизм 303 поднимается от седла 305 для создания промежутка между закрывающим клапан элементом 304 и поверхностью 306 седла клапанного механизма, соответственно топливо может выходить из отверстий 307.

Клапанный механизм 303 соединен с закрывающим клапан элементом 304, который взаимодействует с поверхностью 306 седла клапанного механизма, образованной в корпусе 305 седла, для образования уплотняющего седла. Корпус 305 седла может быть устойчиво соединен с нижним концом 356 корпуса 302 сопла. Однако поверхность 306 седла клапанного механизма может также быть сформирована непосредственно на базовой части корпуса 302 сопла. Например, закрывающий клапан элемент 304 может иметь форму шара или усеченного конуса, чтобы в закрытом положении закрывающий клапан элемент 304 сцеплялся с поверхностью 306 седла клапанного механизма для перекрывания потока топлива через топливную форсунку сквозь отверстия, например, отверстия 307, в нижнем конце 356 топливной форсунки.

В некоторых примерах закрывающий клапан элемент 304 может быть выполнен, главным образом, из постоянно намагниченного материала, вместо или дополнительно к клапанному механизму 303, который состоит из постоянно намагниченного материала. Если клапанный механизм и/или деталь закрытия клапана являются постоянно намагниченными, седло 305 клапанного механизма и/или поверхность 306 седла клапанного механизма могут быть выполнены из ферромагнитного материала, чтобы клапанный механизм 303 притягивался за счет магнитной силы к седлу 305 клапанного механизма. Таким образом, притягивающая магнитная сила между клапанным механизмом и седлом клапанного механизма может уменьшить соударение при контакте клапанного механизма и седла клапанного механизма.

В другом примере клапанный механизм 303 и/или закрывающий клапан элемент 304 могут быть выполнены, главным образом, из ферромагнитного материала. В данном примере седло 305 клапанного механизма и/или поверхность 306 седла клапанного механизма могут быть выполнены из постоянно намагниченного материала, чтобы клапанный механизм и седло клапанного механизма притягивались друг к другу за счет магнитной силы.

В еще одном примере оба элемента - и клапанный механизм, и седло клапанного механизма являются постоянно намагниченными, соответственно между двумя компонентами действует притягивающая магнитная сила. В этом случае магнитный диполь намагниченного клапанного механизма может быть в значительной степени встречным с магнитным диполем седла клапанного механизма. Например, магнитный диполь клапанного механизма может быть расположен приблизительно под 180° относительно магнитного диполя седла клапанного механизма или в подходящем диапазоне, например, между 90° и 270°, относительно магнитного диполя седла клапанного механизма. Например, магнитный диполь клапанного механизма может проходить вдоль центральной оси 355 топливной форсунки от нижнего конца 356 до верхнего конца 359, тогда как магнитный дипольный момент седла клапанного механизма может проходить в противоположном направлении, т.е. вдоль центральной оси 355 от верхнего конца 359 к нижнему концу 356. Таким образом, полюсы намагниченного клапанного механизма и намагниченного седла клапанного механизма притягиваются друг к другу за счет магнитных полей клапанного механизма и седла клапанного механизма.

В некоторых примерах клапанный механизм 303 может проходить сквозь внутреннее отверстие якоря 320 в верхнем по потоку корпусе 337 клапана. Якорь 320 может быть соединен с клапанным механизмом 303 для того, чтобы быть аксиально подвижным в направлении центральной оси 355. Движение магнитного якоря 320 в направлении центральной оси 355 может быть ограничено первым верхним фланцем 321, который может быть выполнен за одно целое с верхней по потоку частью клапанного механизма 303, и вторым нижним фланцем 322, который соединен с клапанным механизмом 303 ниже по потоку якоря 320. На первом фланце 321 размещена возвратная пружина 323, которая смещает клапанный механизм 303 в закрытое положение к седлу 305 клапанного механизма. Возвратная пружина 32 3 может быть предварительно нагружена с помощью регулирующей втулки 324.

Верхний по потоку корпус 337 клапана содержит привод 311 форсунки, который приводит в действие клапанный механизм при запуске процедуры впрыскивания (SOI). Привод 311 форсунки может содержать электромагнитный исполнительный механизм для приведения в действие клапанного механизма и магнитную катушку 310, намотанную на крепление 312 катушки, которая опирается на соединительную деталь 313, действующую в качестве внутреннего полюса 333. Ток может подаваться на магнитную катушку в двух противоположных направлениях и в различных количествах в зависимости от условий работы. В направлении наружу от центральной оси 355 магнитный контур может быть закрыт внешним магнитным компонентом 314. Питание на магнитную катушку 310 подается через линию 319 в виде электрического тока, который может поступать через электрический разъемный контакт 317.

Топливо подается через центральный подвод 316 топлива в верхнем по потоку конце 359 топливной форсунки 300 и фильтруется с помощью установленного в нем фильтрующего элемента 325. Топливная форсунка 300 может быть герметизирована от топливной распределительной линии, например, топливной рампы 216, с помощью уплотнителя 328 и от головки цилиндра, например, цилиндра 30, с помощью другого уплотнителя 336.

В частности, топливная форсунка 300 может получать сигнал ширины импульса топлива FPW от контроллера 12 для регулирования впрыскивания топлива. Сигнал FPW управляет впрыскиванием топлива подачей тока катушке 310 электромагнитного исполнительного механизма для запуска впрыскивания (SOI) топлива из топливной форсунки 300. Кроме того, FPW может задавать конец впрыскивания (EOI) топлива из топливной форсунки 300. Более конкретно, во время впрыскивания топлива топливо может подаваться под давлением из топливной рампы 216 (показана на Фиг. 2) в топливную форсунку 300 через входное отверстие 316, где поток направляется электромагнитным исполнительным механизмом, имеющим катушку 310 и соединенным с клапанным механизмом 303, который поднимается от седла 305 клапанного механизма для впрыскивания топлива в цилиндр 30.

Во время работы возвратная пружина 323 воздействует на первый фланец 321 иглы 303 клапана, препятствуя ее подъему, за счет чего закрывающий клапан элемент 304 остается в плотном контакте с поверхностью 306 седла клапанного механизма. Намагничивание магнитной катушки 310 может осуществляться при помощи подачи первого количества тока в первом направлении через магнитную катушку 310. Первое количество тока в первом направлении создает магнитное поле, которое притягивает клапанный механизм 303 вверх для поднятия клапанного механизма 303 от седла 305 клапанного механизма. Например, магнитное поле может двигать магнитный якорь 320 в направлении поднятия против усилия возвратной пружины 323. Полное поднятие клапанного механизма может быть определено рабочим зазором между соединительной деталью 313 и магнитным якорем 320 в положении покоя. Также магнитный якорь 320 увлекает за собой первый фланец 321 в направлении подъема, закрывающий клапан элемент 304, соединенный с клапанным механизмом 303, поднимается от поверхности 306 седла клапанного механизма, и топливо распрыскивается через распылительные отверстия 307.

Если клапанный механизм состоит из постоянно намагниченного материала, в клапанном механизме присутствует магнитное поле, например, магнитный дипольный момент клапанного механизма может быть направлен вдоль центральной оси клапанного механизма. В этом случае может быть выбрано такое направление тока, подаваемого на привод 311 форсунки, чтобы магнитное поле, образуемое магнитной катушкой 310, имело магнитный дипольный момент, противоположный по направлению магнитному дипольному моменту клапанного механизма. Соответственно, магнитное поле, образуемое магнитной катушкой 310, притягивает постоянно намагниченный клапанный механизм для поднятия клапанного механизма от седла клапанного механизма. В данном примере количество тока, подаваемое на привод форсунки, может быть уменьшено, т.к. магнитное поле в клапанном механизме обеспечивает дополнительную силу для поднятия клапанного механизма.

При окончании впрыскивания подача первого количества тока приводу 311 форсунки в первом направлении прекращается, и после значительного ослабления магнитного поля магнитный якорь 320 отделяется от соединительной детали 313 из-за давления возвратной пружины 323, соответственно клапанный механизм 303 движется противоположно направлению подъема. Закрывающий клапан элемент 304 опускается на поверхность 306 седла клапанного механизма, и топливная форсунка 300 снова закрывается.

В некоторых примерах, когда клапанный механизм выполнен из постоянно намагниченного материала, при окончании впрыскивания на привод 311 форсунки может подаваться второе количество тока во втором направлении для содействия возникновению плотного контакта клапанного механизма с седлом клапанного механизма. В этом случае направление тока, подаваемое приводу 311 форсунки, может быть выбрано так, чтобы магнитное поле, образуемое магнитной катушкой 310, имело магнитный дипольный момент с тем же направлением, как и магнитный дипольный момент клапанного механизма. В результате магнитное поле, образуемое магнитной катушкой 310, отталкивает постоянно намагниченный клапанный механизм для плотного прижимания клапанного механизма к седлу клапанного механизма. Таким образом, форсунка может быть прижата к седлу с большей силой, чем при прикладывании только усилия возвратной пружины.

В других примерах во время закрывания форсунки на привод 311 форсунки может быть подано второе количество тока, для противодействия магнитному притягиванию между клапанным механизмом и седлом клапанного механизма, например, когда клапанный механизм и/или седло клапанного механизма постоянно намагничены. В частности, второе количество тока может быть подано на привод 311 форсунки во втором направлении для затормаживания движения при прижимании клапанного механизма к седлу клапанного механизма. В этом случае направление тока, подаваемое приводу 311 форсунки, может быть выбрано таким образом, чтобы магнитное поле, образуемое магнитной катушкой 310, имело магнитный дипольный момент, направленный противоположно магнитному дипольному моменту клапанного механизма. В результате магнитное поле, образуемое магнитной катушкой 310, притягивает постоянно намагниченный клапанный механизм для замедления силы, прилагаемой к клапанному механизму возвратной пружиной. В данном случае второе количество тока, подаваемое клапанному механизму, может быть выбрано так, чтобы сформировать силу притяжения между магнитным полем, созданным магнитной катушкой, и магнитным полем клапанного механизма, которая меньше силы воздействия возвратной пружины 323 на клапанный механизм 303. Также в некоторых примерах второе количество тока может изменяться в процессе закрывания клапанного механизма. Например, второе количество тока может быть уменьшено, пока клапанный механизм не войдет в контакт с седлом, для обеспечения эффекта "мягкой посадки".

На Фиг. 4 приведен пример способа 400 для двигателя с топливной форсункой, например, изображенной на Фиг. 3. В частности, способ 400 направлен на использование топливной форсунки с постоянно намагниченным клапанным механизмом и/или седлом клапанного механизма, как описано выше.

На этапе 402 способ предусматривает определение того, имеют ли место входные условия для впрыскивания топлива. Например, входные условия могут представлять собой запуск впрыскивания, как описано выше. В частности, топливная форсунка 300 может получать сигнал ширины импульса топлива FPW от контроллера 12 для регулирования впрыскивания топлива. Сигнал FPW управляет впрыскиванием топлива путем подачи тока на катушку 310 электромагнитного исполнительного механизма для запуска впрыскивания (SOI) топлива из топливной форсунки 300. Входные условия могут также основываться на давлении топлива, подаваемого топливной форсунке, измеренном датчиком давления, например, в топливной рампе.

Если на этапе 402 определено, что имеют место входные условия для топливной форсунки, то способ 400 переходит на этап 404. На этапе 404 способ 400 предусматривает подачу на привод форсунки первого количества тока в первом направлении для поднятия клапанного механизма форсунки из седла клапанного механизма. Первое количество тока, подаваемого на привод форсунки в первом направлении, может быть выбрано так, чтобы преодолеть усилие пружины, смещающей клапанный механизм в закрытое положение, и магнитной силы между клапанным механизмом и седлом для поднятия клапанного механизма форсунки от седла. Таким образом, первое количество тока может основываться, например, на показаниях давления топлива в топливной рампе.

На этапе 406 способ 400 предусматривает поддержание первого количества тока, подаваемого на привод форсунки в первом направлении, для сохранения клапана форсунки в открытом состоянии или в поднятом состоянии от седла клапанного механизма форсунки. Например, первое количество тока в первом направлении может быть подано на привод форсунки на основании ширины импульса топлива, или желаемое количество топлива может быть впрыснуто в двигатель во время текущего впрыскивания топлива.

На этапе 408 способ 400 предусматривает прекращение подачи на привод форсунки первого количества тока в первом направлении. Например, при окончании процедуры впрыскивания подача первого количества тока на привод 311 форсунки в первом направлении может быть прекращена. Соответственно усилие возвратной пружины 323 начинает возвращать клапанный механизм 303 в закрытое положение к седлу 305 клапанного механизма.

На этапе 410 способ 400 предусматривает определение того, были ли выполнены условия замедления закрывания клапана форсунки. Например, при условиях высокого давления в топливной рампе может выполняться замедление закрытия клапанного механизма в седле, как будет описано ниже. Таким образом, в некоторых примерах входные условия для замедления закрывания клапана форсунки могут включать в себя давление топливной рампы выше порогового значения. Входные условия для замедления закрывания клапана форсунки могут также основываться на сроке службы форсунки или компонентов форсунки, а также на том, намагничен ли клапанный механизм.

Если на этапе 410 определено, что имеют место входные условия для замедления закрывания клапана форсунки, способ 400 переходит на этап 412. На этапе 412 способ 400 предусматривает подачу на привод форсунки второго количества тока во втором направлении для замедления зажима клапанного механизма с седлом клапанного механизма. Например, как это было описано выше, второе количество тока может быть подано на привод 311 форсунки во время закрывания форсунки для противодействия магнитному притяжению между клапанным механизмом и седлом, например, когда клапанный механизм и/или седло клапанного механизма постоянно намагничены. В частности, второе количество тока может быть подано на привод 311 форсунки во втором направлении для замедления движения при зажиме клапанного механизма с седлом клапанного механизма. В этом случае направление тока, подаваемое приводу 311 форсунки, может быть выбрано так, чтобы магнитное поле, создаваемое магнитной катушкой 310, имело магнитный дипольный момент, противоположный магнитному дипольному моменту клапанного механизма. В результате магнитное поле, создаваемое магнитной катушкой 310, притягивает постоянно намагниченный клапанный механизм для замедления силы, прилагаемой к клапанному механизму возвратной пружиной. В данном случае второе количество тока, подаваемое клапанному механизму, может быть выбрано таким образом, чтобы сила притяжения между магнитным полем, создаваемым магнитной катушкой, и магнитным полем клапанного механизма была меньше, чем сила воздействия возвратной пружины 323 на клапанный механизм 303. В данном случае второе количество тока может быть меньше первого количества тока.

На этапе 414 способ 400 предусматривает регулирование второго количества тока, подаваемого приводу форсунки, на основании условий работы, пока клапан не закрылся. Например, в процессе закрывания клапанного механизма может быть изменено второе количество тока, в том числе оно может быть уменьшено, пока клапанный механизм не войдет в плотный контакт с седлом, для обеспечения эффекта "мягкой посадки". Кроме того, второе количество тока может быть отрегулировано на основании усилия возвратной пружины, прилагаемого к намагниченному клапанному механизму форсунки. Количество и скорость уменьшения тока может основываться на сигнале ширины импульса топлива, жесткости возвратной пружины и различных условий работы двигателя.

Если на этапе 410 не обнаружено наличие входных условий для замедления закрывания клапана, то способ 400 переходит на этап 416, где определяется, имеют ли место входные условия для ускорения или содействия закрыванию клапана. Например, ускорение закрывания клапанного механизма может потребоваться для дополнительного уменьшения соударения компонентов и/или во время условий низкого давления топлива. Таким образом, наличие входных условий для содействия намагничиванию при закрывании клапана форсунки, могут включать в себя давление топливной рампы, которое меньше порогового значения. Входные условия для ускорения или способствования закрыванию клапана форсунки могут также основываться на сроке службы форсунки или компонентов форсунки, а также на том, намагничен ли клапанный механизм.

Если на этапе 416 определено, что имеют место входные условия для ускорения или способствования закрыванию клапана форсунки, способ 400 переходит на этап 418. На этапе 418 способ 400 предусматривает подачу на привод форсунки второго количества тока во втором направлении для ускорения прижимания клапанного механизма к седлу клапанного механизма.

Например, как описано выше, когда клапанный механизм выполнен из постоянно намагниченного материала, на привод 311 форсунки может быть подано второе количество тока во втором направлении, способствуя прижиманию клапанного механизма к седлу клапанного механизма. В этом случае направление тока, подаваемое на привод 311 форсунки, может быть выбрано таким образом, что магнитное поле, создаваемое магнитной катушкой 310, имеет магнитный дипольный момент однонаправленный с магнитным дипольным моментом клапанного механизма. В результате магнитное поле, создаваемое магнитной катушкой 310, отталкивает постоянно намагниченный клапанный механизм для прижимания клапанного механизма к седлу клапанного механизма. Таким образом, форсунка может быть прижата к седлу с силой большей, чем та, которая может быть обеспечена только возвратной пружиной.

Если на этапе 416 не обнаружено наличия входных условий для ускорения или способствования закрыванию клапана форсунки, силу возвратной пружины вместе с магнитным притяжением между клапанным механизмом и седлом клапанного механизма используют для прижимания клапанного механизма к седлу клапанного механизма. При этом с помощью магнитного притяжения уменьшается сила удара клапанного механизма с седлом.

Следует понимать, что описанные здесь конфигурации и программы являются примерными по своей сути, и точное их воспроизведение не рассматривается как единственно возможное, так как допускаются различные вариации. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, 1-4, 1-6, V-12, оппозитному четырехцилиндровому и другим видам двигателя. Предметом настоящего изобретения являются все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие особенности, функции и/или свойства, описанные выше.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена топливная форсунка, содержащая клапанный механизм 303 и седло 305 клапанного механизма, являющиеся постоянно намагниченными; привод 311 форсунки для приведения в действие клапанного механизма; и пружину 323, смещающую клапанный механизм в закрытое положение к седлу клапанного механизма. Согласно способам использования топливной форсунки для поднятия постоянно намагниченного клапанного механизма форсунки от седла клапанного механизма форсунки на привод форсунки в первом направлении может быть подано первое количество тока, а для прижимания постоянно намагниченного клапанного механизма форсунки к седлу клапанного механизма форсунки на привод форсунки во втором направлении может быть подано второе количество тока. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Топливная форсунка для двигателя, содержащая:

клапанный механизм и седло клапанного механизма, причем клапанный механизм и седло клапанного механизма являются постоянно намагниченными, при этом магнитный диполь клапанного механизма является по существу встречным магнитному диполю седла клапанного механизма;

привод форсунки для приведения в действие клапанного механизма; и

пружину, выполненную с возможностью смещения клапанного механизма в закрытом положении к седлу клапанного механизма.

2. Топливная форсунка по п. 1, в которой клапанный механизм является постоянно намагниченным, а седло клапанного механизма является ферромагнитным.

3. Топливная форсунка по п. 1, в которой седло клапанного механизма является постоянно намагниченным, а клапанный механизм является ферромагнитным.

4. Топливная форсунка по п. 1, в которой клапанный механизм содержит стержень и шар, расположенный на нижнем конце стержня с возможностью вхождения в плотный контакт с седлом клапанного механизма, образуя закрытое положение.

5. Топливная форсунка по п. 4, в которой шар является постоянно намагниченным, а седло клапанного механизма выполнено из ферромагнитного материала.

6. Способ эксплуатации двигателя с топливной форсункой, при котором:

подают первое количество тока в первом направлении на привод форсунки для поднятия постоянно намагниченного клапанного механизма форсунки от седла клапанного механизма форсунки; и

подают второе количество тока во втором направлении на привод форсунки для прижатия постоянно намагниченного клапанного механизма форсунки к седлу клапанного механизма форсунки.

7. Способ по п. 6, при котором седло клапанного механизма является ферромагнитным.

8. Способ по п. 6, при котором седло клапанного механизма является постоянно намагниченным, а магнитный диполь клапанного механизма является по существу встречным магнитному диполю седла клапанного механизма.

9. Способ по п. 6, при котором используют клапанный механизм, содержащий стержень и шар, который расположен на нижнем конце стержня с возможностью вхождения в плотный контакт с седлом клапанного механизма, когда на привод форсунки во втором направлении подано второе количества тока.

10. Способ по п. 6, при котором второе количество тока определяют на основании давления топлива, подаваемого форсунке.

11. Способ по п. 6, при котором второе количество тока определяют на основании силы возвратной пружины, действующей на намагниченный клапанный механизм форсунки.

12. Способ по п. 6, при котором первое направление отличается от второго направления.

13. Способ по п. 6, при котором первое направление совпадает со вторым направлением, а второе количество тока больше, чем первое количество тока.

14. Способ по п. 7, при котором первое направление отличается от второго направления.

15. Способ по п. 6, при котором первое направление совпадает со вторым направлением, а первое количество тока больше, чем второе количество тока, причем второе количество тока определяют на основе силы возвратной пружины, действующей на намагниченный клапанный механизм форсунки, и на основе давления топлива, подаваемого форсунке.

16. Способ эксплуатации двигателя с топливной форсункой, при котором:

подают первое количество тока в первом направлении на привод форсунки для преодоления силы пружины, смещающей клапанный механизм в закрытое положение к седлу клапанного механизма, и магнитной силы между клапанным механизмом и седлом клапанного механизма для поднятия клапанного механизма форсунки от седла клапанного механизма форсунки.

17. Способ по п. 16, при котором на привод форсунки дополнительно подают второе количество тока во втором направлении для прижимания постоянно намагниченного клапанного механизма форсунки к седлу клапанного механизма форсунки.

18. Способ по п. 16, при котором седло клапанного механизма является постоянно намагниченным и магнитный диполь клапанного механизма является по существу встречным магнитному диполю седла клапанного механизма.