МНОГОСТРУЙНЫЙ ИНЖЕКТОР С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА Российский патент 2019 года по МПК F02M61/06 F02M61/10 F02M61/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к общей области способов и систем управления непосредственным впрыском топлива в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства.

Уровень техники

В двигателях внутреннего сгорания могут использовать непосредственный впрыск топлива, при котором в каждый из цилиндров двигателя впрыскивают под высоким давлением точно регулируемое количество топлива, что повышает топливную экономичность и мощность двигателя. В традиционных инжекторах непосредственного впрыска топлива конфигурация и геометрия отверстия сопла инжектора позволяют регулировать характеристики сгорания и оказывать влияние на выбросы транспортного средства. Обычно топливо впрыскивают в цилиндр двигателя из резервуара, расположенного на конце иглы топливного инжектора, через несколько отверстий, выполненных различной формы для повышения степени распыления и эффективности смешивания топлива с воздухом.

Один из примеров решений, направленных на повышение эффективности смешивания топлива с воздухом в инжекторе непосредственного впрыска, представлен в патентном документе WO 2004053326. В соответствии с данным решением сопло топливного инжектора содержит несколько отверстий и свободно перемещающийся шарик, расположенный внутри предусмотренного в топливном сопле топливного тракта с завихрением. Завихрение, создаваемое инжекторной иглой, закручивает свободно перемещающийся шарик, который перекрывает сопловые отверстия топливного инжектора, регулируя впрыск топлива через сопловые отверстия топливного инжектора.

Однако авторы настоящего изобретения выявили некоторые недостатки, присущие данному решению. Например, в нем отсутствует возможность точного регулирования положения свободно перемещающегося шарика в топливном тракте с завихрением, что приводит к случайному распределению струй топлива по сопловым отверстиям, что, в свою очередь, может привести к взаимодействию струй топлива. Кроме того, случайное расположение свободно перемещающегося шарика для препятствования прохождению струй топлива через отверстия сопла может привести к более интенсивному использованию одних отверстий сопла по сравнению с другими отверстиями сопла, что может привести к увеличению длины прохождения струй топлива и снижению качества выбросов.

Раскрытие сущности изобретения

В соответствии с одним из примеров осуществления изобретения для устранения вышеуказанных недостатков предложена система топливного инжектора, содержащая корпус инжектора с несколькими сопловыми отверстиями и инжекторную иглу, соединенную с инжекторным штифтом. Инжекторная игла содержит криволинейный топливный канал, сообщающийся по текучей среде с топливным резервуаром, расположенным внутри инжекторного штифта. Инжекторные игла и штифт расположены внутри корпуса инжектора, причем криволинейный топливный канал выполнен с возможностью сообщения по текучей среде с несколькими сопловыми отверстиями в то время, когда инжекторная игла приведена в движение.

В соответствии с одним из примеров осуществления для перемещения иглы вниз, которое приводит к перемещению штифта вниз с прохождением им нескольких положений, может быть активирован привод, соединенный с иглой. В каждом из положений одно или несколько определенных сопловых отверстий топливного инжектора сообщаются по текучей среде с топливным резервуаром через криволинейный топливный канал, причем все остальные сопловые отверстия перекрыты. Таким образом, по мере перемещения штифта вниз каждый набор сопловых отверстий производит впрыск топлива. Расположение сопловых отверстий и кривизна топливного канала могут быть подобраны так, чтобы исключить одновременный впрыск топлива через соседние сопловые отверстия, что позволяет избежать взаимодействия между струями топлива, выходящими из соседних сопловых отверстий. Это позволяет увеличить число сопловых отверстий и повысить степень распыления топлива с одновременным уменьшением длины прохождения струй топлива, что приводит к повышению степени смешивания топлива с воздухом и эффективности сгорания.

В соответствии с одним из примеров осуществления изобретения предложена система топливного инжектора, содержащая корпус инжектора с несколькими сопловыми отверстиями; и инжекторную иглу, соединенную с инжекторным штифтом. Причем инжекторный штифт содержит криволинейный топливный канал, сообщающийся по текучей среде с топливным резервуаром, расположенным внутри инжекторного штифта. Причем инжекторная игла и инжекторный штифт расположены внутри корпуса инжектора. Причем в первом положении криволинейный топливный канал выполнен с возможностью установления сообщения по текучей среде только с одним из нескольких сопловых отверстий. Причем во втором положении криволинейный топливный канал выполнен с возможностью установления сообщения по текучей среде с двумя или более сопловыми отверстиями из указанных нескольких сопловых отверстий. Причем переходы системы топливного инжектора между первым положением и вторым положением предусмотрены в зависимости от частоты вращения двигателя, и/или нагрузки двигателя, и/или температуры двигателя

Указанная система топливного инжектора может дополнительно содержать привод, соединенный с инжекторной иглой, и контроллер, в котором сохранены долговременные инструкции, выполнение которых обеспечивает активирование контроллером привода для перемещения инжекторной иглы вниз с последовательным установлением сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и каждым из нескольких сопловых отверстий в случае получения команды впрыска топлива.

В указанной системе топливного инжектора при перемещении инжекторной иглы приводом в первое положение происходит установление сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием.

В указанной системе топливного инжектора при перемещении инжекторной иглы приводом во второе положение происходит установление сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и вторым сопловым отверстием, а также между криволинейным топливным каналом и третьим сопловым отверстием.

В указанной системе топливного инжектора при перемещении инжекторной иглы приводом в первое положение происходит прекращение сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и вторым сопловым отверстием, а также прекращение сообщения между криволинейным топливным каналом и третьим сопловым отверстием.

В указанной системе топливного инжектора при перемещении инжекторной иглы приводом во второе положение происходит прекращение сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием.

В указанной системе топливного инжектора при активировании привода последовательно происходит установление сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и только первым сопловым отверстием, затем с первым набором сопловых отверстий, затем со вторым набором сопловых отверстий, затем с третьим набором сопловых отверстий, затем с четвертым набором сопловых отверстий, затем с пятым набором сопловых отверстий, затем с шестым набором сопловых отверстий, затем с седьмым набором сопловых отверстий, а затем только с последним сопловым отверстием.

В указанной системе топливного инжектора несколько сопловых отверстий представляют собой шестнадцать сопловых отверстий, расположенных по окружности вокруг центральной оси корпуса инжектора.

В указанной системе топливного инжектора все несколько сопловых отверстий расположены в общей вертикальной плоскости.

В указанной системе топливного инжектора суммарная кривизна криволинейного топливного канала по окружающей внешней поверхности инжекторного штифта составляет 360 градусов.

В указанной системе топливного инжектора криволинейный канал расположен под углом к поперечной оси инжекторного штифта так, что по мере прохождения криволинейного канала по окружающей внешней поверхности инжекторного штифта он пересекает несколько вертикальных плоскостей.

В указанной системе топливного инжектора топливный резервуар, расположенный внутри инжекторного штифта, сообщается по текучей среде с топливной системой.

В соответствии с одним из примеров осуществления изобретения предложен способ работы топливного инжектора, содержащий: приведение иглы, расположенной внутри корпуса топливного инжектора, в движение для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения через несколько открытых положений, причем в одном из нескольких открытых положений криволинейный топливный канал топливного инжектора соединен по текучей среде с одним сопловым отверстием, а в другом из нескольких открытых положений криволинейный топливный канал соединен по текучей среде по меньшей мере с двумя сопловыми отверстиями; и осуществление перехода между открытым положением и открытым положением в зависимости от частоты вращения двигателя, и/или нагрузки двигателя, и/или температуры двигателя.

Указанный способ дополнительно содержит подачу топлива из топливной системы в топливный резервуар, расположенный внутри иглы, причем по мере перемещения иглы вниз топливо, находящееся в топливном резервуаре, протекает по криволинейному топливном каналу и через каждое соответствующее сопловое отверстие топливного инжектора.

В указанном способе приведение иглы в движение происходит в случае получения команды впрыска топлива в цилиндр, в котором установлен топливный инжектор.

В указанном способе приведение иглы в движение для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения через несколько открытых положений происходит через девять открытых положений.

В указанном способе приведение иглы в движение для последовательного перемещения иглы вниз через девять открытых положений содержит: приведение иглы в движение для перемещения в первое открытое положение с установлением сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием; приведение иглы в движение для последовательного перемещения в открытые положения со второго по восьмое с установлением в каждом из открытых положений со второго по восьмое сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и соответствующей парой сопловых отверстий; и приведение иглы в движение для перемещения в девятое открытое положение с установлением сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и последним сопловым отверстием.

В соответствии с одним из примеров осуществления изобретения предложена система двигателя, содержащая: двигатель, содержащий цилиндр; топливную систему; топливный инжектор, соединенный с цилиндром, причем топливный инжектор содержит: корпус инжектора, содержащий несколько сопловых отверстий, и топливный тракт, соединенный с топливной системой; инжекторную иглу, соединенную с инжекторным штифтом, по окружающей внешней поверхности которого проходит криволинейный топливный канал, сообщающийся по текучей среде с топливным резервуаром, расположенным внутри инжекторного штифта, причем инжекторный штифт расположен внутри корпуса инжектора, а топливный резервуар сообщается по текучей среде с топливным трактом; и привод, соединенный с инжекторной иглой; и контроллер, в долговременной памяти которого сохранены инструкции, выполнение которых обеспечивает возможность осуществления контроллером: в случае получения команды впрыска топлива в цилиндр - активирования привода для перемещения инжекторной иглы вниз в первое положение, в котором криволинейный топливный канал сообщается по текучей среде только с одним из нескольких сопловых отверстий и во второе положение, в котором криволинейный топливный канал выполнен сообщающимся по текучей среде с двумя или более сопловыми отверстиями из указанных нескольких сопловых отверстий; и перехода между первым положением и вторым положением в зависимости от частоты вращения двигателя, и/или нагрузки двигателя, и/или температуры двигателя.

В указанной системе несколько сопловых отверстий представляют собой шестнадцать сопловых отверстий, расположенных по окружности вокруг центральной оси корпуса инжектора, причем все несколько сопловых отверстий расположены в общей вертикальной плоскости.

В указанной системе суммарная кривизна криволинейного топливного канала по окружающей внешней поверхности инжекторного штифта составляет 360 градусов.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 2 представлен пример блока топливного инжектора непосредственного впрыска, используемого в двигателе по фиг. 1, в деактивированном положении.

На фиг. 3 представлена инжекторная игла с инжекторным штифтом, содержащая криволинейный топливный канал на окружающей внешней поверхности штифта инжекторной иглы.

На фиг. 4 представлено на виде снизу сопло инжектора, содержащее шестнадцать отверстий, расположенных по окружности вокруг центральной камеры топливного инжектора по фиг. 2.

На фиг. 5 представлен блок топливного инжектора непосредственного впрыска по фиг. 2 во втором положении.

На фиг. 6 представлен блок топливного инжектора непосредственного впрыска по фиг. 2 в шестом положении.

На фиг. 7 представлен блок топливного инжектора непосредственного впрыска по фиг. 2 в десятом положении.

На фиг. 8 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ эксплуатации блока топливного инжектора непосредственного впрыска по фиг. 2.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание раскрывает системы и способы эксплуатации топливного инжектора непосредственного впрыска, которые могут быть предусмотрены в двигателе, представленном на фиг. 1. Фиг. 2 иллюстрирует один из вариантов осуществления блока топливного инжектора с несколькими сопловыми отверстиями и инжекторной иглой с криволинейным топливным каналом. Последовательное изменение положения инжекторной иглы позволяет устанавливать сообщение по текучей среде между топливным каналом и конкретным сопловым отверстием, что обеспечивает возможность впрыска топлива через данное сопловое отверстие. На фиг. 3 представлена схема инжекторной иглы с криволинейным топливным каналом, а на фиг. 4 представлены отверстия сопла топливного инжектора. Положение инжекторной иглы регулируют посредством привода и фиксирующих пружин, соединенных с инжекторной иглой. На фиг. 2 блок топливного инжектора представлен в деактивированном положении. На фиг. 5, 6 и 7 блок топливного инжектора представлен во втором, шестом и десятом активированных положениях, соответственно. Контроллер двигателя может передавать электрическому приводу, соединенному с иглой топливного инжектора непосредственного впрыска, управляющие сигналы для изменения положения сопла и связанного с ним штифта, как показано на фиг. 2 и на фиг. 5-7. Контроллер может исполнять управляющий алгоритм, например, представленный на фиг. 8, для последовательного перевода сопла из исходного деактивированного положения, в котором все отверстия сопла инжектора закрыты, в положения, в которых инжекторная игла обеспечивает впрыск топлива через определенные отверстия сопла инжектора. Фиг. 8 иллюстрирует способ впрыска топлива посредством блока топливного инжектора, представленного на фиг. 2-7.

На фиг. 1 представлен двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров, один из которых представлен на фиг. 1, управляемый электронным контроллером 12. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра, между которыми расположен поршень 36, соединенный с коленчатым валом 40. С коленчатым валом 40 также соединены маховик 97 и кольцевая шестерня 99. Стартер 96 содержит ведущий вал 98 и ведущую шестерню 95. Ведущий вал 98 выполнен с возможностью избирательного выдвижения ведущей шестерни 95 для зацепления с кольцевой шестерней 99. Стартер 96 может быть установлен непосредственно на двигателе, спереди или сзади. В соответствии с некоторыми из примеров осуществления стартер 96 может избирательно подавать крутящий момент на коленчатый вал 40 через ремень или цепь. В одном примере стартер 96 деактивирован, когда не находится в зацеплении с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания представлена сообщающейся со впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54, соответственно. Приведение в действие впускного и выпускного клапанов может быть обеспечено впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком 57 выпускного кулачка.

Топливный инжектор 66 непосредственного впрыска представлен в конфигурации, в которой впрыск топлива производят непосредственно в цилиндр 30, такая конфигурация известна специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. Топливный инжектор 66 подает жидкое топливо пропорционально ширине импульса напряжения или ширине импульса сигнала топливного инжектора, поступающего от контроллера 12. Топливо поступает в топливный инжектор из топливной системы (не представлена), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не представлены). Кроме того, впускной коллектор 44 представлен сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который изменяет положение дроссельной заслонки 64 для регулирования расхода воздуха из воздухозаборника 42 во впускной коллектор 44. Безраспределительная система 88 зажигания обеспечивает выработку искры зажигания свечой 92 зажигания в камере 30 сгорания по команде контроллера 12. К выпускному коллектору 48 подсоединен универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ), расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70. В альтернативном варианте осуществления вместо УДКОГ 126 может быть предусмотрен двухпозиционный датчик содержания кислорода в отработавших газах.

В соответствии с одним из примеров осуществления каталитический нейтрализатор 70 может содержать несколько блоков катализатора. В соответствии с другим примером осуществления может быть использовано несколько средств снижения токсичности выбросов, каждое из которых содержит по несколько блоков катализатора. В соответствии с одним из примеров осуществления каталитический нейтрализатор 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в виде обычного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106 (например, долговременную память), оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и обычную шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от соединенных с двигателем 10 датчиков, среди которых: температура хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал датчика 134 положения педали, соединенного с педалью 130 акселератора для измерения усилия, прилагаемого ногой 132; сигнал датчика 154 положения педали, соединенного с педалью 150 тормоза для измерения усилия, прилагаемого ногой 152; показание давления воздуха в коллекторе (ДВК) двигателя от датчика 122 давления, соединенного со впускным коллектором 44; сигнал датчика 118 положения двигателя на эффекте Холла, определяющего положение коленчатого вала 40; показание массового расхода воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120; и положение дроссельной заслонки от датчика 58. Также может быть предусмотрено измерение атмосферного давления (датчик не представлен) для обработки контроллером 12. В соответствии с одним из предпочтительных аспектов настоящего изобретения датчик 118 положения двигателя вырабатывает на каждый оборот коленчатого вала заранее определенное число равномерно распределенных импульсов, по которым может быть определена частота вращения двигателя (ЧВД).

В соответствии с некоторыми из примеров осуществления двигатель может быть соединен с системой электрического двигателя/аккумуляторной батареи в рамках гибридного транспортного средства. Кроме того, в соответствии с некоторыми из примеров осуществления могут быть использованы двигатели других конфигураций, например, дизельный двигатель с несколькими топливными инжекторами. Кроме того, контроллер 12 может выводить оповещения о состоянии двигателя, например о неисправности его компонентов, на световые индикаторы или на дисплейную панель 171.

В рабочем режиме каждый из цилиндров двигателя 10, как правило, проходит четырехтактный цикл: этот цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. На такте впуска обычно происходит закрытие выпускного клапана 54 и открытие впускного клапана 52. Через впускной коллектор 44 в камеру 30 сгорания поступает воздух, причем поршень 36 перемещается в цилиндре вниз, увеличивая внутренний объем камеры 30 сгорания. Специалисты в данной области техники обычно называют положение, в котором поршень 36 расположен вблизи нижней части цилиндра в конце своего хода (например, соответствующее наибольшему объему камеры 30 сгорания) нижней мертвой точкой (НМТ). На такте сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается в направлении головки цилиндра, сжимая воздух, находящийся внутри камеры 30 сгорания. Специалисты в данной области техники обычно называют положение, в котором поршень 36 расположен в конце своего хода вблизи головки цилиндра (например, соответствующее наименьшему объему камеры 30 сгорания) верхней мертвой точкой (ВМТ). В рамках процесса, называемого в настоящем описании впрыском, топливо поступает в камеру сгорания. В рамках процесса, называемого в настоящем описании зажиганием, производят зажигание впрыснутого топлива посредством известных средств зажигания, например свечи 92 зажигания, что приводит к сгоранию топлива. На такте расширения расширяющиеся газы перемещают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение вращающегося вала. Наконец, на такте выпуска происходит открытие выпускного клапана 54 для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48 и возвращение поршня в ВМТ. Следует отметить, что вышеприведенное описание представлено исключительно в качестве примера, и время открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов может различаться, например, обеспечивая положительное или отрицательное перекрытие клапанов, запаздывание закрытия впускного клапана или другие примеры.

Как было указано выше, топливный инжектор непосредственного впрыска может быть использован для подачи топлива непосредственно в цилиндр двигателя, как показано на фиг. 1. Для повышения степени распыления топлива топливный инжектор может содержать несколько отверстий, через которые производят подачу топлива. Поскольку топливо поступает в инжектор непосредственного впрыска под высоким давлением, впрыск топлива из инжектора непосредственного впрыска обычно происходит с относительно большой силой. Это может вызывать взаимодействие струй топлива при выходе топлива из нескольких отверстий, что приводит к снижению степени распыления топлива, способному вызвать снижение качества выбросов. В соответствии с описанными ниже вариантами осуществления изобретения топливный инжектор может содержать инжекторную иглу, выполненную с возможностью последовательного перемещения между несколькими положениями, причем впрыск топлива в каждом таком положении производят лишь через одно или два определенных сопловых отверстия многоструйного топливного инжектора, что обеспечивает уменьшение взаимодействия струй топлива.

На фиг. 2 представлен пример блока 200 топливного инжектора цилиндра 208 двигателя. В соответствии с неограничивающим примером осуществления блок 200 топливного инжектора двигателя может представлять собой инжектор 66 по фиг. 1. Блок 200 топливного инжектора содержит корпус 206 инжектора, внутри которого расположена инжекторная игла 205 с инжекторным штифтом 210, установленная с возможностью перемещения вдоль продольной оси 203 корпуса 206 инжектора (также называемой центральной осью корпуса инжектора). Внутри корпуса 206 инжектора также расположен топливный тракт 220, соединенный с топливной системой (например, общей топливной рампой высокого давления, одним или несколькими каналами подачи топлива, одни или несколькими топливными насосами и топливным баком). С инжекторной иглой 205 может быть соединен привод 202. Привод 202 может представлять собой электрический привод. В соответствии с другими примерами осуществления приведение инжектора в действие в рамках настоящего изобретения может быть обеспечено другими исполнительными устройствами, например соленоидными, пьезоэлектрическими, гидравлическими и т.д., которые не должны рассматриваться выходящими за рамки объема раскрытия настоящего изобретения. В примере осуществления, проиллюстрированном на фиг. 2, продольная ось 203 блока 200 топливного инжектора перпендикулярна поперечной оси 201 цилиндра 208 и корпуса инжектора. Однако в соответствии с другими примерами осуществления инжектор может быть установлен и под другим углом к поперечной оси цилиндра. Блок 200 топливного инжектора содержит нижний край 211, расположенный внутри цилиндра 208, в который может быть произведен впрыск топлива. Блок 200 топливного инжектора также содержит верхний край 209, противоположный нижнему краю 211.

Как показано на фиг. 2, корпус 206 цилиндра содержит центральный проем 207, сообщающийся с центральной камерой 215, в которой расположена игла 205 топливного инжектора со штифтом 210 топливного инжектора. Игла 205 топливного инжектора вместе со штифтом 210 топливного инжектора выполнена перемещаемой вниз или вверх по центральному проему 207 и центральной камере 215 корпуса 206 инжектора. Кроме того, игла 205 топливного инжектора соединена с парой фиксирующих пружин 213. Каждая из фиксирующих пружин 213, соединенных с инжекторной иглой 205 может быть вставлена в поверхность центрального проема 207 корпуса 206 инжектора и закреплена в ней и может обеспечивать смещение инжекторной иглы 205 вверх вдоль продольной оси 203 (например, от цилиндра 208). Привод 202 может перемещать иглу 205 вниз вдоль продольной оси 203 (например, к цилиндру 208), преодолевая сопротивление пружин. Стопорный элемент 218, прикрепленный к верхнему краю иглы 205 топливного инжектора может ограничивать направленное вниз перемещение инжекторной иглы, когда стопорный элемент 218 приходит в непосредственное соприкосновение с корпусом 206 инжектора, как описано ниже со ссылками на фиг. 7.

Игла 205 топливного инжектора со штифтом 210 топливного инжектора может быть расположена внутри центрального проема 207 и центральной камеры 215. Во время перемещения инжекторного штифта 210 и инжекторной иглы 205 вниз или вверх вдоль продольной оси 203 инжекторный штифт 210 может находиться в непосредственном контакте с внутренней поверхностью центральной камеры 215. Инжекторный штифт 210 может иметь цилиндрическую форму и содержать топливный резервуар 212 и криволинейный топливный канал 204, проходящий по окружности внешней поверхности штифта 210 топливного инжектора, как показано на схеме 300 фиг. 3. Топливный резервуар 212 может быть соединен с топливным трактом 220, расположенным внутри корпуса 206 инжектора, причем топливный тракт 220 может сообщаться по текучей среде с топливной системой высокого давления. Топливный резервуар 212 может сообщаться по текучей среде с криволинейным топливным каналом 204 по всей длине криволинейного топливного канала 204. С точки зрения сообщения по текучей среде криволинейный топливный канал 204 может быть выполнен открытым в центральную камеру 215 по всей длине криволинейного топливного канала. В соответствии с одним из примеров осуществления криволинейный топливный канал может содержать отверстие в стенке штифта, проходящее через весь штифт. Плотный непосредственный контакт между инжекторным штифтом 210 и внутренней стенкой центральной камеры 215 может предотвращать выход топлива из криволинейного топливного канала 204 в центральную камеру 215.

Как показано на фиг. 3, криволинейный топливный канал 204 может проходить по внешней поверхности инжекторного штифта 210, загибаясь вниз от верхней плоскости 250 к нижней плоскости 252. Указанный загиб топливного канала от верхней плоскости 250 к нижней плоскости 252, может быть симметричным по обе стороны от верхней плоскости 250, причем криволинейный топливный канал 204 может симметрично окружать внешнюю поверхность инжекторного штифта. Кривизну/наклон криволинейного топливного канала 204, окружающего инжекторный штифт 210, может определять взаимное относительно расположение верхней плоскости 250 и нижней плоскости 252 в инжекторном штифте 210. Криволинейный топливный канал 204 может быть искривлен на всем протяжении штифта; например, его суммарная кривизна по окружающей внешней поверхности штифта может составлять 360 градусов. Криволинейный топливный канал может содержать первую точку симметрии, расположенную в верхней плоскости 250 и соответствующую точке максимального вертикального подъема криволинейного топливного канала относительно нижнего края штифта. Криволинейный топливный канал может содержать вторую точку симметрии, расположенную в нижней плоскости 252 и соответствующую точке минимального вертикального подъема криволинейного топливного канала относительно нижнего края штифта, причем величины максимального и минимального вертикальных подъемов могут быть разными. Криволинейный топливный канал может быть расположен под некоторым углом к поперечной оси инжекторного штифта; как показано на фиг. 3, нижняя плоскость 252 может быть параллельна поперечной оси, причем топливный канал может быть расположен на нижней плоскости под углом, большим нулевого, например равным 15-30 градусам. Криволинейный топливный канал может содержать первую половину, проходящую от первой точки симметрии до второй точки симметрии и имеющую форму половины витка спирали, направленной вниз. Криволинейный топливный канал может содержать вторую половину, проходящую в обратном направлении от второй точки симметрии до первой точки симметрии и имеющую форму половины витка спирали, направленной вверх.

Как показано на фиг. 2, корпус 206 топливного инжектора содержит основание 219 инжекторного сопла, расположенное на нижнем краю 211 топливного инжектора. Седло 216 иглы может выступать из основания 219 инжекторного сопла внутрь центральной камеры 215. Седло 216 иглы может приходить в непосредственное соприкосновение с инжекторным штифтом 210, находящимся внутри центральной камеры 215. Несколько сопловых отверстий могут выходить из центральной камеры 215 топливного инжектора из корпуса 206 топливного инжектора наружу. На фиг. 4 схематически представлен на виде снизу корпус 206 топливного инжектора с шестнадцатью сопловыми отверстиями 230-245, обеспечивающими сообщение по текучей среде между центральной камерой 215 и пространством снаружи корпуса 206 инжектора. Шестнадцать сопловых отверстий 230-245 могут быть расположены по окружности вокруг центральной камеры 215. В соответствии с другими примерами осуществления может быть предусмотрено более шестнадцати или менее шестнадцати сопловых отверстий. Расположение сопловых отверстий вокруг центральной камеры 215 может быть симметричным с одинаковыми расстояниями между каждыми двумя соседними сопловыми отверстиями. В соответствии с другим примером осуществления расположение сопловых отверстий вокруг центральной камеры может не быть симметричным. Сопловые отверстия могут проходить сквозь корпус 206 инжектора под некоторым углом к продольной оси 203; например, сопловые отверстия 230 и 238 могут быть расположены под углом в 60 градусов относительно продольной оси 203. Сопловые отверстия 230-245 могут быть расположены в одной и той же вертикальной плоскости, как показано на чертеже. Однако в соответствии с другими примерами осуществления сопловые отверстия могут быть расположены в двух или более разных вертикальных плоскостях.

На фиг. 2 блок 200 топливного инжектора представлен в первом деактивированном положении (в котором впрыска топлива не происходит), в котором привод 202 не активирован, а фиксирующие пружины 213 смещают инжекторную иглу 205 вверх. Инжекторный штифт 210 не находится в непосредственном контакте с седлом 216 инжекторной иглы, а криволинейный топливный канал 204 не сообщается по текучей среде с каким-либо из шестнадцати сопловых отверстий 230-245 топливного инжектора (представлены на фиг. 4); в частности, как показано на фиг. 2, отсутствует сообщение по текучей среде между криволинейным топливным каналом и сопловыми отверстиями 230 и 238. Соответственно, топливо не может поступать через криволинейный топливный канал 204 в какие-либо из сопловых отверстий 230-245, и впрыска топлива не происходит.

На фиг. 5 блок 200 топливного инжектора представлен во втором положении 500, в котором привод 202 активирован и перемещает инжекторную иглу 205 и инжекторный штифт 210 вниз (например, в направлении цилиндра), преодолевая противодействие фиксирующих пружин 213. Перемещение инжекторного штифта 210 вниз внутри центральной камеры 215 приводит к сообщению по текучей среде между криволинейным топливным каналом 204 и сопловым отверстием 230 с образованием потока топлива, протекающего под высоким давлением из топливного резервуара 212 штифта 210 по криволинейном топливному каналу 204 и сквозь сопловое отверстие 230 из корпуса инжектора наружу и внутрь цилиндра 208.

Сообщение по текучей среде между криволинейным топливным каналом и остальными сопловыми отверстиями во втором положении перекрыто (например, впрыск топлива происходит только через сопловое отверстие 230).

Затем привод может переместить инжекторную иглу 205 еще дальше вниз, в третье положение (не представлено) таким образом, что сообщение по текучей среде между криволинейным топливным каналом 204 и сопловым отверстием 230 перекрыто, причем одновременно установлено сообщение по текучей среде между по меньшей мере одним из остальных сопловых отверстий и криволинейным топливным каналом в другой плоскости криволинейного топливного канала. Поскольку криволинейный топливный канал открыт по всей окружности инжекторного штифта 210 и искривлен симметричным образом, в некоторых положениях инжекторной иглы криволинейный топливный канал может сообщаться по текучей среде с двумя сопловыми отверстиями; например, в третьем положении криволинейный топливный канал 204 может сообщаться по текучей среде с сопловым отверстием 231 и с сопловым отверстием 245 (сопловые отверстия представлены на фиг. 4). Впрыск топлива в третьем положении происходит только через сопловые отверстия 231 и 245, а остальные сопловые отверстия не имеют сообщения по текучей среде с криволинейным топливным каналом 204.

Затем привод может продолжить перемещение инжекторной иглы 205 и инжекторного штифта 210 вниз по центральной камере 215, в четвертое положение (в котором криволинейный топливный канал 204 соединен с сопловыми отверстиями 232 и 244), а затем в пятое положение (в котором криволинейный топливный канал 204 соединен с сопловыми отверстиями 233 и 243), причем в каждом из этих положений (не представлены) впрыск топлива происходит через соответствующие сопловые отверстия.

При дальнейшем перемещении инжекторной иглы 205 вниз инжекторная игла может прийти в шестое положение 600 с установлением сообщения по текучей среде с сопловыми отверстиями 234 и 242 и подачей топлива через них, как показано на фиг. 6. Привод может продолжить перемещение инжекторной иглы вниз в седьмое положение с установлением сообщения по текучей среде с сопловыми отверстиями 235 и 241, восьмое положение с установлением сообщения по текучей среде с сопловыми отверстиями 236 и 240 и девятое положение с установлением сообщения по текучей среде с сопловыми отверстиями 237 и 239 (положения не представлены). Затем инжектор может быть перемещен в десятое положение 700 с установлением сообщения по текучей среде с сопловым отверстием 238.

На фиг. 7 блок 200 топливного инжектора представлен в десятом положении 700, в котором топливный канал 204 находится в сообщении по текучей среде с сопловым отверстием 238, а сообщение по текучей среде между криволинейным топливным каналом и остальными сопловыми отверстиями может быть перекрыто. В десятом положении стопорный элемент 218 инжекторной иглы может находиться в непосредственном контакте с корпусом 206 инжектора, а седло 216 иглы может находиться в непосредственном контакте со штифтом 210 внутри центральной камеры 215, что ограничивает дальнейшее перемещение вниз инжекторной иглы 205 и инжекторного штифта 210. Хотя вышеописанный блок 200 топливного инжектора имеет десять положений, в число которых входит и деактивированное положение, в соответствии с другими примерами осуществления может быть предусмотрено большее или меньшее число положений блока топливного инжектора в зависимости от числа сопловых отверстий. Объем топлива, впрыскиваемого в каждом из положений, может зависеть от длительности сохранения данного положения и/или размеров одного или нескольких сопловых отверстий, соответствующих данному положению.

В конце впрыска топлива привод может быть деактивирован, и фиксирующие пружины 213, соединенные с инжекторной иглой, могут выталкивать инжекторную иглу и инжекторный штифт вверх, от цилиндра 208, переводя блок топливного инжектора в деактивированное первое положение согласно фиг. 2. Во время направленного вверх перемещения инжекторной иглы и инжекторного штифта топливный инжектор может переходить из десятого положения во второе положение и, наконец, в деактивированное первое положение. В процессе возвратного перемещения из десятого положения в первое положение, при прохождении каждого из соответствующих положений с установлением сообщения по текучей среде между отдельными сопловыми отверстиями и криволинейным топливным каналом, может происходить вывод небольшого количества остаточного топлива. В соответствии с одним из примеров осуществления длительность таких сообщений во время возвратного перемещения инжекторной иглы из десятого положения в первое положение может быть чрезвычайно малой, что обеспечивает минимизацию или полное исключение выхода топлива через сопловые отверстия.

Таким образом, топливный инжектор содержит корпус топливного инжектора, содержащий несколько сопловых отверстий, распределенных по окружности вокруг центральной оси корпуса инжектора. Внутри корпуса инжектора расположена игла, соединенная со штифтом. Штифт содержит топливный резервуар и криволинейный топливный канал, сообщающийся по текучей среде с топливным резервуаром. Криволинейный топливный канал искривлен в нескольких направлениях, в том числе имеет кривизну по окружности штифта, (например, канал имеет форму окружности или эллипса) и вертикальную кривизну при прохождении по окружности штифта (например, канал расположен под некоторым углом к поперечной оси корпуса инжектора и/или штифта). По мере перемещения иглы и штифта вниз относительно корпуса инжектора топливный канал последовательно устанавливает сообщение по текучей среде с каждым из сопловых отверстий. В соответствии с одним из примеров осуществления топливный канал содержит верхнюю точку симметрии и нижнюю точку симметрии. При соединении топливного канала с каким-либо сопловым отверстием в верхней точке (например, когда верхняя точка расположена в той же вертикальной плоскости, что и сопловые отверстия) сообщение по текучей среде устанавливается только между топливным каналом и одним из сопловых отверстий. Аналогичным образом, при установлении сообщения по текучей среде топливного канала с каким-либо сопловым отверстием в нижней точке (например, когда нижняя точка расположена в той же вертикальной плоскости, что и сопловые отверстия) сообщение по текучей среде устанавливается только между топливным каналом и одним другим сопловым отверстием. При установлении сообщения по текучей среде топливного канала с каким-либо сопловым отверстием в любой точке, расположенной между нижней точкой и верхней точкой, сообщение по текучей среде устанавливается между топливным каналом и двумя другими сопловыми отверстиями. Таким образом, за один рабочий процесс игла может проходить через девять открытых положений, причем сначала впрыск топлива происходит через одно из сопловых отверстий, затем впрыск топлива происходит последовательно через семь пар сопловых отверстий, а затем впрыск топлива происходит через одно оставшееся сопловое отверстие.

На фиг. 8 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ 800 впрыска топлива топливным инжектором непосредственного впрыска, например блоком 200 топливного инжектора по фиг. 2-7. По меньшей мере некоторые части способа 800 могут быть выполнены контроллером (например, контроллером 12) в соответствии с инструкциями, сохраненными в памяти контроллера, и с учетом сигналов, полученных от датчиков системы двигателя, например датчиков, описанных выше со ссылками на фиг. 1. Кроме того, некоторые части способа 800 могут представлять собой действия, выполняемые в физическом мире для изменения рабочего состояния исполнительного устройства или элемента, например, привода 202 блока 200 топливного инжектора.

На начальном этапе 802 способа 800 производят определение параметров работы двигателя. В число определяемых рабочих параметров двигателя, в частности, но не исключительно, могут входить состояние двигателя (например, включенное или выключенное), частота вращения двигателя и нагрузка на него, текущее положение двигателя, температура двигателя и другие параметры. На этапе 804 топливный инжектор двигателя может находиться в деактивированном первом положении, в котором впрыска топлива через топливный инжектор не происходит. В соответствии с одним из примеров осуществления топливный инжектор может представлять собой блок 200 топливного инжектора, представленный на фиг. 2, причем в деактивированном первом положении инжекторная игла 205 не обеспечивает сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом 204 и какими-либо из сопловых отверстий топливного инжектора. Следовательно, впрыска топлива в двигатель не происходит.

На этапе 806 способа 800 проверяют наличие команды впрыска топлива. Впрыск топлива может быть произведен в случае превышения нагрузкой на двигатель порогового уровня и/или в случае получения запроса на зажигание в двигателе при нахождении двигателя в положении, в котором инжектор должен произвести впрыск топлива для инициирования его сгорания в данном цилиндре. В случае отсутствия команды впрыска топлива способ 800 снова переходит к этапу 804 и продолжает удерживать топливный инжектор в деактивированном положении. В случае получения команды впрыска топлива способ 800 переходит к этапу 808 для активирования привода (например, привода 202), который может быть подсоединен к инжекторной игле (например, игле 205) топливного инжектора. Активирование привода приводит к последовательному перемещению инжекторной иглы вниз (в направлении цилиндра двигателя) из деактивированного первого положения в несколько активированных положений, обеспечивающих возможность впрыска топлива. Примеры активированных положений блока 200 топливного инжектора проиллюстрированы на фиг. 5-7. В соответствии с одним из примеров осуществления активированные положения могут предполагать последовательное перемещение инжекторной иглы 205 из деактивированного первого положения в активированные положения со второго по десятое, как было описано выше со ссылками на фиг. 2-7.

На этапе 810 в каждом положении устанавливают сообщение по текучей среде между криволинейным топливным каналом и определенными сопловыми отверстиями инжектора. Например, на этапе 812, во втором положении, криволинейный топливный канал может сообщаться по текучей среде с первым сопловым отверстием инжектора, содержащего шестнадцать сопловых отверстий, как показано на фиг. 5. В соответствии с другим примером на этапе 814, в шестом положении инжекторной иглы, сообщение по текучей среде может быть установлено между криволинейным топливным каналом и пятым и тринадцатым сопловыми отверстиями инжектора, содержащего шестнадцать сопловых отверстий (например, сопловыми отверстиями 234 и 242 блока 200 топливного инжектора, как показано на фиг. 6). В соответствии с другим примером на этапе 816, в десятом положении инжекторной иглы, сообщение по текучей среде может быть установлено между криволинейным топливным каналом и восьмым сопловым отверстием инжектора, содержащего шестнадцать сопловых отверстий, (например, сопловым отверстием 238 блока топливного инжектора), как было описано выше со ссылками на фиг. 7.

На этапе 818 для каждого из активированных положений инжектора производят вывод топлива через определенное сопловое отверстие, сообщающееся в данном положении по текучей среде с криволинейным топливным каналом. Например, во втором положении топливо выходит через сопловое отверстие 230, как показано на фиг. 5. В шестом положении топливо выходит через сопловые отверстия 234 и 242, как показано на фиг. 6. В десятом положении топливо выходит через сопловое отверстие 238, как показано на фиг. 7.

Электрический привод может регулировать длину направленного вниз перемещения иглы и длительность удержания иглы в определенных положениях для управления объемом впрыскиваемого топлива и длиной струй топлива в каждом из положений топливного инжектора. В соответствии с некоторыми из примеров осуществления в некоторых из положений инжектора игла может удерживаться дольше, чем в других положениях; например, при высокой нагрузке на двигатель в положениях с впрыском через два сопловых отверстия игла может удерживаться дольше, чем в положениях с впрыском через одно сопловое отверстие. Обратное может быть справедливо при низкой частоте вращения двигателя или нагрузке на него.

На этапе 820 способа 800 определяют, завершено ли событие впрыска топлива. Длительность события впрыска топлива может быть определена в зависимости от объема воздушного заряда, поданного в цилиндр, и требуемого воздушно-топливного отношения, причем объем воздушного заряда может зависеть от параметров работы двигателя, например частоты вращения двигателя, нагрузки на двигатель и т.д. Если событие впрыска топлива не завершено, способ 800 снова переходит к этапу 818, на котором продолжают впрыск топлива с последовательным перемещением блока топливного инжектора в положения со второго по десятое и установлением сообщения по текучей среде между криволинейным каналом и определенными сопловыми отверстиями. Если событие впрыска топлива завершено, способ 800 деактивирует привод. В конце события впрыска топлива привод может быть отключен, и две фиксирующие пружины могут переместить инжекторную иглу из десятого положения в деактивированное первое положение, представленное на фиг. 2, что приводит к прерыванию сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и сопловыми отверстиями. Во время перемещения инжекторной иглы вверх она может последовательно проходить из десятого положения в деактивированное первое положение, причем некоторое остаточное количество топлива может быть выведено через каждое из сопловых отверстий, для которых устанавливается сообщение по текучей среде с открытым каналом. После достижения инжекторной иглой первого положения вывод топлива может быть прекращен, и способ 800 возвращается в исходное состояние.

Вышеописанный способ управления положением иглы топливного инжектора для установления или прекращения в каждом ее положении сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и определенными сопловыми отверстиями обеспечивает возможность регулирования потока топлива в цилиндр и минимизации взаимодействия между струями топлива.

Таким образом, блок топливного инжектора, содержащий инжекторную иглу и криволинейный топливный канал, может быть последовательно установлен в положения, в каждом из которых обеспечивают установление сообщения по текучей среде с определенным сопловым отверстием и вывод топлива через него, что минимизирует взаимодействие между струями топлива в многоструйном топливном инжекторе и повышает эффективность сгорания топлива.

Технический результат впрыска топлива многоструйным топливным инжектором с минимальным взаимодействием между струями топлива, выводимыми из топливных отверстий, состоит в уменьшении длины струй и увеличении интенсивности смешивания топлива с воздухом, что может привести к увеличению эффективности сгорания топлива и сокращению выбросов.

Система топливного инжектора по одному из вариантов осуществления изобретения содержит корпус инжектора с несколькими сопловыми отверстиями и инжекторную иглу, соединенную с инжекторным штифтом, причем инжекторный штифт содержит криволинейный топливный канал, сообщающийся по текучей среде с топливным резервуаром, расположенным внутри инжекторного штифта, инжекторные игла и штифт расположены внутри корпуса инжектора, а криволинейный топливный канал выполнен с возможностью установления сообщения по текучей среде с несколькими сопловыми отверстиями при приведении инжекторной иглы в движение. Система топливного инжектора по первому примеру осуществления дополнительно содержит привод, соединенный с инжекторной иглой, и контроллер, в котором сохранены долговременные инструкции, выполнение которых обеспечивает активирование контроллером привода для перемещения инжекторной иглы вниз с последовательным установлением сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и каждым из сопловых отверстий в случае получения команды впрыска топлива. Система по второму примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по первому примеру осуществления, причем при перемещении инжекторной иглы приводом в первое положение происходит установление сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием. Система по третьему примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по одному или обоим из первого и второго примеров осуществления, причем при перемещении инжекторной иглы приводом во второе положение происходит установление сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и вторым сопловым отверстием, а также между криволинейным топливным каналом и третьим сопловым отверстием. Система по четвертому примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по одному или нескольким из примеров осуществления с первого по третий, причем при перемещении инжекторной иглы приводом в первое положение происходит прекращение сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и вторым сопловым отверстием, а также прекращение сообщения между криволинейным топливным каналом и третьим сопловым отверстием. Система по пятому примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по одному или нескольким из примеров осуществления с первого по четвертый, причем при перемещении инжекторной иглы приводом во второе положение происходит прекращение сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием. Система по шестому примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по одному или нескольким из примеров осуществления с первого по пятый, причем при активировании привода последовательно происходит установление сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и только первым сопловым отверстием, затем с первым набором сопловых отверстий, затем со вторым набором сопловых отверстий, затем с третьим набором сопловых отверстий, затем с четвертым набором сопловых отверстий, затем с пятым набором сопловых отверстий, затем с шестым набором сопловых отверстий, затем с седьмым набором сопловых отверстий, и наконец только с последним сопловым отверстием. Система по седьмому примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по одному или нескольким из примеров осуществления с первого по шестой, причем несколько сопловых отверстий представляют собой шестнадцать сопловых отверстий, расположенных по окружности вокруг центральной оси корпуса инжектора. Система по восьмому примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по одному или нескольким из примеров осуществления с первого по седьмой, причем все сопловые отверстия расположены в одной и той же вертикальной плоскости. Система по девятому примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по одному или нескольким из примеров осуществления с первого по восьмой, причем суммарная кривизна криволинейного топливного канала по окружающей внешней поверхности инжекторного штифта составляет 360 градусов. Система по десятому примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по одному или нескольким из примеров осуществления с первого по девятый, причем криволинейный канал расположен под углом к поперечной оси инжекторного штифта так, что по мере прохождения криволинейного канала по окружающей внешней поверхности инжекторного штифта он пересекает несколько вертикальных плоскостей. Система по одиннадцатому примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по одному или нескольким из примеров осуществления с первого по десятый, причем топливный резервуар, расположенный внутри инжекторного штифта, сообщается по текучей среде с топливной системой.

Способ работы топливного инжектора по одному из вариантов осуществления изобретения содержит приведение иглы, расположенной внутри корпуса топливного инжектора, в движение для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения через несколько открытых положений, причем в каждом из нескольких открытых положений устанавливают сообщение по текучей среде между криволинейным топливным каналом и по меньшей мере одним из сопловых отверстий топливного инжектора. Способ по первому примеру осуществления дополнительно содержит подачу топлива из топливной системы в топливный резервуар, расположенный внутри иглы, причем по мере перемещения иглы вниз топливо, находящееся в топливном резервуаре, протекает по криволинейному топливном каналу и через каждое соответствующее сопловое отверстие топливного инжектора. Способ по второму примеру осуществления, в качестве варианта, содержит способ по первому примеру осуществления, причем приведение иглы в движение происходит в случае получения команды впрыска топлива в цилиндр, в котором установлен топливный инжектор. Способ по третьему примеру осуществления, в качестве варианта, содержит способ по одному или обоим из первого и второго примеров осуществления, причем приведение иглы в движение для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения через несколько открытых положений происходит через девять открытых положений. Способ по четвертому примеру осуществления, в качестве варианта, содержит способ по одному или нескольким примерам осуществления с первого по третий, причем приведение иглы в движение для последовательного перемещения иглы вниз через девять открытых положений дополнительно содержит: приведение иглы в движение для перемещения в первое открытое положение с установлением сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием; приведение иглы в движение для последовательного перемещения в открытые положения со второго по восьмое с установлением в каждом из открытых положений со второго по восьмое сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и соответствующей парой сопловых отверстий; и приведение иглы в движение для перемещения в девятое открытое положение с установлением сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и последним сопловым отверстием.

Система двигателя в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения содержит двигатель, содержащий цилиндр; топливную систему; топливный инжектор, соединенный с цилиндром, причем топливный инжектор содержит: корпус инжектора, содержащий несколько сопловых отверстий, и топливный тракт, соединенный с топливной системой; инжекторную иглу, соединенную с инжекторным штифтом, по окружающей внешней поверхности которого проходит криволинейный топливный канал, сообщающийся по текучей среде с топливным резервуаром, расположенным внутри инжекторного штифта, причем инжекторный штифт расположен внутри корпуса инжектора, а топливный резервуар сообщается по текучей среде с топливным трактом; и привод, соединенный с инжекторной иглой; и контроллер, в долговременной памяти которого сохранены инструкции, выполнение которых обеспечивает активирование контроллером привода для перемещения инжекторной иглы вниз с последовательным установлением сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и соответствующим сопловым отверстием из числа нескольких сопловых отверстий в случае получения команды впрыска топлива в данный цилиндр. В системе по первому примеру осуществления несколько сопловых отверстий представляют собой шестнадцать сопловых отверстий, расположенных по окружности вокруг центральной оси корпуса инжектора, причем все несколько сопловых отверстий расположены в одной и той же вертикальной плоскости. Система по второму примеру осуществления, в качестве варианта, содержит систему по первому примеру осуществления, причем суммарная кривизна криволинейного топливного канала по окружающей внешней поверхности инжекторного штифта составляет 360 градусов.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, содержащей контроллеры в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, 1-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Предложены способы и системы для непосредственного впрыска топлива. Согласно изобретению система топливного инжектора содержит инжекторную иглу 205 с инжекторным штифтом 210, причем по окружающей внешней поверхности инжекторного штифта проходит криволинейный топливный канал 204, сообщающийся по текучей среде с топливным резервуаром 212, расположенным внутри инжекторного штифта 210, по всей длине криволинейного топливного канала. Привод 202, соединенный с инжекторной иглой 205, обеспечивает возможность последовательного перемещения и расположения инжекторной иглы для установления в каждом из ее положений сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом 204 и одним или несколькими сопловыми отверстиями 230, 238 топливного инжектора с выводом топлива только через эти сопловые отверстия. Изобретение позволяет минимизировать взаимодействие между струями топлива, улучшить распыление топлива, повысить степень смешивания топлива с воздухом и эффективность сгорания топливовоздушной смеси. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система топливного инжектора, содержащая:

корпус инжектора с несколькими сопловыми отверстиями; и

инжекторную иглу, соединенную с инжекторным штифтом, причем инжекторный штифт содержит криволинейный топливный канал, сообщающийся по текучей среде с топливным резервуаром, расположенным внутри инжекторного штифта, при этом инжекторная игла и инжекторный штифт расположены внутри корпуса инжектора;

причем в первом положении криволинейный топливный канал выполнен с возможностью установления сообщения по текучей среде только с одним из нескольких сопловых отверстий;

причем во втором положении криволинейный топливный канал выполнен с возможностью установления сообщения по текучей среде с двумя или более сопловыми отверстиями из указанных нескольких сопловых отверстий;

причем переходы системы топливного инжектора между первым положением и вторым положением предусмотрены в зависимости от частоты вращения двигателя, и/или нагрузки двигателя, и/или температуры двигателя.

2. Система топливного инжектора по п. 1, дополнительно содержащая:

привод, соединенный с инжекторной иглой; и

контроллер, в котором сохранены долговременные инструкции, выполнение которых обеспечивает активирование контроллером привода для перемещения инжекторной иглы вниз с последовательным установлением сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и каждым из нескольких сопловых отверстий в случае получения команды впрыска топлива.

3. Система топливного инжектора по п. 2, в которой при перемещении инжекторной иглы приводом в первое положение происходит установление сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием.

4. Система топливного инжектора по п. 3, в которой при перемещении инжекторной иглы приводом во второе положение происходит установление сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и вторым сопловым отверстием, а также между криволинейным топливным каналом и третьим сопловым отверстием.

5. Система топливного инжектора по п. 4, в которой при перемещении инжекторной иглы приводом в первое положение происходит прекращение сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и вторым сопловым отверстием, а также прекращение сообщения между криволинейным топливным каналом и третьим сопловым отверстием.

6. Система топливного инжектора по п. 4, в которой при перемещении инжекторной иглы приводом во второе положение происходит прекращение сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием.

7. Система топливного инжектора по п. 2, в которой при активировании привода последовательно происходит установление сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и только первым сопловым отверстием, затем с первым набором сопловых отверстий, затем со вторым набором сопловых отверстий, затем с третьим набором сопловых отверстий, затем с четвертым набором сопловых отверстий, затем с пятым набором сопловых отверстий, затем с шестым набором сопловых отверстий, затем с седьмым набором сопловых отверстий, а затем только с последним сопловым отверстием.

8. Система топливного инжектора по п. 1, в которой несколько сопловых отверстий представляют собой шестнадцать сопловых отверстий, расположенных по окружности вокруг центральной оси корпуса инжектора.

9. Система топливного инжектора по п. 1, в которой все несколько сопловых отверстий расположены в общей вертикальной плоскости.

10. Система топливного инжектора по п. 1, в которой суммарная кривизна криволинейного топливного канала по окружающей внешней поверхности инжекторного штифта составляет 360 градусов.

11. Система топливного инжектора по п. 10, в которой криволинейный канал расположен под углом к поперечной оси инжекторного штифта так, что по мере прохождения криволинейного канала по окружающей внешней поверхности инжекторного штифта он пересекает несколько вертикальных плоскостей.

12. Система топливного инжектора по п. 1, в которой топливный резервуар, расположенный внутри инжекторного штифта, сообщается по текучей среде с топливной системой.

13. Способ работы топливного инжектора, содержащий:

приведение иглы, расположенной внутри корпуса топливного инжектора, в движение для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения через несколько открытых положений, причем в одном из нескольких открытых положений криволинейный топливный канал топливного инжектора соединен по текучей среде с одним сопловым отверстием, а в другом из нескольких открытых положений криволинейный топливный канал соединен по текучей среде по меньшей мере с двумя сопловыми отверстиями; и

осуществление перехода между открытым положением и открытым положением в зависимости от частоты вращения двигателя, и/или нагрузки двигателя, и/или температуры двигателя.

14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий подачу топлива из топливной системы в топливный резервуар, расположенный внутри иглы, причем по мере перемещения иглы вниз топливо, находящееся в топливном резервуаре, протекает по криволинейному топливном каналу и через каждое соответствующее сопловое отверстие топливного инжектора.

15. Способ по п. 13, в котором приведение иглы в движение происходит в случае получения команды впрыска топлива в цилиндр, в котором установлен топливный инжектор.

16. Способ по п. 13, в котором приведение иглы в движение для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения через несколько открытых положений происходит через девять открытых положений.

17. Способ по п. 16, в котором приведение иглы в движение для последовательного перемещения иглы вниз через девять открытых положений содержит:

приведение иглы в движение для перемещения в первое открытое положение с установлением сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием;

приведение иглы в движение для последовательного перемещения в открытые положения со второго по восьмое с установлением в каждом из открытых положений со второго по восьмое сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и соответствующей парой сопловых отверстий; и

приведение иглы в движение для перемещения в девятое открытое положение с установлением сообщения по текучей среде между криволинейным топливным каналом и последним сопловым отверстием.

18. Система двигателя, содержащая:

двигатель, содержащий цилиндр;

топливную систему;

топливный инжектор, соединенный с цилиндром, причем топливный инжектор содержит:

корпус инжектора, содержащий несколько сопловых отверстий, и топливный тракт, соединенный с топливной системой;

инжекторную иглу, соединенную с инжекторным штифтом, по окружающей внешней поверхности которого проходит криволинейный топливный канал, сообщающийся по текучей среде с топливным резервуаром, расположенным внутри инжекторного штифта, причем инжекторный штифт расположен внутри корпуса инжектора, а топливный резервуар сообщается по текучей среде с топливным трактом; и

привод, соединенный с инжекторной иглой; и

контроллер, в долговременной памяти которого сохранены инструкции, выполнение которых обеспечивает возможность осуществления контроллером:

в случае получения команды впрыска топлива в цилиндр - активирования привода для перемещения инжекторной иглы вниз в первое положение, в котором криволинейный топливный канал сообщается по текучей среде только с одним из нескольких сопловых отверстий, и во второе положение, в котором криволинейный топливный канал выполнен сообщающимся по текучей среде с двумя или более сопловыми отверстиями из указанных нескольких сопловых отверстий; и

перехода между первым положением и вторым положением в зависимости от частоты вращения двигателя, и/или нагрузки двигателя, и/или температуры двигателя.

19. Система по п. 18, в которой несколько сопловых отверстий представляют собой шестнадцать сопловых отверстий, расположенных по окружности вокруг центральной оси корпуса инжектора, причем все несколько сопловых отверстий расположены в общей вертикальной плоскости.

20. Система по п. 18, в которой суммарная кривизна криволинейного топливного канала по окружающей внешней поверхности инжекторного штифта составляет 360 градусов.