СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ВПРЫСКА ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
METHOD AND EQUIPMENT OF THE FUEL INJECTION IN THE COMBUSTION ENGINE'S COMBUSTOR

Настоящее изобретение относится к способу впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, в котором топливо подают посредством насоса предварительной подачи из бака на насос высокого давления, после чего топливо под высоким давлением, поданное насосом высокого давления, поступает в инжектор, снабженный инжекторным соплом с подвижной в осевом направлении сопловой иглой, выходящей в регулирующую камеру, выполненную с возможностью поступления в нее топлива под давлением и регулирования давления в ней посредством регулирующего клапана, который открывает или закрывает по меньшей мере один впускной или выпускной топливный канал, а также к устройству впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания.
Инжекторы вышеуказанного типа часто используются в системах впрыска с общей топливной магистралью.
Инжекторы систем впрыска с общей топливной магистралью, служащие для впрыска высоковязких видов топлива в камеры сгорания двигателей внутреннего сгорания, известны в различных конфигурациях. При применении тяжелого топлива для достижения необходимой вязкости при его впрыске требуется нагрев до 150°С. При высокой доле абразивных твердых веществ и условиях высоких температур, безусловно, увеличивается износ и, следовательно, снижается безопасность эксплуатации.
Обычно инжектор системы впрыска с общей топливной магистралью включает в себя различные компоненты, которые, как правило, удерживаются вместе посредством сопловой зажимной гайки. Само инжекторное сопло включает в себя сопловую иглу, которая перемещается в корпусе сопла в осевом направлении и имеет несколько открытых отверстий, через которые топливо может подаваться из предкамеры сопла на конец иглы. На самой сопловой игле установлена манжета, служащая опорой для нажимной пружины, причем сопловая игла достигает регулирующей камеры, в которую под давлением подается топливо. С данной регулирующей камерой могут соединяться впускной канал через впускной дроссель и выпускной канал через выпускной дроссель, при этом соответствующее давление создается в регулирующей камере посредством нажимной пружины, удерживающей сопловую иглу в закрытом положении. Давление в регулирующей камере может управляться с помощью регулирующего клапана, который в большинстве случаев приводится в действие электромагнитом. При наличии соответствующей схемы соединения открытие регулирующего клапана приводит к оттоку топлива через дроссель, при этом сокращение гидравлического удерживающего усилия, воздействующего на поверхность конца сопловой иглы, выступающей в регулирующую камеру, приведет к открытию сопловой иглы. Таким образом, топливо затем сможет попасть в камеру сгорания двигателя через распылительные отверстия.
В дополнение к выпускному дросселю, в большинстве случаев устанавливается также впускной дроссель, в котором скорость открывания сопловой иглы определяется разницей потока между впускным и выпускным дросселем. Когда регулирующий клапан закрыт, отток топлива блокируется выпускным дросселем, в регулирующей камере вновь восстанавливается давление через впускной дроссель, что приводит к закрытию сопловой иглы.
Высокая тепловая нагрузка на клапан, в частности, в больших дизельных двигателях, может вызываться используемым топливом, требуемым проходным сечением и подачей питания высокой энергии при запитывании электромагнитного клапана. Это может привести к необходимости дополнительного охлаждения, чтобы избежать теплового повреждения клапана.
Регулирование температуры или охлаждение инжекторов известно, например, из публикации WO 2006/021014 A1, согласно которой инжектор снабжен дополнительными каналами, через которые в целях охлаждения производится подача смазочного или моторного масла.
Настоящее изобретение направлено на совершенствование упомянутого способа впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания вышеуказанного типа, с тем, чтобы усовершенствовать охлаждение регулирующего клапана, в частности электромагнитного клапана. Для решения этой задачи, согласно изобретению, предусмотрено, что между насосом предварительной подачи и насосом высокого давления отводят частичный объем топлива в качестве промывочного объема и подают в промывочный канал инжектора, причем промывочный объем поступает непосредственно на регулирующий клапан. При этом промывочный объем, по меньшей мере частично, проходит через регулирующий клапан и предпочтительно смешивается с топливом из впускного или выпускного канала, соответственно, причем его также пропускают через теплообменник, где осуществляют регулировку температуры промывочного объема. В связи с тем, что промывочный объем, отведенный между насосом предварительной подачи и насосом высокого давления, имеет, естественно, гораздо более низкую температуру, чем топливо из впускного или выпускного канала, которое, конечно, является очень горячим после подачи под низким давлением, смешивается с последним, средняя температура топлива заметно понижается при смешивании, при этом тепловая нагрузка на электромагнитный клапан может быть значительно снижена. Смесь промывочного объема и топлива, которое поступает из впускного или выпускного канала, по меньшей мере, частично проходит через регулирующий клапан, с тем, чтобы значительно снизить тепловые нагрузки на электромагнитный клапан.
Согласно изобретению, данный вариант обеспечивает эффективное охлаждение электромагнитного клапана, не требуя громоздких и дорогостоящих приспособлений, при этом отвод небольших объемов топлива между насосом предварительной подачи и насосом высокого давления обеспечивает заметное снижение температуры в области электромагнитного клапана.
Для нагрева промывочного объема его пропускают через теплообменник. Это обеспечивает настройку параметров охлаждения с регулированием температуры, включающим в себя охлаждение или нагрев промывочного объема. В то же время возможен также нагрев клапана, например, перед запуском двигателя.
В предпочтительном варианте промывочный объем подают на регулирующий клапан в области седла клапанного элемента. В данном варианте промывочный объем, отвод которого был произведен между насосом предварительной подачи и насосом высокого давления, будет смешиваться непосредственно на входе регулирующего клапана с топливом из впускного или выпускного канала таким образом, что уже охлажденное топливо будет проходить по существу через весь регулирующий клапан. В связи с этим, предпочтительно, чтобы промывочный объем проходил через якорную камеру регулирующего клапана, с тем, чтобы обеспечить эффективное охлаждение той части электромагнитного клапана, на которую воздействуют особенно сильные тепловые нагрузки.
Наиболее предпочтительный вариант контроля эффективности охлаждения состоит в том, что промывочный объем, отвод которого произведен между насосом предварительной подачи и насосом высокого давления, регулируют предпочтительно посредством дросселя или промывочного клапана. Такой контроль может осуществляться предпочтительно с помощью датчика температуры, при этом упомянутый датчик измеряет температуру электромагнитного клапана или топлива на выходе электромагнитного клапана. Таким образом, обеспечивается чрезвычайно простое регулирование температуры.
Чтобы часть топлива, отвод которой был произведен между насосом предварительной подачи и насосом высокого давления, подавалась под давлением, достаточно высоким для целей промывки и охлаждения электромагнитного клапана, с помощью насоса предварительной подачи ее нужно подавать предпочтительно под избыточным давлением 5-10 бар.
Настоящее изобретение дополнительно направлено на создание устройства впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающего усовершенствованное охлаждение электромагнитного клапана. В этом отношении устройство включает в себя насос предварительной подачи для подачи топлива из бака, насос высокого давления и инжектор, причем топливо, поданное насосом предварительной подачи, подается на насос высокого давления, а топливо под высоким давлением из насоса высокого давления подается на инжектор, снабженный соплом с подвижной в осевом направлении сопловой иглой, выходящей в регулирующую камеру, в которую топливо поступает под давлением и давление в которой регулируется с помощью регулирующего клапана, который открывает или закрывает по меньшей мере один впускной или выпускной топливный канал. В соответствии с изобретением устройство существенно отличается тем, что между насосом предварительной подачи и насосом высокого давления имеется отводной канал, соединенный с промывочным каналом инжектора, при этом промывочный канал открывается в регулирующий клапан таким образом, что промывочный объем проходит, по меньшей мере частично, через регулирующий клапан и предпочтительно смешивается с топливом из впускного или выпускного канала, соответственно. При этом отводной канал проходит через теплообменник для регулирования температуры промывочного объема.
Дополнительные предпочтительные варианты данного инжекторного устройства будут показаны в зависимых пунктах формулы изобретения, причем соответствующие преимущества уже были объяснены в контексте способа в соответствии с данным изобретением.
В дальнейшем изобретение будет более подробно пояснено на примере варианта осуществления изобретения, схематично представленном на чертежах. Здесь на Фиг.1 схематично показана структура модульной системы впрыска с общей топливной магистралью. На Фиг.2 показано сечение по линии II-II Фиг.1; и на Фиг.3 показано сечение по линии III-III Фиг.2.
На Фиг.1 схематично показана структура модульной системы впрыска с общей топливной магистралью в соответствии с настоящим изобретением. Топливо всасывается из топливного бака 1 насосом 2 предварительной подачи топлива, доводится до необходимого давления в системе насосом высокого давления 3 и подается на инжектор 4. Инжектор 4 содержит инжекторное сопло 5, дроссельную заслонку 6, электромагнитный клапан 7, корпус 8 инжектора, снабженный резервуаром высокого давления (не показано), а также сопловую зажимную гайку 9 для соединения компонентов. В режиме холостого хода электромагнитный клапан 7 закрыт, при этом топливо под высоким давлением будет поступать из отверстия 10 высокого давления через поперечный паз 11 и впускной дроссель 12 в регулирующую камеру 13 сопла 5, при этом блокируется отток из регулирующей камеры 13 через выпускной дроссель 14 на седле 15 электромагнитного клапана 7. Давление в системе, действующее в регулирующей камере 13 вместе с силой пружины 16 сопла, вдавливает сопловую иглу 17 в седло 18 сопловой иглы, тем самым закрывая распылительные отверстия 24.
Когда при активации электромагнита 25 приводится в действие электромагнитный клапан 7, элемент 27 электромагнитного клапана поднимается из седла 15 электромагнитного клапана, преодолевая силу пружины 26 электромагнитного клапана. Проход через седло 15 электромагнитного клапана становится свободным, и топливо из регулирующей камеры 13 будет поступать обратно в топливный бак 1 через выпускной дроссель 14, якорную камеру 19 электромагнитного клапана, выпускной зазор 20, выпускное отверстие 21 и отверстие 22 низкого давления. В регулирующей камере 13 устанавливается равновесное давление, определяемое проходным сечением впускного дросселя 12 и выпускного дросселя 14, которое настолько мало, что давление в системе, приложенное к сопловой камере 23, способно открыть иглу 17, которая смещается в корпусе 32 сопла в осевом направлении, тем самым освободив распылительные отверстия 24 и обеспечивая впрыск.
В отверстии 22 низкого давления преобладает абсолютное давление в 1-2 бар, что вызывает сильный нагрев топлива из-за снижения давления в системе, осуществляемого через впускной дроссель 12, выпускной дроссель 14 и седло 15 электромагнитного клапана. В то же время электрические и магнитные потери на электромагните 25 выступают в качестве дополнительного средства нагрева, что может привести к критическим нагрузкам на составные части, особенно при большой интенсивности потока, воздействии предварительно нагретых топлив (например, тяжелых топлив), а также при высоких значениях рабочего электрического тока на электромагнитном клапане 7.
На Фиг.2 представлен разрез инжектора 4, показанного на Фиг.1. Здесь в соответствии с изобретением дополнительно показано промывочное отверстие 28.
На Фиг.3 представлен разрез инжектора 4, показанного на Фиг.2, содержащий подачу промывочного топлива в соответствии с изобретением. На тройнике 29 между насосом 2 предварительной подачи и насосом высокого давления 3 отводится часть топлива, которое в данной точке находится под избыточным давлением 5-10 бар. Промывочный объем управляется с помощью промывочного клапана 30 и доводится до нужной температуры в теплообменнике 31. Отведенное топливо через промывочное отверстие 28 подается непосредственно на седло 15 электромагнитного клапана, где смешивается с управляющим объемом топлива, поступающим из выпускного дросселя 14. За счет большой разницы между температурой промывочного объема и управляющего объема топлива здесь происходит заметное охлаждение управляемого объема, так что корректировка температуры в якорной камере 19 будет существенно меньшей по сравнению с обычным инжектором без промывки. Это приводит к заметно более низкой температурной нагрузке на компоненты электромагнитного клапана 7 при эксплуатации, что обеспечивает повышенный срок службы, с одной стороны, и сокращение расходов при возможности выбора менее стойких материалов, с другой стороны. В то же время предварительный нагрев промывочного объема можно обеспечить выбором соответствующего теплообменника 31. Например, при использовании тяжелого топлива этот подогретый промывочный объем может быть задействован для регулировки температуры электромагнитного клапана 7 и, следовательно, ускоренного запуска двигателя.