ХОМУТ ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ, СОДЕРЖАЩИЙ ХОМУТ ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ
DIESEL ENGINE FUEL INJECTOR ANCHOR CLAMP (EMBODIMENTS) AND ENGINE ASSEMBLY COMPRISING FUEL INJECTOR CLAMP

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к способам и системам сохранения положения топливной форсунки с помощью хомута топливной форсунки в дизельном двигателе внутреннего сгорания.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ / СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В системах двигателей с впрыском топлива используется множество видов топливных форсунок, выполненных для впрыска топлива в определенные зоны двигателя. В системах впрыска топлива во впускные каналы топливо впрыскивают вне цилиндра во впускной коллектор или питатель до впускного клапана, через который воздушно-топливная смесь поступает в цилиндр. В системах прямого впрыска топливо впрыскивают прямо в цилиндр, не проходя предварительно через каналы, клапаны или другие переходные элементы. Системы впрыска топлива во впускные каналы и системы прямого впрыска могут применяться по отдельности или комбинированно, в зависимости от конкретной системы двигателя. Топливные форсунки (в обоих типах топливных систем) часто объединены общей топливной рампой, содержащей топливо под давлением. Топливная рампа может включать отдельные карманы, гнезда или патрубки для подсоединения всех топливных форсунок к рампе, а также общий топливоподвод для подачи топлива в топливную рампу.
Каждая форсунка удерживается на своем месте хомутом, скобой или аналогичным фиксирующим устройством так, что форсунка сохраняет положение для впрыска топлива в нужное место, оставаясь существенно прикрепленной к окружающей конструкции. Окружающая конструкция может включать в себя блок цилиндров, головку цилиндров, раму или другие подобные элементы. Фиксирующее устройство может включать в себя часть для крепления устройства к окружающей конструкции крепежной деталью, например болтом, в то время как другая часть устройства включает в себя зажимные элементы для сохранения положения топливной форсунки. Эти зажимные элементы могут включать в себя рычаги, выступы или другие конструктивные элементы, образующие проходы или полости, посредством которых топливная форсунка устанавливается и сохраняет физическое соединение с зажимными элементами. При использовании фиксирующих устройств для существенного удержания топливных форсунок на своем месте, топливные форсунки могут сохранять контакт с двигателем, а также с патрубками или карманами, соединяющими топливные форсунки с топливной рампой. По существу, создается существенно жесткое соединение между топливной рампой, топливными форсунками и двигателем.
Один пример фиксирующего устройства для удержания топливной форсунки представлен Левеем и др. в документе U.S. 2013/0174810. В нем для крепления топливной форсунки к монтажной раме в транспортном средстве предложен узел скобы. Этот узел скобы включает в себя одиночную основную часть, сформованную из одного куска штампованного материала. Основная часть также включает в себя зацепляющийся с распылителем элемент, выполненный для удержания распылителя топливной форсунки, в то время как зацепляющийся с крепежной деталью элемент выполнен для удержания крепежной детали, крепящей основную часть к монтажной раме. В частности, скоба содержит два зацепляющихся с распылителем зубца, которые изогнуты и сформованы для удержания распылителя. Зубцы сходятся у гофрированной стенки, которая, в свою очередь, соединена с выгнутыми наружу стенками, загибающимися обратно к центральной линии в задние укрепляющие ребра. Эти ребра соединены на дальнем конце скобы цельным складчатым концом, который в целом перпендикулярен ребрам. В целом одинарный металлический лист, образующий скобу, загибается на складчатом конце, чтобы образовалась симметричная скоба, которая может быть симметричной относительно центральной линии. Другими словами, два выступа, образованные зубцами, стенками и ребрами, образуют проходы, сформированные с возможностью удержания распылителя форсунки и крепежной детали.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные проблемы, связанные с вышеописанной системой скобы. Один пример: конструкция с двумя зубцами может иметь такие размеры толщины и ширины, которые позволяют выдержать лишь ограниченные напряжения, снижая тем самым общую прочность скобы. Как раскрыто Левеем и др., скоба имеет вертикально-складчатую конструкцию из тонкого металлического листа с обработанной упрочненной формой, менее материалоемкую, чем другие конструкции хомута. Такая конструкция из тонкого металлического листа может снизить общую прочность скобы, в сравнении с конструкциями, в которых использовано больше материала при существенно тех же форме, расположении распылителя и отверстиях под крепеж.
В одном из примеров описанные выше проблемы могут быть, по меньшей мере, частично решены применением хомута топливной форсунки, содержащего: основную часть с существенно плоской верхней поверхностью, причем верхняя поверхность содержит отверстие, проходящее сквозь верхнюю поверхность в полость внутри основной части; переднюю часть, включающую в себя первый выступ и второй выступ, отходящие от основной части; и заднюю часть, отходящую от основной части к задней поверхности, расположенной ниже, чем верхняя поверхность. Таким образом, хомут топливной форсунки может быть изготовлен с использованием разных технологических процессов, которые могут включать штамповку. В принципе, хомут может иметь геометрические особенности, например, закругления, изогнутые поверхности и соответствующие толщины, делающие штамповку хомута предпочтительной.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание дано для представления в упрощенной форме отдельных идей, которые далее раскрываются в подробном описании. Вышеприведенное не имеет цели представить ключевые или существенные признаки заявляемого объекта, объем которого определяется только формулой изобретения, следующей за подробным описанием. Кроме того, заявляемый объект не ограничен вариантами осуществления, устраняющими какие-то недостатки, отмеченные выше или в какой-либо части данного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На ФИГ. 1 показана упрощенная блок-схема многоцилиндрового двигателя 100 с относящейся к нему топливной системой.
На ФИГ. 2 показан в аксонометрии при взгляде спереди вид хомута топливной форсунки дизельного двигателя в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На ФИГ. 3 показан вид сбоку изображенного на ФИГ. 2 хомута топливной форсунки дизельного двигателя.
На ФИГ. 4 показан вид в разрезе изображенного на ФИГ. 3 хомута топливной форсунки дизельного двигателя.
На ФИГ. 5 показан вид сверху изображенного на ФИГ. 2 хомута топливной форсунки дизельного двигателя.
На ФИГ. 6 показан вид снизу изображенного на ФИГ. 2 хомута топливной форсунки дизельного двигателя.
На ФИГ. 7 показан в аксонометрии при взгляде сзади вид изображенного на ФИГ. 2 хомута топливной форсунки дизельного двигателя.
На ФИГ. 8 показана блок-схема способа выбора конструкции хомута топливной форсунки и изготовления хомута. ФИГ. 2-7 даны приблизительно в масштабе, хотя могут быть применены и другие пропорции.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее описание относится к системам для крепления топливных форсунок топливной системы к двигателю транспортного средства. В частности, ниже раскрыта конструкция хомута, используемого для удержания топливных форсунок в заданном положении, причем крепежная деталь создает сжимающую силу между хомутом, топливной форсункой и частью двигателя, в которую вставлена топливная форсунка. На ФИГ. 1 показана упрощенная блок-схема двигателя и относящихся к нему элементов. На ФИГ. 2, 3 и 5-7 показаны в аксонометрии, сбоку, сверху и снизу несколько видов хомута топливной форсунки дизельного двигателя, в то время как на ФИГ. 4 показан вид в разрезе, соответствующий виду на ФИГ. 3. Наконец, на ФИГ. 8 показана блок-схема способа выбора и изготовления хомута топливной форсунки.
На ФИГ. 1 показана упрощенная блок-схема многоцилиндрового двигателя 100 согласно настоящему изобретению. Как изображено на ФИГ. 1, двигатель 100 внутреннего сгорания включает цилиндры 110, обозначенные как цилиндры 1, 2, 3 и 4, которые соединены с впускным каналом 144 и выпускным каналом 148. Впускной канал 144 может содержать общие устройства, например, дроссельную заслонку с электроприводом, промежуточный охладитель и компрессор. Выпускной канал 148 может содержать общие устройства, например, устройство снижения токсичности отработавших газов, систему рециркуляции отработавших газов и турбину, соединенную с компрессором посредством общего вала.
Цилиндры 110 могут быть выполнены как часть головки 151 цилиндров, которая, в свою очередь, соединена с блоком 150 цилиндров. На ФИГ. 1 показан блок 150 цилиндров с 4 цилиндрами, содержащий цилиндры 1-4 в однорядной конструкции. В некоторых примерах блок 150 цилиндров может содержать больше или меньше цилиндров, например шесть или восемь цилиндров. В некоторых примерах цилиндры могут быть расположены в V-образной или другой подходящей компоновке. В частности, цилиндры 110 формируют при соединении блока 150 цилиндров и головки 151 цилиндров, причем это соединение в некоторых системах двигателей может быть разъемным. Другими словами, головка 151 цилиндров может формировать верхнюю часть цилиндров 110, в то время как блок 150 цилиндров может формировать нижнюю часть цилиндров.
Двигателем 100 можно управлять, по меньшей мере частично, посредством системы управления, содержащей контроллер 120, подсоединенный к двигателю электрическим соединением 122. Водитель транспортного средства и устройство ввода могут выдавать сигналы, вводимые в контроллер 120 для управления двигателем 100. Контроллер 120 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий соответствующие компоненты, например процессор, несколько портов ввода-вывода, электронный носитель для исполняемых программ и калибровочных значений (показанный в некоторых примерах как постоянное запоминающее устройство), оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Контроллер 120 может принимать различные сигналы от датчиков, подсоединенных к двигателю 100, а также от других элементов. Кроме того, в контроллере 120 могут быть запрограммированы машиночитаемые данные, представляющие собой записанные в нестираемой памяти команды выполнения ряда способов управления двигателем 100 и другими системами транспортного средства.
Головка 151 цилиндров показана соединенной с топливной системой 180. Цилиндры 1-4 показаны соединенными с топливными форсунками 112, 113, 114 и 115, соответственно. В этом примере осуществления топливные форсунки 112, 113, 114 и 115 (112-115) изображены как топливные форсунки прямого впрыска. Поэтому форсунки 112-115 расположены рядом с соответственными цилиндрами 1-4 так, что топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра. В некоторых вариантах осуществления, в дополнение к показанным топливным форсункам прямого впрыска, впускной канал 144 и связанная с ним впускная система может содержать ряд топливных форсунок впрыска во впускные каналы, так что одна форсунка размещается выше по потоку относительно соответствующего цилиндра. В принципе, для оптимизации работы двигателя могут применяться как впрыск топлива во впускные каналы, так и прямой впрыск топлива. Каждая топливная форсунка 112-115 может быть выполнена для впрыска заданного количества топлива в заданный момент времени цикла работы двигателя по командам контроллера 120, посланным к форсункам по электрическому соединению 121. Для подачи горючего в цилиндры 110 в ходе каждого цикла горения для каждого цилиндра могут применяться один или оба вида топливных форсунок - впрыска во впускные каналы и прямого впрыска. Момент впрыска и количество топлива могут быть отрегулироваными контроллером 120 в зависимости от условий работы двигателя.
Топливные форсунки 112-115 показаны соединенными с топливной рампой 110 трубками 116, 117, 118 и 119 соответственно. Топливная рампа 110 может быть подсоединена к топливопроводу 107 высокого давления. Топливо под давлением может быть подано в топливопровод 107 в направлении, указанном стрелкой 108. Хотя этого не видно на ФИГ. 1, топливопровод 107 может быть подсоединен к топливному баку, дополнительным топливным каналам и одному или нескольким топливным насосам, которые сжимают и подают топливо по топливопроводу 107 в топливную рампу 110. Топливная рампа 110 может содержать несколько датчиков для оценки (т.е. замера) параметров топлива и топливной системы, например, датчик температуры и датчик давления. Аналогично, топливный бак, топливные каналы и насосы также могут содержать разнообразные датчики. В частности, для измерения давления топлива в топливной рампе к периферии топливной рампы 110 подсоединен датчик 115 давления. Таким образом, благодаря отправке данных о давлении в топливной рампе в контроллер 120 по соединению 131, идущему от датчика 115 давления, эти данные могут быть использованы для, по меньшей мере, частичного управления топливной системой 180 с целью обеспечения желаемого давления топлива в топливной рампе. В некоторых вариантах осуществления топливная система 180 может содержать жидкое топливо, например, бензин, дизельное топливо, этанол, Е85 и т.д.
Канал 106 снижения давления топливной рампы идет от топливной рампы 110, как показано стрелкой 109. Этот канал 106 снижения давления может содержать обратный клапан или другой выборочно управляемый клапан, который открывается, когда давление в топливной рампе 110 превышает верхнее пороговое значение, после чего обратный клапан канала 106 открывается, позволяя снизить давление в топливной рампе. Излишек топлива, движущийся в направлении, показанном стрелкой 109, может вновь войти в элементы топливной системы 180, расположенные выше по потоку, такие, как топливный бак и насос, которые подсоединены по текучей среде выше по потоку относительно топливопровода 107 высокого давления. В некоторых примерах топливные форсунки 112-115 могут быть соединены с топливной рампой 110 не трубками 116-119 (или патрубками, или аналогичными каналами), а могут быть непосредственно соединены с топливной рампой несколькими карманами или гнездами. В таком случае топливные форсунки 112-115 содержит в себе сама топливная рампа 110.
Каждая топливная форсунка 112-115 существенно прикреплена к головке 151 цилиндров с помощью хомута 200 топливной форсунки. В случае, когда двигатель 100 представляет собой дизельный двигатель, хомуты 200 могут быть альтернативно обозначены как хомуты топливных форсунок дизельного двигателя. Как можно видеть, хомуты 200 могут располагаться рядом с каждой из топливных форсунок 112-115 так, что форсунки удерживаются на своем месте вдоль головки 151 цилиндров. В частности, инжекционная часть каждой форсунки может быть вставлена в соответствующий цилиндр 1-4, в то время как верхняя часть каждой форсунки может удерживаться хомутом 200. Как описано выше, конец каждой форсунки 112-115 может быть соединен с топливной рампой 110 требками 116-119 или другими подобными конструктивными элементами. Каждый хомут 200 топливной форсунки может включать в себя первую часть, которая захватывает одну из топливных форсунок, и вторую часть, содержащую отверстие, сквозь которое крепежная деталь может прикрепить хомут к головке 151 цилиндров. Каждый хомут 200 включает в себя крепежную деталь 190, например, болт или другой подобный элемент, который вставляют сквозь хомут и ввинчивают в головку 151 цилиндров для создания сжимающей силы между хомутом и головкой цилиндров. В других вариантах осуществления крепежная деталь 190 может быть заменена другими крепежными устройствами, в которых не применяется резьба, например, штифтами или другими фиксирующими механизмами. Таким образом, хомуты 200 обеспечивают существенно жесткое соединение между форсунками 112-115 и головкой 151 цилиндров.
Момент впрыска, расходы форсунок и инжекция топливной системы 180 могут быть согласованы так, чтобы они соответствовали последовательным тактам процесса горения. Кроме того, момент впрыска, расходы форсунок и инжекция топливной системы 180 могут быть определены в зависимости от условий работы двигателя или в зависимости от топлива в системе. Кроме того, момент зажигания и давление наддува могут быть отрегулированы согласованно с моментом впрыска и расходами прямого впрыска топлива. Следует заметить, что двигатель 100, топливная система 180 и связанные с ними элементы по ФИГ. 1 показаны в качестве простого иллюстративного примера системы двигателя и расположения хомутов 200 топливных форсунок относительно других элементов двигателя. В сущности, многие элементы и геометрические соотношения не включены в систему двигателя ФИГ. 1. К примеру, блок 150 цилиндров может включать в себя поддон картера, подсоединенный к нижней поверхности, в то время как к головке 151 цилиндров подсоединена система распределительного вала. В дополнение к этому, каждый цилиндр 1-4 может быть выполнен с системой зажигания, например, свечой зажигания или запальной свечой для дизельного двигателя. Кроме того, хотя многие элементы по ФИГ. 1 изображены просто в виде прямоугольников, следует понимать, что на практике могут иметь место более сложные формы.
На ФИГ. 2 показан в аксонометрии при взгляде спереди вид хомута 200 топливной форсунки дизельного двигателя. Хомут 200 может быть подобен или существенно идентичен хомуту 200, показанному на ФИГ. 1. Хомут имеет несколько поверхностей и размеров по толщине, которые определяют форму хомута. В частности, хомут 200 симметричен относительно центральной оси 250 и также включает основную часть 207, имеющую в целом изогнутую толщину, образующую внутреннюю полость 206. Кроме того, в верхней поверхности 279 основной части 207 образовано в целом круглое отверстие 230, причем через центр отверстия проходит вертикальная ось 251. Отверстие 230 проходит сквозь толщину основной части 207, так что внутренняя полость 206 связана с пространством снаружи хомута 200 по меньшей мере через отверстие 230. Кромка отверстия 230 не смежна с верхней поверхностью 279, но выемка 235 соединяет кромку отверстия с верхней поверхностью. Другими словами, выемка 235 создает скошенный выступ от отверстия 230 до плоскости, образованной верхней поверхностью 279, так как отверстие расположено ниже в вертикальном направлении, чем верхняя поверхность, как показано направлением вертикальной оси 251. Выемка 235 окружает периферию отверстия 230 и поэтому также в целом имеет круглую форму. В некоторых вариантах осуществления отверстие 230 может быть резьбовым (т.е. с принимающей резьбой для крепежной детали), в то время как в других вариантах осуществления отверстие 230 не имеет резьбы.
Основная часть 207 также включает в себя заднюю часть 245, которая короче по высоте в вертикальном направлении 251, так что поверхность 279 расположена выше задней части. Задняя часть 245 раскрыта более подробно на последующих ФИГ., где эта часть видна яснее. Расположенные рядом с выемкой 235 и включенные в верхнюю поверхность 279 несколько закруглений 282 обеспечивают скругленные углы верхней зоны хомута 200. Эти закругления 282 могут служить сглаживанию прямых углов хомута 200, так что снижается риск порезов механика в процессе установки, обслуживания и/или демонтажа хомута. Помимо отмеченных как закругления 282, в других зонах по всему хомуту 200 могут присутствовать другие закругления, не отмеченные номерами позиций. На ФИГ. 2 видна первая боковая поверхность 275, которая имеет существенно плоскую форму и параллельна вертикальной оси 251. Вторая боковая поверхность 276, хотя она не видна, расположена напротив первой боковой поверхности 275 и со сдвигом относительно нее, соответственно симметрии хомута 200 относительно центральной оси 250. Наконец, нижняя поверхность 277 расположена на нижней стороне хомута 200 (не видна на ФИГ. 2), причем эта нижняя поверхность в целом плоская и параллельна верхней поверхности 279.
В основной части 207 имеется также углубление 253, которое образует внешний край основной части. Углубление 253 в целом имеет прямоугольную форму и сдвинуто от окружающих боковых стенок 252 и 254, которые также ограничивают внешний край основной части 207. Углубление 253 существенно перпендикулярно верхней поверхности 279. Части боковых стенок 252 и 254 также существенно перпендикулярны верхней поверхности 279, в то время как остальные части боковых стенок существенно перпендикулярны закруглениям 282 там, где боковые стенки 252 и 254 повторяют контуры закруглений 282. Хомут 200, в дополнение к нескольким закруглениям 282, может содержать другие изогнутые поверхности, например, фаски для сглаживания острых кромок хомута на стыках поверхностей.
С основной частью 207 соединена передняя часть 208, которая в некоторых вариантах осуществления выполнена из того же куска материала, что и основная часть 207. Другими словами, хомут 200 выполнен из сплошного куска материала, включая как основную часть 207, так и переднюю часть 208, которые определены и показаны на ФИГ. 2 для облегчения понимания различных геометрических особенностей хомута. Аналогично сказанному об основной части 207, передняя часть 208 также симметрична относительно центральной оси 250. Передняя часть 208 имеет два выступа, которые отходят от основной части 207. Первый выступ или лапа 210 отходит от основной части 207 у первой боковой поверхности 275, а второй выступ или лапа 220 отходит от основной части у второй боковой поверхности 276. В частности, как можно видеть на ФИГ. 2, первая наружная поверхность 273 первой лапы 210 существенно плоская и лежит в той же плоскости, что и первая боковая поверхность 275. И хотя это не вполне видно на ФИГ. 2, но также есть совместные участки наружной поверхности второй лапы 220 и второй боковой поверхности 276. В частности, вторая наружная поверхность 274 второй лапы 220 существенно плоская и лежит в той же плоскости, что и вторая боковая поверхность 276. Внутреннюю поверхность 278 можно видеть на внутренней стороне второй лапы 220. Внутренняя поверхность 278 включает поверхности, ограничивающие полость 206. Хотя это не видно на ФИГ. 2, первая лапа 210 также включает внутреннюю поверхность 278 вследствие симметрии хомута 200 относительно центральной оси 250. Понятие «существенно плоская» может включать поверхность приблизительно плоскую, например, в одном из примеров, в пределах 10% допуска на плоскостность поверхности.
Первая лапа 210 включает в себя существенно плоскую переднюю поверхность 215, параллельную аналогично расположенной передней поверхности 225 второй лапы 220. В некоторых вариантах осуществления передние поверхности 215 и 225 могут лежать в одной плоскости. В других вариантах осуществления передние поверхности 215 и 225 могут не лежать в одной плоскости и не быть параллельными. В данном варианте осуществления (ФИГ. 2) передние поверхности 215 и 225 параллельны вертикальной оси 251. Кроме того, наружные поверхности 273 и 274 могут лежать в одной плоскости с первой боковой поверхностью 275 и второй боковой поверхностью 276, соответственно, как показано на ФИГ. 2. В других вариантах осуществления поверхности 273 и 274 могут не лежать в одной плоскости с поверхностями, соответственно, 275 и 276, являясь в то же время продолжениями в целом изогнутых поверхностей сплошного материала. Первая вогнутая поверхность 212 образует верхнюю поверхность первой лапы 210 и является переходом между первой передней поверхностью 215 и боковой стенкой 254. Как можно видеть, первая вогнутая поверхность 212 параллельна центральной оси 250 у первой передней поверхности 215, в то время как эта же вогнутая поверхность параллельна боковой стенке 254 при слиянии с боковой стенкой 254 (параллельной вертикальной оси 251). Другими словами, ориентация первой вогнутой поверхности 212 изменяется на 90 градусов между первой передней поверхностью 215 и боковой стенкой 254. Вторая вогнутая поверхность 222 также присутствует на хомуте 200, причем вторая вогнутая поверхность может быть существенно идентична первой вогнутой поверхности 212 вследствие симметрии относительно центральной оси 250.
На ФИГ. 3 показан вид сбоку хомута 200 топливной форсунки дизельного двигателя. Многие отличительные признаки ФИГ. 2 видны на ФИГ. 3, в то время как другие отличительные признаки, не видные на ФИГ. 2, будут раскрыты далее. Как можно видеть, нижняя поверхность 277 существенно плоская, за исключением зон у концов хомута 200. В частности, у переднего конца хомута 200 (ближайшего к передней части 208) передняя нижняя поверхность 323 соединяет нижнюю поверхность 277 с первой и второй передними поверхностями 215 и 225, причем на виде по ФИГ. 3 вторая передняя поверхность расположена за первой передней поверхностью. Как можно видеть, передняя нижняя поверхность 323 в целом изогнута и имеет отрицательный наклон относительно вертикального направления (против изображенной стрелки 251) при стыке с нижней частью передней поверхности 215. Аналогично, у заднего конца хомута 200 на задней части 245 задняя нижняя поверхность 324 соединяет нижнюю поверхность 277 с задней поверхностью 350. Кроме того, задняя нижняя поверхность 324 также изогнута в отрицательном относительно вертикали направлении при встрече с нижней частью задней поверхности 350. Следует заметить, что возможны и другие формы нижней стороны хомута 200. Например, в других вариантах осуществления нижние поверхности 323 и 324 могут быть существенно плоскими и лежать в одной плоскости с нижней поверхностью 277, в то время как в еще одном варианте нижние поверхности 323 и 324 включают плоские профили, которые наклонены для соединения поверхностей, соответственно, 215 и 351 с нижней поверхностью 277.
Как можно видеть, задняя поверхность 350 существенно параллельна вертикальной оси 251, а также первой передней поверхности 215. Задняя закругленная часть 348 охватывает расстояние между верхней поверхностью 279 и задней поверхностью 350. Кроме того, закругленная часть 348 проходит против вертикального направления от верхней поверхности 279 к задней поверхности 350, так как верхняя поверхность расположена выше, чем задняя поверхность. Угловое закругление 347 расположено между закругленной частью 348 и закруглением 282 для обеспечения плавного перехода между горизонтальным положением верхней поверхности 279 и наклонным снижением закругленной части 348. Аналогично, концевое закругление 349 создает плавный переход между закругленной частью 348 и задней поверхностью 350. На виде по ФИГ. 3 концевое закругление 349 имеет в целом круглый профиль, так что между закругленной частью 348 и задней поверхностью 350 образован 90-градусный поворот. Существенно параллельными могут считаться два элемента, которые параллельны с допуском 10%, а существенно перпендикулярными могут считаться два элемента, которые перпендикулярны с допуском 10%.
На ФИГ. 4 показан вид в разрезе хомута 200 топливной форсунки дизельного двигателя. В частности, вид сбоку соответствует показанному на ФИГ. 3, но половина хомута до центральной оси 250 отрезана. Большинство отличительных признаков ФИГ. 3 показано и на ФИГ. 4. Верхняя стенка 445 расположена между боковой стенкой 254 (и 252), отверстием 230 и верхней поверхностью 279. Верхняя стенка 445 содержит материал, образующий толщину хомута 200. Это равнозначно тому, что суммарная глубина выемки 235 и отверстия 230 равна толщине (т.е. высоте, или глубине) верхней стенки 445. В некоторых вариантах осуществления толщина всех участков хомута 200 может быть существенно равна толщине верхней стенки 445. На ФИГ. видна нижняя сторона основной части 207 хомута, обозначенная как нижняя сторона 440. Нижняя сторона 440 включает ограничивающие полость 206 поверхности, которые существенно параллельны внешним поверхностям. Например, часть нижней стороны 440 и верхняя поверхность 279 параллельны, в то время как нижняя сторона 440, расположенная у задней части 245, повторяет контуры закругленной части 348. В то время как внутренняя поверхность 278 включает поверхности, ограничивающие внутреннюю полость 206 вдоль сторон хомута 200, нижняя сторона 440 включает поверхности, ограничивающие внутреннюю полость 206 вдоль нижней стороны верха хомута 200. В принципе, толщина верхней стенки 445 может также быть определена как расстояние между верхней поверхностью 279 и частью нижней стороны 440, лежащей прямо под соответствующей верхней стенкой. Как видно на ФИГ. 4, угловое закругление 347, закругленная часть 348 и заднее закругление 349 также имеют толщины, примерно равные толщине верхней стенки 445. Хотя это не различимо на виде сбоку по ФИГ. 4, полость 206 соответствует пустому пространству, ограниченному внутренней поверхностью 278, которая является поверхностью твердого материала, расположенной внутри хомута 200.
На ФИГ. 5 показан вид сверху хомута 200 топливной форсунки дизельного двигателя. На этом виде ясно видна симметрия хомута 200 относительно центральной оси 250. Кроме того, как можно видеть на ФИГ. 5, чего не было видно на предыдущих ФИГ., ширина хомута 200 остается существенно постоянной по всей передней части 208, но постепенно уменьшается при движении вдоль основной части 207 к задней части 245 и задней части 350. Другими словами, ширина хомута 200, замеренная перпендикулярно плоскости, образованной вертикальной осью 251 и центральной осью 250, больше на переходе между основной частью 207 и передней частью 208, чем в задней части 245, ближайшей к задней поверхности 350.
Кроме того, хотя это не видно на предыдущих ФИГ., противоположная сторона хомута 200 тоже имеет такие отличительные признаки, как закругления 282, 347 и 349, а также закругленная часть 348, поскольку хомут симметричен относительно центральной оси 250. Кроме соединения закругленной части 348 с задней поверхностью 350, концевые закругления 349 обеспечивают также скругленные кромки стыков задней поверхности с первой и второй боковыми поверхностями 275 и 276, соответственно. Носовая часть 548 расположена между закругленными частями 348 у первой и второй боковых поверхностей 275 и 276, соответственно. Носовая часть 548 имеет в целом изогнутую и вогнутую форму, приблизительно следуя профилю закругленной части 348. Носовая часть расположена между концевыми закруглениями 349 и закруглениями 347 вдоль направления центральной оси 250. В целом носовая часть 548 следует профилю закругленных частей 348, однако она может включать дополнительные отличительные признаки, например, углубления или выпуклости соответственно конструктивным требованиям, предъявляемым к хомуту 200. Например, участок носовой части 548 может включать плоский, круглый участок, оставшийся от операции чеканки в технологическом процессе изготовления хомута 200. Эта особенность, связанная с чеканкой, более подробно раскрыта ниже. На виде сверху выемка 235 имеет в целом круговой профиль, окружающий отверстие 230. В других вариантах осуществления профиль выемки 235 может быть отличным (т.е. не круговым), чтобы соответствовать конкретной форме и размеру верхней поверхности 237, а также другим отличительным признакам хомута 200. На ФИГ. видна также полость 206, которая представляет собой пустое пространство (т.е. отсутствие материала), находящееся между первым и вторым лапами 210 и 220, а также внутренность хомута 200 ниже отверстия 230.
На ФИГ. 6 показан вид снизу хомута 200 топливной форсунки дизельного двигателя. В этом ракурсе видна вся нижняя поверхность 277, а также передняя нижняя поверхность 323 и задняя нижняя поверхность 324. Пространство 640 для приема топливной форсунки определяется далее как пространство между первым и вторым лапами 210 и 220 соответственно. Пространство 640 может быть сформировано лапами 210 и 220 для эффективного удержания топливной форсунки (не показана) в положении, когда хомут 200 прикреплен к головке цилиндров, как описано выше в отношении ФИГ. 1. В частности, в данном примере пространство 640 представляет собой часть полости 206, образованной материалом хомута 200. Например, когда пространство 640 занимает топливная форсунка, обеспечивается прилегание поверхностей и существенно непрерывный контакт между внутренней поверхностью 278 и внешней периферией топливной форсунки. На ФИГ. 6 пространство 640 показано как существенно прямоугольное, но оно может иметь разнообразные другие формы, в зависимости от формы топливной форсунки. В другом примере пространство 640 может быть круглым, причем внутренние поверхности 278 изогнуты для приема круглой топливной форсунки. Возможны и другие формы, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.
Также на ФИГ. 6 видна вся нижняя сторона 440, образующая нижнюю сторону верхней поверхности 279 и верхняя стенка 445, которая расположена между верхней поверхностью и нижней стороной. Кроме того, как также видно на виде сверху ФИГ. 5, хомут 200 имеет большую ширину у отверстия 230, чем у заднего конца (у задней поверхности 350). Поэтому «ширина» относится к размеру, замеренному параллельно стрелке в пространстве 640, или, другими словами, к размеру, перпендикулярному центральной оси 250.
На ФИГ. 7 показан в аксонометрии при взгляде сзади вид хомута 200 топливной форсунки дизельного двигателя. В этом ракурсе изогнутые поверхности задней части 245 видны яснее, причем закругленные части 348 и носовая часть 548 определяют разности высот между верхней поверхностью 279 и задней частью. Кроме того, линия пересечения первой боковой поверхности 275 и задней поверхности 350 существенно изогнута, так что эти две поверхности не образуют прямого угла. Плавные (т.е. закругленные) пересечения стыкующихся поверхностей хомута 200 могут уменьшить количество острых углов, снижая тем самым вероятность ранения техника в процессе установки, демонтажа и/или замены хомута топливной форсунки.
Общей особенностью других конструкций хомутов топливных форсунок дизельного двигателя является то, что они литые, с чем могут быть связаны нежелательные свойства. Во-первых, литье и аналогичные процессы термообработки могут снизить возможность управления формообразованием хомута, в сравнении с другими технологическими способами. Например, после термообработки в процессе литья может снизиться стабильность размеров хомута; вместе с тем накладываются ограничения и на материалы для производства высококачественных литых хомутов. Кроме того, изменения в конструкции хомута могут потребовать дорогостоящих изменений процесса литья, например, новых матриц или других подобных элементов. В принципе, чтобы литье было экономичным, может использоваться одна конструкция для изготовления большого количества хомутов в течение длительного периода времени до смены конструкции, но это снижает гибкость в отношении непрерывного совершенствования конструкции хомута.
Таким образом, при использовании показанной на ФИГ. 2-7 конструкции хомута 200 форсунки, получение окончательной формы хомута может быть достигнуто применением разнообразных технологических процессов, включая литье. В частности, для получения окончательной формы хомута 200 может применяться штамповка. В контексте настоящего изобретения, понятие «штамповка» в целом может объединять множество процессов формоизменения металлов, включая, среди прочих, изгиб, вырубку, вытяжку, формовку и чеканку. Штамповка хомута может обеспечить ряд преимуществ перед литьем хомута. Во-первых, использование ряда простых штампов последовательного действия для процесса штамповки может быть проще и экономически эффективнее, чем литье. Управление процессом штамповки с малым количеством шагов может быть предпочтительнее в сравнении с литьем, которое может потребовать больше шагов и более сложных процессов. В принципе, при штамповке стоимость в расчете на один хомут может быть снижена, с одновременным повышением надежности штампованного хомута в сравнении с литым. В дополнение к этому, выбор материала и термообработки для штампованного хомута может еще больше снизить стоимость и повысить качество хомута вследствие более высокой стабильности размеров после термообработки (в сравнении с литьем). Наконец, количество материалов, пригодных для штамповки, может быть больше, чем количество материалов, пригодных для литья, что позволяет повысить гибкость производства штампованных конструкций в отношении выбора материала.
Хомут 200 топливной форсунки дизельного двигателя, изготавливаемый в вышеупомянутом процессе штамповки, может быть выполнен из высокопрочной стали. Многие процессы литья ограничены использованием материалов, не содержащих железа, таких, как алюминиевые, цинковые, магниевые и медные сплавы, хотя на некоторых установках могут быть использованы для литья и нержавеющие стали. Однако в общем случае, отливать детали из высокопрочной (низколегированной) стали - дело трудное и необычное. В некоторых процессах литья, например при коктильном литье, для отливок из железа и стали могут применяться графитовые формы, но и это тоже в целом дело необычное. Для сравнения, в предлагаемой конструкции хомута 200, который может быть отштампован, в качестве материала хомута могут быть использованы высокопрочные стали и, тем самым, могут быть улучшены различные свойства хомута, в сравнении с прочими конструкциями хомута, изготовленными литьем. Например, вследствие более высокой прочности стали в сравнении с алюминиевым сплавом, хомут 200 (полученный штамповкой) может иметь более длительный срок службы, чем хомуты других конструкций, благодаря чему снижаются связанные с топливной системой и транспортным средством затраты на техобслуживание и замену деталей.
На ФИГ. 8 показана блок-схема, отображающая способ выбора конструкции хомута дизельного двигателя и изготовления хомута, например, хомута 200, показанного на предыдущих ФИГ. В начале, на шаге 801 способа, определяют ряд параметров системы. Набор этих параметров может включать, но не ограничительно, количество цилиндров и топливных форсунок, положение форсунок относительно двигателя и относительно друг друга, размер двигателя, требования по вибрации и амортизации, компоновка топливной системы и форма топливных форсунок. Многие параметры системы могут быть просто видимыми особенностями системы двигателя. Далее, на шаге 802 способа выбирают конструкцию хомута топливной форсунки, исходя из параметров системы. Конструкция хомута может учитывать такие факторы, как общий размер хомута, форма принимающей топливную форсунку части хомута, требования по прочности, учитывающие сжимающую силу и размер крепежной детали для крепления хомута к головке цилиндров или другому элементу двигателя. Далее, на шаге 803 способа выбирают технологический процесс изготовления хомута топливной форсунки, учитывающий конструкцию хомута топливной форсунки. Кроме литья и штамповки, могут рассматриваться и другие процессы, помимо прочих, ковка, формовка и механическая обработка. В одном из примеров, как было указано выше, в зависимости от системы двигателя, хомут топливной форсунки может быть отштампован согласно общей конструкции хомута 200, которая соответствует процессу штамповки, обеспечивая преимущества, указанные выше. Наконец, на шаге 804 способа выполняют ряд технологических шагов изготовления хомута топливной форсунки. Так, например, эти шаги могут включать выбор материала, подготовку, изготовление и последующую обработку, например термообработку. Возможны и другие вариации способа 800 изготовления хомута топливной форсунки, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.
В дополнение к преимуществам штамповки перед процессами литья в отношении выбора материала, затрат и простоты, ниже будут раскрыты несколько особенностей конструкции хомута 200, которые могут сделать ее более предпочтительной, чем другие конструкции хомута. Во-первых, общая толщина хомута 200, как показано верхней стенкой 445 на разрезе по ФИГ. 4, может быть выбрана с учетом требований по прочности, предъявляемым к хомуту, а также геометрических ограничений процесса штамповки. Аналогично, такие особенности, как высота верхней поверхности 279 и задней части 245, размеры радиусов скругления углов, например первой и второй вогнутых поверхностей 212 и 222, и вид выемки 235, могут быть выбраны соответственно требованиям прочности и требованиям процесса штамповки. Кроме того, форма верхней зоны хомута 200, образованной отверстием 230, выемкой 235 и верхней поверхностью 279, может быть образована процессом чеканки. В других конструкциях хомута отверстие 230 может быть поднято выше плоскости верхней поверхности 279, с образованием выступа. С технологическим процессом штамповки могут быть использованы многие виды термообработки для получения различных свойств готового хомута. Например, после штамповки в окончательной форме, хомут 200 подвергается цементации, при которой сталь хомута науглероживается в контролируемой, богатой углеродом среде до достижения эффективной глубины проникновения в диапазоне 0,3-0,7 миллиметров. Далее, хомут помещается в другую среду и отпускается при 410°C до достижения желаемых свойств хомута. К этим свойствам могут относиться прочность на сжатие и растяжение, твердость и вязкость. Кроме того, использование хомута 200 топливной форсунки дизельного двигателя дает технический эффект получения разнообразных форм, в зависимости от конкретных конфигураций топливной форсунки и системы двигателя, причем процесс штамповки может быть модифицирован для изменения формы хомута топливной форсунки.
Процесс чеканки может также быть использован для формирования носовой части 548, причем носовая часть имеет в целом круглую форму в поперечном сечении верха задней части 245. Кроме того, углубление 253 может быть сформировано процессом штамповки так, чтобы углубление создавало соответствующий сборочный зазор между топливной форсункой и хомутом, содержащим лапы 210 и 220, а также другие части основной части 207 хомута. Ширина и высота лап 210 и 220 могут быть выбраны соответственно требованиям по зажиму и требованиям по прочности, предъявляемым к хомуту 200 для надежного крепления топливной форсунки к головке цилиндров, как описано выше в связи с ФИГ. 1. Высота основной части 207, то есть расстояние вдоль вертикальной оси 251 между нижней поверхностью 277 и верхней поверхностью 279, в некоторых вариантах осуществления может быть выбрана для определения длины крепежной детали 190, как показано на ФИГ. 1. В частности, стержень без резьбы может проходить вдоль высоты хомута 200 внутри отверстия 230 и полости 206, тогда как резьбовой стержень может быть прикреплен в головке цилиндров для обеспечения силы, сжимающей крепежную деталь, хомут 200 и топливную форсунку. Головка крепежной детали вместе с одной или несколькими шайбами может упираться в выемку 235 окружающую отверстие 230, или в другие зоны верхней поверхности 279.
Как раскрыто в настоящем документе, хомут форсунки может быть сформован в процессе штамповки, поэтому конструкция хомута форсунки, как раскрыто в настоящем документе, может быть специально сформирована так, чтобы можно было с выгодой улучшить операцию штамповки. Например, внутренняя полость 206 может быть сформирована так, чтобы площадь горизонтального сечения уменьшалась при движении от низа к верху полости вдоль вертикального направления. Таким образом, процессы штамповки могут проводиться проще и эффективнее, требуя простого вертикального движения штампа.
Следует понимать, что конструкции и последовательности операций, раскрытые в настоящем описании, имеют характер примеров и что эти конкретные варианты осуществления не должны толковаться в ограничивающем смысле, так как возможны многочисленные вариации. Так, например, вышеуказанная технология может быть применена к V-образным шестицилиндровым двигателям, I-образным четырехцилиндровым, I-образным шестицилиндровым, V-образным двенадцатицилиндровым, четырехцилиндровым с противолежащими цилиндрами и другим типам двигателей. Объект настоящего изобретения включает все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и исполнений, а также другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.
В нижеследующей формуле изобретения конкретно указаны определенные комбинации и подкомбинации, рассматриваемые как новые и неочевидные. Пункты формулы изобретения могут содержать указания на "некоторый" элемент, или "некоторый первый" элемент, или эквивалентные обозначения. Такие пункты формулы изобретения следует понимать как охватывающие осуществление одного или нескольких упомянутых элементов, не требуя и не исключая наличия двух или большего числа таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены путем изменения представленной формулы изобретения или путем представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такие формулы изобретения, будь то расширенные, суженные, идентичные или отличные по объему от первоначальной формулы изобретения, также рассматриваются как содержащиеся в объекте настоящего изобретения.