Область применения
Настоящее изобретение в целом относится к способам и системам для управления непосредственным впрыском топлива в двигатель внутреннего сгорания транспортного средства.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
В двигателях внутреннего сгорания может использоваться непосредственный впрыск топлива, при этом точно контролируемое количество топлива впрыскивается под высоким давлением в каждый цилиндр двигателя, тем самым повышая топливную экономичность и выходную мощность двигателя. В традиционных топливных форсунках для непосредственного впрыска конфигурация и геометрия соплового отверстия форсунки позволяют регулировать характеристики процесса горения и воздействовать на выбросы транспортного средства. Топливо, как правило, впрыскивают из емкости на наконечнике иглы топливной форсунки в цилиндр двигателя через множество отверстий, которым придают различные формы для повышения качества распыливания и улучшения воздушно-топливной смеси.
Однако авторы настоящего изобретения пришли к выводу о том, что в камере сгорания двигателя поток воздуха может быть асимметричным вследствие расположения впускных и выпускных клапанов вдоль камеры сгорания. Открытие впускного клапана во время такта впуска двигателя может генерировать турбулентный поток воздуха с высокой степенью горизонтального и вертикального завихрения в некоторых частях камеры сгорания, при этом в других местах камеры сгорания могут наблюдаться более слабые горизонтальные и вертикальные завихрения и турбулентность. Вследствие этого, при равномерной подаче топлива (например, при подаче одинакового объема топлива) во все части камеры сгорания, в некоторых частях камеры сгорания, например, в областях камеры сгорания, испытывающих менее турбулентный поток воздуха, проникновение топлива к стенке может возрастать, а распыливание струи топлива может снижаться, что, в конечном счете, может негативно отразиться на выбросах.
В одном примере описанные выше проблемы могут быть решены при помощи системы топливной форсунки, содержащей корпус форсунки со множеством сопловых отверстий и иглу форсунки, соединенную со штифтом форсунки, при этом штифт форсунки содержит криволинейный топливный канал, выполненный с возможностью гидравлического сообщения с топливной емкостью внутри штифта форсунки, при этом игла форсунки и штифт форсунки помещены внутри корпуса форсунки, криволинейный топливный канал содержит первую область, имеющую первую ширину, и вторую область, имеющую вторую ширину, большую, чем первая ширина, и, при активации иглы форсунки, первая область выполнена с возможностью гидравлического сообщения с первым сопловым отверстием из множества сопловых отверстий для подачи первого объема топлива, а вторая область выполнена с возможностью гидравлического сообщения со вторым сопловым отверстием из множества сопловых отверстий для подачи второго объема топлива, большего, чем первый объем.
Один пример способа работы вышеописанной топливной форсунки может включать в себя активацию иглы, имеющей криволинейный топливный канал, помещенный внутри корпуса топливной форсунки для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения через множество открытых положений, гидравлически соединяющих ширину криволинейного топливного канала с тем или иным сопловым отверстием/отверстиями и впрыскивающих требуемый объем топлива в различные зоны камеры сгорания. В одном примере первая ширина топливного канала может гидравлически соединяться с первым сопловым отверстием, после чего игла перемещается вниз, гидравлически отсоединяя первую ширину топливного канала от первого соплового отверстия и гидравлически соединяя вторую ширину топливного канала со вторым сопловым отверстием во втором открытом положении из множества открытых положений, где вторая ширина больше, чем первая ширина. Первый объем топлива может впрыскиваться через первое сопловое отверстие в зону слабого вертикального и горизонтального завихрений в камере сгорания, а второй объем топлива может впрыскиваться через второе сопловое отверстие в зону сильного вертикального и горизонтального завихрений в камере сгорания, причем первый объем топлива может быть меньше, чем второй объем топлива.
При этом, в топливной форсунки в сборе со многими отверстиями, игла форсунки с криволинейным топливным каналом неравномерной ширины может последовательно позиционироваться так, чтобы в каждом положении могло устанавливаться гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и определенным(и) сопловым(и) отверстием (-ями) в течение интервала времени, основанного на ширине криволинейного топливного канала, совмещенного с определенным(и) сопловым(и) отверстием (-ями). В каждом положении в определенную зону камеры сгорания через сопловое отверстие может впрыскиваться определенный объем топлива, тем самым, минимизируя взаимодействие струи топлива со стенкой и увеличивая степень распыливания струи топлива.
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 показано схематическое изображение двигателя внутреннего сгорания.
На ФИГ. 2 показан пример топливной форсунки в сборе для непосредственного впрыска, применяемой в двигателе на ФИГ. 1, в деактивированном положении.
На ФИГ. 3 изображена игла форсунки со штифтом форсунки, имеющим криволинейный топливный канал неравномерной ширины по внешней окружности штифта для иглы форсунки.
На ФИГ. 4 изображен другой вариант осуществления иглы форсунки со штифтом форсунки.
На ФИГ. 5 изображен другой вариант осуществления иглы форсунки со штифтом форсунки.
На ФИГ. 6 показан вид снизу вверх сопла форсунки с шестнадцатью сопловыми отверстиями, расположенными по радиусу вокруг центральной камеры топливной форсунки на ФИГ. 2.
На ФИГ. 7 показана топливная форсунка для непосредственного впрыска в сборе, представленная на ФИГ. 2, во втором положении.
На ФИГ. 8 показана топливная форсунка для непосредственного впрыска в сборе, представленная на ФИГ. 2, в шестом положении.
На ФИГ. 9 показана топливная форсунка для непосредственного впрыска в сборе, представленная на ФИГ. 2, в десятом положении.
На ФИГ. 10 показана блок-схема, иллюстрирующая способ работы топливной форсунки для непосредственного впрыска в сборе, представленной на ФИГ. 2.
На ФИГ. 11 показана схема, иллюстрирующая гидравлическое сообщение для впрыска топлива при перемещении иглы форсунки вниз во время события впрыска топлива.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам для работы топливной форсунки для непосредственного впрыска, которая может быть встроена в двигатель, как показано на ФИГ. 1. На ФИГ. 2 показан вариант осуществления топливной форсунки в сборе с несколькими сопловыми отверстиями и иглой форсунки с криволинейным топливным каналом неравномерной ширины. Последовательное позиционирование иглы форсунки позволяет гидравлически соединять топливный канал с тем или иным сопловым отверстием, обеспечивая возможность впрыска топлива через это сопловое отверстие. На ФИГ. 3, 4 и 5 показаны различные варианты осуществления иглы форсунки с криволинейным топливным каналом, а на ФИГ. 6 показаны сопловые отверстия топливной форсунки. Положение иглы форсунки регулируется приводом и фиксирующими пружинами, соединенными с иглой форсунки. На ФИГ. 2 топливная форсунка в сборе находится в деактивированном положении. На ФИГ. 7, 8 и 9 топливная форсунка в сборе находится во втором, шестом и десятом активированном положении соответственно, при этом в каждом положении может подаваться различный объем топлива. Объем топлива, подаваемый в каждом положении, может быть основан на продолжительности удержания в каждом активированном положении и на ширине криволинейного топливного канала, совмещаемого с определенным сопловым отверстием в каждом положении. В одном примере больший объем топлива может подаваться в область с более турбулентным потоком воздуха в камере сгорания двигателя, в то время как меньший объем топлива может подаваться в зоны с меньшей турбулентностью, что приводит к улучшению распыливания топливной струи во всех областях камеры сгорания. Контроллер двигателя может посылать сигналы управления на электрический привод, соединенный с иглой топливной форсунки для непосредственного впрыска с целью регулирования положения сопла и соответствующего штифта, как показано на ФИГ. 2 и ФИГ. 7-9. Контроллер может выполнять управляющую программу, такую как пример программы на ФИГ. 10, для перехода сопла из деактивированного по умолчанию положения, в котором все сопловые отверстия форсунки закрыты, к последовательному позиционированию иглы форсунки, при котором те или иные сопловые отверстия форсунки впрыскивают топливо в течение заданного интервала времени в каждом положении, подавая различные объемы топлива к различным областям камеры сгорания двигателя. На ФИГ. 10 показан способ впрыскивания топлива при помощи топливной форсунки в сборе, описанной со ссылкой на ФИГ. 2-9. Гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и сопловым отверстием на основе ширины топливного канала изображено на схемах, показанных на ФИГ. 11.
На ФИГ. 1-9 показаны примеры конфигураций с относительным расположением различных компонентов. Если элементы показаны непосредственно контактирующими друг с другом или непосредственно соединенными, такие элементы могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно соединенными соответственно по меньшей мере в одном примере. Аналогичным образом, элементы, показанные смежными или соседними друг с другом, могут быть смежными или соседними друг с другом соответственно по меньшей мере в одном примере. В качестве примера, компоненты, находящиеся в контакте друг с другом с использованием общей поверхности, могут называться находящимися в контакте по общей поверхности. В качестве другого примера, элементы, расположенные на расстоянии друг от друга так, что между ними есть только пустое пространство и никаких других компонентов, могут называться таковыми в по меньшей мере одном примере. В качестве еще одного примера, элементы, показанные выше/ниже друг друга, на противоположных сторонах по отношению друг к другу, или слева/справа по отношению друг к другу, могут называться таковыми относительно друг друга. Кроме того, как показано на чертежах, самый верхний элемент или точка элемента может называться «верхом» компонента, а самый нижний элемент или точка элемента может называться «низом» компонента, по меньшей мере в одном примере. В контексте настоящего документа термины «верх/низ», «верхний/нижний», «выше/ниже» могут относиться к вертикальной оси чертежей и использоваться для описания расположения элементов чертежей по отношению друг к другу. В связи с этим в одном примере элементы, показанные над другими элементами, расположены выше этих других элементов по вертикали. В качестве еще одного примера, формы элементов, показанных в пределах чертежей, могут называться имеющими эти формы (например, являющимися круговыми, прямыми, плоскими, искривленными, закругленными, скошенными, наклоненными и т.п.). Далее, элементы, пересекающие друг друга, могут называться пересекающимися, или пересекающими друг друга элементами в по меньшей мере одном примере. Помимо этого, элемент, показанный внутри другого элемента или за пределами другого элемента, может называться таковым в одном примере.
Как показано на ФИГ. 1, управление двигателем 10 внутреннего сгорания, содержащим несколько цилиндров, один из которых приведен на ФИГ. 1, осуществляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в ней и присоединенным к коленчатому валу 40. Маховик 97 и ведомая шестерня 99 присоединены к коленчатому валу 40. Стартер 96 содержит вал 98 с шестерней и ведущую шестерню 95. Вал 98 с шестерней может избирательно перемещать ведущую шестерню 95 для зацепления ведомой шестерни 99. Стартер 96 может монтироваться непосредственно на передней или на задней части двигателя. В некоторых примерах стартер 96 может избирательно сообщать крутящий момент коленчатому валу 40 через ремень или цепь. В одном из примеров стартер 96 находится в деактивированном состоянии, когда не сцеплен с коленчатым валом двигателя. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Управление каждым впускным и выпускным клапаном может осуществляться с помощью кулачка 51 впускного клапана и кулачка 53 выпускного клапана. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться при помощи датчика 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться при помощи датчика 57 кулачка выпускного клапана.
Топливная форсунка 66 прямого впрыска показана расположенной таким образом, чтобы напрямую впрыскивать топливо в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области техники под названием непосредственного впрыска. Топливная форсунка 66 подает жидкое топливо пропорционально длительности импульса напряжения или длительности импульсного сигнала топливной форсунки, принятого от контроллера 12. Топливо подводится к топливной форсунке при помощи топливной системы (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показана). Кроме того, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с дополнительным электронным дросселем 62, регулирующим положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха от воздухозаборника 42 к впускному коллектору 44. Бесконтактная система зажигания 88 обеспечивает искру зажигания для камеры 30 сгорания с помощью свечи 92 зажигания в ответ на сигнал от контроллера 12. Универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ) показан присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от каталитического конвертера 70. Альтернативно, датчик 126 УДКОГ может быть заменен бистабильным датчиком кислорода в отработавших газах.
Конвертер 70 в одном из примеров может содержать несколько блоков-носителей каталитического нейтрализатора. В другом примере может использоваться несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое с несколькими блоками-носителями. Конвертер 70 в одном из примеров может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде традиционного микрокомпьютера, содержащего микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106 (например, долговременную память), оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал от датчика 134 положения, связанного с педалью 130 акселератора, для измерения силы, прикладываемой ногой 132; сигнал отдатчика 154 положения, присоединенного с педали 150 тормоза, для измерения силы, прикладываемой ногой 152; измеренное значение сигнала давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122 давления, соединенного со впускным коллектором 44; сигнал положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла, измеряющего положение коленчатого вала 40; измеренное значение массы воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120; и измеренное значение положения дросселя от датчика 58. Может также измеряться барометрическое давление (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего изобретения датчик 118 положения двигателя формирует заданное число равномерно распределенных импульсов при каждом обороте коленчатого вала, по которым можно определить частоту вращения двигателя (ЧВД).
В некоторых примерах двигатель может быть соединен с электродвигателем/аккумуляторной системой в гибридном транспортном средстве. Кроме того, в других примерах могут применяться другие конфигурации двигателей, например, дизельный двигатель с несколькими топливными форсунками. Кроме того, контроллер 12 может посылать сообщения о состояниях, таких как деградация компонентов, на световое табло или, в альтернативном варианте, дисплейную панель 171.
Во время работы каждый цилиндр внутри двигателя 10, как правило, выполняет четырехтактный цикл, содержащий такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вводится в камеру 30 сгорания по впускному коллектору 44, при этом поршень 36 перемещается ко дну цилиндра, увеличивая объем внутри камеры 30 сгорания. Поток воздуха в камеру 30 сгорания через впускной клапан 52 может приводить к высокой турбулентности, вертикальному и горизонтальному завихрению в некоторых частях камеры сгорания, при этом в других местах камеры сгорания могут наблюдаться более слабые горизонтальные и вертикальные завихрения и турбулентность.
Положение, при котором поршень 36 находится возле дна цилиндра и в конце такта впуска (например, когда камера 30 сгорания достигает наибольшего объема), специалисты в данной области техники, как правило, называют нижней мертвой точкой (НМТ).
Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра, сжимая воздух внутри камеры 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в конце своего такта ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания достигает наименьшего объема), специалисты в данной области техники, как правило, называют верхней мертвой точкой (ВМТ). В ходе процесса, называемого в дальнейшем впрыском, топливо вводится в камеру сгорания. В ходе процесса, называемого в дальнейшем зажиганием, впрыскиваемое топливо воспламеняется с помощью известного средства зажигания, такого как свеча 92 зажигания, что приводит к сгоранию. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывается для выпуска сгоревшей топливно-воздушной смеси в выпускной коллектор 48, а поршень возвращается к ВМТ. Следует отметить, что вышеизложенное приведено просто в качестве примера, и что моменты открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов могут различаться таким образом, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрытие впускного клапана или различные другие примеры.
Как объяснялось выше, форсунка непосредственного впрыска топлива может применяться для подачи топлива непосредственно к цилиндру двигателя, как показано на ФИГ. 1. Для увеличения распыливания топлива форсунки непосредственного впрыска могут включать в себя множество отверстий, через которые подается топливо. Поскольку топливо подается к форсунке непосредственного впрыска под высоким давлением, топливо, как правило, впрыскивается из форсунки непосредственного впрыска с относительно большой силой. Это может вызывать взаимодействие струи топлива со стенкой при выпуске топлива через несколько отверстий форсунки, приводя к уменьшению распыливания топливной струи, что может, в конечном счете, негативно влиять на выбросы.
Помимо этого, поток воздуха в камере сгорания цилиндра двигателя может не быть равномерным во всех областях. Таким образом, один и тот же объем топлива может по-разному распыляться в разных областях камеры сгорания (например, большее распыливание топливной струи в областях с сильным вертикальным и горизонтальным завихрениями и меньшее распыливание топливной струи в областях камеры сгорания с меньшей турбулентностью). Согласно описанным ниже вариантам осуществления, топливная форсунка может иметь иглу форсунки, выполненную с возможностью последовательного перемещения через несколько положений и установления гидравлического соединения с различными сопловыми отверстиями в течение различных интервалов времени, так, чтобы в каждом положении различный объем топлива впрыскивался только через определенное сопловое отверстие (отверстия) топливной форсунки со многими отверстиями, тем самым, устраняя взаимодействие топливной струи и увеличивая распыливание топливной струи.
Обратимся к ФИГ. 2, на котором изображен пример топливной форсунки 200 в сборе в цилиндре 208 двигателя. Топливная форсунка 200 в сборе может представлять собой неограничивающий пример форсунки 66 на ФИГ. 1. Топливная форсунка 200 в сборе включает в себя корпус 206 топливной форсунки, вмещающий иглу 205 форсунки со штифтом 210 форсунки, расположенную подвижно вдоль продольной оси 203 корпуса 206 форсунки (также называемой центральной осью корпуса форсунки). Корпус 206 форсунки также вмещает топливный тракт 220, соединенный с системой подачи топлива (например, общей топливной рампой высокого давления, трубопроводом (-ами) подачи топлива, топливным(и) насосом (-ами) и топливным(и) баком (-ами)). Привод 202 может быть соединен с иглой 205 форсунки. Привод 202 может представлять собой электрический привод. В других примерах топливная форсунка может активироваться другими приводами, такими как соленоидный, пьезоэлектрический, гидравлический и т.д., без отступления от объема раскрытия настоящего изобретения.
В примере, показанном на ФИГ. 2, продольная ось 203 топливной форсунки 200 в сборе перпендикулярна поперечной оси 201 цилиндра 208 и корпуса форсунки. Однако в других примерах форсунка может быть расположена по-другому относительно поперечной оси цилиндра. Топливная форсунка 200 в сборе включает в себя конец 211 основания, расположенный внутри цилиндра 208, в который может впрыскиваться топливо. Топливная форсунка 200 в сборе включает в себя также верхний конец 209, противоположный концу 211 основания.
Корпус 206 топливной форсунки включает в себя центральный канал 207, соединяющийся с центральной камерой 215, вмещающей иглу 205 топливной форсунки со штифтом 210 форсунки, как показано на ФИГ. 2. Игла 205 топливной форсунки вместе со штифтом 210 форсунки выполнена с возможностью перемещения в нижнем направлении или в верхнем направлении в центральном канале 207 и центральной камере 215 корпуса 206 форсунки. Игла 205 топливной форсунки также соединена с парой фиксирующих пружин 213. Каждая фиксирующая пружина 213, соединенная с иглой 205 форсунки, может вставляться и прикрепляться к поверхности центрального канала 207 корпуса 206 топливной форсунки и работать на смещение иглы 205 форсунки в верхнем направлении вдоль продольной оси 203 (например, от цилиндра 208). Привод 202 может перемещать иглу 205 форсунки вдоль продольной оси 203 в нижнем направлении (например, к цилиндру 208), преодолевая сопротивление пружин. Упорная втулка 218, прикрепленная к вершине иглы 205 форсунки, может ограничивать движение вниз иглы форсунки, когда упорная втулка 218 находится в контакте по общей поверхности с корпусом 206 форсунки, как будет описано ниже со ссылкой на ФИГ. 9.
Игла 205 топливной форсунки со штифтом 210 форсунки может помещаться внутри центрального канала 207 и центральной камеры 215. Штифт 210 форсунки может находиться в контакте по общей поверхности с внутренней поверхностью центральной камеры 215 при перемещении штифта 210 форсунки вместе с иглой 205 форсунки вниз или вверх вдоль продольной оси 203. Штифт 210 форсунки может быть цилиндрическим и включать в себя топливную емкость 212 и криволинейный топливный канал 204 неравномерной ширины по окружности на внешней поверхности штифта 210 форсунки, как показано в варианте осуществления 300 на ФИГ. 3 и вариантах осуществления 350 и 400 на ФИГ. 4 и 5 соответственно. Криволинейный топливный канал 204 может включать в себя верхнюю поверхность 260 и нижнюю поверхность262, которые будут подробнее рассмотрены далее со ссылкой на ФИГ. 3-5.
Топливная емкость 212 может быть соединена с топливным трактом 220 внутри корпуса 206 форсунки, причем топливный тракт 220 может быть гидравлически соединен с топливной системой высокого давления. Топливная емкость 212 может гидравлически сообщаться с криволинейным топливным каналом 204 по длине криволинейного топливного канала 204. Криволинейный топливный канал 204 может быть гидравлически открытым для центральной камеры 215 по длине криволинейного топливного канала. В одном примере криволинейный топливный канал 204 может представлять собой отверстие в стенке штифта, проходящее вокруг всего штифта. Плотный контакт по общей поверхности между штифтом 210 форсунки и внутренней стенкой центральной камеры 215 может препятствовать выходу топлива из криволинейного топливного канала 204 в центральную камеру 215.
Как показано на ФИГ. 3, криволинейный топливный канал 204 может изгибаться вниз от верхней плоскости 250 до нижней плоскости 252 вдоль внешней поверхности штифта 210 форсунки. Кривая топливного канала от верхней плоскости 250 до нижней плоскости 252 может быть симметричной с любой стороны верхней плоскости 250, причем криволинейный топливный канал 204 может симметрично охватывать внешнюю поверхность штифта 210 форсунки. Относительное расположение верхней плоскости 250 и нижней плоскости 252 на штифте 210 форсунки может определять кривизну/наклон криволинейного топливного канала 204, охватывающего штифт 210 форсунки. Криволинейный топливный канал 204 может описывать кривую вокруг всего штифта, например, эта кривая может проходить по всей окружности вдоль периферийной поверхности штифта. Центральная ось 249 по длине криволинейного топливного канала 204 имеет первую точку симметрии на верхней плоскости 250, представляющую максимальное смещение криволинейного топливного канала по вертикали относительно днища штифта. Центральная ось 249 по длине криволинейного топливного канала 204 может иметь вторую точку симметрии на нижней плоскости 252, представляющую минимальное смещение криволинейного топливного канала по вертикали относительно днища штифта, при этом максимальное и минимальное смещения по вертикали могут быть различными.
Центральная ось 249 по длине криволинейного топливного канала 204 может располагаться под углом относительно поперечной оси штифта форсунки, как показано на ФИГ. 3. Нижняя плоскость 252 может быть параллельна поперечной оси, и центральная ось 249 топливного канала может быть наклонена в нижней плоскости под углом, большим нуля, например, под углом 15-30 градусов. Центральная ось 249 криволинейного топливного канала 204 может включать в себя первую половину, от первой точки симметрии до второй точки симметрии, имеющую форму половины оборота спирали в нижнем направлении. Центральная ось 249 криволинейного топливного канала 204 может включать в себя вторую половину, от второй точки симметрии обратно до первой точки симметрии, имеющую форму половины оборота спирали в верхнем направлении. Ширина криволинейного топливного канала может изменяться вдоль первой половины и второй половины центральной оси 249 криволинейного топливного канала, как будет описано ниже.
В первой половине центральной оси 249 криволинейного топливного канала 204, от первой точки симметрии до второй точки симметрии, верхняя поверхность 260 криволинейного топливного канала может быть параллельна нижней поверхности 262, за исключением участка, где нижняя поверхность 262 может изгибаться в сторону от верхней поверхности 260, а затем изгибаться назад в сторону верхней поверхности 260. В одном примере между верхней поверхностью и нижней поверхностью криволинейного топливного канала от первой точки симметрии в верхней плоскости 250 до точки 270 криволинейного топливного канала 204 может присутствовать зазор g1. По мере приближения криволинейного топливного канала ко второй точке симметрии в нижней плоскости 252 от точки 270 нижняя поверхность 262 может постепенно удаляться от верхней поверхности 260 так, что зазор g1, разделяющий верхнюю и нижнюю поверхности, возрастает до величины зазора g2, причем зазор g2 может быть больше, чем зазор g1, и зазор g2 может представлять собой наибольшее расстояние, отделяющее верхнюю поверхность от нижней поверхности. По мере дальнейшего продвижения криволинейного топливного канала к нижней плоскости 252 нижняя поверхность может постепенно приближаться к верхней поверхности 260 так, что зазор g2 постепенно уменьшается до величины зазора g3 в точке 272 по длине криволинейного топливного канала 204. От точки 272 до второй точки симметрии в нижней плоскости 252 нижняя и верхняя поверхности могут оставаться отделенными друг от друга зазором g3, причем g3 может быть равен g1, и g3 может быть меньше, чем g2. В одном примере увеличение от зазора g1 до зазора g2 и уменьшение от зазора g2 до зазора g3 может быть симметричным.
Расстояние между верхней поверхностью 260 и нижней поверхностью 262 может иметь симметричный профиль с каждой стороны от верхней плоскости и нижней плоскости. В одном примере вторая половина центральной оси 249 криволинейного топливного канала, от второй точки симметрии обратно до первой точки симметрии (имеющая форму половины оборота спирали в верхнем направлении), ориентация и относительное расстояние между верхней и нижней поверхностями могут быть аналогичными первой половине центральной оси 249 криволинейного топливного канала 204. В одном примере точка 270 и точка 272 могут располагаться в других областях криволинейного топливного канала так, чтобы самый широкий зазор g2 между верхней поверхностью и нижней поверхностью соответствовал (например, гидравлически соединялся) одному или более сопловым отверстиям топливной форсунки, расположенным таким образом, чтобы напрямую впрыскивать топливо в зону, где генерируется сильное горизонтальное и вертикальное завихрение внутри камеры сгорания.
В одном примере зазор g2 может находиться только с одной стороны криволинейного топливного канала 204. В другом примере точка 270 и точка 272 вместе с зазором g2 криволинейного топливного канала 204 могут находиться в более чем одном месте с одной и той же стороны криволинейного топливного канала, причем местоположение каждой секции криволинейного топливного канала между точкой 270 и точкой 272 может соответствовать сопловым отверстиям, гидравлически соединенным с зоной сильных горизонтального и вертикального завихрений внутри камеры сгорания.
На ФИГ. 4 показан вариант осуществления 350 иглы форсунки, аналогичный варианту осуществления 300, описанному выше со ссылкой на ФИГ. 3, за исключением относительной ориентации верхней и нижней поверхностей криволинейного топливного канала. В варианте осуществления 350 в первой половине центральной оси 249 криволинейного топливного канала 204 имеется зазор g4 между верхней и нижней поверхностями от верхней плоскости 250 до точки 274 криволинейного топливного канала. В точке 274 верхняя поверхность может постепенно удаляться от нижней поверхности, при этом зазор g4 возрастает до величины зазора g5 между верхней и нижней поверхностями, причем зазор g5 может быть больше, чем зазор g4, и зазор g5 может представлять собой самый широкий зазор между верхней поверхностью и нижней поверхностью. Верхняя поверхность может постепенно возвращаться к нижней поверхности, и в точке 276 криволинейного топливного канала зазор g5 уменьшается до величины зазора g6, причем зазор g6 может быть равным зазору g4. Аналогичная ориентация верхней и нижней поверхностей может иметь место вдоль второй половины центральной оси 249 криволинейного топливного канала. В других примерах точка 274 и точка 276 могут располагаться в других зонах криволинейного топливного канала 204 так, чтобы самый широкий зазор g5 между верхней поверхностью и нижней поверхностью соответствовал (например, гидравлически соединялся) одному или более сопловым отверстиям топливной форсунки, расположенным таким образом, чтобы напрямую впрыскивать топливо в зону, где генерируется сильное горизонтальное и вертикальное завихрение внутри камеры сгорания.
В одном примере зазор g5 может находиться только с одной стороны криволинейного топливного канала 204. В другом примере точка 274 и точка 276 вместе с зазором g5 криволинейного топливного канала 204 могут находиться в более чем одном месте с одной и той же стороны криволинейного топливного канала 204, причем каждая секция криволинейного топливного канала между точкой 274 и точкой 276 может соответствовать сопловым отверстиям, гидравлически соединенным с зоной сильных горизонтального и вертикального завихрений внутри камеры сгорания.
На ФИГ. 5 показан другой вариант осуществления 500 иглы форсунки, аналогичный вариантам осуществления 300 и 350, описанным выше со ссылкой на ФИГ. 3, за исключением относительной ориентации верхней поверхности 260 и нижней поверхности 262 криволинейного топливного канала 204. В варианте осуществления 500 в первой половине центральной оси 249 криволинейного топливного канала 204 может быть зазор g7 между верхней поверхностью 260 и нижней поверхностью 262 от верхней плоскости 250 до точки 278 криволинейного топливного канала. В точке 278 и верхняя поверхность 260, и нижняя поверхность 262 могут постепенно удаляться друг от друга, а зазор g7 может возрастать до величины зазора g8, где зазор g8 больше, чем зазор g7, и зазор g8 представляет собой наибольший зазор между верхней и нижней поверхностями. Верхняя и нижняя поверхности могут постепенно возвращаться друг к другу, и в точке 280 криволинейного топливного канала зазор g8 уменьшается до величины зазора g9, причем зазор g9 может быть равным зазору g7. Зазор g9 продолжается от точки 280 до нижней плоскости 252. Аналогичная ориентация верхней и нижней поверхностей может иметь место вдоль второй половины центральной оси 249 криволинейного топливного канала. В других примерах точка 278 и точка 280 могут располагаться в других областях криволинейного топливного канала 204 так, чтобы самый широкий зазор g8 между верхней поверхностью и нижней поверхностью соответствовал (например, гидравлически соединялся) одному или более сопловым отверстиям топливной форсунки, расположенным таким образом, чтобы напрямую впрыскивать топливо в область, где генерируется сильное горизонтальное и вертикальное завихрение внутри камеры сгорания.
В одном варианте осуществления зазор g8 может находиться только с одной стороны криволинейного топливного канала 204. В другом варианте осуществления точка 278 и точка 280 вместе с зазором g8 криволинейного топливного канала 204 могут находиться в более чем одном месте с одной и той же стороны криволинейного топливного канала 204, причем каждая секция криволинейного топливного канала между точкой 278 и точкой 280 может соответствовать сопловым отверстиям, гидравлически соединенным с областью сильных горизонтального и вертикального завихрений внутри камеры сгорания.
Таким образом, больший зазор криволинейного топливного канала через определенные сопловые отверстия может соответствовать областям внутри камеры сгорания, в которых вследствие более сильных горизонтального и вертикального завихрений и более турбулентного потока может требоваться большее количество топлива, а меньший зазор криволинейного топливного канала через определенные сопловые отверстия может соответствовать областям внутри камеры сгорания, в которых вследствие менее сильных горизонтального и вертикального завихрений и менее турбулентного потока требуется меньшее количество топлива. В одном примере нижняя поверхность криволинейного канала может быть параллельной направлению вдоль окружности, тогда как верхняя поверхность может отклоняться от направления вдоль окружности, создавая различные варианты ширины канала для больших или меньших значений продолжительности впрыска топлива. В другом примере верхняя поверхность криволинейного канала может быть параллельной направлению вдоль окружности, тогда как нижняя поверхность отклоняется от направления вдоль окружности, создавая различные варианты ширины канала для больших или меньших значений продолжительности впрыска топлива. В еще одном примере и верхняя и нижняя поверхности криволинейного канала могут отклоняться от направления вдоль окружности, создавая различные варианты ширины канала для больших или меньших значений продолжительности впрыска топлива.
За счет включения нижней поверхности, которая изгибается в сторону от верхней поверхности, как в варианте осуществления, показанном на ФИГ. 3, может быть обеспечено более «позднее» событие впрыска топлива для соплового (-ых) отверстия (-й), выполненных с возможностью гидравлического соединения с криволинейным топливным каналом при широком зазоре (например, д2). Иными словами, впрыск топлива из соплового (-ых) отверстия (-й), выполненного (-ых) с возможностью гидравлического соединения с криволинейным топливным каналом при широком зазоре, может начинаться в момент времени, согласующийся с впрыском топлива из других сопловых отверстий, выполненных с возможностью гидравлического соединения с криволинейным каналом при более узком зазоре g1 (например, после того, как впрыск топлива для предыдущего соплового отверстия завершился), а продолжительность впрыска топлива из соплового (-ых) отверстия (-й), выполненного(-ых) с возможностью гидравлического соединения с криволинейным топливным каналом при широком зазоре, может приближаться к впрыску топлива из последующего соплового отверстия или перекрываться с ним. Напротив, за счет включения верхней поверхности, которая изгибается в сторону от нижней поверхности, как в варианте осуществления, показанном на ФИГ. 4, может быть обеспечено более «раннее» событие впрыска топлива для соплового (-ых) отверстия (-й), выполненного (-ых) с возможностью гидравлического соединения с криволинейным топливным каналом при широком зазоре (например, g5). Иными словами, впрыск топлива из соплового (-ых) отверстия (-й), выполненного (-ых) с возможностью гидравлического соединения с криволинейным топливным каналом при широком зазоре, может начинаться в момент времени, более ранний, чем впрыск топлива из других сопловых отверстий, выполненных с возможностью гидравлического соединения с криволинейным каналом при более узком зазоре g4 (например, ближе или перекрываясь с впрыском топлива для предыдущего соплового отверстия), при этом впрыск топлива из соплового (-ых) отверстия (-й), выполненного (-ых) с возможностью гидравлического соединения с криволинейным топливным каналом при широком зазоре, может заканчиваться в момент времени, согласующийся с другими сопловыми отверстиями (например, впрыск топлива может заканчиваться до того, как начнется впрыск топлива из следующего соплового отверстия). За счет включения кривизны и верхней и нижней поверхностей, как в варианте осуществления, показанном на ФИГ. 5, продолжительность впрыска топлива из соплового (-ых) отверстия (-й), выполненного (-ых) с возможностью гидравлического соединения с криволинейным топливным каналом при широком зазоре (например, g8), может быть больше, чем продолжительность впрыска из эквивалентных сопловых отверстий в варианте осуществления, показанном на ФИГ. 3 и 4, при этом событие впрыска топлива может начинаться рано и заканчиваться поздно.
Снова обращаясь к ФИГ. 2, отметим, что корпус 206 топливной форсунки включает в себя основание 219 сопла форсунки на конце 211 основания топливной форсунки. Седло 216 иглы может выступать из основания 219 сопла форсунки в центральную камеру 215. Седло 216 иглы может вступать в контакт по общей поверхности со штифтом 210 форсунки, помещенным внутри центральной камеры 215. Множество сопловых отверстий соединяет центральную камеру 215 топливной форсунки с наружной стороной корпуса 206 топливной форсунки, например, сопловые отверстия 238 и 230.
На ФИГ. 6 показан схематический вид снизу вверх корпуса 206 топливной форсунки с шестнадцатью сопловыми отверстиями 230-245, гидравлически соединяющими центральную камеру 215 с наружной стороной корпуса 206 топливной форсунки. Шестнадцать сопловых отверстий 230-245 расположены по радиусу вокруг центральной камеры 215. В других примерах может присутствовать больше или меньше, чем шестнадцать сопловых отверстий. Распределение сопловых отверстий вокруг центральной камеры 215 может быть симметричным с одинаковым расстоянием между каждым из последовательных сопловых отверстий. В другом примере расположение сопловых отверстий вокруг центральной камеры может не быть симметричным. Сопловые отверстия могут проходить через корпус 206 форсунки под углом относительно продольной оси 203, например, сопловые отверстия 230 и 238 могут располагаться под углом 60° относительно продольной оси 203. Сопловые отверстия 230-245 могут располагаться в одной вертикальной плоскости, как показано на чертеже. Однако в других примерах сопловые отверстия могут располагаться в двух или более вертикальных плоскостях.
На ФИГ. 2 показана топливная форсунка 200 в сборе в деактивированном первом положении (в котором не происходит впрыска топлива), причем привод 202 не активирован, а фиксирующие пружины 213 смещают иглу 205 форсунки вверх. Штифт 210 форсунки не находится в контакте по общей поверхности с седлом 216 иглы форсунки, а криволинейный топливный канал 204 не сообщается гидравлически с какими-либо сопловыми отверстиями из сопловых отверстий 230-245 топливной форсунки (показанных на ФИГ. 6), включая отсутствие гидравлического сообщения между криволинейным топливным каналом и сопловыми отверстиями 230 и 238, как показано на ФИГ. 2. Соответственно, выход топлива по криволинейному топливному каналу 204 в любые сопловые отверстия 230-245 блокируется, и впрыска топлива не происходит.
На ФИГ. 7 показана топливная форсунка 200 в сборе, включающая вариант осуществления 300 иглы форсунки на ФИГ. 3, во втором положении 500, при этом привод 202 активирован и перемещает иглу 205 форсунки и штифт 210 форсунки вниз (например, к цилиндру), преодолевая сопротивление фиксирующих пружин 213. Перемещение вниз иглы 205 форсунки может происходить с постоянной или почти постоянной скоростью и, по мере перемещения иглы вниз с постоянной скоростью, может последовательно устанавливать гидравлическую связь между различными областями криволинейного топливного канала 204 и определенным(и) сопловым(и) отверстием (-ями).
Во втором положении 500, показанном на ФИГ. 7, штифт 210 форсунки перемещается вниз внутри центральной камеры 215, гидравлически соединяющей криволинейный топливный канал 204 с сопловым отверстием 230, создавая поток топлива высокого давления из топливной емкости 212 штифта 210 форсунки через криволинейный топливный канал 204 и сопловое отверстие 230 к наружной стороне корпуса форсунки и в цилиндр 208. При впрыске топлива область криволинейного топливного канала 204 с зазором g3 между верхней поверхностью 260 и нижней поверхностью 262 может совпадать с сопловым отверстием 230 в течение интервала времени продолжительностью Т1. Объем топлива, подаваемый через сопловое отверстие 230 в цилиндр двигателя, может определяться по объему топлива, выходящего через зазор g3 в сопловое отверстие 230 в течение интервала времени Т1. Во втором положении гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и всеми остальными сопловыми отверстиями может быть заблокировано (например, впрыск топлива происходит только через сопловое отверстие 230).
Привод может последовательно перемещать иглу 205 далее вниз с постоянной или почти постоянной скоростью в третье положение (не показано) так, что гидравлическое соединение между криволинейным топливным каналом 204 и сопловым отверстием 230 блокируется, при этом одновременно гидравлическое сообщение устанавливается между по меньшей мере одним другим сопловым отверстием и криволинейным топливным каналом в другой плоскости криволинейного топливного канала. Поскольку открытый криволинейный топливный канал проходит по всей окружности штифта 210 форсунки и является симметрично изогнутым, в некоторых положениях иглы форсунки криволинейный топливный канал может гидравлически сообщаться с двумя сопловыми отверстиями, например, в третьем положении, при этом криволинейный топливный канал 204 может гидравлически сообщаться с сопловым отверстием 231 и сопловым отверстием 245 в течение заданного периода времени (сопловые отверстия показаны на ФИГ. 6). В третьем положении топливо может впрыскиваться только через сопловые отверстия 231 и 245 в течение определенного интервала времени, выпуская определенный объем топлива в какую-либо зону камеры сгорания, в то время как другие сопловые отверстия не сообщаются гидравлически с криволинейным топливным каналом 204. В одном примере, если ширина топливного канала, совмещенного с сопловым отверстием 231 и сопловым отверстием 245, больше, чем ширина топливного канала, совмещенного с сопловым отверстием 230 во втором положении, при перемещении иглы форсунки вниз внутри корпуса форсунки интервал времени, в течение которого между криволинейным топливным каналом и каждым из сопловых отверстий 231 и 245 устанавливается гидравлическое сообщение, может иметь большую продолжительность, чем продолжительность гидравлического соединения с сопловым отверстием 230. Вследствие этого объем топлива, выпускаемый за время пребывания во втором положении из соплового отверстия 230, может быть меньше, чем объем топлива, выпускаемый за время пребывания в третьем положении из каждого из сопловых отверстий 231 и 245. В другом примере ширина топливного канала, совмещаемого с сопловым отверстием 230 во втором положении и с каждым из сопловых отверстий 231 и 245 во время пребывания в третьем положении, может быть одинаковой. Продолжительность гидравлического сообщения между криволинейным топливным каналом и каждым из сопловых отверстий может быть одинаковой и во втором, и в третьем положении, в результате чего из каждого из сопловых отверстий выпускается одинаковый объем топлива. Во время пребывания в третьем положении топливо может выпускаться в какую-либо зону камеры сгорания, которая может, по меньшей мере частично, отличаться от зоны, в которую выпускается топливо во втором положении.
В дальнейшем привод может продолжать перемещение иглы 205 форсунки и штифта 210 форсунки вниз с постоянной или почти постоянной скоростью вдоль центральной камеры 215 в четвертое положение (в котором криволинейный топливный канал 204 соединяется с сопловыми отверстиями 232 и 244), затем в пятое положение (в котором криволинейный топливный канал 204 соединяется с сопловыми отверстиями 233 и 243), и определенный (-е) объем(ы) топлива выпускается (-ются) через соответствующие сопловые отверстия в каждом положении (положения не показаны). Объем топлива, выпускаемый в каждом из положений, может зависеть от ширины криволинейного топливного канала, совмещаемого с определенным сопловым отверстием. Если ширина криволинейного топливного канала относительно велика, продолжительность гидравлического сообщения между определенным сопловым отверстием и топливным каналом во время перемещения иглы форсунки вниз или вверх будет больше, при этом выпускается больший объем топлива по сравнению со случаем, когда ширина топливного канала, сообщающегося с сопловым отверстием, относительно мала.
В результате дальнейшего перемещения иглы 205 форсунки вниз с постоянной или почти постоянной скоростью игла форсунки может оказаться в шестом положении 600, устанавливая гидравлическое сообщение и создавая поток топлива через сопловые отверстия 234 и 242, как показано на ФИГ. 8. В шестом положении криволинейный топливный канал с более широким зазором, чем зазор g1 и зазор 3, может быть совмещен с сопловым отверстием 234 и сопловым отверстием 242. В одном примере области криволинейного топливного канала 204 с зазором 2 (показанным на ФИГ. 3) могут быть совмещены с сопловым отверстиями 234 и 242. Продолжительность гидравлического сообщения между криволинейным топливным каналом и сопловыми отверстиями 234 и 242 может составлять Т6. В одном примере продолжительность Т6 может быть больше, чем продолжительность Т1 во втором положении (рассмотренном выше со ссылкой на ФИГ. 7) и другие значения продолжительности, для которых гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и определенными сопловыми отверстиями устанавливается при других положениях топливной форсунки.
В одном примере зазор g2 может быть в два раза шире, чем зазор g1. Во время перемещения вниз иглы форсунки, когда зазор g2 совмещается с сопловыми отверстиями 234 и 242, продолжительность гидравлического сообщения с каждым из сопловых отверстий 234, 242 будет больше, чем продолжительность гидравлического сообщения между зазором g1 и сопловым отверстием 230 во время пребывания во втором положении. Таким образом, в шестом положении через каждую сопловую форсунку может подаваться больший объем топлива по сравнению с топливом, подаваемым во втором положении. Топливо, подаваемое через сопловые отверстия 234 и 242, может подаваться в область или области камеры сгорания, соответствующие зоне сильных горизонтального и вертикального завихрений внутри камеры сгорания двигателя во время такта впуска и/или такта сжатия.
В одном примере шестой объем топлива, впрыскиваемого через каждое из сопловых отверстий 234 и 242, может представлять собой максимальный объем топлива, впрыскиваемого через любое из шестнадцати сопловых отверстий топливной форсунки. Например, шестой объем впрыскиваемого топлива может быть больше, чем первый объем топлива, впрыскиваемого через сопловое отверстие 230, может быть больше, чем второй объем топлива, впрыскиваемого через каждое из сопловых отверстий 231 и 245, может быть больше, чем третий объем топлива, впрыскиваемого через каждое из сопловых отверстий 233 и 243, и может быть больше, чем четвертый объем топлива, впрыскиваемого через каждое из сопловых отверстий 234 и 242. В некоторых примерах каждый из первого объема топлива, второго объема топлива, третьего объема топлива и четвертого объема топлива могут представлять собой равные объемы топлива.
В зависимости от местоположения зазора g2 вдоль криволинейного топливного канала каждое из соответствующих сопловых отверстий, подающее максимальный объем топлива, может находиться на противоположных сторонах топливной форсунки, или может находиться с одной и той же стороны топливной форсунки. В одном примере два сопловых отверстия, каждое из которых подает максимальный объем топлива, могут располагаться рядом друг с другом, когда зазор g2 проходит по длине с одной и той же стороны криволинейного топливного канала. Зазор g2 может устанавливать гидравлическое сообщение с каждым сопловым отверстием при последовательном прохождении открытых положений иглой топливной форсунки.
В другом примере каждое из сопловых отверстий, подающих максимальный объем топлива, может быть отделено несколькими сопловыми отверстиями (например, двумя сопловыми отверстиями) между ними, так, чтобы зазор g2 мог находиться в первой области и во второй области с одной и той же стороны криволинейного топливного канала. Третья область криволинейного топливного канала с меньшим зазором, чем зазор g2, может находиться между первой и второй областями. Третья область криволинейного топливного канала с меньшим зазором, чем зазор g2, может соответствовать сопловым отверстиям, разделяющим два сопловых отверстия, подающих максимальный объем топлива. Гидравлическое сообщение каждой области криволинейного топливного канала с определенными сопловыми отверстиями может происходить во время пребывания в различных открытых положениях при перемещении вниз иглы форсунки.
В другом примере, вместо двух областей максимальной ширины, в криволинейный топливный канал может быть включена только одна область максимальной ширины. В связи с этим, в некоторых примерах максимальный объем топлива может подаваться только через одно сопловое отверстие. Кроме того, в некоторых примерах одно или более сопловых отверстий вблизи от соплового отверстия, подающего максимальный объем топлива, могут подавать увеличенный объем топлива. Например, область максимальной ширины (такая как зазор g2) топливного канала может быть расположена так, чтобы гидравлически соединяться с сопловым отверстием 234 для подачи максимального объема топлива. Кроме того, сопловые отверстия 233 и 235 могут гидравлически соединяться с криволинейным топливным каналом в областях, ближайших к максимальной ширине, при этом ширина топливного канала может быть меньше, чем максимальная ширина, но больше, чем минимальная ширина (например, зазор g1). Таким образом, сопловые отверстия 233 и 235 подают средний объем топлива, меньший чем объем топлива, подаваемого сопловым отверстием 234, но больший, чем минимальный объем топлива, подаваемый сопловым отверстием 230. В контексте настоящего документа максимальный и минимальный объемы топлива могут обозначать относительные объемы топлива для данного события впрыска топлива, и могут представлять собой максимальный и минимальный объемы топлива, подаваемые любым из сопловых отверстий во время этого события впрыска топлива.
Привод может продолжать перемещение иглы форсунки вниз с постоянной скоростью, устанавливая гидравлическое сообщение в седьмом положении с сопловыми отверстиями 235 и 241, в восьмом положении с сопловыми отверстиями 236 и 240 и в девятом положении с сопловыми отверстиями 237 и 239 (положения не показаны). После этого форсунка может перемещаться к десятому положению 700, гидравлически соединенному с сопловым отверстием 238.
На ФИГ. 9 изображена топливная форсунка 200 в сборе в десятом положении 700 с криволинейным топливным каналом 204, выполненным с возможностью гидравлического сообщения с сопловым отверстием 238, в то время как гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и другими сопловыми отверстиями может быть блокировано. Криволинейный топливный канал при ширине зазора g1 может быть совмещен с сопловым отверстием 238. Продолжительность гидравлического сообщения между криволинейным топливным каналом с зазором g1 и сопловым отверстием 238 в десятом положении может составлять Т10. В одном примере продолжительность Т10 может быть меньше, чем продолжительность Т6 в шестом положении (рассмотренном выше со ссылкой на ФИГ. 8), и может быть равна продолжительности Т1 для второго положения (рассмотренного выше со ссылкой на ФИГ. 7). В одном примере объем топлива, выпускаемого при прохождении десятого положения, может быть равным объему топлива, впрыскиваемого при прохождении второго положения (например, когда зазор g1 и зазор g3 равны). Однако топливо при прохождении десятого положения может впрыскиваться в зону камеры сгорания, отличную от зоны впрыскивания при прохождении второго положения или других положений иглы форсунки.
В десятом положении упорная втулка 218 иглы форсунки может находиться в контакте по общей поверхности с корпусом 206 форсунки, а седло 216 иглы может находиться в контакте по общей поверхности со штифтом 210 форсунки внутри центральной камеры 215, ограничивая любое дальнейшее перемещение вниз иглы 205 форсунки и штифта 210 форсунки. Хотя топливная форсунка 200 в сборе, описанная в настоящей заявке, имеет десять положений, включая деактивированное, в других примерах могут иметь место большее или меньшее количество положений топливной форсунки в сборе в зависимости от количества сопловых отверстий. Объем топлива, впрыскиваемого в каждом положении, может зависеть от продолжительности сохранения данного положения и основан на ширине (зазоре между верхней поверхностью 260 и нижней поверхностью 262) криволинейного топливного канала, соединенного с сопловым(и) отверстием (-ями) в этом положении.
В конце впрыска топлива привод может быть деактивирован, и фиксирующие пружины 213, соединенные с иглой форсунки, могут проталкивать иглу форсунки и штифт форсунки вверх от цилиндра 208, перемещая топливную форсунку в сборе к деактивированному первому положению на ФИГ. 2. При движении вверх иглы форсунки и штифта форсунки топливная форсунка может переходить из десятого положения во второе положение и, наконец, в деактивированное первое положение. В ходе обратного перемещения из десятого положения в первое положение может выпускаться небольшой объем остаточного топлива при повторном установлении гидравлического соединения с определенными сопловыми отверстиями и криволинейным топливным каналом. В одном примере продолжительность соединения по мере прохождения иглы форсунки из десятого положения в первое может быть очень небольшой, при выпуске топлива от минимального до нулевого.
Положения описанной выше топливной форсунки в сборе включают в себя вариант осуществления 300 иглы форсунки (показанный на ФИГ. 3). В других примерах топливная форсунка в сборе может включать в себя вариант осуществления 350 (ФИГ. 4) или вариант осуществления 400 (ФИГ. 5) иглы форсунки.
Таким образом, топливная форсунка включает в себя корпус топливной форсунки, содержащий множество сопловых отверстий, расположенных по радиусу вокруг центральной оси топливной форсунки. Корпус форсунки вмещает иглу, присоединенную к штифту. Штифт содержит топливную емкость и криволинейный топливный канал, выполненный с возможностью гидравлического сообщения с топливной емкостью. Криволинейный топливный канал изогнут в нескольких направлениях, включая изогнутость по окружности штифта (например, канал имеет форму круга или эллипса), а также наличие вертикальной изогнутости при его обходе вокруг штифта (например, он наклонен под углом относительно поперечной оси корпуса форсунки/штифта). Зазор между верхней поверхностью и нижней поверхностью криволинейного топливного канала может изменяться вдоль криволинейного топливного канала таким образом, что имеют место максимальный зазор, гидравлически соединенный с одним или более топливными отверстиями, выполненными с возможностью направлять топливо в зону, соответствующую зоне сильных горизонтального и вертикального завихрений камеры сгорания, и меньший зазор, гидравлически соединенный с одним или более топливными отверстиями, выполненными с возможностью направлять топливо в зоны слабых горизонтального и вертикального завихрений камеры сгорания. По мере перемещения иглы и штифта вниз относительно корпуса форсунки, топливный канал последовательно устанавливает гидравлическое сообщение с каждым сопловым отверстием в течение определенного интервала времени. В одном примере топливный канал имеет верхнюю точку симметрии и нижнюю точку симметрии. Когда топливный канал гидравлически соединен с сопловым отверстием в верхней точке (например, когда верхняя точка находится в той же вертикальной плоскости, что и сопловые отверстия), гидравлическое сообщение устанавливается только между топливным каналом и одним сопловым отверстием. Аналогичным образом, когда топливный канал гидравлически соединен с сопловым отверстием в нижней точке (например, когда нижняя точка находится в той же вертикальной плоскости, что и сопловые отверстия), гидравлическое сообщение устанавливается только между топливным каналом и одним другим сопловым отверстием. Когда топливный канал гидравлически соединен с сопловым отверстием в любой точке между нижней точкой и верхней точкой, гидравлическое сообщение устанавливается между топливным каналом и двумя другими сопловыми отверстиями. Таким образом, при одном событии активации иглы она может проходить через девять открытых положений, при этом переменные объемы топлива сначала впрыскиваются из одного соплового отверстия, затем из семи пар сопловых отверстий последовательно, а затем из одного оставшегося соплового отверстия.
На ФИГ. 10 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ 800 для впрыскивания топлива при помощи форсунки для непосредственного впрыска, такой как топливная форсунка 200 в сборе на ФИГ. 2-9. Топливная форсунка 200 в сборе может иметь криволинейный топливный канал 204 по любому из вариантов осуществления, показанных на ФИГ. 7-9.
Команды для реализации способа 800 и остальных способов, включенных в настоящую заявку, могут выполняться контроллером, например, контроллером 12, на основе команд, хранящихся в памяти контроллера, совместно с сигналами, принимаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики окислов азота, датчики УДКОГ, датчики давления и т.д., описанные выше со ссылкой на ФИГ. 1. Контроллер может использовать приводы системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами. В одном примере, на основе входных данных от датчиков, контроллер 12 может задействовать приводы, такие как привод 202 топливной форсунки 200 в сборе, для регулирования положения иглы форсунки, как показано на ФИГ. 2 и ФИГ. 7-9.
Выполнение способа 800 начинается на шаге 802, где определяются рабочие параметры двигателя. Определяемые рабочие параметры двигателя могут включать в себя, без ограничений, состояние двигателя (например, включен или выключен), частоту вращения двигателя и нагрузку двигателя, текущее положение двигателя, температуру двигателя и другие параметры. На шаге 804 топливная форсунка двигателя может находиться в деактивированном первом положении, при этом впрыска топлива через топливную форсунку не происходит. В одном примере топливная форсунка может представлять собой топливную форсунку 200 в сборе, показанную на ФИГ. 2, причем игла 205 форсунки в деактивированном первом положении не обеспечивает возможности гидравлического сообщения между криволинейным топливным каналом 204 и любыми из сопловых отверстий топливной форсунки. Вследствие этого топливо не впрыскивается в цилиндр.
На шаге 806 способ 800 определяет, поступила ли команда на впрыскивание топлива. Топливо может впрыскиваться в ответ на превышение нагрузкой двигателя порога и/или в ответ на порядок зажигания двигателя и положение двигателя, указывающие на то, что двигатель должен впрыснуть топливо для инициирования сгорания в цилиндре. Если команда на впрыск топлива не получена, способ 800 возвращается к началу цикла на шаге 804 и продолжает удерживать топливную форсунку в деактивированном первом положении. Если команда на впрыск топлива получена, способ 800 переходит к шагу 808 для активации привода (например, привода 202), который может быть соединен с иглой (например, иглой 205 форсунки) топливной форсунки. Активация привода приводит к последовательному перемещению иглы форсунки вниз (к цилиндру двигателя) из деактивированного первого положения к нескольким активированным положениям для обеспечения возможности впрыска топлива, при этом каждое активированное положение выполнено с возможностью подачи требуемого объем топлива через одно или более сопловых отверстий. Примеры активированных положений топливной форсунки 200 в сборе показаны на ФИГ. 7-9. В одном примере активированные положения могут включать в себя последовательное перемещение иглы 205 форсунки из деактивированного положения в активированные положения со второго по десятое, как описано выше со ссылкой на ФИГ. 2-9.
На шаге 810 гидравлическое сообщение устанавливается между криволинейным топливным каналом и определенными сопловыми отверстиями форсунки в каждом положении в течение определенного интервала времени. Например, на шаге 812, во втором положении, криволинейный топливный канал (при зазоре g3) может гидравлически сообщаться с первым сопловым отверстием форсунки с шестнадцатью сопловыми отверстиями в течение интервала времени Т1, как показано на ФИГ. 7. В другом примере, на шаге 814, игла форсунки в шестом положении может вызывать гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом при области максимальной ширины (например, при зазоре g2) с пятым и тринадцатым сопловыми отверстиями из шестнадцати сопловых отверстий форсунки в течение интервала времени Т6 (например, сопловыми отверстиями 234 и 242 топливной форсунки 200 в сборе, как показано на ФИГ. 8). В еще одном примере, на шаге 816, игла форсунки в десятом положении может вызывать гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом (например, при зазоре g1) и восьмым сопловым отверстием из шестнадцати сопловых отверстий форсунки (например, сопловым отверстием 238 топливной форсунки в сборе) в течение интервала времени Т10, как описано выше со ссылкой на ФИГ. 9. Интервал времени Т6 может быть больше, чем интервал времени Т1 и интервал времени Т10. В одном примере интервал времени Т1 может быть равен интервалу времени Т10. Объем топлива, подаваемого на шаге 814, может быть больше, чем объем топлива, подаваемого на шаге 812 или 816, так как гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом происходит в области максимальной ширины в течение интервала времени Т6. Топливо, впрыскиваемое при каждом положении, может впрыскиваться в различные области камеры сгорания.
На шаге 818, для каждого активного положения форсунки, определенный объем топлива выпускается через определенное сопловое отверстие, гидравлически сообщающееся с криволинейным топливным каналом в этом положении. Например, во втором положении второй объем топлива выпускается из соплового отверстия 230, как показано на ФИГ. 7. В шестом положении шестой объем топлива выпускается из сопловых отверстий 234 и 242, как показано на ФИГ. 8. В десятом положении десятый объем топлива выпускается из соплового отверстия 238, как показано на ФИГ. 9. В одном примере топливо, подаваемое на шаге 814, может находиться в области сильного вертикального и горизонтального завихрений внутри камеры сгорания, тогда как на шагах 812 и 816 топливо может подаваться в зону меньшей турбулентности.
Величиной и/или скоростью перемещения вниз иглы может управлять электрический привод с целью управления объемом впрыскиваемого топлива и длиной факела впрыскиваемого топлива в каждом положении топливной форсунки. Скорость иглы при перемещении вниз может быть постоянной или почти постоянной.
На шаге 820 способ 800 определяет, достигнут ли конец события впрыска топлива. Продолжительность события впрыска топлива может быть основана на объеме заряда воздуха, всасываемого в цилиндр, и задаваемого воздушно-топливного отношения, причем объем заряда воздуха может быть основан на параметрах двигателя, таких как частота вращения двигателя, нагрузка двигателя и т.д. Если конец события впрыска топлива не достигнут, способ 800 возвращается к началу цикла на шаге 818 для продолжения впрыска топлива при последовательном перемещении топливной форсунки в сборе в положения со второго по десятое, устанавливая гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и теми или иными сопловыми отверстиями. Если конец события впрыска топлива достигнут, способ 800 деактивирует привод. По окончании события впрыска топлива привод может быть заблокирован, и пара фиксирующих пружин может перемещать иглу форсунки из десятого положения в первое деактивированное положение, как показано на ФИГ. 2, прерывая гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и сопловыми отверстиями. Во время перемещения иглы форсунки вверх она может последовательно переходить из десятого положения в деактивированное первое положение, при этом некоторое количество остаточного топлива может выпускаться через каждое из сопловых отверстий, гидравлически соединяющихся с открытым каналом. При достижении иглой форсунки первого положения выпуск топлива может прекратиться, при этом алгоритм способа 800 выполняет возврат из процедуры.
Объем потока топлива к цилиндру может регулироваться, а взаимодействие топливной струи минимизироваться при помощи вышеописанного способа управления положением иглы топливной форсунки, чтобы разрешать или запрещать гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и тем или иным сопловым отверстием топливной форсунки в каждом положении.
На ФИГ. 11 показана серия схем, иллюстрирующих разность продолжительности гидравлического сообщения между криволинейным топливным каналом неравномерной ширины на игле форсунки и сопловым отверстием форсунки со многими отверстиями при перемещении иглы форсунки вниз. Схемы 750-756 иллюстрируют гидравлическое сообщение области криволинейного топливного канала 704 шириной w1 с сопловым отверстием 730, а схемы 760-766 показывают гидравлическое сообщение криволинейного топливного канала 704 шириной w2 с сопловым отверстием 742, при этом ширина w2 больше, чем ширина w1. Ширина w1 и ширина w2 криволинейного топливного канала 704 могут находиться в различных областях криволинейного топливного канала, аналогичного криволинейному топливному каналу 204 с зазором g1, зазором g2 и зазором g3, показанному на ФИГ. 3, или аналогичного криволинейному топливному каналу 204, показанному на ФИГ. 4 и 5.
Время t показано возрастающим от момента времени t0 до t11 во время события впрыска топлива, причем каждый последовательный временной интервал (t0-t2, t2-t3, t3-t5, t5-t7, t7-t8, t8-t9 и t9-t11) обозначает равные временные интервалы. Сплошная линия М со стрелкой показывает направление перемещения вниз иглы форсунки с криволинейным топливным каналом относительно корпуса форсунки и соплового отверстия. Перемещение вниз иглы форсунки может происходить с постоянной скоростью. Можно отметить, что продолжительность времени на схемах 750-756 и на схемах 760-766 может соответствовать показанным временным интервалам (t0-t11). Однако при движении вниз иглы форсунки события, показанные на схемах 750-756 и на схемах 760-766, могут не происходить одновременно. В одном примере сначала могут происходить события, показанные на схемах 760-766, после чего могут следовать события, показанные на схемах 750-756, так как топливный канал является изогнутым, и каждое открытое положение возникает отдельно, без перекрытия с другими открытыми положениями, как раскрыто выше со ссылкой на ФИГ. 2-9.
На схеме 750 показано сопловое отверстие 730 с диаметром d1 вдоль корпуса 706 форсунки и область иглы 710 форсунки с криволинейным топливным каналом 704. В одном примере на схеме может быть представлена топливная форсунка в сборе, раскрытая выше со ссылкой на ФИГ. 2 и 7. Ширина w1 криволинейного топливного канала 704 показана на схеме 750. В интервале времени t0-t2 схема 750 показывает, что гидравлическое сообщение с сопловым отверстием 730 и криволинейным топливным каналом 704 отсутствует и, вследствие этого, топливо не впрыскивается через сопловое отверстие 730.
На схемах 751-756 показано последовательное перемещение вниз иглы 710 форсунки относительно соплового отверстия 730. Между моментами времени t2-t3 схема 751 показывает, что игла форсунки перемещается вниз, например, в ответ на команду впрыска топлива, но гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом 704 и сопловым отверстием 730 не установлено, при этом топливо не впрыскивается.
Между моментами времени t3-t5 игла форсунки перемещается дальше вниз относительно корпуса 706 форсунки и соплового отверстия 730, устанавливая гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом 704 и сопловым отверстием 730, причем диаметр d1 соплового отверстия может частично перекрываться с шириной w1 криволинейного топливного канала 704, как показано на схеме 752. В одном примере криволинейный топливный канал 704 может перекрываться с двадцатью процентами диаметра d1 соплового отверстия 730. При частичном перекрытии криволинейного топливного канала 704 и соплового отверстия 730 топливо впрыскивается через сопловое отверстие 730, как показано пунктирными линиями со стрелками.
Игла форсунки продолжает перемещаться вниз, и между моментами времени t5-t7 ширина w1 топливного канала может быть совмещена с диаметром d1 соплового отверстия 730, при этом топливо выпускается через сопловое отверстие 730, как показано на схеме 753. В одном примере ширина w1 криволинейного топливного канала 704 может полностью совпадать с диаметром d1 соплового отверстия 730. Между моментами времени t7-t8 схема 754 показывает, что игла 710 форсунки перемещается дальше вниз, по-прежнему сохраняя гидравлическое сообщение за счет частичного перекрытия между криволинейным топливным каналом и сопловым отверстием 730, при этом топливо впрыскивается через сопловое отверстие 730.
Игла форсунки продолжает перемещаться вниз между моментами времени t8-t9, при этом гидравлическое сообщение между сопловым отверстием 730 и криволинейным топливным каналом блокируется, заканчивая впрыск топлива через сопловое отверстие 730 (схема 755). В дальнейшем игла форсунки перемещается дальше вниз, но топливо не впрыскивается через сопловое отверстие 730 между моментами времени t9-t11, как показано на схеме 756.
На схеме 760 показана другая области иглы 710 форсунки, где криволинейный топливный канал 704 имеет ширину w2. На схеме также показано сопловое отверстие 742 с диаметром d1. Ширина w2 может быть больше, чем ширина w1 криволинейного топливного канала 704, как показано на схеме 750. Между моментами времени Ю и t2 между криволинейным топливным каналом 704 и сопловым отверстием 742 нет гидравлического сообщения, и топливо не впрыскивается.
На схемах 761-766 игла форсунки с криволинейным топливным каналом перемещается вниз, устанавливая гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом 704 с шириной w2 и сопловым отверстием 742. В интервале времени t2-13 начинается впрыск топлива через сопловое отверстие 742. Перекрытие между сопловым отверстием 742 и криволинейным топливным каналом 704 в интервале t2-t3 может быть частичным, например, десять процентов диаметра d1 иглы форсунки могут перекрываться с криволинейным топливным каналом.
Впрыск топлива продолжается в интервалах t3-t5, t5-t7, t7-t8, t8-t9 по мере того, как игла форсунки продолжает перемещаться вниз, при этом гидравлическое сообщение между сопловым отверстием 742 и криволинейным топливным каналом с шириной w2 остается непрерванным, изменяясь в пределах от частичного до полного перекрытия. В интервале времени t3-t5 (схема 762) сопловое отверстие 742 может частично перекрываться с криволинейным топливным каналом 704, например, шестьдесят процентов диаметра d1 иглы форсунки могут перекрываться с криволинейным топливным каналом, впрыскивая топливо через сопловое отверстие 742. В интервале времени t5-t7 (схема 763) зона перекрытия между сопловым отверстием 742 и криволинейным топливным каналом может возрасти так, чтобы диаметр d1 полностью перекрывался с шириной w2 криволинейного топливного канала, при этом некоторые дополнительные зоны ширины w2 не совмещены с сопловым отверстием 742, так как ширина w2 может быть больше, чем диаметр d1. В интервале времени t7-t8 (схема 764), по мере дальнейшего перемещения иглы форсунки вниз, перекрытие между криволинейным топливным каналом 704 и сопловым отверстием 742 может снова стать частичным (например, пятьдесят процентов), при этом топливо по-прежнему впрыскивается через сопловое отверстие. В интервале времени t8-t9 (схема 765), перекрытие может дополнительно уменьшиться, например, до десятипроцентного перекрытия, по-прежнему сохраняя гидравлическое сообщение и впрыск топлива через сопловое отверстие 742. По мере того, как игла форсунки продолжает перемещаться вниз, гидравлическое сообщение между сопловым отверстием 742 и криволинейным топливным каналом блокируется в интервале между моментами времени t9-t11, как показано на схеме 766.
Таким образом, топливо впрыскивается через сопловое отверстие 742 посредством установления перекрытия, от частичного до полного, между областью криволинейного топливного канала с шириной w2 в течение интервала времени от t2 до t9. Так как ширина w1 криволинейного топливного канала 704 меньше, чем ширина w2, продолжительность гидравлического сообщения криволинейного топливного канала с сопловым отверстием 742 больше (например, от t2 до t9), чем продолжительность гидравлического сообщения криволинейного топливного канала с сопловым отверстием 730 (например, от t3 до t8). Вследствие этого, при перемещении вниз иглы форсунки через сопловое отверстие 742 может подаваться больший объем по сравнению с сопловым отверстием 730.
Таким образом, топливная форсунка в сборе со многими отверстиями, с иглой форсунки с криволинейным топливным каналом неравномерной ширины может последовательно позиционироваться так, чтобы в каждом положении могло устанавливаться гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и определенным(и) сопловым(и) отверстием (-ями) в течение интервала времени, основанного на ширине криволинейного топливного канала, совмещенного с определенным(и) сопловым(и) отверстием (-ями). В каждом положении в определенную область камеры сгорания через сопловое отверстие может впрыскиваться определенный объем топлива, тем самым, минимизируя взаимодействие струи топлива и увеличивая степень распыливания струи топлива.
Технический эффект впрыскивания различного объема топлива с использованием топливной форсунки со многими отверстиями в различные области камеры сгорания с переменной турбулентностью воздуха включает в себя минимальное взаимодействие топливной струи и улучшенное распыливание топливной струи, что может привести к более эффективному сгоранию и уменьшению выбросов.
Пример системы топливной форсунки включает в себя корпус форсунки со множеством сопловых отверстий и иглу форсунки, соединенную со штифтом форсунки, при этом штифт форсунки содержит криволинейный топливный канал, выполненный с возможностью гидравлического сообщения с топливной емкостью внутри штифта форсунки, игла форсунки и штифт форсунки помещены внутри корпуса форсунки, криволинейный топливный канал содержит первую область, имеющую первую ширину, и вторую область, имеющую вторую ширину, большую, чем первая ширина, и, при активации иглы форсунки, первая область выполнена с возможностью гидравлического сообщения с первым сопловым отверстием из множества сопловых отверстий для подачи первого объема топлива, а вторая область выполнена с возможностью гидравлического сообщения со вторым сопловым отверстием из множества сопловых отверстий для подачи второго объема топлива, большего, чем первый объем топлива. Первый пример системы предполагает, что криволинейный топливный канал содержит верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, при этом верхняя поверхность отделена первой шириной от нижней поверхности, за исключением по меньшей мере одной зоны криволинейного топливного канала, в которой нижняя поверхность изгибается в сторону от верхней поверхности, образуя вторую ширину криволинейного топливного канала, после чего нижняя поверхность приближается к верхней поверхности, сохраняя первую ширину криволинейного топливного канала. Второй пример системы в некоторых случаях включает в себя первый пример и дополнительно предполагает, что верхняя поверхность отделена первой шириной от нижней поверхности, за исключением по меньшей мере одной зоны криволинейного топливного канала, в которой верхняя поверхность изгибается в сторону от нижней поверхности, образуя вторую ширину криволинейного топливного канала, после чего верхняя поверхность приближается к нижней поверхности, сохраняя первую ширину криволинейного топливного канала. Третий пример системы в некоторых случаях включает в себя один или более из первого и второго примеров и дополнительно предполагает, что верхняя поверхность отделена первой шириной от нижней поверхности, за исключением по меньшей мере одной зоны криволинейного топливного канала, в которой верхняя поверхность и нижняя поверхность изгибаются в сторону друг от друга, образуя вторую ширину криволинейного топливного канала, после чего верхняя поверхность и нижняя поверхность приближаются друг к другу, сохраняя первую ширину криволинейного топливного канала. Четвертый пример системы в некоторых случаях включает в себя один или более из примеров с первого по третий и дополнительно предполагает, что верхняя поверхность отделена первой шириной от нижней поверхности, за исключением по меньшей мере одной зоны криволинейного топливного канала, в которой верхняя поверхность и нижняя поверхность изгибаются в сторону друг от друга, образуя вторую ширину криволинейного топливного канала, после чего верхняя поверхность и нижняя поверхность приближаются друг к другу, сохраняя первую ширину криволинейного топливного канала. Пятый пример системы в некоторых случаях включает в себя один или более из примеров с первого по четвертый и дополнительно содержит привод, соединенный с иглой форсунки, и контроллер, хранящий в долговременной памяти команды, которые при выполнении вызывают, в ответ на команду впрыска топлива, активацию контроллером привода для проталкивания иглы форсунки в нижнем направлении, последовательно устанавливая гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и каждым сопловым отверстием из множества сопловых отверстий, при этом продолжительность каждого гидравлического сообщения между криволинейным топливным каналом и каждым сопловым отверстием зависит от соответствующей ширины криволинейного топливного канала при его совмещении с каждым сопловым отверстием. Шестой пример системы в некоторых случаях включает в себя один или более из примеров с первого по пятый и дополнительно предполагает, что, во время активации привода, гидравлическое сообщение последовательно устанавливается между криволинейным топливным каналом и только первым сопловым отверстием в течение интервала времени первой продолжительности, затем вторым набором сопловых отверстий в течение интервала времени второй продолжительности, затем третьим набором сопловых отверстий в течение интервала времени третьей продолжительности, затем четвертым набором сопловых отверстий в течение интервала времени четвертой продолжительности, затем пятым набором сопловых отверстий, содержащим второе сопловое отверстие, в течение интервала времени пятой продолжительности, затем шестым набором сопловых отверстий в течение интервала времени четвертой продолжительности, затем седьмым набором сопловых отверстий в течение интервала времени третьей продолжительности, затем восьмым набором отверстий в течение интервала времени второй продолжительности, а затем только последним сопловым отверстием в течение интервала времени первой продолжительности. Седьмой пример системы в некоторых случаях включает в себя один или более из примеров с первого по шестой и дополнительно предполагает, что каждое сопловое отверстие пятого набора сопловых отверстий выполнено с возможностью подачи второго объема топлива внутри камеры сгорания цилиндра двигателя при активации иглы форсунки. Восьмой пример системы в некоторых случаях включает в себя один или более из примеров с первого по седьмой и дополнительно предполагает, что пятая продолжительность больше, чем первая продолжительность и вторая продолжительность, и при этом каждая из третьей продолжительности и четвертой продолжительности равны или меньше пятой продолжительности и равны или больше первой продолжительности. Девятый пример системы в некоторых случаях включает в себя один или более из примеров с первого по восьмой и дополнительно предполагает, что пятый набор сопловых отверстий расположен так, чтобы направлять топливо в область сильного вертикального и горизонтального завихрений, а первое и последнее сопловые отверстия расположены так, чтобы направлять топливо в область слабого вертикального и горизонтального завихрений в камере сгорания. Десятый пример системы в некоторых случаях включает в себя один или более из примеров с первого по девятый и дополнительно предполагает, что, когда привод проталкивает иглу форсунки в первое положение, гидравлическое сообщение устанавливается между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием, а когда привод проталкивает иглу форсунки во второе положение, гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и первым сопловым отверстием блокируется, а гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и вторым набором сопловых отверстий устанавливается. Одиннадцатый пример системы в некоторых случаях включает в себя один или более из примеров с первого по десятый и дополнительно предполагает, что криволинейный топливный канал расположен под углом относительно поперечной оси штифта форсунки так, что криволинейный топливный канал проходит через несколько вертикальных плоскостей при его изгибании вокруг периферийной поверхности штифта форсунки.
Пример способа работы вышеописанной топливной форсунки может включать в себя активацию иглы, имеющей криволинейный топливный канал, помещенный в корпусе топливной форсунки, для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения в первое открытое положение через множество открытых положений, гидравлически соединяющих первую ширину топливного канала с первым сопловым отверстием, после чего игла перемещается вниз, гидравлически отсоединяя первую ширину топливного канала от первого соплового отверстия и гидравлически соединяя вторую ширину топливного канала со вторым сопловым отверстием во втором открытом положении из множества открытых положений, где вторая ширина больше, чем первая ширина. Первый пример способа дополнительно содержит гидравлическое соединение первого соплового отверстия с топливным каналом в течение первого интервала времени в первом открытом положении и гидравлическое соединение второго соплового отверстия с топливным каналом в течение второго интервала времени во втором открытом положении, при этом продолжительность второго интервала больше, чем продолжительность первого интервала, причем продолжительность первого интервала основана на по меньшей мере частичном перекрытии между первой шириной топливного канала и первым диаметром первого соплового отверстия, а продолжительность второго интервала основана на по меньшей мере частичном перекрытии между второй шириной и вторым диаметром второго соплового отверстия, причем второй диаметр равен первому диаметру. Второй пример способа в некоторых случаях включает в себя первый пример и дополнительно содержит впрыскивание первого объема топлива через первое сопловое отверстие при первом открытом положении и впрыскивание второго объема топлива через второе сопловое отверстие при втором открытом положении, причем первый объем топлива меньше, чем второй объем топлива. Третий пример способа в некоторых случаях включает в себя примеры с первого по второй и дополнительно содержит впрыскивание первого объема топлива в первую зону камеры сгорания и впрыскивание второго объема топлива во вторую зону камеры сгорания, при этом вторая зона имеет более турбулентный поток воздуха с более сильными вертикальным и горизонтальным завихрениями, чем поток воздуха в первой зоне. Четвертый пример способа в некоторых случаях включает в себя примеры с первого по третий и дополнительно содержит гидравлическое соединение второго соплового отверстия со второй шириной второй области топливного канала и одновременное гидравлическое соединение третьего соплового отверстия со второй шириной третьей области топливного канала при втором открытом положении, при этом третья область находится в зоне, отличной от второй области топливного канала, и впрыскивание второго объема топлива через каждое из второго соплового отверстия и третьего соплового отверстия. Пятый пример способа включает в себя один или более из примеров с первого по четвертый и дополнительно предполагает, что активация иглы для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения через множество открытых положений включает в себя активацию иглы для последовательного перемещения через девять открытых положений, при этом каждое из девяти открытых положений предполагает гидравлическое сообщение между определенными отверстиями форсунки и определенной областью топливного канала, и впрыскивание различного объема топлива при по меньшей мере одном из открытых положений из множества открытых положений. Шестой пример способа включает в себя один или более из примеров с первого по пятый и дополнительно содержит последовательное перемещение иглы вверх через множество открытых положений, впрыскивание остаточного топлива из топливного канала при множестве открытых положений и перемещение иглы обратно в закрытое положение, заканчивающее впрыск топлива.
Другой пример системы включает в себя двигатель, имеющий цилиндр, систему подачи топлива, топливную форсунку, соединенную с цилиндром, причем топливная форсунка включает в себя корпус форсунки, имеющий множество сопловых отверстий, при этом корпус форсунки содержит топливный тракт, соединенный с системой подачи топлива, иглу форсунки, соединенную со штифтом форсунки, охваченным по окружности криволинейным топливным каналом неравномерной ширины, выполненный с возможностью гидравлического сообщения с топливной емкостью внутри штифта форсунки, причем штифт форсунки помещен внутри корпуса форсунки, а топливная емкость выполнена с возможностью гидравлического сообщения с топливным трактом, и привод, соединенный с иглой форсунки; и контроллер, хранящий в долговременной памяти команды, которые при выполнении, в ответ на команду впрыска топлива, вызывают активацию контроллером привода для проталкивания иглы форсунки в нижнем направлении, последовательно устанавливая гидравлическое сообщение между криволинейным топливным каналом и соответствующим сопловым отверстием из множества сопловых отверстий, причем первая продолжительность гидравлического сообщения устанавливается на основе первой ширины криволинейного топливного канала, по меньшей мере частично перекрывающегося с первым диаметром первого соплового отверстия, а вторая продолжительность гидравлического сообщения устанавливается со второй шириной криволинейного топливного канала, по меньшей мере частично перекрывающегося со вторым диаметром второго соплового отверстия, причем первая ширина меньше, чем вторая ширина, первый диаметр равен второму диаметру, и первая продолжительность меньше, чем вторая продолжительность. Первый пример системы дополнительно предполагает, что второе сопловое отверстие гидравлически соединено с зоной сильных горизонтального и вертикального завихрений, а первое сопловое отверстие гидравлически соединено с зоной слабых горизонтального и вертикального завихрений в камере сгорания.
В другом варианте представления способ включает в себя, во время одного события впрыска топлива для топливной форсунки, имеющей множество сопловых отверстий, впрыскивание первого объема топлива из первого соплового отверстия из множества сопловых отверстий и впрыскивание второго объема топлива из второго соплового отверстия из множества сопловых отверстий, при этом первый объем меньше, чем второй объем. В первом примере способ включает в себя, во время одного события впрыска топлива, впрыскивание третьего объема топлива из каждого из третьего соплового отверстия и четвертого соплового отверстия из множества сопловых отверстий, при этом третий объем меньше, чем второй объем, и больше, чем первый объем. Во втором примере, который в некоторых случаях включает в себя первый пример, способ включает в себя, во время одного события впрыска топлива, впрыскивание первого объема топлива из всех оставшихся сопловых отверстий множества сопловых отверстий. В третьем примере, который в некоторых случаях включает в себя каждый из первого и второго примеров, множество сопловых отверстий расположены на корпусе топливной форсунки, и корпус форсунки вмещает иглу форсунки, соединенную со штифтом форсунки. Штифт форсунки содержит криволинейный топливный канал, выполненный с возможностью гидравлического сообщения с топливной емкостью внутри штифта форсунки, при этом криволинейный топливный канал содержит первую область, имеющую первую ширину, и вторую область, имеющую вторую ширину, большую, чем первая ширина. Впрыскивание первого объема топлива из первого соплового отверстия включает в себя перемещение штифта форсунки в первое положение, где первая область гидравлически соединена с первым сопловым отверстием, а впрыскивание второго объема топлива из второго соплового отверстия включает в себя перемещение штифта форсунки во второе положение, где вторая область гидравлически соединена со вторым сопловым отверстием. В четвертом примере, который в некоторых случаях включает в себя один или более из примеров с первого по третий, штифт форсунки перемещается вниз с целью последовательного соединения криволинейного топливного канала с каждым сопловым отверстием из множества сопловых отверстий, при этом, во время перемещения в нижнем направлении, штифт форсунки перемещается с по существу постоянной скоростью. В контексте настоящего документа выражение «по существу» может включать в себя приравнивание или нахождение в диапазоне пороговых значений данной величины. По существу постоянная скорость может включать в себя скорость, изменяющуюся меньше, чем на пороговую величину, такую как 10%.
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, I-6, V-12, в схеме с четырьмя 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. В одном примере система топливной форсунки включает в себя иглу 205 форсунки со штифтом 210 форсунки с криволинейным топливным каналом 204 неравномерной ширины по внешней окружности штифта 210 форсунки, гидравлически соединенным по длине криволинейного топливного канала 204 с топливной емкостью 212 внутри штифта форсунки. Привод 202, соединенный с иглой 205 форсунки, может последовательно перемещать и позиционировать иглу 205 форсунки так, чтобы устанавливать гидравлическое соединение между криволинейным топливным каналом 204 и одним или более сопловыми отверстиями 230-245 топливной форсунки в каждом положении. Продолжительность гидравлического соединения в каждом положении основана на ширине криволинейного топливного канала и может определять объем топлива, выпускаемого только из этих сопловых отверстий, тем самым уменьшая взаимодействие струи топлива и увеличивая степень распыливания струи топлива, что способствует улучшению сгорания топлива и снижению токсичности отработавших газов. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.
1. Способ работы топливной форсунки, включающий в себя следующие шаги:
активируют иглу топливной форсунки, имеющую топливный канал в корпусе, для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения в первое открытое положение, гидравлически соединяющее первую ширину топливного канала с первым сопловым отверстием, после чего перемещают иглу вниз, гидравлически отсоединяя первую ширину и гидравлически соединяя вторую, большую, ширину топливного канала со вторым сопловым отверстием во втором открытом положении.
2. Способ по п. 1, в котором дополнительно гидравлически соединяют первое сопловое отверстие с топливным каналом в течение первого интервала времени в первом открытом положении и гидравлически соединяют второе сопловое отверстие с топливным каналом в течение второго интервала времени во втором открытом положении, при этом продолжительность второго интервала больше, чем продолжительность первого интервала, причем продолжительность первого интервала основана на по меньшей мере частичном перекрытии между первой шириной топливного канала и первым диаметром первого соплового отверстия, а продолжительность второго интервала основана на по меньшей мере частичном перекрытии между второй шириной и вторым диаметром второго соплового отверстия, причем второй диаметр равен первому диаметру.
3. Способ по п. 1, в котором дополнительно впрыскивают первый объем топлива через первое сопловое отверстие при первом открытом положении и впрыскивают второй объем топлива через второе сопловое отверстие при втором открытом положении, причем первый объем топлива меньше, чем второй объем топлива.
4. Способ по п. 3, в котором дополнительно впрыскивают первый объем топлива в первую зону камеры сгорания и впрыскивают второй объем топлива во вторую зону камеры сгорания, при этом вторая зона имеет более турбулентный поток воздуха с более сильными вертикальным и горизонтальным завихрениями, чем поток воздуха в первой зоне.
5. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя следующие шаги:
гидравлически соединяют второе сопловое отверстие со второй шириной второй области топливного канала и одновременно гидравлически соединяют третье сопловое отверстие со второй шириной третьей области топливного канала при втором открытом положении, при этом третья область находится в зоне, отличной от второй области топливного канала, и
впрыскивают второй объем топлива через каждое из второго соплового отверстия и третьего соплового отверстия.
6. Способ по п. 1, в котором активация иглы для последовательного перемещения иглы вниз из закрытого положения через множество открытых положений включает в себя активацию иглы для последовательного перемещения через девять открытых положений, при этом каждое из девяти открытых положений предполагает гидравлическое сообщение между определенными отверстиями форсунки и определенной областью топливного канала, и впрыскивание различного объема топлива при по меньшей мере одном из открытых положений из множества открытых положений.
7. Способ по п. 1, в котором дополнительно последовательно перемещают иглу вверх через множество открытых положений, впрыскивают остаточное топливо из топливного канала при множестве открытых положений и перемещают иглу обратно в закрытое положение, заканчивающее впрыск топлива.
| US 5588412 A1, 31.12.1996 | |||
| US 20030201344 A1, 30.10.2003 | |||
| МНОГОСТРУЙНАЯ ФОРСУНКА С РЕГУЛИРУЕМЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ | 1991 |
|
RU2027062C1 |
