ТОПЛИВНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ВПРЫСКИВАНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ И САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕМ И ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ И САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕМ, СОДЕРЖАЩИЙ УКАЗАННЫЙ КЛАПАН Российский патент 2017 года по МПК F02M47/04 F02M57/02 F02M61/08 F02M61/16 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Представленное изобретение относится к топливному клапану для впрыскивания жидкого топлива 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. 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 (диметил этаноламин) 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 в таком малом зазоре требует смазки между иглой и отверстием.

В случае, когда топливо оказывается смешанным с уплотняющим маслом, происходит ошибка в системе. Разделение уплотняющего масла и топлива является трудным и поэтому, если это произошло, существует серьезная проблема.

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 является двигателем для двух видов топлива и работает на топливе другого типа, то есть на топливе с высокой температурой воспламенения. 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 прямоточные 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 клапанами для введения топлива на каждый цилиндр, разнесенными в окружном направлении примерно на 120° 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 достигнута путем создания, в соответствии с первым аспектом, топливного клапана для введения жидкого топлива 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, который имеет закрытый кончик и полую внутреннюю часть, образующую камеру, соединенную с отверстиями распылителя, и который расположен на переднем конце корпуса топливного клапана, входное отверстие для топлива в корпусе топливного клапана для присоединения к источнику находящегося под давлением жидкого топлива, отверстие для пусковой жидкости в корпусе топливного клапана, нагнетательный поршень, который размещенный в первом канале в корпусе клапана и с одной стороны которого в указанном первом канале находится нагнетательная камера, и пусковой поршень, который размещен во втором канале в корпусе клапана и с одной стороны которого в указанном втором канале расположена пусковая камера, причем нагнетательный поршень соединен с пусковым поршнем с возможностью совместного перемещения с ним, а пусковая камера соединена с отверстием для пусковой жидкости. Клапан также содержит клапанный элемент со стержнем, выполненным с возможностью осевого перемещения и расположенным в удлиненном канале в указанному удлиненном корпусе, причем клапанный элемент имеет закрытое положение и открытое положение, а указанный выполненный с возможностью осевого перемещения стержень имеет закрывающий элемент, который опирается на седло клапана в указанном закрытом положении, а в указанном открытом положении поднят от указанного седла клапана, причем указанный стержень упруго поджат пружинной к закрытому положению, при этом между нагнетательной камерой и седлом клапана имеется канал, седло клапана обращено к указанной камере в распылителе, а закрывающий элемент по меньшей мере частично расположен в указанной камере в распылителе.

Путем выполнения топливного клапана с расположенным внутри распылителя закрывающим элементом, который взаимодействует с обращенным в наружном направлении седлом клапана, то есть с закрывающим элементом, который открывается при перемещении от корпуса топливного клапана и закрывается при перемещении в направлении к корпусу топливного клапана, конструкция топливного клапана может быть реализована без какой-либо протечки через зазор между указанным стержнем клапанного элемента и продольным каналом, в котором он расположен. При отсутствии протечки из указанного зазора между подвижным стержнем и продольным каналом нет необходимости в уплотнении этого зазора уплотняющей жидкостью от протекания топлива с низкой температурой воспламенения, и, в связи с этим, становится возможным упростить целиком всю систему введения топлива, так как можно исключить систему для подачи уплотняющей жидкости к зазору между указанным каналом и стержнем клапанного элемента. Кроме того, так как нет необходимости уплотнять зазор против топлива с низкой температурой воспламенения, размер зазора может быть относительно увеличен и такой увеличенный зазор не требует присутствия смазывающей жидкости. Таким образом, систему подачи смазывающей жидкости в канал стержня клапанного элемента можно исключить.

В первом возможном варианте выполнения первого аспекта указанный закрывающий элемент выполнен с возможностью перемещения к закрытому кончику для подъема и с возможностью перемещения от закрытого кончика при своем перемещении к седлу клапана.

Во втором первом возможном варианте выполнения первого аспекта указанный продольный канал проходит к седлу клапана, при этом зазор между указанным стержнем, выполненным с возможностью осевого перемещения, и продольным каналом образует часть указанного канала между нагнетательной камерой и седлом клапана. При этом между нагнетательной камерой и седлом клапана может быть получен канал, в котором отсутствуют протечки.

В третьем возможном варианте выполнения первого аспекта указанный зазор между стержнем, выполненным с возможностью осевого перемещения, и продольным каналом имеет продольную канавку, выполненную на указанном стержне.

В четвертом возможном варианте выполнения первого аспекта указанный канал между нагнетательной камерой и седлом клапана содержит по меньшей мере одну часть, образованную частью уменьшенного диаметра в указанном стержне.

В пятом возможном варианте выполнения первого аспекта указанный канал между нагнетательной камерой и седлом клапана содержит по меньшей мере один канал или отверстие в указанном удлиненном корпусе клапана, проходящий(проходящее) от нагнетательной камеры к продольному каналу.

В шестом возможном варианте выполнения первого аспекта указанный клапанный элемент выполнен с возможностью открытия с преодолением указанного поджатия, когда давление топлива в нагнетательной камере превышает заданный порог.

В седьмом возможном варианте выполнения первого аспекта нагнетательная камера имеет выход, соединенный с указанным по меньшей мере одним каналом или отверстием, и вход, соединенный с указанным входным отверстием для топлива предпочтительно через обратный клапан в указанном удлиненном корпусе клапана, предотвращающий поток из нагнетательной камеры во входное отверстие для топлива.

В восьмом возможном варианте выполнения первого аспекта топливный клапан дополнительно содержит входное отверстие для уплотнительного масла для соединения с источником находящегося под давлением уплотнительного масла и канал, проходящий от указанного входного отверстия для уплотнительного масла к указанному первому каналу для уплотнения нагнетательного поршня в первом канале.

В девятом возможном варианте выполнения первого аспекта диаметр указанного подвижного стержня меньше, чем диаметр указанного продольного канала на величину, которая обеспечивает возможность перемещения указанного стержня внутри этого продольного канала, когда топливо, такое как например топливо с низкой температурой воспламенения с плохими смазывающими свойствами, заполняет зазор между указанным стержнем и продольным каналом.

В десятом возможном варианте выполнения первого аспекта указанная пружина представляет собой спиральную проволочную пружину, которая размещена в камере для пружины в удлиненном корпусе клапана, причем указанная камера открыта только в указанный продольный канал и проточно сообщается с указанным по меньшей мере одним каналом или отверстием через зазор между указанным подвижным стержнем и продольным каналом, при этом указанный зазор предпочтительно содержит продольную канавку, выполненную в указанном стержне.

Указанная цель достигнута также путем создания, в соответствии со вторым аспектом, большого тихоходного двухтактного двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением и турбонаддувом с топливным клапаном, соответствующим первому аспекту и любому из его вариантов выполнения.

В первом возможном варианте выполнения второго аспекта в двигателе трубопровод, ведущий к указанному входному отверстию для топлива, содержит трубопровод с двойной стенкой, при этом внутренний проход трубопровода предназначен для перемещения топлива с низкой температурой воспламенения, а наружный проход является вентилируемым и соединен с датчиком для обнаружения летучих углеводородов.

Дополнительные цели, особенности, преимущества и свойства топливного клапана и двигателя 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 разрез топливного клапана для газообразного топлива для использования в двигателе, соответствующем Фиг. 1, в примерном варианте выполнения,

Фиг. 7 изображает увеличенный фрагмент разреза, показанного на фиг.6, на котором клапанный элемент находится в закрытом положении,

Фиг. 8 изображает увеличенный фрагмент разреза, показанного на фиг.6, на котором показан кончик распылителя и клапанный элемент в открытом (поднятом) положении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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 с его соединениями с источником жидкого топлива 60 с низкой температурой воспламенения, с источником охлаждающей жидкости (масла) 59, с источником пусковой жидкости (масла) 97 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.

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 для газообразного топлива, 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 показаан) 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. В трубопроводе между источником находящейся под давлением пусковой жидкости 97 и отверстием для пусковой жидкости размещен управляемый электроникой управляющий клапан 96, предпочтительно пропорциональный клапан, для управления открыванием и закрыванием клапана 50.

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

Электронный блок управления выполнен с возможностью правильной синхронизации времени тактов впрыскивания 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 впрыскивания топлива.

Пропускной клапан 61 закрывается электронным блоком управления в то время, когда клапан 50 необходимо очистить от топлива с низкой температурой воспламенения. Для обеспечения потока из нагнетательной камеры 82 в трубопровод 62 имеется средство очищения. В одном варианте выполнения обратный клапан 74 (всасывающий клапан) снабжен регулируемым блокиратором для поддержания обратного клапана в открытом состоянии во время очищения для того, чтобы дать возможность продувки текучей среды, находящейся в нагнетательной камере 82, через канал 76 и обратный клапан 74 в трубопровод 62.

Фиг. 6, 7 и 8 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 отверстие 78 для пусковой жидкости и отверстие обнаружения утечки газа. Самый дальний конец увеличен с образованием головки, которая имеет каналы (не показаны) для размещения болтов (не показаны), крепящих клапан 50 к крышке 48 цилиндра. 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 камерой 55 в внутренней полой части распылителя 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, как показано осью Z, 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 59 распылителя 54 в этом варианте выполнения закрыт. Распылитель 54 присоединен к переднему концу корпуса 52 клапана так, что камера 55 в распылителе 54 выходит в продольный канал 77 в корпусе 52. Седло 69 клапана расположено на переходе между продольным каналом 77 и камерой 55.

Клапанный элемент, имеющий стержень 67, выполненный с возможностью осевого перемещения, с возможностью скольжения и с существенным зазором расположен в продольном канале 77 в удлиненном корпусе 52 клапана, так что наличие смазки между стержнем 67 и продольным каналом не является крайне необходимым. Клапанный элемент имеет закрытое положение и открытое положение. Фиг. 7 иллюстрирует закрытое положение, а фиг.8 - открытое положение.

Стержень 67 имеет на своем переднем конце закрывающий элемент 65, такой как, например головка, которая в закрытом положении опирается на седло 69 клапана. Закрывающий элемент 65 приподнят от седла 69 в открытом положении, и стержень 67 упруго поджат в направлении закрытого положения предварительно напряженной пружиной 66. Пружина 66 действует на стержень 67 и поджимает клапанный элемент в направлении ее закрытого положения, в котором закрывающий элемент опирается на седло 69.

Пружина 66 представляет собой спиральную проволочную пружину, которая размещена в камере 88 для пружины в удлиненном корпусе 52 клапана. Камера 88 открыта только в продольный канал 77 и проточно сообщается с каналом 57 через зазор между стержнем 67 и каналом 77. Этот зазор предпочтительно имеет продольную канавку 89 в стержне 67.

Один конец пружины 66 взаимодействует с одним концом камеры 88, а другой конец пружины 66 взаимодействует с расширенной частью или фланцем на заднем конце стержня 67.

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. Обратный (всасывающий) клапан 74 предусмотрен в канале 76, то есть в корпусе 52 клапана или выше по потоку от входного отверстия 53, то есть снаружи корпуса 52. 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. Пусковая камера 85 гидравлически соединена с отверстием 92 для пусковой жидкости. Управляемый электроникой управляющий клапан 96 регулирует поток находящейся под давлением пусковой жидкости к отверстию 92 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 больше, чем диаметр нагнетательного поршня, 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 проточно соединяют нагнетательную камеру 82 с осевым каналом 77 и, следовательно, с седлом 69 клапана, которое обращено к камере 55 в распылителе 54, и закрывающий элемент 65 по меньшей мере частично расположен в камере 55. Элемент 65 выполнен с возможностью перемещения к закрытому кончику 59 для подъема, то есть в камеру 55 и из нее, в корпусе 52. В своем открытом положении элемент поднят от седла 69, разрешая, таким образом, течение жидкого топлива с низкой температурой воспламенения из камеры 82 в камеру 55 в распылителе 54. Клапанный элемент поднимается, когда давление жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в нагнетательной камере превосходит силу спиральной пружины 66. Таким образом, клапанный элемент выполнен с возможностью открытия с преодолением силы поджатия пружины 66, когда давление топлива в камере 82 превысит заданный порог. Давление топлива вызывается поршнем 80, действующим на жидкое топливо в камере 82.

Закрывающий элемент 65 выполнен с возможностью перемещения от закрытого кончика 59, то есть к корпусу 52, когда элемент 65 перемещается 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 66, действующая на клапанный элемент, становится больше, чем открывающая сила жидкого топлива, также действующая клапанный элемент.

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. 6, когда камера 82 целиком заполнена жидким топливом с низкой температурой воспламенения, так что топливный клапан 50 готов к следующему такту впрыскивания.

Продольный канал 77 проходит к седлу 69 клапана, и зазор между стержнем 67 и продольным каналом 77 образует часть канала между камерой 82 и седлом 69 клапана. Продольная канавка 78 на стержне 67 может использоваться для увеличения зазора между исходным каналом 77 и стержнем 67, обеспечивая, таким образом, увеличенную площадь поперечного сечения для перемещения жидкого топлива с низкой температурой воспламенения из каналов 57 к седлу 69 клапана. Стержень 67 также может иметь часть 64 с уменьшенным диаметром в месте, где он встречается с концом каналов 57 для того, чтобы улучшить условия протекания для жидкого топлива с низкой температурой воспламенения.

Продольный канал 77 также проходит к камере 88 пружины, и в стержне 67 может быть предусмотрена продольная канавка 89 для обеспечения прохождения текучей среды к камере 88 пружины.

Часть 68 с уменьшенным диаметром может быть расположена на конце стержня 67, где он соединяется с закрывающим элементом 65 для обеспечения легкого и правильного протекания топлива с низкой температурой воспламенения из продольного канала 77 в камеру 55. Жидкое топливо с низкой температурой воспламенения покидает камеру 55 через отверстия 56 распылителя.

Такт впрыскивания газообразного топлива 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 пускового масла в пусковой камере 85 повышается.

В конце такта впрыскивания ЭБУ 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.

Предпочтительно, диаметр стержня 67 клапана меньше, чем диаметр продольного канала 77 на величину, которая обеспечивает возможность перемещения стержня 67 внутри продольного канала, когда топливо с низкой температурой воспламенения, предпочтительно топливо с низкой температурой воспламенения с плохими смазывающими свойствами, заполняет зазор между стержнем 67 и продольным каналом 77.

В одном варианте выполнения зазор между поршнем 80 и каналом 81 может быть заполнен уплотняющим маслом для предотвращения доступа топлива. Этот вариант выполнения особенно уместен, если топливом является топливо с низкой температурой воспламенения.

В одном варианте выполнения топливный клапан имеет входное отверстие для уплотняющего масла для присоединения к источнику находящейся под давлением и канал, проходящий от указанного входного отверстия к первому каналу 81 для уплотнения поршня 80 в первом канале 78.

Хотя топливный клапан здесь был описан как особенно предназначенный для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, должно быть понятно, что описанный топливный клапан одинаково подходит для другого жидкого топлива, у которого температура воспламенения не является низкой, например такого, как дизельное топливо.

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 двухтактного ДВС с турбонаддувом и самовоспламенением. Клапан содержит удлиненный корпус (52), распылитель (54) с закрытым кончиком (59) и с полой внутренней частью, образующей камеру (55), соединенную с отверстиями (56) распылителя, нагнетательный поршень (80), с одной стороны которого в канале (81) расположена нагнетательная камера (82) и пусковой поршень (83). Клапан также содержит клапанный элемент со стержнем (67), выполненным с возможностью осевого перемещения и расположенным в продольном канале (77). Стержень (67) имеет закрывающий элемент (65), который опирается на седло (69) клапана в закрытом положении и поджат пружиной (66) к закрытому положению, между нагнетательной камерой (82) и седлом (69) клапана расположен канал (57, 77), седло клапана обращено к указанной камере (55) в распылителе (54), и закрывающий элемент (65) по меньшей мере частично расположен в указанной камере (55) распылителя (54). 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

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

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

распылитель (54), имеющий закрытый кончик (59) и полую внутреннюю часть, которая образует камеру (55), соединенную с отверстиями (56) распылителя, причем распылитель (54) расположен на переднем конце 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 (92) для пусковой жидкости, выполненное в удлиненном корпусе (52) топливного клапана,

нагнетательный поршень (80), который расположен в первом канале (81) в указанном корпусе (52) клапана и с одной стороны которого в указанном первом канале (81) расположена нагнетательная камера (82), и

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, а пусковая камера (85) соединена с указанным отверстием (92) для пусковой жидкости,

клапанный элемент, имеющий стержень (67), который выполнен с возможностью осевого перемещения и расположен в продольном канале (77) в указанном удлиненном корпусе (52) клапана, причем клапанный элемент имеет закрытое положение и открытое положение, а указанный стержень (67) имеет закрывающий элемент (65), который опирается на седло (69) клапана в указанном закрытом положении и поднят от указанного седла (69) клапана в указанном открытом положении, причем указанный стержень (67) упруго поджат пружиной (66) к закрытому положению,

при этом между нагнетательной камерой (82) и седлом (69) клапана расположен канал (57), седло клапана обращено к указанной камере (55) в распылителе (54), а закрывающий элемент (65) по меньшей мере частично расположен в указанной камере (55) в распылителе (54).

2. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором указанный закрывающий элемент (65) выполнен с возможностью перемещения к закрытому кончику (59) для подъема и с возможностью перемещения от закрытого кончика (59) при своем перемещении к седлу (69) клапана.

3. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором указанный продольный канал (77) проходит к седлу (69) клапана, при этом зазор между указанным стержнем (67), выполненным с возможностью осевого перемещения, и продольным каналом (77) образует часть указанного канала между нагнетательной камерой (82) и седлом (69) клапана.

4. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором указанный зазор между стержнем (67), выполненным с возможностью осевого перемещения, и продольным каналом (77) имеет продольную канавку (78), выполненную на указанном стержне (67).

5. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором указанный канал между нагнетательной камерой (82) и седлом (69) клапана содержит по меньшей мере одну часть, образованную частью (64, 68) уменьшенного диаметра в указанном стержне (67).

6. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором указанный канал между нагнетательной камерой (82) и седлом (69) клапана содержит по меньшей мере один канал или отверстие (57) в указанном удлиненном корпусе (52) клапана, проходящий(проходящее) от нагнетательной камеры (82) к продольному каналу (77).

7. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором указанный клапанный элемент выполнен с возможностью открытия с преодолением указанного поджатия, когда давление топлива в нагнетательной камере (82) превышает заданный порог.

8. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором нагнетательная камера (82) имеет выход, соединенный с указанным по меньшей мере одним каналом или отверстием (57), и вход, соединенный с указанным входным отверстием (53) для топлива предпочтительно через обратный клапан (74) в указанном удлиненном корпусе (52) клапана, предотвращающий поток из нагнетательной камеры (82) во входное отверстие (53) для топлива.

9. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором диаметр указанного стержня (67), выполненного с возможностью осевого перемещения, меньше, чем диаметр указанного продольного канала (77) на величину, которая обеспечивает возможность перемещения указанного стержня (67) внутри этого продольного канала, когда топливо с низкой температурой воспламенения заполняет зазор между указанным стержнем (67) и продольным каналом (77).

10. Топливный клапан (50) по п. 1, в котором указанная пружина (66) представляет собой спиральную проволочную пружину, которая размещена в камере (88) для пружины в удлиненном корпусе (52) клапана, причем указанная камера (88) открыта только в указанный продольный канал (77) и проточно сообщается с указанным по меньшей мере одним каналом или отверстием (57) через зазор между указанным подвижным стержнем (67) и продольным каналом (77), при этом указанный зазор предпочтительно содержит продольную канавку (89), выполненную в указанном стержне (67).

11. Топливный клапан (50) по п. 1, дополнительно имеющий входное отверстие для охлаждающей жидкости, выходное отверстие для охлаждающей жидкости и проточный тракт для охлаждающей жидкости для охлаждения части топливного клапана (50), расположенной ближе всего к указанному переднему концу корпуса.

12. Топливный клапан (50) по любому из пп. 1-11, дополнительно содержащий средства избирательного обеспечения потока из нагнетательной камеры (82) к входному отверстию (53) для топлива для очистки топливного клапана (50).

13. Двухтактный двигатель (1) внутреннего сгорания с турбонаддувом и самовоспламенением, содержащий топливный клапан (50) по любому из пп. 1-12.

14. Двигатель по п. 13, в котором трубопровод (62), ведущий к указанному входному отверстию (53) для топлива, содержит трубопровод с двойной стенкой, при этом внутренний проход трубопровода предназначен для перемещения топлива с низкой температурой воспламенения, а наружный проход является вентилируемым и соединен с датчиком (63) для обнаружения летучих углеводородов.