ТОПЛИВНЫЙ КЛАПАН И СПОСОБ ВПРЫСКА ЖИДКОГО ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ БОЛЬШОГО ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТУРБОНАДДУВОМ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ Российский патент 2018 года по МПК F02M43/00 F02M61/16 F02B3/06 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к топливному клапану для впрыска топлива в камеру сгорания большого двухтактного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия с системой подачи топлива, работающего на жидким топливе, в частности на ненадежно или слабо воспламеняемом жидком топливе, и к способу впрыска жидкого топлива, в частности жидкого топлива, которое является ненадежно или слабо воспламеняемым в камере сгорания большого двухтактного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Большие низкоскоростные двухтактные двигатели с турбонаддувом с воспламенением от сжатия типа крейцкопфа обычно используются в двигательных установках больших судов или в качестве первичного двигателя в силовых установках. Очень часто эти двигатели работают на тяжелом дизельном топливе.

В последнее время существует потребность в больших двухтактных двигателях с турбонаддувом с воспламенением от сжатия, способных работать с альтернативными типами топлива, такими как газ, метанол, угольная суспензия, топливно-водяная смесь, нефтяной кокс и т.п.

Некоторые из этих альтернативных видов топлива, такие как например топливно-водяная смесь, имеют потенциал к сокращению затрат и выбросов выхлопных газов.

Однако существуют и проблемы, связанные с использованием водных смесей в большом низкоскоростном прямоточном двухтактном двигателе внутреннего сгорания с турбонаддувом.

Одной из этих проблем является предсказуемость и готовность этих видов топлива воспламеняется от сжатия при впрыске в камеру сгорания, и как готовность, так и предсказуемость имеют существенное значение в плане обеспечения контроля работы двигателя с воспламенением от сжатия. Поэтому существующие большие низкоскоростные прямоточные двухтактные двигатели внутреннего сгорания с турбонаддувом используют пилотный впрыск топлива или другой запальной жидкости одновременно с впрыском трудного или ненадежного для воспламенения топлива для обеспечения надежного и своевременного воспламенения топлива. Эта проблема присуща нескольким трудновоспламеняемым типам топлива, таким как, например, топливо на основе топливно-водяных смесей.

Большие низкоскоростные двухтактные двигатели внутреннего сгорания с турбонаддувом, как правило, используются для приведения в движение больших океанских грузовых судов, и поэтому надежность имеет первостепенную важность. Работа этих двигателей на альтернативных типах топлива все еще относится к относительно недавним разработкам, а надежность работы на газе до сих пор не достигла уровня надежности работы как на обычном топливе. Поэтому все существующие большие низкоскоростные двухтактные дизельные двигатели являются двухтопливными двигателями с топливной системой под альтернативное топливо, такое как, например, газообразное топливо и топливная система, работающая на мазуте, так что они могут работать на полную мощность только на мазуте.

Из-за большого диаметра камер сгорания этих двигателей, они, как правило, снабжены тремя клапанами впрыска топлива на каждый цилиндр, расположенными под углом около 120° вокруг центрального выпускного клапана. Таким образом, двойная топливная система предусматривает три топливных клапана для альтернативного топлива на цилиндр, и три топливных клапана для традиционных видов топлива на цилиндр и, таким образом, на верхней крышке цилиндра имеет место достаточно высокая скученность.

В существующих двухтопливных двигателях мазутные клапаны используются для обеспечения пилотного впрыска запального топлива при работе на газообразном топливе. Размеры этих мазутных клапанов подобраны таким образом, чтобы обеспечить подачу мазута в таком количестве, которое необходимо для работы двигателя при полной нагрузке только на мазуте. Однако, для достижения желаемого снижения выбросов выхлопных газов, количество впрыскиваемого мазута при воспламеняющем пилотном впрыске необходимо свести к минимуму. Дозировка такого малого количества посредством полноразмерной системы инжекции топлива, которая может подавать также большое количество, необходимое для работы при полной нагрузке, создает значительные технические проблемы, и очень трудно достигается на практике, и поэтому дозировка топлива при каждом пилотном впрыске в существующих двигателях превосходит желаемое количество, особенно при средней и низкой нагрузке. Применение альтернативной дополнительной малой инжекционной системы, способной осуществлять впрыск малых пилотных доз ведет к значительному усложнению и удорожанию. Кроме того, дополнительные малые клапаны для впрыска пилотных доз мазута приведут еще к большей скученности на верхней крышке цилиндра.

В Патенте ЕР 3070321 описан топливный клапан для впрыска жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в камеру сгорания большого двухтактного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом и самовоспламенением. Топливный клапан имеет удлиненный корпус с соплом с сопловыми отверстиями, топливовпускное отверстие в удлиненном корпусе топливного клапана для соединения с источником с жидким топливом под давлением, отверстие для приводной жидкости в удлиненном корпусе топливного клапана, аксиально-подвижную иглу клапана, установленную с возможностью скольжения в продольном отверстии в удлиненном корпусе клапана, причем игла клапана находится в закрытом положении если игла клапана опирается на седло клапана, и в открытом положении если игла клапана поднята от седла клапана, причем иглу клапана, смещаемую по направлению к закрытому положению, топливную камеру, окружающую иглу клапана и открытую в направлении седла клапана, поршень насоса, размещенный в первом отверстии, с насосной камерой в первом отверстии с той же стороны поршня насоса, приводной поршень, размещенный во втором отверстии, с приводной камерой во втором отверстии с той же стороны приводного поршня, причем поршень насоса соединен с приводным поршнем для синхронного перемещения с ним, приводную камеру (85), соединенную с отверстием для приводной жидкости, насосную камеру, имеющую выпускное отверстие, соединенную с топливной камерой, и впускное отверстие, соединенное с топливовпускным отверстием, впускное отверстие для уплотнительной жидкости, канал, соединяющий впускное отверстие для уплотнительной жидкости с первым отверстием для целей уплотнения поршня насоса в первом отверстии.

В общем случае нежелательно работать с отдельным пилотным впрыском запальной жидкости по нескольким причинам. Оказалось, трудно обеспечить надежную работу инжектора в режиме ниже 3% от максимально длительной допустимой нагрузки (MCR). Во-вторых, любое внешнее воспламенение вне цилиндра потребует, по меньшей мере, минимального количества топлива, при этом долгосрочное функционирование запальной инжекции еще не было верифицировано. Ожидается, что изношенные топливные насосы могут ухудшить функционирование запальной инжекции. Кроме того, ожидается, что быстродействие запальной инжекции может вызвать повышенный износ топливной системы.

Некоторые из этих видов топлива также имеют низкую температуру воспламенения, которая создает проблемы с точки зрения безопасности. Конструкция известных топливных клапанов всегда имеет утечку между телом иглы клапана и отверстием, в котором движется тело иглы, благодаря конструкции иглы. Таким образом, подача герметизирующей жидкости под давлением - "уплотнительного масла" - подводится к зазору между валом и отверстием, как для целей герметизации, так и для целей смазки. Для сведения утечки к минимуму, зазор сводят к максимально минимальному значению, с очень малыми допусками, и такой малый зазор требует смазки между телом иглы и отверстием.

Разделение уплотнительного масла и топлива является трудной задачей, особенно в случае, если два флюида были смешаны, тем самым вызывая ошибку в системе. Присутствие топлива в системе жидкой смазки приведет к остановке двигателя, и часто, в таких случаях, трудно определить первопричину.

Другой проблемой, связанной с обеспечением безопасности, является требование Судового Классификационного Общества, предусматривающее, что топливо с низкой температурой воспламенения не должно находится в топливных клапанах и трубных каналах, ведущих к топливным клапанам, когда двигатель не работает на топливе с низкой температурой воспламенения, например, если двигатель не работает, или если он является двухтопливным двигателем, который работает на другом типе топлива. Таким образом, должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие продувку топливных клапанов и трубной обвязки или каналов, ведущих к топливным клапанам.

Другой проблемой таких видов топлива с низкой температурой воспламенения является их относительно низкие смазывающие свойства, что препятствует использованию очень малых зазоров между движущимися частями без добавления смазывающей жидкости.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Исходя из этого, целью настоящей заявки является создание топливного клапана для большого двухтактного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия с турбонаддувом, который решает или по крайней мере снижает остроту проблем, указанных выше.

Эта задача соответствует первому аспекту, достигнутому посредством использования топливного клапана для впрыска жидкого топлива в камеру сгорания большого двухтактного низкоскоростного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом и воспламенением от сжатия, причем указанный топливный клапан содержит: удлиненный корпус клапана с тыльным торцом и передним торцом, сопло, содержащее удлиненный корпус сопла, проходящий от основания до закрытого наконечника, основное отверстие, проходящее от основания до указанного закрытого наконечника, и множество отверстий сопла, соединенных с указанным основным отверстием, причем указанное сопло расположено на указанном переднем торце удлиненного корпуса клапана, при этом указанное основание соединено с указанным передним торцом, топливовпускным отверстием в указанном удлиненном корпусе клапана для соединения с источником жидкого топлива под давлением, аксиально подвижную иглу клапана, установленную с возможностью скольжения в проточенном продольном игольном отверстии в удлиненном корпусе клапана с зазором между указанной иглой и указанным проточным игольным отверстием в продольном корпусе клапана, причем указанная игла клапана имеет закрытое положение и открытое положение, при этом указанная игла клапана опирается на седло в указанном закрытом положении, и указанная игла клапана поднимается от указанного седла в указанное открытое положение, причем указанная игла клапана смещается в направлении закрытого положения, указанное седло, расположенное в указанном удлиненном корпусе клапана между топливной камерой в указанном корпусе клапана и выпускным отверстием в указанном переднем торце удлиненного корпуса клапана, причем указанное выпускное отверстие соединено непосредственно с указанном основном отверстием в указанном сопле, при этом указанная топливная камера соединена с указанном топливовпускным отверстием, а указанный просвет зазора на одном конце указанного проточеного игольного отверстия - к указанной топливной камере, впускное отверстие для жидкой смазки - для присоединения к источнику жидкой смазки под давлением, канал подачи жидкой смазки, соединяющий указанное впускное отверстие для жидкой смазки с указанным зазором в первом положении по длине отверстия иглы, впускной патрубок запальной жидкости для присоединения к источнику запальной жидкости под давлением, и канал для запальной жидкости, проходящий от указанного впускного отверстия запальной жидкости в камеру или к указанному зазору во втором положении по длине упомянутого проточного игольного отверстия, которое находится ближе к указанной топливной камере, чем указанное первое положение.

Преимущество подачи запальной жидкости внутрь сопла клапана впрыска топлива, которое впрыскивает трудновоспламеняющееся жидкое топливо, заключается в том, что двигатель может работать, не используя внешней пилотной запальной инжекции через отдельный запальный клапан. Вместо этого воспламенение происходит внутри сопла топливного клапана, которое впрыскивает трудновоспламеняющееся жидкое топливо.

Запальная жидкость воспламеняется внутри камеры в сопле, где первичное пусковое пламя не попадает в камеру сгорания, что обеспечивает большую вероятность воспламенения жидкого топлива, которое происходит после или во время впрыска топлива. Это позволяет значительно снизить потребление запальной жидкости. Испытания показали, что возможны уровни существенно ниже 1% от максимально длительной допустимой нагрузки (MCR).

Посредством обеспечения независимой подачи запальной жидкости, отдельно от, например, системы жидкой смазки, дозировка запальной жидкости может регулироваться более точно и надежно, а тип запальной жидкости может быть легко изменен. Полный контроль количества запальной жидкости достигается за счет варьирования впускных зазоров и давления подачи, без ущерба для действия системы уплотнительного масла.

Запальная жидкость больше не ограничена маслом системы. Например, можно использовать более легковоспламеняющиеся жидкости, такие как дизельное топливо или DME (диметиловый эфир).

В соответствии с первым возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, канал подачи запальной жидкости проходит от впускного отверстия для запальной жидкости к топливной камере в позиции вблизи седла.

В соответствии со вторым возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, канал подачи запальной жидкости проходит от впускного отверстия для запальной жидкости в направлении седла.

В соответствии с третьим возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, канал запальной жидкости в направлении седла закрыт иглой клапана, если игла клапана опирается на седло.

В соответствии с четвертым возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, основное отверстие открыто в направлении основания.

В соответствии с пятым возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, источник запальной жидкости имеет давление, превышающее давление источника жидкого топлива.

В соответствии с шестым возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, топливный клапан дополнительно содержит отверстие для приводной жидкости в удлиненном корпусе топливного клапана для присоединения к источнику приводной жидкости под давлением, поршень насоса, установленный в первом отверстии в корпусе клапана с насосной камерой в первом отверстии на той же стороне, где и поршень насоса, приводной поршень, установленный во втором отверстии в корпусе клапана с приводной камерой во втором отверстии на той же стороне, где и приводной поршень, причем поршень насоса присоединен к приводному поршню для осуществления с ним синхронного движения, при этом приводная камера гидравлически соединена с отверстием для приводной жидкости, а насосная камера имеет выпускное отверстие, соединенное с топливной камерой, и впускное отверстие, соединенное с топливовпускным отверстием через обратный клапан в удлиненном корпусе топливного клапана, который предотвращает поток из насосной камеры в топливовпускное отверстие.

В соответствии с седьмым возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, топливная камера окружает иглу клапана и отверстие седла клапана, при том, что седло клапана установлено между топливной камерой и выходным отверстием.

В соответствии с восьмым возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, игла клапана выполнена с возможностью движения от закрытого положения в открытое положение, преодолевая смещение, когда давление в топливной камере превышает установленный предел.

В соответствии с девятым возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, топливный клапан дополнительно содержит впускное отверстие для охлаждающей жидкости, выпускное отверстие для охлаждающей жидкости и канал тока охлаждающей жидкости для охлаждения клапана впрыска топлива, в особенности участка топливного клапана, ближайшего к переднему торцу.

В соответствии с десятым возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, удлиненный корпус клапана содержит переднюю часть, которая соединена с задней частью, аксиально подвижную иглу клапана, расположенную в передней части, первое отверстие, второе отверстие и соответствующее продольное отверстие, образованное в задней части.

В соответствии с одиннадцатым возможным вариантом реализации первого аспекта изобретения, топливный клапан дополнительно содержит канал, соединяющий входное отверстие для уплотнительной жидкости с первым отверстием, для уплотнения поршня насоса в первом отверстии.

В соответствии со вторым аспектом, предлагается большой низкоскоростной двухтактный двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом с воспламенением от сжатия, содержащий топливный клапан, в соответствии с первым аспектом из любых возможных реализаций настоящего изобретения.

В первой возможной реализации второго аспекта, указанный двигатель дополнительно содержит источник топлива под давлением с регулируемым давлением Pf, источник уплотнительного масла под давлением с регулируемым давлением Ps и источник запальной жидкости под давлением с регулируемым давлением Pif.

В первой возможной реализации второго аспекта, Ps выше, чем Pf, и Pif выше, чем Pf.

В первой возможной реализации второго аспекта, двигатель выполнен с возможностью воспламенения топлива после ввода топлива в основное отверстие внутри сопла.

В соответствии с третьим аспектом, предлагается способ эксплуатации большого низкоскоростного двухтактного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом с воспламенением от сжатия, включающий подачу жидкого топлива под давлением с первым высоким давлением к топливному клапану двигателя, при этом топливный клапан имеет удлиненный корпус клапана с тыльным торцом и передним торцом, причем топливный клапан имеет полое сопло с множеством отверстий сопла, присоединяющих внутренний объем сопла к камере сгорания в цилиндре двигателя, при этом сопло содержит основание и удлиненный корпус сопла, при этом сопло присоединено своим основанием к переднему торцу удлиненного корпуса клапана, причем сопло имеет закрытый наконечник с отверстиями сопла, расположенными в непосредственной близости от наконечника, осуществляющими подачу запальной жидкости под вторым высоким давлением к топливному клапану, при этом второе высокое давление является более высоким, чем первое высокое давление, регулирующему впрыск жидкого топлива посредством подвижной иглы клапана, которая взаимодействует с седлом над полым соплом, при этом топливная камера расположена над седлом, подвергающим давлению топливную камеру с жидким топливом, обеспечивая непрерывный поток запальной жидкости к топливной камере и предоставляя возможность запальной жидкости накапливаться над седлом в течение периода времени, на протяжении которого аксиально подвижная игла клапана опирается на седло и начинает такт впрыска жидкого топлива посредством подъема от седла аксиально подвижной иглы, тем самым вызывая проникновение накопленной запальной жидкости в полое впрыскивающее сопло непосредственно перед жидким топливом, или доставляя строго дозированное количество запальной жидкости к седлу в момент поднятия аксиально подвижной иглы, и начиная такт впрыска жидкого топлива посредством подъема от седла аксиально перемещаемой иглы клапана, тем самым вызывая проникновение накопленной запальной жидкости в полое впрыскивающее сопло одновременно с жидким топливом.

В первом возможном варианте реализации третьего аспекта, жидкое топливо воспламеняется внутри сопла с помощью запальной жидкости.

В первом возможном варианте реализации третьего аспекта, температура сопла поддерживается выше 300°С в течение всего цикла работы двигателя.

Дополнительные объекты, признаки, преимущества и свойства топливного клапана и двигателя, в соответствии с настоящим раскрытием изобретения, станут очевидными из подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

В нижеследующей подробной части данного описания, сущность изобретения будет объяснена более подробно со ссылкой на примерны реализации изобретения, проиллюстрированные графическими материалами, на которых:

На Фиг. 1 изображен вид спереди большого двухтактного дизельного двигателя, согласно иллюстративного варианта реализации изобретения,

На Фиг. 2 изображен вид сбоку большого двухтактного двигателя, изображенного на Фиг. 1,

На Фиг. 3 представлено схематическое изображение большого двухтактного двигателя, изображенного на Фиг. 1, и

На Фиг. 4 представлено схематическое изображение типового варианта реализации одного топливного клапана в системе низкого потребления топлива двигателем, изображенного на Фиг. 1,

На Фиг. 5 изображен вид в разрезе схематического изображения типового варианта реализации топливной системы двигателя, изображенного на Фиг. 1 в верхней части цилиндра,

На Фиг. 6 изображен вид сверху топливного клапана для использования двигателем в соответствии с Фиг. 1-3 по примерной реализации изобретения,

На Фиг. 7 изображен вид в разрезе клапана впрыска топлива, изображенного на Фиг. 6,

На Фиг. 7a изображена первая реализация изобретения в виде увеличенной детали на Фиг. 7,

На Фиг. 7b изображена вторая реализация изобретения в виде увеличенной детали на Фиг. 7,

На Фиг. 7c изображена третья реализация изобретения в виде увеличенной детали на Фиг. 7

На Фиг. 7d изображена четвертая реализация изобретения в виде увеличенной детали на Фиг. 7,

На Фиг. 8 изображен иной вид в разрезе клапана для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, изображенного на Фиг. 6,

На Фиг. 9 изображен другой вид в разрезе клапана для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, изображенного на Фиг. 6,

На Фиг. 9a изображена увеличенная деталь Фигуры 9,

На Фиг. 10 изображен другой вид в разрезе клапана для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, изображенного на Фиг. 6, и

На Фиг. 11 изображен другой вид в разрезе клапана для впрыскивания топлива с низкой температурой воспламенения, изображенного на Фиг. 6.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В нижеследующем подробном описании, двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия будет описан со ссылкой на большой двухтактный низкоскоростной двигатель (дизель) внутреннего сгорания с турбонаддувом в типовых вариантах реализации изобретения. На Фиг. 1, 2 и 3 изображен большой низкоскоростной двухтактный дизельный двигатель с турбонаддувом с коленчатым валом 42 и траверсами 43. На Фиг. 3 схематично изображен большой низкоскоростной двухтактный дизельный двигатель с турбонаддувом, а также его системы для забора воздуха для горения и выпуска отработанных газов. В этом типовом варианте реализации изобретения двигатель имеет четыре цилиндра 1, расположенных в один ряд. Большие низкоскоростные двухтактные дизельные двигатели с турбонаддувом обычно имеют от четырех до четырнадцати цилиндров, выстроенных в один ряд, установленных на раме двигателя 13. Данный двигатель может быть использован, например, в качестве основного двигателя на океанском судне или в качестве стационарного двигателя для работы генератора на электростанции. Общая выходная мощность двигателя может составлять, например, от 1000 до 110000 кВт.

Двигатель в этом типовом варианте реализации изобретения представляет собой дизельный двигатель (с воспламенением от сжатия) двухтактного прямоточного типа с продувочными каналами 19 в нижней части цилиндров 1 и центральным выпускным клапаном 4 в верхней части цилиндров 1. Продувочный воздух проходит от ресивера продувочного воздуха 2 к продувочным каналам 19 отдельных цилиндров 1. Поршень 41 в цилиндре 1 сжимает продувочный воздух, топливо впрыскивается из клапанов впрыска топлива (подробно описано ниже) в крышке цилиндра (подробно описано ниже), происходит сгорание, и вырабатываются выхлопные газы. Когда выпускной клапан 4 открыт, выхлопные газы проходят через выпускной канал, связанный с цилиндром 1, в приемник 3 выхлопных газов и далее через первый выпускной канал 18 к турбине 6 турбонагнетателя 5, из которого выхлопные газы отводятся через второй выпускной канал и через экономайзер 28 к выпускному отверстию 29 и далее в атмосферу.

Турбина 6 посредством вала приводит в действие компрессор 9, снабжаемый наружным воздухом через воздухозаборное впускное отверстие 10. Компрессор 9 подает сжатый продувочный воздух в канал продувочного воздуха 11, ведущий к ресиверу продувочного воздуха 2.

Продувочный воздух в канале 11 проходит через промежуточный охладитель 12 для охлаждения продувочного воздуха. В типовом варианте реализации изобретения, указанный продувочный воздух выходит из компрессора при температуре около 200°С, и охлаждается до температуры между 36 и 80°С посредством промежуточного охладителя.

Охлажденный продувочный воздух проходит через вспомогательный вентилятор 16, приводимый в действие электродвигателем 17, который создает давление в потоке продувочного воздуха, если компрессор 9 турбонагнетателя 5 не подает достаточное давление для ресивера продувочного воздуха 2, т.е. в условиях низкой или частичной нагрузки двигателя. При более высоких нагрузках на двигатель компрессор турбонагнетателя 9 обеспечивает подачу достаточно сжатого продувочного воздуха, и в дальнейшем вспомогательный вентилятор 16 исключается посредством обратного клапана 15.

На Фиг. 4 схематически изображен клапан подачи жидкого топлива 50, вместе с его подключениями к источнику жидкого топлива 60 (такого как, например, мазутно-водяное топливо или топливо с низкой температурой воспламенения, такое как, например, метанол), к источнику охлаждающей жидкости (масло) 63, к источнику жидкой смазки 57, к источнику запальной жидкости 65, к источнику рабочей жидкости (масло) 97 через управляющий клапан 96, продувочный контрольный клапан 98 и клапан управления приводной жидкостью 98.

Топливопровод 62 проходит от источника жидкого топлива (60) под давлением к впускному отверстию в корпусе клапана подачи жидкого топлива 50. Топливопровод 62 может иметь двойную стенку, например, состоять из концентрических трубок или одной трубки внутри цельного блока, такого как крышка цилиндра 48. В топливопроводе 62 может быть предусмотрен створчатый клапан 61, для целей отключения топливного клапана 50 от источника жидкого топлива 60 для обеспечения возможности продувки/очистки топливного клапана 50 от запального топлива. Створчатый клапан 61 предпочтительно работает с использованием электронных средств и управляется посредством электронного блока управления. Электронный управляющий клапан 96 управляет тактами впрыска, и продувочный контрольный клапан 98 контролирует продувку путем предотвращения закрытия обратного клапана.

На Фиг. 5 изображена верхняя часть одного из множества цилиндров 1 в соответствии с типовым вариантом реализации изобретения. Верхняя крышка 48 цилиндров 1 снабжена некоторым количеством (обычно 2 или 3) топливных клапанов 50 для впрыскивания жидкого топлива из сопла топливных клапанов 50 внутрь камеры сгорания над поршнем 41 в цилиндре 1. В данном варианте реализации изобретения двигатель имеет по три клапана 50 жидкого топлива на каждый цилиндр, однако следует понимать, что одного или двух топливных клапанов 50 может быть достаточно, в зависимости от размера камеры сгорания. Выпускной клапан 4 расположен в центре верхней крышки с клапанами подачи жидкого топлива 50, расположенными ближе к стенке цилиндра.

В одном варианте реализации изобретения (не показан), два или три дополнительных клапана мазутного топлива могут быть установлены в верхней крышке 48 для работы двигателя на мазутном топливе. Клапаны мазутного топлива соединены с источником мазутного топлива под высоким давлением известным способом.

Передняя часть топливного клапана 50, которая находится ближе всего к соплу и ближайшая к камере сгорания, в одном варианте реализации изобретения охлаждается с использованием охлаждающей жидкости, такой, как охлаждающее масло, для чего может быть использовано масло системы (жидкая смазка). К тому же, корпус топливного клапана 50 снабжен впускным отверстием для подвода охлаждающей жидкости и выпускным отверстием для вывода охлаждающей жидкости и проточным каналом (не показан) между впускным и выпускным отверстием через переднюю часть корпуса топливного клапана 50. Впускное отверстие для подвода охлаждающей жидкости соединено каналом с источником с охлаждающей жидкости под давлением 63, например масла системы, а выпускное отверстие для отвода охлаждающей жидкости соединено каналом с баком для охлаждающей жидкости.

Корпус топливного клапана 50 также снабжен отверстием для приводной жидкости для управления открыванием и закрыванием топливного клапана 50. Электронноконтролируемый управляющий клапан 96, предпочтительно пропорциональный клапан, помещен в канал между источником с приводной жидкости 97 под давлением и отверстием для приводной жидкости для управления открыванием и закрыванием топливного клапана 50, т.е. для управления тактом впрыска.

Корпус топливного клапана 50 также оснащен впускным отверстием для запальной жидкости для подачи запальной жидкости из источника запальной жидкости 65 под давлением Pif.

Двигатель снабжен электронным блоком управления (не показан), который управляет работой двигателя. Сигнальные линии соединяют электронный блок управления с электронноконтролируемыми клапанами 96 и 98 и со створчатыми клапанами 61.

Электронный блок управления выполнен с возможностью определения точного времени впрыска клапаном жидкого топлива 50 и контроля дозировки (впрыскиваемый объем на такт впрыска) жидкого топлива топливными клапанами 50.

В одном варианте реализации электронный блок управления выполнен с возможностью управления формой инъективной кривой (формирование скорости подачи), поскольку топливный клапан выполнен с возможностью адаптации к таким кривым.

В типовом исполнении с легковоспламеняемым топливом электронный блок управления открывает и закрывает створчатый клапан 61 для обеспечения заполнения подающего топливопровода 62 легковоспламеняемым жидким топливом под давлением перед началом такта впрыска топлива. Створчатый клапан 61 закрывается электронным блоком управления, непосредственно перед продувкой топливного клапана 50 с целью его очистки от легковоспламеняемого топлива.

На Фиг. 6 изображен вид в перспективе топливного клапана 50 с удлиненным корпусом клапана 52, при том, что сопло 54 соединено с передним торцом удлиненного корпуса клапана 52 и масловпускным отверстием 70 и к контрольному продувочному отверстию 36 для целей контроля операций по продувке. Сопло 54 выполнено со множеством сопловых отверстий 56, которые радиально и аксиально распределены вокруг сопла 54.

На Фиг. 7, 8, 9, 10 и 11 изображены виды поперечного сечения топливного клапана 50, предназначенного для впрыскивания жидкого топлива в камеру сгорания 41 двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Топливный клапан 50 имеет удлиненный корпус клапана 52 с тыльным торцом и соплом 54, прикрепленным к его переднему торцу. Сопло 54 состоит из съемного корпуса, который прикреплен своим основанием 46 к переднему торцу корпуса клапана. Тыльный торец корпуса клапана 52 имеет множество отверстий, включая контрольное продувочное отверстие 36, отверстие для приводной жидкости 78, отверстие для запальной жидкости 67 и отверстие для обнаружения утечки газа (не показано), которое соединено с каналом для обнаружения утечки газа 34. Тыльный торец увеличен образуя головку, которая выступает из крышки 48 цилиндра, когда топливный клапан 50 установлен в крышке 48 цилиндра. В данном варианте реализации изобретения топливные клапаны 50 расположены вокруг центрального выпускного клапана 4, т.е. достаточно близко к стенке гильзы цилиндра. Удлиненный корпус клапана 52 и другие компоненты клапана 50 впрыска топлива, так же, как и сопло, в варианте реализации изобретения выполнены из стали, такой, как, например, инструментальная сталь и нержавеющая сталь.

Полое сопло 54 снабжено отверстиями сопла 56, которые соединены с основным отверстием 55 в сопле 54, при этом отверстия 56 сопла распределены радиально и предпочтительно также в сущности над соплом 54. Отверстия 56 сопла расположены в осевом направлении вблизи от закрытого наконечника 59, и в настоящем варианте реализации изобретения радиальное распределение отверстий сопла 56 выполнено в относительно узком диапазоне около 50°. Радиальная ориентация отверстий сопла такова56, что отверстия сопла 56 направлены от стенки гильзы цилиндра. Кроме того, отверстия сопла 56 направлены таким образом, что они находятся приблизительно в том же направлении, что и направление вихревого продувочного воздуха в камере сгорания, благодаря наклонной конфигурации продувочных отверстий (этот вихрь является хорошо известным признаком больших двухтактных двигателей внутреннего сгорания прямоточного типа с турбонаддувом).

Наконечник 59 сопла 54 находится в закрытом положении, т.е. отсутствует направленное вниз отверстие сопла 46. При этом сопло 54 присоединено своим основанием 46 к переднему торцу корпуса клапана52, с основным отверстием сопла 54, открытого в направлении выпускного отверстие 68 на переднем торце корпуса клапана 52. Седло 69 клапана расположено на переходе между осевым отверстием, образующим выпускное отверстие 68 и топливной камерой 58.

Аксиально подвижная игла 61 клапана скользяще входит в узкий зазор в продольное отверстие 64 удлиненного корпуса клапана 52, и наличие смазки между аксиально смещаемой иглой 61 клапана и продольным отверстием в этом случае является критическим. К тому же, жидкая смазка под давлением подается в зазор между продольным отверстием 64 и иглой клапана через канал (проход) 47. Канал 47 соединяет зазор между иглой клапана 61 и осевого отверстия с масловпускным отверстием 70, которое, в свою очередь, может быть соединено с источником жидкой смазки 57, находящегося под давлением Ps. Жидкая смазка предотвращает утечку топлива внутрь зазора между иглой клапана 61 и осевым отверстием при работе на топливе с низкой температурой воспламенения. Кроме того, жидкая смазка обеспечивает смазку между иглой клапана 61 и осевым отверстием 64. В одном варианте реализации изобретения, давление в источнике для жидкой смазки 57 по крайней мере превышает давление, при котором подается жидкое топливо из источника жидкого топлива, однако может быть значительно ниже максимального давления в насосной камере 82 на протяжении такта впрыска до тех пор пока агрегированный поток в зазоре между поршнем насоса 80 и 1-ым отверстием 81 проходят в направлении к насосной камере 82.

Игла 61 клапана находится в закрытом и открытом положении. Игла 61 клапана снабжена коническим участком, форма которого соответствует седлу 69 клапана. В закрытом положении конический участок иглы клапана опирается на седло 69 клапана. Конический участок поднят от седла 69 клапана в открытом положении, и игла 61 клапана упруго смещается в закрытое положение под действием натянутой спиральной пружиной 38. Натянутая спиральная пружина 38 действует на иглу 61 клапана и смещает иглу 61 клапана в направлении ее закрытого положения, в котором конический участок опирается на седло 69.

Спиральная пружина 38 представляет собой спиральную пружину, которая входит в пружинную камеру 88 в удлиненном корпусе 52 топливного клапана. Охлаждающее масло протекает через пружинную камеру 88. Один конец спиральной пружины сцеплен с концом пружинной камеры 88, и другой конец спиральной пружины 38 сцеплен с расширенным участком или фланцем на игле 61 клапана, таким образом упруго прижимая иглу клапана к седлу 69 клапана.

Удлиненный корпус 52 клапана снабжен топливовпускным отверстием 53 для присоединения к источнику жидкого топлива 60 под давлением посредством низкорасходного топливопровода 62. Топливопускное отверстие 53 соединено с насосной камерой 82 в корпусе 52 клапана через канал 51 и обратный клапан 7. Обратный клапан 74 (всасывающий клапан) установлен внутри корпуса 52 клапана. Обратный клапан 74 обеспечивает подачу жидкого топлива через канал 51 в насосную камеру 82, и предотвращает его движение в противоположном направлении.

Поршень 80 насоса расположен с возможностью скольжения и герметично установлен в первом отверстии 81 в удлиненном корпусе 52 топливного клапана с насосной камерой 82 в первом отверстии 81 с одной стороны поршня 80 насоса. Приводной поршень 83 расположен с возможностью скольжения и герметично установлен во втором отверстии 84 в корпусе 52 клапана с приводной камерой 85 во втором отверстии 84 с одной стороны приводного поршня 83. Поршень 80 насоса соединен с приводным поршнем 83 для совместного перемещения с ним, то есть поршень 80 насоса и приводной поршень 83 могут скользить в своих соответствующих отверстиях 81, 84 синхронно. В настоящем варианте реализации изобретения поршень 80 насоса и приводной поршень 83 выполнены в виде единой корпусной детали, однако следует отметить, что поршень 80 насоса и приводной поршень 83 могут быть отдельными взаимосвязанными корпусами.

Приводная камера 85 гидравлически соединена с отверстием для приводной жидкости 78. Электронный управляющий клапан 96 регулирует поток приводной жидкости под давлением в отверстие для приводной жидкости 78, тем самым, из него в приводную камеру 85 и из нее.

В начале такта впрыска электронный блок управления выдает электронному управляющему клапану 96 команду пропустить приводную жидкость в приводную камеру 85. Приводная жидкость под давлением в приводной камере 85 воздействует на приводной поршень 83, создавая тем самым усилие, которое прижимает поршень 81 насоса внутрь насосной камеры 82. Таким образом, давление жидкого топлива в насосной камере 82 увеличивается. В варианте реализации изобретения диаметр приводного поршня 83 больше, чем диаметр поршня 80 насоса, и, таким образом, давление в насосной камере 82 будет соответственно выше, чем давление в приводной камере 85, и комбинация приводного поршня 83 и поршня 80 насоса действует как усилитель давления.

Один или более каналов (проходов) 57 гидравлически соединяют насосную камеру 82 с топливной камерой 58, и, тем самым, 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 клапана выполнена с возможностью перемещения наружу от сопла 54 для обеспечения подъема, и по направлению к соплу 54 для уменьшения подъема. В ее открытом положении игла 61 клапана поднята от седла 69, тем самым обеспечивая поток жидкого топлива из насосной камеры 82 в топливную камеру 58 через седло 69 клапана и через выпускное отверстие 68 в основное отверстие 55 в сопле 54. Жидкость с низкой температурой воспламенения выходит из основного отверстия 55 через отверстия 56 сопла.

Игла 61 клапана поднимается, когда давление жидкого топлива в насосной камере 82 превышает усилие, оказываемое спиральной пружины 38. Таким образом, игла 61 клапана выполнена с возможностью открытия, противодействуя смещению пружины 38, когда давление топлива в насосной камере 82 (и в топливной камере 55) превышает заданное пороговое значение. Давление топлива нагнетается поршнем 80 насоса, действующим на жидкое топливо с низкой температурой воспламенения в насосной камере 82.

Игла 61 клапана выполнена с возможностью смещения в направлении сопла 54 с коническим участком, перемещаясь в направлении седла 69 клапана. Это происходит, когда давление в жидком топливе уменьшается, если поршень 80 насоса больше не действует на топливо в насосной камере 82, и усилие спиральной пружины 38 для закрытия иглы 61 клапана становится больше, чем усилие жидкого топлива с низкой температурой воспламенения для открытия иглы 61 клапана.

Когда электронный блок управления заканчивает такт впрыска, он выдает команду электронному управляющему клапану 96 соединить приводную камеру 85 с баком. Камера 82 насоса соединена с находящимся под давлением источником жидкого топлива 60, а давление подачи жидкого топлива с низкой температурой воспламенения, которое втекает через обратный клапан 74, будет оказывать усилие на приводной поршень 83 внутри приводной камеры 85 до тех пор, пока он не достигнет положения, показанного на Фиг. 7, с насосной камерой 82, полностью заполненной жидким топливом, так что топливный клапан 50 готов к следующему такту впрыска. На Фиг. 8 изображено положение поршня 82 насоса и приводного поршня 83 в момент, близкий к концу такта впрыска, причем с основной частью насосной камеры 80, освободившейся от жидкого топлива.

Такт впрыска жидкого топлива регулируется электронным блоком управления БУД за счет длительности времени активации и длины хода поршня 82 насоса (формирование скорости подачи). Количество низко-потребляемого топлива, впрыснутого за один такт впрыска, определяется длиной хода поршня 80 насоса. Таким образом, по сигналу от электронного блока управления давление приводной жидкости в приводной камере 85 растет.

В конце такта впрыска электронный управляющий клапан 96 ослабляет давление в приводной камере 85, и усилие жидкого топлива под давлением в насосной камере 82 вызывает выталкивание приводного поршня 83 назад в направлении второго отверстия 85 до тех пор, пока он не достигнет другого края отверстия 85, а насосная камера 82 не окажется полностью заполненной жидким топливом, а топливный клапан 50 не будет готов к следующему такту впрыска.

В одном варианте реализации изобретения (не показан) топливный клапан 50 содержит усиливающую давление форму плунжера с двумя разными диаметрами, при этом часть плунжера с большим диаметром обращена к камере, имеющей отверстие, которое присоединено к управляющему клапану 96, а часть плунжера с большим диаметром обращена к камере с отверстием, которое соединено с каналами (проходами) 51 и 47 так, чтобы повысить давление жидкой смазки во время такта впрыска топлива, обеспечивая тем самым высокое давление смазки именно в то время, когда необходимо обеспечить высокое давление смазки.

Топливный клапан 50 снабжен масловпускным отверстием 70 для присоединения к источнику жидкой смазки под давлением, и снабжен каналом 30, проходящим от масловпускного отверстия 70 к первому отверстию 81 для уплотнения и смазки поршня 80 насоса в первом отверстии цилиндра 81. В одном варианте реализации изобретения, давление в источнике жидкой смазки 57 примерно равно максимальному давлению в насосной камере 82 во время такта впрыска.

В одном варианте реализации изобретения, топливный клапан 50 снабжен средствами для осуществления селективного направления потока от насосной камеры 82 в топливовпускное отверстие 53 для продувки топливного клапана 50. Средства для осуществления селективного направления потока от насосной камеры 82 в топливовпускное отверстие 53 содержат средства для осуществления селективной деактивации функции невозврата обратного клапана 74 (всасывающего клапана).

Игла 69 клапана выполнена с возможностью перемещения из закрытого положения в открытое положение в качестве реакции на смещение спиральной пружины 38, когда давление в топливной камере 58 превышает заданное пороговое значение.

Удлиненный корпус 52 клапана в одном варианте реализации изобретения снабжен впускным отверстием 45 для охлаждающей жидкости и выпускным отверстием 32 для охлаждающей жидкости, а также каналом 44 тока охлаждающей жидкости для охлаждения клапана 50 впрыска топлива, в частности, части топливного клапана 50, ближайшей к переднему торцу, т.е. ближайшей к соплу и теплу, излучаемому от камеры сгорания. Охлаждающая жидкость, по одному из вариантов реализации изобретения, представляет собой масло системы для смазки двигателя. В одном варианте реализации изобретения, канал тока охлаждающей жидкости содержит камеру 88 пружины, в которой размещена спиральная пружина 38.

В одном варианте реализации изобретения удлиненный корпус 52 клапана содержит переднюю часть 33, которая соединена с задней частью 35. Аксиально подвижная игла 61 клапана расположена в передней части 33, при этом первое отверстие цилиндра 81, второе отверстие 84 и соответствующее продольное отверстие образованы в задней части 35.

В одном варианте реализации изобретения топливный клапан 50 имеет канал 47, проходящий от масловпускного отверстия 70, предназначенного для жидкой смазки и уплотнительной жидкости, до продольного отверстия 64 иглы в положении Р1 вдоль длины продольного отверстия 64 иглы для герметизации иглы 61 клапана в продольном отверстии 64 иглы. Уплотнительное масло течет от положения Р1 через зазор как вверх к камере, окружающей спиральную пружину, так и вниз по направлению к топливной камере 58. Часть запальной жидкости, которая течет в приводную камеру 74, смешивается с охлаждающим маслом. Это не оказывает существенного влияния на охлаждающее масло.

В данном первом варианте реализации изобретения, часть запальной жидкости, которая течет в топливную камеру 58, соответствует давлению запальной жидкости, которая подается в зазор посредством канала 66 для запальной жидкости, который проходит от впускного отверстия для запальной жидкости 67 через корпус 52 клапана к зазору в положении Р2, которое ближе к топливной камере 58, чем положение Р1. Входное впускное отверстие для запальной жидкости 67 присоединено к источнику запальной жидкости 65 под давлением. Поскольку давление уплотнительного масла выше, чем давление запальной жидкости, уплотнительное масло будет предотвращать просачивание запальной жидкости в обратном направлении в систему уплотнительного масла.

Запальная жидкость, которая подается в зазор через канал 66 для запальной жидкости, перемещается вдоль осевой линии продолжения зазора в топливную камеру 58 и накапливается в нижней части топливной камеры 58, т.е. непосредственно над седлом 69, в то время как подвижная в осевом направлении игла 61 клапана опирается на седло 69, как показано на Фиг. 7А.

Размеры зазора точно регулируются и выбираются таким образом, что соответствующее количество запальной жидкости собирается в нижней части топливной камеры 58 во время цикла работы двигателя, в течение которого аксиально подвижная игла 61 клапана опирается на седло 69. Подходящим количеством запальной жидкости является количество, которого достаточно для создания надежного и стабильного воспламенения, и которое может находиться в пределах, например, от 0,1 до 200 мг, в зависимости, например, от размера и нагрузки двигателя. Размеры зазора выбирают в зависимости от свойств запальной жидкости, таких как, например, вязкость, так, что постоянный поток запальной жидкости соответствующей величины достигается, когда источник запальной жидкости имеет давление, выше предела давления источника жидкого топлива.

После сигнала от электронного блока управления давление жидкого топлива в топливной камере 58 повышается, и игла 61 клапана поднимается от седла 69 из своего закрытого положения в свое открытое положение. Запальная жидкость, накопленная в нижней части топливной камеры 58 (Фиг. 7а), за которой следует жидкое топливо, поступает сначала в основное отверстие 55 в сопле 54, т.е. жидкое топливо толкает запальную жидкость вперед и внутрь основного отверстия 55. Таким образом, запальная жидкость, которая была накоплена в камере сгорания 58, будет поступать в основное отверстие 55 в сопле 54 непосредственно перед жидким топливом. Непосредственно в момент перед открытием топливного клапана 50, основное отверстие 55 заполняется смесью сжатого горячего воздуха и остаточного несгоревшего топлива благодаря сжатию продувочного воздуха в камере сгорания (отверстия 56 сопла обеспечивают поток воздуха из камеры сгорания в основное отверстие 55). Таким образом, вскоре после открытия топливного клапана 50, внутри основного отверстия 55 находятся горячий сжатый воздух, запальная жидкость и жидкое топливо. Это приводит к воспламенению жидкого топлива, уже находящегося внутри полого сопла 54.

В конце такта впрыска электронный блок управления ослабляет давление в приводной камере 85, и сила спиральной пружины 38 побуждает иглу 61 клапана вернуться в седло 69.

Согласно второму типовому варианту реализации изобретения, который по существу идентичен первому типовому варианту реализации изобретения, описанному выше, подача запальной жидкости осуществляется не в зазор, а в седло 69. Этот вариант реализации изобретения проиллюстрирован со ссылкой на Фиг. 7b. Угол раскрытия конического наконечника иглы 61 клапана является немного более острым, чем угол открытия конического седла 69, и, таким образом, появляется узкий зазор между наконечником иглы клапана и седлом 69 клапана. Этот узкий зазор позволяет запальной жидкости 49 накапливаться в топливной камере 58 в и непосредственно над седлом 69 клапана, в то время как игла 61 клапана сама опирается на седло 69.

В соответствии с третьим вариантом реализации изобретения, который по существу идентичен вариантам реализации изобретения, описанным выше, подача запальной жидкости осуществляется в топливную камеру 58. Этот вариант реализации изобретения проиллюстрирован со ссылкой на Фиг. 7с. Канал 66 для запальной жидкости открывается в топливную камеру 58, предпочтительно непосредственно над или рядом с седлом 69. Запальная жидкость 49 накапливается в топливной камере 58 над седлом 69 клапана в то время, как игла 61 клапана сама опирается на седло 69.

В соответствии с четвертым вариантом реализации изобретения, который по существу идентичен вариантам реализации изобретения, описанным выше, подача запальной жидкости осуществляется к седлу 69. Этот вариант реализации изобретения проиллюстрирован со ссылкой на Фиг. 7d. Угол открытия конического наконечника иглы 61 клапана по существу идентичен углу открытия конического седла 69, и, таким образом, игла 61 клапана перекрывает открытие канала 66 запальной жидкости в сторону седла клапана, когда игла 61 клапана опирается на седло 69 клапана. Запальная жидкость подается в седло 69 клапана через канал 66 запальной жидкости, открывающийся в сторону седла 69 клапана, когда игла клапана поднята. В этом варианте реализации изобретения, подача соответствующего количества запальной жидкости должна происходить за короткий промежуток времени и, следовательно, давление подачи запальной жидкости и или площадь поперечного сечения канала 66 подачи запальной жидкости увеличиваются по сравнению с вариантами реализации изобретения, описанными выше.

Впрыск жидкого топлива регулируется подвижной иглой 61 клапана, которая взаимодействует с седлом 69 над полым соплом 54. Топливная камера 58 находится под давлением, вызванным жидким топливом. Небольшой непрерывный поток запальной жидкости, доставляемый в топливную камеру 58, находится в соответствии с первым-, вторым- и третьим вариантами реализации изобретения, и запальная жидкость 49 накапливается над седлом 69 в течение периодов, когда игла 61 клапана опирается на седло 69 (варианты реализации изобретения, в соответствии с Фиг. 7а, 7b и 7с). Такт впрыска топлива начинается с подъема аксиально подвижной иглы 61 клапана от седла 69, тем самым вызывая поступление накопленной запальной жидкости 49 в основное отверстие 55 в полом сопле 54 впрыска непосредственно перед жидким топливом. Затем жидкое топливо воспламеняется внутри сопла 54 с помощью запальной жидкости.

Для варианта реализации изобретения согласно Фиг. 7d, запальная жидкость подается к седлу 69 клапана, когда игла 61 клапана поднята, и, таким образом, жидкое топливо и запальная жидкость подаются в основное отверстие 45 в сопле впрыскивающего сопла одновременно.

Двигатель выполнен с возможностью воспламенения от сжатия впрыснутого жидкого топлива с помощью запальной жидкости и без использования другого оборудования для воспламенения.

Двигатель выполнен с возможностью воспламенения жидкого топлива при входе в основное отверстие внутри сопла 54.

В одном варианте реализации изобретения, температуру сопла 54 поддерживают выше 300°С в течение всего цикла двигателя. В еще одном варианте реализации изобретения температура внутри полого сопла 54 составляет около 600°С в конце такта сжатия.

В одном варианте реализации изобретения, топливный клапан 50 снабжен специально предназначенным управляющим клапаном, находящимся в гидравлическом соединении между насосной камерой 82 и топливовпускным отверстием 53 для селективного направления потока из насосной камеры 82 к топливовпускному отверстию 53 для продувки топливного клапана 50. Этот управляющий клапан предпочтительно открывается и закрывается в ответ на управляющий сигнал. В этом варианте реализации изобретения нет необходимости предусматривать средства для селективной деактивации невозвратной функции обратного клапана 74.

В одном варианте реализации изобретения источник жидкой смазки имеет регулируемое давление Ps, а источник жидкого топлива имеет регулируемое давление Pf, причем Ps является более высоким, чем Pf. В этом варианте реализации изобретения регулируемое давление Ps может быть ниже максимального давления в насосной камере 82 во время хода насоса. В этом случае Ps, размер зазора и максимальное давление в насосной камере 82 в течение хода насоса независимо выбраны так, что если жидкое топливо с низкой температурой воспламенения поступает в зазор, и замещает смазочную жидкость вдоль части длины, но не всей длины поршня 80 насоса, и в котором уплотнительная жидкость заменяет по существу все топливо с низкой температурой воспламенения в зазоре до того, как имеет место следующий ход насоса, а также любой остаток топлива с низкой температурой воспламенения, то не произойдет попадания топлива с низкой температурой воспламенения в собственно систему жидкой смазки.

Термин "содержащий", используемый в формуле изобретения, не исключает наличие других элементов или этапов. Артикль "а" или "an", используемый в формуле изобретения, не исключает множества. Электронный блок управления может выполнять функции нескольких средств, перечисленных в формуле изобретения.

Ссылочные позиции, использованные в формуле изобретения, не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.

Хотя настоящее изобретение было подробно описано с иллюстративной целью, понятно, что такие детали предназначены только для этой цели, а специалистами в данной области техники могут быть сделаны изменения без отклонения от объема изобретения.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен топливный клапан (50) для впрыска жидкого топлива в камеру сгорания двухтактного ДВС с турбонаддувом и воспламенением от сжатия, содержащий удлиненный корпус (52) клапана и сопло (54) с закрытым наконечником (59), каналом (55) и отверстиями (56) впрыска. Топливный клапан содержит топливовпускное отверстие (53) для присоединения к источнику жидкого топлива под давлением и аксиально подвижную иглу (61), установленную с возможностью скольжения в продольном отверстии (64) в корпусе (52) клапана с зазором между иглой (61) клапана и отверстием (64) для иглы, при этом игла (61) клапана опирается на седло (69) в закрытом положении. Седло (69) расположено между топливной камерой (58) и выпускным отверстием (68), при этом выпускное отверстие (68) соединено с каналом (55) в сопле (54), а топливная камера (58) соединена с топливовпускным отверстием (53). Топливный клапан содержит отверстие (70) для жидкой смазки для присоединения к источнику жидкой смазки под давлением, а также канал подачи жидкой смазки (47), выходящий через первое положение (Р1) в зазор вдоль длины отверстия (64) для иглы. Топливный клапан содержит впускное отверстие (67) для запальной жидкости для присоединения к источнику запальной жидкости под давлением, при этом канал запальной жидкости (66) проходит от впускного отверстия (67) для запальной жидкости в топливную камеру (58) или в зазор во втором положении (Р2) вдоль длины отверстия (64) для иглы, которое находится ближе к топливной камере (58), чем первое положение (Р1). 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Топливный клапан (50) для впрыска жидкого топлива в камеру сгорания большого двухтактного низкоскоростного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом и воспламенением от сжатия, содержащий:

удлиненный корпус (52) клапана с тыльным торцом и передним торцом,

сопло (54), содержащее удлиненный корпус сопла, проходящий от основания (46) до закрытого наконечника (59), основное отверстие (55), проходящее от основания (46) до закрытого наконечника (59), и множество отверстий (56) сопла, соединенных с основным каналом (55),

причем сопло (54) расположено на указанном переднем торце удлиненного корпуса (52) клапана с основанием (46), соединенным с указанным передним торцом,

топливовпускное отверстие (53) в удлиненном корпусе (52) топливного клапана для присоединения к источнику (60) жидкого топлива под давлением,

аксиально подвижную иглу (61) клапана, выполненную с возможностью скольжения в продольном отверстии (64) для иглы в удлиненном корпусе (52) клапана с зазором между иглой (61) клапана и отверстием (64) для иглы, при этом игла (61) клапана имеет закрытое положение и открытое положение, причем игла (61) клапана опирается на седло (69) клапана в указанном закрытом положении и поднята от седла (69) клапана в открытом положении, при этом игла клапана (61) смещается в сторону указанного закрытого положения,

при этом седло (69) расположено в удлиненном корпусе (52) клапана между топливной камерой (58) в корпусе (52) клапана и выпускным отверстием (68) в указанном переднем торце удлиненного корпуса (52) клапана,

выпускное отверстие (68) соединено непосредственно с основным каналом (55) в сопле (54),

топливная камера (58) соединена с топливовпускным отверстием (53),

указанный зазор открыт на одном конце отверстия (64) для иглы в направлении топливной камеры (58),

масловпускное отверстие (70) для жидкой смазки для присоединения к источнику жидкой смазки (57) под давлением,

канал (47) подачи жидкой смазки, соединяющий указанное масловпускное отверстие (70) для жидкой смазки с указанным зазором в первом положении (Р1) вдоль длины отверстия (64) для иглы,

при этом топливный клапан (50) содержит

впускное отверстие для запальной жидкости (67) для присоединения к источнику запальной жидкости (65) под давлением, и

канал (66) подачи запальной жидкости, проходящий от впускного отверстия для запальной жидкости (67) к камере (58) или к указанному зазору во втором положении (Р2) по длине отверстия (64) для иглы, которое находится ближе к топливной камере (58), чем первое положение (Р1).

2. Топливный клапан по п. 1, отличающийся тем, что канал (66) для запальной жидкости проходит от впускного отверстия (67) для запальной жидкости к топливной камере (58) в положении, примыкающем к седлу (69).

3. Топливный клапан по п. 1, отличающийся тем, что канал (66) для запальной жидкости проходит от впускного отверстия (67) для запальной жидкости до седла (69).

4. Топливный клапан по п. 3, отличающийся тем, что отверстие канала (66) для запальной жидкости в направлении седла (69) закрывается посредством иглы (61) клапана, когда игла (61) клапана опирается на седло (69).

5. Топливный клапан по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что основное отверстие (55) открыто в направлении основания (46).

6. Топливный клапан по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что источник запальной жидкости (65) имеет давление, которое выше, чем давление источника жидкого топлива (60).

7. Топливный клапан по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий отверстие (78) для приводной жидкости в удлиненном корпусе (52) топливного клапана для присоединения к источнику (60) приводной жидкости под давлением,

поршень (80) насоса, установленный в первом отверстии (81) в корпусе (52) клапана с насосной камерой (82) в первом отверстии (81) с одной стороны от поршня (80) насоса,

приводной поршень (83), установленный во втором отверстии (84) в корпусе (52) клапана с приводной камерой (85) во втором отверстии (84) с одной стороны от приводного поршня (83),

поршень (80) насоса, присоединенный к приводному поршню (83) для синхронного движения вместе с ним,

приводную камеру (85), гидравлически соединенную с отверстием (78) для приводной жидкости, и

насосную камеру (82), содержащую выпускное отверстие, соединенное с топливной камерой (58), и впускное отверстие, соединенное с топливовпускным отверстием (53) через обратный клапан (74) в удлиненном корпусе (52) топливного клапана, который предотвращает поток от насосной камеры (82) к топливовпускному отверстию (53).

8. Топливный клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что топливная камера (58) окружает иглу (61) клапана и отверстие, направленное в сторону седла (69) клапана, причем седло клапана (69) расположено между топливной камерой (58) и выпускным отверстием (68).

9. Топливный клапан (50) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что игла (61) клапана выполнена с возможностью движения из указанного закрытого положения в указанное открытое положение в ответ на указанное смещение, когда давление в топливной камере (58) превышает заданное пороговое значение.

10. Топливный клапан (50) по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий впускное отверстие для охлаждающей жидкости и выпускное отверстие для охлаждающей жидкости, а также канал (44) тока охлаждающей жидкости для охлаждения клапана впрыска топлива (50), в частности части топливного клапана (50), ближайшей к указанному переднему торцу.

11. Топливный клапан (50) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что удлиненный корпус (52) клапана содержит переднюю часть (33), которая соединена с задней частью (35), при этом аксиально подвижная игла (61) клапана расположена в передней части (33), при этом первое отверстие (81), второе отверстие (84) и указанное соответствующее продольное отверстие сформированы в задней части (35).

12. Топливный клапан (50) по любому из пп. 7-11, дополнительно содержащий канал (30), соединяющий впускное отверстие (70) уплотнительной жидкости с первым отверстием (81) для уплотнения поршня (80) насоса в указанном первом отверстии.

13. Большой двухтактный низкоскоростной двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом с воспламенением от сжатия (1), содержащий топливный клапан (50) в соответствии с любым из предшествующих пунктов.

14. Двигатель по п. 13, дополнительно содержащий источник топлива (60) под давлением с регулируемым давлением Pf, источник жидкой смазки (57) под давлением с регулируемым давлением Ps и источник запальной жидкости (65) под давлением с регулируемым давлением Pif.

15. Двигатель по п. 14, отличающийся тем, что давление Ps превосходит Pf, a Pif превосходит Pf.

16. Двигатель по любому из пп. 13-15, выполненный с возможностью воспламенения указанного топлива при поступлении топлива в основное отверстие (55) внутри сопла (54).

17. Способ работы большого двухтактного низкоскоростного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом с воспламенением от сжатия, включающий:

подачу жидкого топлива под давлением при первом высоком давлении в топливный клапан (50) указанного двигателя,

причем указанный топливный клапан имеет удлиненный корпус (52) клапана с тыльным и передним торцом,

при этом топливный клапан (50) имеет полое сопло (54) с множеством отверстий (56) в сопле, соединяющих внутреннее пространство (55) сопла (54) с камерой сгорания в цилиндре (1) указанного двигателя, причем сопло (54) содержит основание (46) и удлиненный корпус сопла, причем сопло (54) присоединено его основанием (46) к переднему торцу удлиненного корпуса (52) клапана, причем сопло (54) имеет закрытый наконечник (59) с отверстиями (56)сопла, расположенными вблизи от наконечника (59),

подачу запальной жидкости при втором высоком давлении в топливный клапан (50), при том что второе высокое давление выше первого высокого давления,

управление впрыском жидкого топлива осуществляется подвижной иглой (61) клапана, которая взаимодействует с седлом (69) над полым соплом (54),

топливную камеру (58), расположенную над седлом (69),

топливную камеру (58) под давлением, оказываемым указанным жидким топливом,

подачу в топливную камеру (58) непрерывного потока запальной жидкости и предоставление возможности указанной запальной жидкости накапливаться над седлом (69) в течение периодов, когда аксиально подвижная игла (61) клапана опирается на седло (69) и запускается такт впрыска жидкого топлива посредством подъема от седла (69) аксиально подвижной иглы (61) клапана, тем самым являясь причиной того, чтобы накопленная запальная жидкость поступила в полое сопло (54) впрыска непосредственно перед жидким топливом,

или подачу точно дозируемого количества запальной жидкости в седло (69), когда аксиально подвижная игла (61) клапана поднята и запускается такт впрыска жидкого топлива посредством подъема от седла (69) аксиально перемещаемой иглы (61) клапана, тем самым являясь причиной того, чтобы указанная накопленная запальная жидкость поступила в полое впрыскивающее сопло (54) одновременно с жидким топливом.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что указанное жидкое топливо воспламеняется внутри сопла (54) с помощью указанной запальной жидкости.