ТОПЛИВНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ВПРЫСКИВАНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА С НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ И САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕМ И СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА С НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F02M57/02 F02M61/10 F02M61/16 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Представленное изобретение относится к топливному клапану для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения в камеру сгорания большого тихоходного прямоточного двухтактного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЕ РАЗРАБОТКИ

Большие тихоходные двухтактные двигатели кривошипно-ползунного типа с турбонаддувом и самовоспламенением обычно используют в движительных системах больших судов или в качестве первичного двигателя в энергетических установках. Очень часто такие двигатели работают на тяжелом дизельном топливе.

С недавних пор появился спрос на большие двухтактные двигатели с турбонаддувом и самовоспламенением, способные работать на альтернативных видах топлива, таких как газ, метанол, угольная суспензия, нефтяной кокс и тому подобное. Одной группой из разных видов топлива, которая пользуется растущим спросом, является топливо с низкой температурой воспламенения.

Много видов топлива с низкой температурой воспламенения, такие как метанол, LPG (сжиженный нефтяной газ), DME (диметилэтаноламин) или биотопливо, являются относительно чистым топливом, что проявляется в существенно пониженных уровнях компонентов, содержащих серу, NO_x и CO₂, в выхлопном газе при использовании их в качестве топлива для больших тихоходных прямоточных двухтактных двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом при сравнении их, например, с двигателями, использующими в качестве топлива тяжелое дизельное топливо.

Однако, существуют проблемы, связанные с использованием топлива с низкой температурой воспламенения в больших тихоходных прямоточных двухтактных двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Одной из таких проблем является низкая температура воспламенения, которая вызывает значительные проблемы, если указанное топливо протекает в одну из других систем двигателя и смешивается с другой жидкостью, например, с такой, как в системе смазывающего масла. Топливу с низкой температурой воспламенения свойственно легкое воспламенение, и его пары могут легко образовывать взрывчатые смеси. Поэтому, если топливо с низкой температурой воспламенения находит проход в другую систему двигателя, необходимом остановить работу двигателя по соображениям безопасности и очистить или заменить всю жидкость в такой системе, что является дорогой и обременительной работой для обслуживающего персонала двигателя.

Конструкция известных топливных клапанов всегда имеет протечку по оси иглы клапана и из отверстия, в котором перемещается игла, вследствие конструкции иглы и седла. Поэтому осуществляют подачу уплотняющего жидкого «уплотняющего масла» под давлением в зазор между указанными осью и отверстием, как для уплотнения, так и для смазывания. Для того, чтобы поддерживать протечку на минимуме, зазор поддерживают таким малым, как только это возможно, с очень узкими допусками, но малый зазор требует смазки между иглой и отверстием.

Разделение уплотняющего масла и топлива является трудным в случае, когда две жидкости смешались, вызывая ошибку в системе. Обнаружение топлива в системе смазывающего масла приведет к остановке машины, и часто трудно определить причину случившегося.

Другой связанной с безопасностью проблемой является требование обществами классификации судна, заключающееся в том, что нельзя допускать, чтобы топливо с низкой температурой воспламенения оставалось в топливных клапанах и трубах, ведущих к топливным клапанам, в то время, когда двигатель не работает на топливе с низкой температурой воспламенения, например, когда двигатель не работает, или когда двигатель, являющийся двигателем для двух видов топлива, работает на топливе другого типа. Таким образом, должны быть предприняты меры предосторожности для очистки топливных клапанов и трубопроводов, ведущих к топливным клапанам.

Другая проблема этих видов топлива с низкой температурой воспламенения состоит в их сравнительно плохих смазывающих свойствах, которые препятствуют использованию очень малых зазоров между движущимися частями без применения смазывающей жидкости.

Большие тихоходные прямототочные двухтактные двигатели внутреннего сгорания с турбонаддувом обычно используются в движительных установках действующих больших океанских грузовых судов, и поэтому надежность является чрезвычайно важной. Работа этих двигателей на топливе с низкой температурой воспламенения является сравнительно недавним достижением, и надежность работы с таким топливом все еще не достигла уровня традиционного топлива. Поэтому самые крупные тихоходные двухтактные двигатели внутреннего сгорания с самовоспламенением являются двигателями двойного топлива с топливной системой для работы на топливе с низкой температурой воспламенения и с топливной системой для работы на дизельном топливе, так что они могут работать на полной мощности, работая только на дизельном топливе.

Благодаря большому диаметру, камеры сгорания этих двигателей обычно снабжены тремя (иногда двумя) клапанами для введения топлива на каждый цилиндр, разнесенными в окружном направлении примерно на 120° (180°) вокруг центрального выхлопного клапана. Таким образом, при двойной топливной системе будет три клапана для топлива с низкой температурой воспламенения на цилиндр и три клапана для дизельного топлива на цилиндр, и, таким образом, верхняя крышка цилиндра представляет собой место с большим скоплением деталей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С учетом представленного выше, цель изобретения состоит в создании топливного клапана для большого двухтактного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом и самовоспламенением, в котором преодолены или, по меньшей мере, уменьшены указанные выше проблемы.

Эта цель, в соответствии с одним аспектом, достигнута путем создания топливного клапана для введения жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в камеру сгорания большого тихоходного двухтактного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом и самовоспламенением, причем топливный клапан содержит удлиненный корпус с задним концом и передним концом, распылитель, имеющий отверстия и расположенный на переднем конце удлиненного корпуса клапана, входное отверстие для топлива в удлиненном корпусе топливного клапана для присоединения к источнику находящегося под давлением жидкого топлива, отверстие для пусковой жидкости в удлиненном корпусе топливного клапана для присоединения к источнику пусковой жидкости, иглу, выполненную с возможностью аксиального перемещения, размещенную со скольжением в продольном канале в удлиненном корпусе клапана и имеющую закрытое положение, в котором игла опирается на седло клапана, и открытое положение, в котором игла поднята от седла клапана, причем игла клапана поджата в направлении к закрытому положению. Клапан также содержит топливную камеру, окружающую иглу клапана и выходящую к седлу клапана, нагнетательный поршень, размещенный в первом канале в корпусе клапана, так что нагнетательная камера находится в указанном первом канале с одной стороны нагнетательного поршня, пусковой поршень, размещенный во втором канале в корпусе клапана, так что пусковая камера находится в указанном втором канале с одной стороны пускового поршня, причем нагнетательный поршень соединен с пусковым поршнем с возможностью совместного перемещения с ним, при этом пусковая камера соединена с отверстием для пусковой жидкости, а нагнетательная камера имеет выход, соединенный с топливной камерой, и вход, соединенный с входным отверстием для топлива. Клапан также имеет входное отверстие для уплотняющей жидкости для присоединения к источнику находящейся под давлением уплотняющей жидкости, канал, соединяющий входное отверстие для уплотняющей жидкости с первым каналом для уплотнения нагнетательного поршня в первом канале.

Путем выполнения топливного клапана с объединенным с ним топливным насосом, нагнетательный поршень которого уплотнен путем подачи находящейся под давлением уплотняющей жидкости из источника находящейся под давлением уплотняющей жидкости в зазор между плитой, в которой размещен поршень, и самим поршнем, получен топливный клапан, который может работать с топливом с низкой температурой воспламенения и преодолеть или, по меньшей мере, уменьшить некоторые из отмеченных выше проблем.

В первом возможном варианте выполнения первого аспекта канал, соединяющий входное отверстие для уплотняющей жидкости с первым каналом, выходит в зазор между указанным первым каналом и нагнетательным поршнем.

Во втором возможном варианте выполнения первого аспекта топливный клапан дополнительно содержит усилитель давления уплотняющей жидкости, имеющий пусковую камеру, соединенную с отверстием для пусковой жидкости.

В третьем возможном варианте выполнения первого аспекта топливный клапан дополнительно содержит камеру усиления давления, соединенную с входным отверстием для уплотняющей жидкости через обратный клапан и с зазором между первым каналом и нагнетательным поршнем.

В четвертом возможном варианте выполнения первого аспекта усилитель давления уплотняющей жидкости выполнен с возможностью усиления давления уплотняющей жидкости во время хода нагнетания нагнетательного поршня.

В пятом возможном варианте выполнения первого аспекта усилитель давления уплотняющей жидкости выполнен с возможностью усиления давления уплотняющей жидкости до давления выше максимального давления топлива в нагнетательной камере.

В шестом возможном варианте выполнения первого аспекта зазор между первым каналом и нагнетательным поршнем представляет собой узкий зазор, который требует смазки, которая обеспечена уплотняющей жидкостью.

В седьмом возможном варианте выполнения первого аспекта нагнетательный поршень имеет верхнюю часть со слегка увеличенным диаметром по сравнению с диаметром нижней части нагнетательного поршня, при этом верхняя часть канала 81, в котором размещен нагнетательный поршень, имеет соответственно увеличенный диаметр, тогда как нижняя часть канала имеет диаметр с образованием, вследствие этого, кольцевой камеры.

В восьмом возможном варианте выполнения первого аспекта верхняя часть нагнетательного поршня образует поршень усилителя давления уплотняющей жидкости, который уменьшает объем кольцевой камеры при совершении нагнетательным поршнем хода нагнетания, причем кольцевая камера соединена с источником уплотняющей жидкости с помощью обратного клапана.

Указанная выше цель также достигается в соответствии со вторым аспектом путем создания системы подачи топлива с низкой температурой воспламенения, содержащей топливный клапан, соответствующий пункту 1 или 2 формулы изобретения, и дополнительно содержащей источник уплотняющей жидкости с регулируемым давлением Ps1 и источник жидкого топлива с регулируемым давлением Pf, причем Ps1 выше, чем Pf.

В первом возможном варианте выполнения второго аспекта Ps1 ниже, чем максимальное давление в нагнетательной камере во время хода нагнетания, причем Ps1, размер зазора и максимальное давление в нагнетательной камере во время хода нагнетания взаимозависимо выбраны так, что топливо входит в зазор и замещает уплотняющую жидкость вдоль части, но не по всей длине нагнетательного поршня, причем уплотняющая жидкость замещает по существу все топливо в зазоре перед тем, как произойдет другой ход нагнетания.

Дополнительные цели, особенности, преимущества и свойства топливного клапана и системы подачи топлива в соответствии с представленным выше, станут очевидными из подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В следующей подробной части описания изобретение будет объяснено более подробно с обращением к примерным вариантам выполнения, изображенным на чертежах, на которых:

Фиг. 1 изображает вид спереди большого двухтактного дизельного двигателя, соответствующего примерному варианту выполнения.

Фиг. 2 изображает вид сбоку большого двухтактного двигателя, показанного на Фиг. 1.

Фиг. 3 упрощенно изображает схему большого двухтактного двигателя, соответствующего Фиг. 1.

Фиг. 4 упрощенно изображает пример варианта выполнения системы жидкого топлива с низкой температурой воспламенения двигателя, показанного на Фиг. 1, для одного топливного клапана.

Фиг. 5 упрощенно изображает разрез примерного варианта выполнения верхней части цилиндра системы жидкого топлива с низкой температурой воспламенения двигателя, показанного на Фиг. 1.

Фиг. 6 изображает увеличенный вид топливного клапана для топлива с низкой температурой воспламенения для использования в двигателе, соответствующем Фиг. 1-3, в примерном варианте выполнения.

Фиг. 7 изображает разрез топливного клапана для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, изображенного на Фиг. 6.

Фиг. 7А изображает увеличенный фрагмент Фиг. 7.

Фиг. 7В изображает второй увеличенный фрагмент Фиг. 7.

Фиг.8 изображает другой разрез топливного клапана для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, изображенного на Фиг. 6.

Фиг. 9 изображает еще один разрез топливного клапана для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, показанного на Фиг. 6.

Фиг. 9А изображает увеличенный фрагмент Фиг. 9.

Фиг. 10 изображает другой разрез топливного клапана для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, показанного на Фиг. 6.

Фиг. 11 изображает другой разрез топливного клапана для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, показанного на Фиг. 6.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В следующем ниже подробном описании двигатель внутреннего сгорания с самовоспламенением описан применительно к большому двухтактному тихоходному двигателю внутреннего сгорания (Дизель) с турбонаддувом в качестве примерных вариантов выполнения. Фиг. 1, 2 и 3 изображают большой тихоходный двухтактный дизельный двигатель с турбонаддувом с коленчатым валом 42 и ползунами 43. Фиг. 3 упрощенно изображает большой тихоходный двухтактный дизельный двигатель с турбонаддувом с его всасывающей и выхлопной системами. В этом примерном варианте выполнения двигатель имеет четыре однорядно расположенных цилиндра 1. Большие тихоходные двухтактные дизельные двигатели с турбонаддувом имеют обычно от четырех до четырнадцати однорядно расположенных цилиндров, поддерживаемых рамой 13 двигателя. Двигатель может использоваться, например, как главный двигатель на океанском судне или как стационарный двигатель для приведения в действие генератора в энергоустановке. Общая выходная мощность двигателя может быть, например, в интервале от 1000 до 110000 кВт.

Двигателем в этом примерном варианте выполнения является дизельный (с самовоспламенением) двигатель, двухтактный, прямоточного типа с продувочными окнами 19 в нижней зоне цилиндров 1 и центральным выхлопным клапаном 4 в верхней части цилиндров 1. Продувочный воздух проводят из приемника (ресивера) 2 воздуха к продувочным окнам 19 отдельных цилиндров 1. Поршень 41 в цилиндре 1 сжимает продувочный воздух, топливо впрыскивается из клапанов для впрыскивания топлива (дополнительно подробно описанных ниже), расположенных в крышке цилиндра (дополнительно подробно описанной ниже), затем следует сгорание и создается выхлопной газ. Когда открывается выхлопной клапан 4, выхлопной газ течет через выхлопной трубопровод, соединенный с цилиндром 1, в ресивер 3 выхлопного газа и далее через первый выхлопной трубопровод 18 к турбине 6 турбонаддува 5, из которой выхлопной газ вытекает через второй выхлопной трубопровод через экономайзер 28 к выходу 29 и в атмосферу. С помощью вала турбина 6 приводит в действие компрессор 9, в который подается свежий воздух через вход 10 для воздуха. Компрессор 9 доставляет сжатый продувочный воздух в трубопровод 11 продувочного воздуха, ведущий к ресиверу 2 продувочного воздуха.

Продувочный воздух в трубопроводе 11 проходит через теплообменник 12 для охлаждения продувочного воздуха. В примерном варианте выполнения продувочный воздух выходит из компрессора с температурой примерно 200°C и охлаждается с помощью теплообменника до температуры между 36 и 80°C.

Охлажденный продувочный воздух проходит через вспомогательную воздуходувку 16, приводимую в действие электродвигателем 17 и сжимающую поток продувочного воздуха, когда компрессор 9 турбонаддува не создает достаточного давления для ресивера 2 продувочного воздуха, то есть в условиях низкой или частичной нагрузки двигателя. При повышенных нагрузках двигателя компрессор 9 создает достаточно сжатый продувочный воздух, и тогда воздух обходит воздуходувку 16 через обратный клапан 15.

Фиг. 4 изображает упрощенно топливный клапан 50 для жидкого топлива с низкой температурой самовоспламенения с его соединениями с источником жидкого топлива 60 с низкой температурой воспламенения, с источником охлаждающей жидкости (масла) 59, с источником уплотняющей жидкости 57, с источником пусковой жидкости (масла) 97 через управляющий клапан 96, с управляющим клапаном 98 очистки и управляющим клапаном 96 пусковой жидкости. От источника сжатого жидкого топлива 60 с низкой температурой воспламенения к входному отверстию в корпусе клапана 50 для жидкого топлива с низкой температурой воспламенения ведет трубопровод 62, который представляет собой трубопровод с двойной стенкой, например, образованный концентрическими трубами или трубой внутри сплошного блока материала, такого, как цилиндрическая крышка 48. Жидкое топливо с низкой температурой воспламенения перемещают во внутренней трубе/проходе, а наружный проход является выпускающим и снабжен датчиком 63 для обнаружения летучих углеводородных компонентов (газоанализатором). Датчик 63 присоединен к электронному блоку управления, который издает сигнал тревоги, когда летучие углеводородные компоненты обнаруживаются датчиком 63. В трубопроводе 62 предусмотрен пропускной клапан 61 для создания возможности отсоединения клапана 50 от источника жидкого топлива 60 для того, чтобы можно было очистить клапан 50 от топлива с низкой температурой воспламенения. Клапан 61 предпочтительно управляется электроникой и регулируется электронным блоком управления. Управляющий клапан 96 регулирует такты впрыскивания, а управляющий клапан 98 регулирует очистку путем предотвращения закрывания обратного клапана.

Фиг. 5 изображает верхнюю часть одного из цилиндров 1, соответствующих примерному варианту выполнения. Верхняя крышка 48 цилиндров 1 снабжена несколькими (обычно 2 или 3) топливными клапанами 50 для впрыскивания жидкого топлива с низкой температурой воспламенения из распылителей топливных клапанов 50 в камеру сгорания над поршнем 41 в цилиндре 1. В этом примерном варианте выполнения двигатель имеет три клапана 50 на цилиндр, но должно быть понятно, что может быть достаточно одного или двух клапанов 50, в зависимости от размера камеры сгорания. Выхлопной клапан 4 размещен по центру на верхней крышке, а клапаны 50 расположены ближе к стенке цилиндра.

В одном варианте выполнения (не изображенном) могут быть предусмотрены два или три клапана для дизельного топлива в верхней крышке 48 для работы двигателя на дизельном топливе. Клапаны для дизельного топлива присоединены к источнику дизельного топлива под высоким давлением хорошо известным способом.

Передняя часть клапана 50, которая является ближайшей к распылителю и ближайшей к камере сгорания, охлаждается с использованием охлаждающей жидкости, такой как охлаждающее масло, для которой может использоваться масло системы (смазывающее масло). Для этого, корпус клапана 50 имеет входное отверстие для охлаждающей жидкости, выходное отверстием для охлаждающей жидкости и проточный тракт (не показан) между входным и выходным отверстиями через переднюю часть корпуса клапана 50. Входное отверстие для охлаждающей жидкости присоединено через трубопровод к источнику находящейся под давлением охлаждающей жидкости 59, такой как масло системы, а выходное отверстие для охлаждающей жидкости присоединено через трубопровод к резервуару охлаждающей жидкости.

Корпус топливного клапана 50 также имеет отверстие для пусковой жидкости для управления открыванием и закрыванием топливного клапана. Управляющее отверстие присоединено через трубопровод к источнику находящейся под давлением пусковой жидкости 97. Управляемый электроникой управляющий клапан 96, предпочтительно пропорциональный клапан, размещен в трубопроводе между источником находящейся под давлением пусковой жидкости 97 и отверстием для пусковой жидкости для управления открыванием и закрыванием клапана 50, то есть для управления тактом впрыскивания.

Двигатель снабжен электронным блоком управления, который регулирует работу двигателя. Сигнальные линии соединяют электронный блок управления с клапанами 96 и 98 и с пропускным клапаном 61.

Электронный блок управления выполнен с возможностью правильной синхронизации времени тактов впрыскивания жидкого топлива с низкой температурой воспламенения клапаном 50 и контроля дозировки (введенный объем за время такта впрыскивания) указанного топлива клапаном 50. Электронный блок управления в одном варианте выполнения выполнен с возможностью регулирования формы кривой впрыскивания (формирования скорости передачи), так как топливный клапан способен адаптироваться к таким кривым.

Электронный блок управления открывает и закрывает пропускной клапан 61, с обеспечением гарантии, что подающий трубопровод 62 заполнен находящимся под давлением жидким топливом с низкой температурой воспламенения до начала такта впрыскивания.

Пропускной клапан 61 закрывается электронным блоком управления в то время, когда клапан 50 необходимо очистить от топлива с низкой температурой воспламенения.

Фиг. 6 изображает вид в аксонометрии топливного клапана 50, имеющего удлиненный корпус 52, распылитель 54, установленный на переднем конце корпуса 52, отверстие 70 для уплотняющей жидкости и управляющее отверстие 36 для управления очисткой. Распылитель 54 имеет несколько отверстий 56, которые распределены по нему в радиальном и аксиальном направлениях.

Фиг.7, 8, 9, 10 и 11 изображают разрезы клапана 50 для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением. Топливный клапан 50 имеет удлиненный корпус 52 с самым дальним концом и распылителем 54 на его переднем конце. Распылитель 54 представляет собой отдельный элемент, который прикреплен к переднему концу корпуса 52 клапана. Самый дальний конец корпуса 52 клапана имеет отверстия, включающие управляющее отверстие 36, отверстие 78 для пусковой жидкости и отверстие обнаружения утечки газа (не изображено). Самый дальний конец увеличен с образованием головки, которая выступает из крышки 48 цилиндра, когда клапан 50 установлен в крышке 48. В представленном варианте выполнения топливные клапаны 50 размещены вокруг центрального выхлопного клапана 4, то есть относительно близко к стенке гильзы цилиндра. Удлиненный корпус 52 и другие детали клапана 50, а так же распылитель в одном варианте выполнения изготовлены из стали, например инструментальной или нержавеющей стали.

Полый распылитель 54 имеет отверстия 56, которые соединены с внутренней полой частью в распылителе 54 и распределены радиально по распылителю 54. Распылители в осевом направлении расположены близко к кончику 59 и радиальный разнос отверстий 56 распылителя в представленном варианте выполнения имеет относительно узкий интервал приблизительно в 50°. Радиальная ориентация отверстий 56 распылителя такова, что они направлены в сторону от стенки гильзы цилиндра. Кроме этого, отверстия 56 распылителя направлены таким образом, что они ориентированы примерно в том же направлении, как и направление вихря продувочного воздуха в камере сгорания, вызванного конфигурацией продувочных окон (этот вихрь представляет собой хорошо известную особенность больших двухтактных двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом для долгих плаваний).

Кончик распылителя 54 в этом варианте выполнения закрыт. Распылитель 54 присоединен к переднему концу корпуса 52 клапана так, что внутренняя полая часть распылителя 54 выходит в продольный канал 64 в корпусе 52. Седло 69 клапана расположено на переходе между продольным каналом 64 и топливной камерой 58.

В продольном канале в удлиненном корпусе 52 клапана с возможностью скольжения и с узким зазором расположена игла 61 клапана, выполненная с возможностью осевого перемещения, и наличие смазки между иглой 61 и продольным каналом является крайне необходимым. Для этого, в зазор между продольным каналом и иглой клапана через канал (канал) 47 подается находящаяся под давлением уплотняющая жидкость. Этот канал соединяет зазор между иглой 61 и аксиальным каналом с входным отверстием 70 для уплотняющей жидкости, которое, в свою очередь, может быть присоединено к источнику уплотняющей жидкости 57, которая находится под давлением и давление равно Ps. Уплотняющая жидкость предотвращает протечку топлива с низкой температурой воспламенения через зазор между иглой 61 и аксиальным каналом. Кроме этого, уплотняющая жидкость, которой предпочтительно является масло, обеспечивает смазку между иглой 61 и аксиальным каналом. В одном варианте выполнения давление источника уплотняющей жидкости 57, по меньшей мере, почти такое же высокое, как и максимальное давление в нагнетательной камере 82 во время такта впрыскивания.

Игла 61 имеет закрытое положение и открытое положение. Игла 61 имеет коническую часть, которая имеет форму, соответствующую седлу 69 клапана. В закрытом положении коническая часть иглы клапана покоится в седле 69. Коническая часть приподнята от седла 69 в открытом положении, и игла 61 упруго поджата в направлении закрытого положения предварительно напряженной спиральной пружиной 38. Пружина 38 действует на иглу 61 и поджимает ее в направлении ее закрытого положения, в котором коническая часть покоится в седле 69.

Пружина 38 представляет собой спиральную проволочную пружину, которая размещена в камере 88 для пружины в удлиненном корпусе 52 клапана. Охлаждающее масло течет через камеру 88. Один конец пружины 38 взаимодействует с одним концом камеры 88, а другой конец пружины 38 взаимодействует с расширенной частью или фланцем на игле 61, упруго подталкивая, таким образом, иглу клапана в направлении к седлу 69 клапана.

Удлиненный корпус 52 имеет входное отверстие 53 для топлива для присоединения к источнику находящегося под давлением жидкого топлива 60 с низкой температурой воспламенения, например, через трубопровод 62 подачи жидкого топлива. Входное отверстие 53 присоединено к нагнетательной камере 82 в корпусе 52 клапана через канал 76 и обратный клапан 74. Обратный (всасывающий) клапан 74 предусмотрен внутри корпуса 52 клапана. Клапан 74 гарантирует, что жидкое топливо с низкой температурой воспламенения может течь через канал 76 в камеру 82, но не в противоположном направлении.

Нагнетательный поршень 80 со скольжением и с предотвращением протечек расположен в первом канале 81 в удлиненном корпусе 52 клапана, при этом нагнетательная камера 82 расположена в первом канале 81 на одной стороне поршня 80. Пусковой поршень 83 со скольжением и с предотвращением протечек расположен во втором канале 84 в корпусе 52 клапана, при этом пусковая камера 85 расположена во втором канале 84 на одной стороне пускового поршня 83. Поршень 80 соединен с пусковым поршнем 83 с возможностью совместного перемещения с ним, то есть поршни 80 и 83 могут скользить совместно в их соответствующих каналах 81 и 84. В представленном варианте выполнения поршни 80 и 83 выполнены как единый элемент, однако, следует отметить, что поршни 80 и 83 могут быть отдельными взаимосвязанными элементами.

В варианте выполнения, изображенном на Фиг. 7В, поршень 80 имеет верхнюю часть со слегка увеличенным диаметром D2 по сравнению с диаметром D1 своей нижней части. Верхняя часть канала 81, в котором помещен нагнетательный поршень 80, имеет соответственно увеличенный диаметр D2, в то время как нижняя часть канала 81 имеет диаметр D1. Таким образом образуется кольцевая камера 99, и верхняя часть поршня 80 образует поршень усилителя уплотняющей жидкости, который уменьшает объем кольцевой камеры 99, когда поршень 80 движется вниз (вверх и вниз, как на Фиг. 7 и 7В). Камера 99 присоединена к источнику уплотняющей жидкости (масла) через обратный клапан 91. Камера 99 наполняется уплотняющей жидкостью через клапан 91, когда поршень 80 движется вверх, но клапан 91 препятствует обратному течению уплотняющей жидкости, и поэтому уплотняющая жидкость вдавливается в зазор между поршнем 80 и каналом 81. Поэтому уплотняющая жидкость вытесняется из кольцевой камеры 99 в зазор между поршнем 80 и каналом 81, в связи с этим препятствуя вхождению топлива с низкой температурой воспламенения в зазор между поршнем 80 и каналом 81. При выборе зазора для нижней части поршня 80 несколько большим, чем зазор для верхней части поршня 80, может быть гарантировано, что большая часть уплотняющей жидкости потечет через зазор в направлении нагнетательной камеры 82. Излишек уплотняющей жидкости смешается с топливом в нагнетательной камере и будет сожжен.

Пусковая камера 85 гидравлически соединена с отверстием 78 для пусковой жидкости. Управляемый электроникой управляющий клапан 96 регулирует поток находящейся под давлением пусковой жидкости к отверстию 78 и из него и, в связи с этим в камеру 85 для пусковой жидкости и из нее.

В начале такта впрыскивания электронный блок управления командует управляемому электроникой клапану 96 пропустить пусковую жидкость в пусковую камеру 85. Находящаяся под давлением пусковая жидкость в пусковой камере 85 воздействует на пусковой поршень 83, создавая, таким образом, силу, которая толкает поршень 80 в камеру 82. В связи с этим, давление жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в камере 82 возрастает. В одном варианте выполнения диаметр пускового поршня 83 больше, чем диаметр нагнетательного поршня 80, и поэтому давление в камере 82 будет соответственно выше, чем давление в пусковой камере 85, и комбинация пускового поршня 83 и нагнетательного поршня 80 действует как усилитель давления.

Один или несколько каналов (проходов) 57 гидравлически соединяют нагнетательную камеру 82 с топливной камерой 58 и, следовательно, с седлом 69 клапана, которое расположено в нижней части топливной камеры. Седло 69 клапана обращено к топливной камере 58, которая окружает иглу 61 клапана. Игла 61 выполнена с возможностью перемещения от распылителя 54, поднимаясь, и в сторону распылителя, опускаясь. В своем открытом положении игла 61 поднята от седла 69, разрешая, таким образом, течение жидкого топлива с низкой температурой воспламенения из камеры 82 в камеру 58, через седло 69 и через аксиальный канал во внутреннюю полость распылителя 54. Жидкое топливо с низкой температурой воспламенения выходит из распылителя через отверстия 56 распылителя.

Игла 61 поднимается, когда давление жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в камере 82 превосходит силу спиральной пружины 38. Таким образом, игла 61 выполнена с возможностью открытия с преодолением силы поджатия пружины 38, когда давление топлива в камере 82 превысит заданный порог. Давление топлива вызывается поршнем 80, действующим на жидкое топливо в камере 82.

Игла 61 выполнена с возможностью поджатия для перемещения по направлению к распылителю 54, при этом ее коническая часть перемещается по направлению к седлу 69 клапана. Это происходит тогда, когда давление в жидком топливе с низкой температурой воспламенения уменьшается, когда поршень 80 больше не воздействует на топливо в камере 82 и закрывающая сила спиральной пружины 38, действующая на иглу 61, становится больше, чем открывающая сила жидкого топлива, также действующего на иглу 61.

Когда электронный блок управления заканчивает такт впрыскивания, он командует управляющему клапану 96 соединить пусковую камеру 85 с баком. Камера 82 соединена с источником находящегося под давлением жидкого топлива 60, и давление подачи жидкого топлива с низкой температурой воспламенения, которое течет внутрь через обратный клапан 74, будет толкать пусковой поршень 83 в пусковую камеру 85 до тех пор, когда он достигнет положения, которое изображено на Фиг. 7, когда камера 82 целиком заполнена жидким топливом с низкой температурой воспламенения, так что топливный клапан 50 готов к следующему такту впрыскивания. Фиг. 8 иллюстрирует положение поршня 80 и пускового поршня 83 вблизи конца такта впрыскивания, когда основная часть камеры 80 опорожнена от жидкого топлива с низкой температурой воспламенения.

Такт впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения регулируется электронным блоком управления ЭБУ в течение времени пуска и в продолжение хода поршня 80 (формирование скорости передачи). Общее количество указанного жидкого топлива, впрыснутого в такте впрыскивания, определяется продолжительностью хода поршня 80. Таким образом, по сигналу от электронного блока управления давление пусковой жидкости в пусковой камере 85 повышается.

В конце такта впрыскивания клапан 96 сбрасывает давление в пусковой камере 85, и сила находящегося под давлением жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в камере 82 вызывает проталкивание пускового поршня 83 назад во втором канале 85 до тех пор, пока он не ударится о конец второго канала 85 и камера 82 не наполнится целиком жидким топливом с низкой температурой воспламенения, так что топливный клапан 50 станет готов к следующему такту впрыскивания.

В одном варианте выполнения (не изображен) клапан 50 содержит усилитель давления, образованный поршнем с двумя различными диаметрами, при этом часть поршня с большим диаметром обращена к камере с отверстием, которое соединено с управляющим клапаном 96, а часть поршня с увеличенным диаметром обращена к камере с отверстием, которое соединено с проходами (каналами) 76 и 47 таким образом, чтобы увеличить уплотняющее давление во время такта впрыскивания топлива, гарантируя таким образом, что давление уплотняющей жидкости будет высоким именно в то время, когда оно наиболее необходимо для обеспечения высокого давления уплотнения.

Топливный клапан 50 имеет входное отверстие 70 для уплотняющего масла для присоединения к источнику находящейся под давлением и канал 76, проходящий от отверстия 70 к первому каналу 81 для уплотнения поршня 80 в первом канале 81. В одном варианте выполнения, давление источника уплотняющей жидкости 57, по меньшей мере, почти так же велико, как максимальное давление в камере 82 во время такта впрыскивания.

В одном варианте выполнения топливный клапан 50 снабжен средствами избирательного обеспечения потока из камеры 82 по направлению к входному отверстию 53 для топлива для очистки топливного клапана 50. Указанные средства избирательного обеспечения потока из камеры 82 по направлению к входному отверстию 53 содержат средства избирательного прекращения функции обеспечения однонаправленного потока обратного клапана 74 (всасывающего клапана).

Как изображено на Фиг. 7А, клапан 74 снабжен клапанным элементом 77, выполненным с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением. Элемент 77 поджат в закрытое положение с помощью предварительно напряженной спиральной пружины 39. Элемент 77 выполнен с возможностью толкания в открытое положение, когда давление во входном отверстии 53 для топлива окажется больше, чем давление в камере 82, и с возможностью толкания в закрытое положение силой спиральной пружины 39, когда давление в камере 82 больше, чем давление в отверстии 53. Элемент 77 имеет клапанную головку 89 на одном из его продольных концов, тогда как спиральная пружина 39 взаимодействует с элементом 77 на его противоположном продольном конце. Элемент 77 с скольжением и с предотвращением протечек расположен в канале 76 в корпусе 75 обратного клапана. Один конец клапанного канала образует седло 79 для клапанного диска 89 элемента 77, причем диск 89 покоится на седле 79 клапана при нахождении подвижного клапанного элемента в закрытом положении и поднят от седла 79 клапана при нахождении элемента 77 в открытом положении.

Элемент 77 выполнен с возможностью перемещения в его открытое положение с помощью управляющего сигнала, независимо от давления в камере 82. Для этого подвижный элемент 77 имеет поверхность давления, обращенную к управляющей камере 73 в клапане 74.

Камера 73 расположена в канале 76 клапана, и элемент 77 содержит поршневую часть на одной стороне камеры 73. Корпус 75 обратного клапана, имеющий цилиндрическую часть, размещен в согласующемся продольном канале в удлиненном корпусе 52 клапана.

Управляющая камера 73 проточно соединена с управляющим отверстием 36 в удлиненном корпусе 52 топливного клапана через канал (на показан) для присоединения к источнику управляющей жидкости. Управляющая жидкость поступает в отверстие 36 из источника пусковой жидкости 97 через трубопровод, который содержит управляемый электроникой управляющий клапан 98, который предпочтительно является двухпозиционным клапаном. Клапан 98 присоединен к электронному блоку управления, который командует клапану 98 переместиться в открытое положение, когда наступает время очистить клапан 50. Отверстие 36 соединено с управляющей камерой 73 обратного клапана 74 через проход или канал 34. Когда электронный блок управления командует клапану 98 управления переместиться в его открытое положение, находящаяся под давлением управляющая /пусковая жидкость (масло) достигает камеры 73 и переводит элемент 77 в открытое положение, преодолевая силу спиральной пружины 39, причем элемент 77 находится в открытом положении также тогда, когда жидкость течет из камеры 82 в направлении к отверстию 53 для топлива, то есть, против обычно блокированного направления обратного клапана 74. Это позволяет клапану 50 очиститься от топлива с низкой температурой воспламенения.

Игла 69 выполнена с возможностью перемещения из закрытого положения в открытое положение против поджатия, когда давление в топливной камере 82 превысит заданный порог. Этот порог устанавливается при подходящем давлении впрыскивания, которое меньше максимального давления, которое может быть создано в камере 82.

Удлиненный корпус 52 в одном варианте выполнения имеет входное отверстие 45 для охлаждающей жидкости, выходное отверстие 32 для охлаждающей жидкости и проточный тракт 44 для охлаждающей жидкости для охлаждения клапана 50, в особенности, части клапана 50, ближайшей к переднему концу, например, ближайшую к распылителю и нагреваемую от камеры сгорания. В одном варианте выполнения охлаждающей жидкостью является смазывающее масло от двигателя. В одном варианте выполнения проточный тракт для охлаждающей жидкости включает камеру 88 для пружины, в которой расположена спиральная пружина 38. В одном варианте выполнения проточный тракт для охлаждающей жидкости присоединен к каналу 37, который ведет к клапанному каналу 76 для подачи уплотняющей жидкости в зазор между клапанным элементом 77 и каналом 76. С этой целью давление Pf источника топлива 60 с низкой температурой воспламенения незначительно ниже давления PC источника охлаждающей жидкости 59.

В одном варианте выполнения удлиненный корпус 52 содержит переднюю часть 33, которая присоединена к задней части 35. Аксиально перемещаемая игла 61 клапана расположена в передней части 33, первый канал 81, второй канал 84 и согласующий продольный канал выполнены в задней части 35.

Топливный клапан 50 в одном варианте выполнения имеет канал 47, проходящий от входного отверстия 70 для уплотняющей жидкости к продольному каналу 64 для уплотнения иглы 61 в продольном канале 64.

В одном варианте выполнения топливный клапан 50 имеет специальный управляющий клапан, проточно присоединенный между камерой 82 и входным отверстием 53 для топлива для избирательного допуска потока из камеры 82 к входному отверстию 53 для очистки клапана 50. Этот управляющий клапан предпочтительно открывается и закрывается в ответ на управляющий сигнал. В этом варианте выполнения нет необходимости в наличии средства для избирательного прекращения функции обеспечения однонаправленного потока обратного клапана 74.

В одном варианте выполнения клапан 50 имеет усилитель давления жидкости (не изображен) с пусковой камерой, присоединенной к входному отверстию для пусковой жидкости. Предпочтительно, клапан 50 имеет усилительную камеру, соединенную с входным отверстием 70 для уплотняющей жидкости через обратный клапан (не показан) и с зазором между первым каналом 81 и нагнетательным поршнем 80. Усилитель давления уплотняющей жидкости выполнен с возможностью усиления давления уплотняющей жидкости во время нагнетательного хода поршня 80 и поддержания усиленного давления уплотняющей жидкости постепенно изменяющимся выше давления в нагнетательной камере 82 и в любое время в течение такта впрыскивания. Предпочтительно, указанный усилитель давления выполнен с возможностью усиления давления уплотняющей жидкости до давления выше максимального давления топлива в камере 82.

В одном варианте выполнения источник уплотняющей жидкости имеет регулируемое давление Ps1, а источник жидкого топлива имеет регулируемое давление Pf, причем Ps1 выше, чем Pf. В этом варианте выполнения управляемое давление Ps1 может быть ниже, чем максимальное давление в камере 82 во время хода нагнетания. В этом случае Ps1, размер зазора и максимум давления в камере 82 во время хода нагнетания взаимозависимо выбраны так, что жидкое топливо с низкой температурой воспламенения входит в зазор и вытесняет уплотняющую жидкость вдоль части, но не по всей длине поршня 80, причем уплотняющая жидкость вытесняет по существу все жидкое топливо с низкой температурой воспламенения в зазоре до следующего хода нагнетания, то есть никакой части указанного топлива, таким образом, не будет в самой системе уплотняющего масла.

Фиг. 9-11 изображают различные разрезы топливного клапана для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, изображенного на Фиг. 6. Фиг. 9А изображает увеличенный фрагмент Фиг. 9.

Слово «содержащий», используемое в формуле изобретения, не исключает других элементов или этапов. Упоминание элементов в единственном числе в пунктах формулы изобретения не исключают их наличия во множественном числе. Электронный блок управления может выполнять функции нескольких устройств, описанных в формуле изобретения.

Номера позиции, используемые в формуле изобретения, не следует истолковывать как ограничивающие область изобретения. Хотя представленное изобретение подробно описано в целях иллюстрации, понятно, что такие подробности используются исключительно с такой целью, и специалисты могут сделать изменения без выхода за пределы изобретения.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен топливный клапан (50) для впрыскивания жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в камеру сгорания ДВС с турбонаддувом и самовоспламенением. Клапан содержит удлиненный корпус (52) с распылителем (54), входное отверстие (53) для топлива, отверстие (78) для пусковой жидкости, иглу (61) клапана. Клапан также содержит топливную камеру (58), окружающую иглу (61) клапана и выходящую к указанному седлу (69), нагнетательный поршень (80), пусковой поршень (83). Нагнетательный поршень (80) соединен с пусковым поршнем (83) с возможностью их совместного перемещения, пусковая камера (85) соединена с отверстием (78) для пусковой жидкости, а нагнетательная камера (82) имеет выход, соединенный с топливной камерой (58), и вход, соединенный с входным отверстием (53) для топлива. Кроме этого клапан имеет входное отверстие (70) для уплотняющей жидкости и канал (30), соединяющий входное отверстие (70) с каналом (81) для уплотнения нагнетательного поршня (80) в указанном канале. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Топливный клапан (50) для впрыскивания жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в камеру сгорания двухтактного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом и самовоспламенением, содержащий:

удлиненный корпус (52), имеющий задний конец и передний конец,

распылитель (54), имеющий отверстия (56) и расположенный на переднем конце указанного удлиненного корпуса (52) клапана,

входное отверстие (53) для топлива, выполненное в удлиненном корпусе (52) топливного клапана и предназначенное для соединения с источником (60) находящегося под давлением жидкого топлива,

отверстие (78) для пусковой жидкости, выполненное в удлиненном корпусе (52) топливного клапана и предназначенное для соединения с источником (97) пусковой жидкости,

иглу (61) клапана, выполненную с возможностью осевого перемещения и расположенную с возможностью скольжения в продольном канале (64) в указанном удлиненном корпусе (52) клапана, причем игла (61) клапана имеет закрытое положение, в котором она опирается на седло (69) клапана, и открытое положение, в котором она поднята от указанного седла (69) клапана, при этом указанная игла (61) клапана поджата к закрытому положению,

топливную камеру (58), окружающую иглу (61) клапана и выходящую к указанному седлу (69) клапана,

нагнетательный поршень (80), который расположен в первом канале (81) в указанном корпусе клапана и с одной стороны которого в указанном первом канале (81) расположена нагнетательная камера (82),

пусковой поршень (83), который расположен во втором канале (84) в указанном корпусе (52) клапана и с одной стороны которого в указанном втором канале (84) расположена пусковая камера (85), причем нагнетательный поршень (80) соединен с пусковым поршнем (83) с возможностью их совместного перемещения, пусковая камера (85) соединена с указанным отверстием (78) для пусковой жидкости, а нагнетательная камера (82) имеет выход, соединенный с указанной топливной камерой (58), и вход, соединенный с указанным входным отверстием (53) для топлива,

входное отверстие (70) для уплотняющей жидкости для соединения с источником находящейся под давлением уплотняющей жидкости (57), и

канал (30), соединяющий указанное входное отверстие (70) для уплотняющей жидкости с указанным первым каналом (81) для уплотнения нагнетательного поршня (80) в указанном первом канале.

2. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором указанный канал (30), соединяющий входное отверстие (70) для уплотняющей жидкости с первым каналом (81), выходит в зазор между указанным первым каналом (81) и нагнетательным поршнем (80).

3. Топливный клапан (50) по п. 1, дополнительно содержащий усилитель давления уплотняющей жидкости с пусковой камерой, соединенной с указанным отверстием для пусковой жидкости.

4. Топливный клапан (50) по п. 3, дополнительно содержащий камеру усилителя, соединенную с указанным входным отверстием (70) для уплотняющей жидкости через обратный клапан и с указанным зазором между указанным первым каналом (81) и нагнетательным поршнем (80).

5. Топливный клапан (50) по п. 3, в котором указанный усилитель давления уплотняющей жидкости выполнен с возможностью усиления давления указанной уплотняющей жидкости во время хода нагнетания нагнетательного поршня (80).

6. Топливный клапан (50) по п. 5, в котором указанный усилитель давления уплотняющей жидкости выполнен с возможностью усиления давления указанной уплотняющей жидкости до давления выше максимального давления топлива в указанной нагнетательной камере (82).

7. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором указанный зазор между первым каналом (81) и нагнетательным поршнем (80) требует смазки, которую обеспечивает уплотняющая жидкость.

8. Топливный клапан (50) по любому из предшествующих пунктов, в котором нагнетательный поршень (80) имеет верхнюю часть с увеличенным диаметром (D2) по сравнению с диаметром (D1) нижней части нагнетательного поршня (80), а верхняя часть канала (81), в котором расположен нагнетательный поршень (80), имеет соответственно увеличенный диаметр (D2), тогда как нижняя часть канала (81) имеет диаметр D1 с образованием, таким образом, кольцевой камеры (99).

9. Топливный клапан (50) по п. 8, в котором верхняя часть нагнетательного поршня (80) образует поршень усилителя давления уплотняющей жидкости, который уменьшает объем кольцевой камеры (99), когда нагнетательный поршень (80) совершает ход нагнетания, при этом кольцевая камера (99) соединена с источником уплотняющей жидкости через обратный клапан (91).

10. Система подачи топлива с низкой температурой воспламенения, содержащая топливный клапан (50) по п. 1 или 2, дополнительно содержащая источник уплотняющей жидкости с управляемым давлением Ps1 и источник жидкого топлива с управляемым давлением Pf, причем Ps1 больше, чем Pf.

11. Система по п. 10, в которой Ps1 ниже, чем максимальное давление в нагнетательной камере (82) во время хода нагнетания, причем Ps1, размер указанного зазора и максимальное давление в нагнетательной камере (82) во время хода нагнетания взаимозависимо выбраны так, что топливо поступает в указанный зазор и вытесняет указанную уплотняющую жидкость вдоль части, а не по всей длине указанного нагнетательного поршня (80), причем указанная уплотняющая жидкость замещает по существу все топливо в указанном зазоре до наступления следующего хода нагнетания.