УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТОПЛИВОМ
DEVICE TO SUPPLY FUEL TO INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Уровень техники
Подобное устройство известно из DE 10247564 А1. В таком устройстве топливо в зависимости от потребности в нем дозированно подается топливным насосом через дозатор к всасывающему клапану насоса высокого давления, которым давление топлива повышается до 1600 бар и которым топливо через клапан высокого давления подается в общую топливную магистраль высокого давления (называемую также топливным аккумулятором высокого давления или топливной рампой "rail"), к которой подсоединены топливные форсунки двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Они обеспечивают собственно впрыскивание необходимого для работы ДВС топлива в его камеры сгорания.
В зависимости от частоты вращения вала ДВС топливо в него требуется подавать в различных количествах. С целью обеспечить наличие топлива в общей топливной магистрали высокого давления в достаточных для всех режимов работы двигателя количествах насос высокого давления рассчитан на 5 подачу топлива в количестве, соответствующем максимально возможной потребности в нем соответствующего ДВС. Однако связанный с этим недостаток состоит в том, что в диапазоне частичных нагрузок в общую топливную магистраль высокого давления топливо подается в излишне большом количестве и поэтому направляется через редукционный клапан обратно в топливный бак, что неудовлетворительно с энергетической точки зрения. Во избежание подобного недостатка подаваемое в насос высокого давления топливо дозируется дозатором в зависимости от его потребного количества. Редукционный клапан и дозирующий клапан в подобном устройстве являются независимыми, самостоятельными функциональными узлами. По этой причине возрастает риск возрастания давления топлива в общей топливной магистрали высокого давления до избыточного и тем самым возрастает опасность обусловленных таким избыточным давлением механических повреждений и поломок общей топливной магистрали высокого давления, соединительных топливопроводов и/или дозатора.
Краткое изложение сущности изобретения и его преимущества
Преимущество предлагаемого в изобретении устройства с отличительными признаками, указанными в п.1 формулы изобретения, состоит в том, что регулирующий клапан и дозатор не требуют более их выполнения в виде самостоятельных и независимых друг от друга функциональных узлов, а дополняют друг друга по своему действию. Поэтому весь функциональный узел обладает исключительно высокими безотказностью в работе и эксплуатационной надежностью. Благодаря этому удается эффективно избежать обусловленных избыточным давлением повреждений и поломок общей топливной магистрали высокого давления, топливопроводов и дозатора.
Различные предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении устройства приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Преимущество заявленного в п.2 формулы изобретения варианта состоит в том, что оба клапана не могут отрицательно влиять на работу друг друга, а также в том, что при нахождении по меньшей мере одного из клапанов в своем закрытом состоянии обеспечивается абсолютная герметичность.
Преимущество заявленных в п.п.3 и 4 формулы изобретения вариантов состоит в особо высоких долговечности и износостойкости всей конструкции.
Преимущество заявленного в п.5 формулы изобретения варианта состоит в том, что поршень может поворачиваться в цилиндре вокруг своей оси без снижения при этом эксплуатационной надежности устройства. Благодаря этому существенно упрощается сборка устройства.
В п.6 формулы изобретения заявлен вариант, в котором поршень с Т-образным профилем установлен в цилиндре с согласованным с ним Т-образным профилем, при этом при перемещении поршня в цилиндре в продольном направлении открывается выемка, имеющая форму кругового цилиндра. Аналогичным образом указанная выемка уменьшается в своих размерах с уменьшением величины относительного перемещения. Подобная конструкция особо проста в изготовлении и сборке.
При выполнении цилиндра и поршня со взаимно согласованным по всей их длине поперечным сечением аналогичного эффекта можно достичь в том случае, когда согласно п.7 формулы изобретения выемка образована кольцевой канавкой, а поршень при необходимости имеет поперечно проходящий через него дополнительный канал.
Простейшим путем обеспечить жесткое соединение между собой запорных элементов дозирующего клапана и регулирующего клапана можно в том случае, когда согласно п.8 формулы изобретения запорные элементы соединены между собой толкающей штангой.
Устройство, выполненное по заявленному в п.9 формулы изобретения варианту, допускает возможность целенаправленного высокоточного управления им и тем самым высокоточного и оптимального управления подачей топлива в ДВС.
Преимущество заявленного в п.10 формулы изобретения варианта состоит в том, что кольцевой электромагнит должен действовать только в одном направлении. Благодаря этому значительно упрощается точное управление им.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере нескольких вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - принципиальная конструкция предлагаемого в изобретении устройства,
на фиг.2 - фрагмент изображенного на фиг.1 устройства, в котором поршень дозирующего клапана имеет кольцевую канавку, совмещаемую с выходным и входным отверстиями всасывающего топливопровода, и
на фиг.3 - фрагмент изображенного на фиг.1 устройства, в котором поршень и охватывающий его цилиндр имеют ступенчато уменьшающееся поперечное сечение с образованием при этом окружающего поршень цилиндрического пространства, совмещаемого с выходным и входным отверстиями всасывающего топливопровода при перемещении поршня 15 относительно цилиндра в продольном направлении.
Описание вариантов осуществления изобретения
На всех чертежах функционально одинаковые детали и элементы обозначены одними и теми же позициями.
Показанное на фиг.1 устройство предназначено для питания ДВС топливом. Такое устройство имеет топливный бак 1 и насос 2 высокого давления, соединенные между собой всасывающим топливопроводом 3, а также имеет дозирующий клапан 4, изменяющий проходное сечение всасывающего топливопровода 3, общую топливную магистраль 5 высокого давления ("rail"), заполняемую находящимся под высоким давлением топливом, и регулирующий клапан 6 для регулирования давления в общей топливной магистрали 5 высокого давления.
Дозирующий клапан 4 и регулирующий клапан 6 объединены в общем корпусе 7 и имеют взаимно противоположные направления открытия, а также имеют запорные элементы 4.1, 6.1, жестко соединенные между собой и перемещающиеся только однонаправленно и совместно вдоль общей оси 14. Только один из запорных элементов, а именно: запорный элемент 6.1 регулирующего клапана 6, может опускаться непосредственно на седло 6.2, тогда как другой запорный элемент выполнен в виде безупорного золотника 4.2. Благодаря этому каждый из клапанов обладает особо высокой эксплуатационной надежностью.
Прижимаемый к седлу 6.2 запорный элемент 6.1 регулирующего клапана 6 представляет собой шарик. В соответствии с этим такой запорный элемент исключительно прост в изготовлении и обладает особо высокими износоустойчивостью и эксплуатационной надежностью. Расход топлива через регулирующий клапан 6 определяется конкретным расстоянием между шариком и седлом 6.2.
Золотник 4.2 дозирующего клапана 4 образован вставленным в продольный канал в корпусе 7 и подвижным в продольном направлении поршнем, в пределах продольной протяженности которого через корпус 7 при этом поперечно проходит поперечный канал 7.1 и который со своей регулирующей кромкой 4.3 может по плотной посадке перемещаться перед расположенными со стороны продольного канала входным и выходным отверстиями поперечного канала 7.1.
В зависимости от конкретного положения регулирующей кромки 4.3 поршня перед этими расположенными со стороны продольного канала входным и выходным отверстиями изменяется их проходное сечение, а тем самым одновременно изменяется и проходное сечение всасывающего топливопровода 3.
Для открытия поперечного канала 7,1 поршень снабжен по меньшей мере одной выемкой, совмещаемой с расположенными со стороны продольного капала входным и выходным отверстиями поперечного канала 7.1. Регулирующая кромка 4.3 образована при этом кромкой, по которой взаимно ограничиваются поперечный канал и боковая поверхность поршня.
На фиг.2 показан первый конструктивный вариант, в котором поршень для образования указанной выемки выполнен с открытой радиально наружу кольцевой канавкой 4.4 и/или с поперечно проходящим через него дополнительным каналом, совмещаемым с поперечным каналом 7.1. Регулирующая кромка 4.3 образована при этом имеющей форму кругового кольца поверхностью, ограниченной боковой поверхностью поршня.
На фиг.3 показан второй конструктивный вариант, в котором регулирующая кромка 4.3 радиально снаружи ограничивает первую имеющую форму кругового кольца поверхность поршня, которая расположена между его первым осевым участком большего поперечного сечения и вторым его осевым участком ступенчато уменьшенного поперечного сечения, а продольный канал имеет два осевых участка, которые касательно ступенчатого изменения их поперечных сечений согласованы с формой поршня и разделены второй имеющей форму кругового кольца поверхностью 7.2, при этом выемка образована кольцевой полостью 4.5, расположенной между поршнем и стенкой продольного канала и образующейся при нахождении указанных имеющих форму круговых колец поверхностей поршня и канала на расстоянии L друг от друга в продольном направлении.
В показанном на фиг.1 конструктивном варианте запорные элементы 4.1, 6.1 механически жестко соединены между собой толкающей штангой 10.
Благодаря этому отпадает необходимость в специальной юстировке. Толкающая штанга 10 охватывает катушку 11 электромагнита и несет якорь 12 из железа, находящийся в магнитном поле, создаваемом катушкой 11. Для подачи электрического напряжения на катушку 11 предназначен токоподводящий кабель.
Толкающая штанга 10 и якорь 12 снабжены проходящими сквозь них отверстиями 15 для снижения их инерционной массы и улучшения подвижности, когда полости всего функционального узла заполнены топливом. Наличие таких отверстий может оказаться целесообразным во избежание проблем с уплотнением относительно подвижных частей. При подаче электрического тока на электромагнит, которая может осуществляться под управлением компьютера, происходит изменение расстояния между якорем 12 и катушкой 11, что можно использовать для целенаправленного изменения расхода через регулирующий клапан 6 и расхода через дозирующий клапан 4 по мере необходимости в этом. В показанном на фиг.1 варианте создаваемому катушкой 11 притягивающему якорь усилию противодействует усилие опирающейся на золотник 4.2 и/или на толкающую штангу 10 пружины 13 сжатия. При обесточенной катушке 11 такая пружина сжатия удерживает запорный элемент регулирующего клапана 6 прижатым к его седлу, в результате чего все доступное проходное сечение дозирующего клапана 4 во всасывающем топливопроводе 3 полностью открыто. В этом состоянии дозирующего клапана топливо поступает в насос 2 высокого давления в максимально возможном количестве, а общая топливная магистраль 5 высокого давления исключительно быстро наполняется топливом, давление которого в этой общей топливной магистрали высокого давления соответствует необходимому для питания подсоединенного к ней ДВС. По достижении такого давления электромагнитом инициируется снижение подачи топлива, заключающееся в одновременном открытии регулирующего клапана в необходимой степени и закрытии дозирующего клапана. В результате топливо подводится к насосу высокого давления и подается в общую топливную магистраль высокого давления в соответственно меньшем количестве, а также отводится из нее в соответственно меньшем объеме. Поперечное сечение разгрузочного топливопровода подобрано с таким расчетом, чтобы в целом по нему обратно в топливный бак 1 мог при необходимости сливаться весь максимальный объем топлива, подаваемого насосом 2 высокого давления.
Благодаря этому более не существует опасность обусловленных избыточным давлением топлива повреждений и поломок. Тем самым в общей топливной магистрали высокого давления при минимальной мощности, затрачиваемой на привод насоса 2 высокого давления, при всех частотах вращения вала подсоединенного далее ДВС всегда поддерживается постоянное, необходимое в конкретном режиме работы давление.