ИНЖЕКТОРНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ТОПЛИВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
INJECTION FUEL VALVE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE (VERSIONS)

Настоящее изобретение относится к инжекторному клапану для топлива, предназначенному для прерывистого впрыска топлива в пространство сгорания в двигателе внутреннего сгорания, при этом инжекторный клапан для топлива предпочтительно используется в дизельных двигателях.
Инжекторные клапаны для топлива данного типа известны, например, из документа WO 2005/019637 А1. Дополнительные инжекторные клапаны для топлива раскрыты, например, в документах WO 02/053904 А1, ЕР 0976924 В1 и DE 3700687 А1.
В документе WO 02/053904 А1 показан инжекторный клапан с пьезоэлектрическим приводным элементом, который регулирует выпускной канал пространства клапана. Пространство клапана соединено с пространством управления посредством выпускного дроссельного канала, и данное пространство управления соединено с пространством высокого давления в инжекторном клапане посредством впускного дроссельного канала. За счет снижения давления в пространстве управления снимается нагрузка, действующая на торцевую поверхность управляющего поршня инжекторного клапанного элемента, в результате чего инжекторный клапанный элемент может быть открыт, и может происходить впрыск топлива. Для закрытия инжекторного клапанного элемента в конце впрыска дополнительный канал, соединенный с пространством высокого давления, может быть открыт посредством пьезоэлектрического приводного элемента, в результате чего приток топлива в пространство управления также может происходить по выпускному дроссельному каналу помимо впускного дроссельного канала. Данное решение является очень сложным, поскольку для обеспечения точного вызывающего открытие перемещения инжекторного клапанного элемента, всегда одинакового во многих инжекторных клапанах, что должно иметь место в последовательности конструктивно идентичных инжекторных клапанов, во-первых, должно быть обеспечено точное согласование характеристик потока, проходящего как по впускному, так и по выпускному дроссельным каналам. Во-вторых, кроме того, дополнительный канал также должен быть открыт направленным образом посредством приводного пьезоэлектрического элемента для осуществления закрытия инжекторного клапанного элемента в конце впрыска, по меньшей мере, настолько быстро, чтобы это не оказывало слишком большого отрицательного воздействия на сгорание в цилиндре двигателя, соответствующем инжекторному клапану. Тем не менее, поскольку дополнительный приток для осуществления вызывающего закрытие перемещения инжекторного клапанного элемента должен происходить по выпускному дроссельному каналу, он дросселируется, и дополнительное поперечное сечение, открываемое посредством приводного элемента, используется только в незначительной степени.
В инжекторном клапане, раскрытом в документе ЕР 0976924 В1, аналогично инжекторному клапану, известному из документа WO 02/053904 А1, имеются впускной и выпускной дроссельные каналы, имеющие ту же функцию и те же недостатки. Данное решение предпочтительно, поскольку, когда пространство клапана открывается, приводной клапанный элемент одновременно закрывает дополнительный добавочный канал. Данная функция соответствует функции трехходового клапана и, следовательно, известна в течение длительного времени в гидравлике. Дополнительный канал выполнен с конфигурацией, подобной плоскому седлу, в то время как выход из пространства клапана выполнен с конфигурацией, подобной коническому седлу. Вследствие малого хода клапанного элемента, приводимого в действие приводным пьезоэлектрическим элементом, коническое седло затрудняет обеспечение идентичных ходов во всех инжекторных клапанах из последовательности. Кроме того, выставление клапанного элемента грибовидного типа создает проблемы, поскольку плоское седло расположено в первой промежуточной пластине, а коническое седло - во второй промежуточной пластине инжекторного клапана, при этом клапанный элемент направляется в радиальном направлении в первой пластине. Следовательно, две промежуточные пластины должны быть точно установлены в заданном положении относительно друг друга, в противном случае будет нарушена герметичность, по меньшей мере, одного из седел.
В системе впрыска, известной из документа DE 3700687 А1, во время впрыска электромагнитный клапан, при его приведении в действие, соединяет канал с обратной магистралью. Между каналом и пространством управления расположен обратный клапан, выполненный в виде тонкой пластины с дроссельным отверстием. Во время вызывающего открытие перемещения инжекторного клапанного элемента пространство управления может быть освобождено посредством перемещения текучей среды в канал только через дроссельное отверстие в тонкой пластине обратного клапана, в результате чего обеспечивается возможность управления вызывающим открытие перемещением инжекторного клапанного элемента. Во время закрытия инжекторного клапанного элемента тонкая пластина обратного клапана открывается таким образом, что вызывающее закрытие перемещение инжекторного клапанного элемента может происходить быстрее, чем перемещение, вызывающее открытие. В данной системе впрыска топливо, определенный объем которого поступает для закрытия инжекторного клапанного элемента, должно проходить только через дроссель, который соединяет канал с накопителем давления в системе впрыска посредством кольцевого пространства. Данный дроссель имеет малое поперечное сечение, и его работа согласована с дополнительным дросселем, который расположен у выхода из канала. Следовательно, вызывающие открытие и закрытие перемещения инжекторного клапанного элемента регулируются посредством трех дроссельных отверстий, которые должны быть точно согласованы друг с другом.
Инжекторный клапан для топлива известен из документа WO 2005/019637 А1 и, в частности, показан на фиг.9, при этом в указанном инжекторном клапане для топлива вызывающее открытие перемещение инжекторного клапанного элемента может определяться конструкцией дроссельного отверстия аналогично инжекторному клапану, раскрытому в документе DE 3700687 А1. Для завершения операции впрыска приводной пьезоэлектрический элемент управляющего клапана должен быть расширен, причем результатом этого является то, что канал высокого давления, соединенный с находящимся под высоким давлением впускным каналом, разблокируется посредством управляющего элемента. Разблокированное сравнительно большое поперечное сечение вызывает большой приток топлива в пространство управления и, следовательно, особенно быстрое и предпочтительное срабатывание для закрытия инжекторного клапанного элемента. Для освобождения управляющего элемента передаточный палец поджимается к торцевой поверхности управляющего элемента посредством стержня управляющего клапана, предусмотренного в приводном элементе.
Данное решение имеет недостаток, заключающийся в том, что приводной пьезоэлектрический элемент должен быть расширен во время операции закрытия инжекторного клапанного элемента. В данном состоянии ток подается к приводному пьезоэлектрическому элементу. Поскольку продолжительность впрыска составляет только 5% или менее продолжительности интервала между двумя впрысками, приводной пьезоэлектрический элемент почти постоянно находится под электрическим напряжением. Кроме того, в данном известном решении положение дроссельного отверстия, которое определяет вызывающее открытие перемещение инжекторного клапанного элемента, неблагоприятно, поскольку оно расположено далеко от пространства управления.
Цель настоящего изобретения заключается в создании инжекторного клапана для топлива особенно простой конструкции, в котором при минимальных затратах, связанных с конструкцией, могут быть обеспечены как возможность управления вызывающим открытие перемещением инжекторного клапанного элемента, так и быстрая операция закрытия инжекторного клапанного элемента. Кроме того, в инжекторном клапане для топлива согласно настоящему изобретению должна быть обеспечена без затруднений возможность осуществления повторяющихся впрысков с очень коротким временным интервалом.
В то время как пространство управления и пространство клапана постоянно соединены друг с другом посредством точно выполненного дроссельного канала, промежуточный клапан в других отношениях постоянно отделяет данные два пространства друг от друга. Дроссельный канал расположен непосредственно рядом с пространством управления. Канал, соединенный с пространством высокого давления в инжекторном клапане, ведущий в пространство управления и имеющий большое поперечное сечение по сравнению с поперечным сечением дроссельного канала, регулируется посредством промежуточного клапана. Поскольку регулируемое устройством с электрическим приводом, поперечное сечение потока, выходящего из пространства клапана, также может значительно превышать поперечное сечение дроссельного канала, вызывающее открытие перемещение инжекторного клапанного элемента зависит по существу только от поперечного сечения дроссельного канала. Во время перекрытия потока, выходящего из пространства клапана, посредством приводного устройства промежуточный клапан быстро открывается и вызывает открытие канала с большим поперечным сечением, соединенного с пространством высокого давления, в результате чего обеспечивается быстрое завершение операции впрыска.
В предпочтительном дополнительном усовершенствованном варианте настоящего изобретения используется клапанный элемент с плоским седлом, функционирующий как 2/3-ходовой клапан, который может выполнять определенный малый ход во второй промежуточной пластине в пространстве клапана. В предпочтительном варианте осуществления клапанный элемент с плоским седлом имеет два плоских седла. При неактивированном состоянии приводного пьезоэлектрического элемента, предпочтительно используемого для приведения в действие клапанного элемента с плоским седлом, клапанный элемент с плоским седлом посредством первого седла клапана перекрывает соединение между пространством клапана и каналом возврата топлива под низким давлением и одновременно открывает канал высокого давления, который находится в первой промежуточной пластине и соединен с находящимся под высоким давлением впускным каналом, и который имеет сравнительно большое недросселированное поперечное сечение. Поперечное сечение потока, проходящего между клапанным элементом с плоским седлом и находящимся под высоким давлением впускным каналом, то есть плоским седлом клапана, зависит от расстояния, следовательно, от хода клапанного элемента с плоским седлом, и в большинстве случаев образует более узкий проход по сравнению с поперечным сечением канала высокого давления.
При активированном состоянии приводного пьезоэлектрического элемента, когда последний расширяется, клапанный элемент с плоским седлом поджимается к каналу высокого давления и закрывает проходное отверстие клапана посредством его плоского седла клапана, при этом одновременно открывается выпускной канал, находящийся под низким давлением. Второй соединительный канал сравнительно большого поперечного сечения в первой промежуточной пластине соединяет пространство управления с пространством клапана.
Такие термины, как «сравнительно большое поперечное сечение» или «поперечное сечение, большее чем» и тому подобные, относятся к сравнению с поперечным сечением дроссельного канала (проходного отверстия), и подобные поперечные сечения предпочтительно, по меньшей мере, в два раза больше, но в большинстве случаев в 5 или 10 раз больше или еще больше, чем поперечное сечение дроссельного канала.
Таким образом, согласно первому объекту изобретения создан инжекторный клапан для топлива для прерывистого впрыска топлива в пространство сгорания в двигателе внутреннего сгорания, содержащий корпус, который имеет корпусной элемент и корпус сопла с седлом инжекторного клапана; пространство высокого давления, которое находится в корпусе и которое соединено с каналом для впуска топлива под высоким давлением и с седлом инжекторного клапана; инжекторный клапанный элемент, который расположен с возможностью регулирования его положения в продольном направлении в корпусе и который взаимодействует с седлом инжекторного клапана; пружину сжатия, которая опирается, с одной стороны, на инжекторный клапанный элемент и воздействует на последний с закрывающим усилием, направленным к седлу инжекторного клапана, и которая опирается, с другой стороны, на направляющую втулку и одновременно поджимает направляющую втулку с обеспечением герметичности к промежуточной части, при этом направляющая втулка вместе с управляющим поршнем инжекторного клапанного элемента, направляемым в направляющей втулке, определяет границы пространства управления по отношению к пространству высокого давления; и управляющее устройство, предназначенное для управления аксиальным перемещением инжекторного клапанного элемента посредством изменения давления в пространстве управления; промежуточный клапан, при этом промежуточный клапанный элемент промежуточного клапана в открытом положении разблокирует канал для впуска под высоким давлением в пространство управления и в закрытом положении отсекает пространство управления от канала для впуска под высоким давлением, а также отделяет пространство управления от пространства клапана, за исключением дроссельного канала; и приводное устройство с электрическим приводом, предназначенное для соединения пространства клапана с каналом возврата топлива под низким давлением и для отделения пространства клапана от канала возврата топлива под низким давлением, при этом промежуточный клапанный элемент постоянно отделяет пространство управления от пространства клапана, за исключением постоянного соединения посредством дроссельного канала.
Предпочтительно канал для впуска под высоким давлением образован проходным отверстием, ведущим в пространство управления и имеющим большее поперечное сечение, чем поперечное сечение дроссельного канала.
Предпочтительно промежуточный клапанный элемент имеет грибовидную конструкцию, посредством своей головки регулирует канал для впуска под высоким давлением и посредством своего хвостовика, установленного по скользящей посадке в промежуточной части, обеспечивается направление промежуточного клапанного элемента, и, тем самым, промежуточный клапанный элемент определяет границы пространства клапана.
Предпочтительно скользящая посадка представляет собой точную скользящую посадку.
Предпочтительно в открытом положении промежуточный клапан имеет существенно большее поперечное сечение, чем поперечное сечение дроссельного канала.
Предпочтительно плоское седло, взаимодействующее с промежуточным клапанным элементом, образовано на промежуточной части.
Предпочтительно коническое седло, взаимодействующее с промежуточным клапанным элементом, образовано на промежуточной части.
Предпочтительно в закрытом положении промежуточный клапан предотвращает проход топлива из канала для впуска под высоким давлением в зону скользящей посадки.
Предпочтительно на промежуточный клапанный элемент постоянно действует сила, создаваемая пружиной сжатия и действующая в направлении открытого положения.
Предпочтительно приводное устройство имеет приводной клапанный элемент, который для открытия выпускного канала перемещается в пространство клапана и посредством своего перемещения обеспечивает совместное перемещение поршневого элемента, который вызывает уменьшение объема пространства управления и который перемещается в противоположном направлении для закрытия выпускного канала, при этом поршневой элемент обеспечивает уменьшение объема пространства клапана за счет того, что он постоянно опирается на приводной клапанный элемент.
Предпочтительно выпускной канал проходит от пространства клапана и предпочтительно образован в отдельном выпускном элементе.
Предпочтительно выпускной канал, промежуточный клапанный элемент, направляющая втулка и инжекторный клапанный элемент расположены на продольной оси инжекторного клапана для топлива.
Согласно второму объекту изобретения создан инжекторный клапан для топлива для прерывистого впрыска топлива в пространство сгорания в двигателе внутреннего сгорания, содержащий корпус, который имеет корпусной элемент и корпус сопла с седлом инжекторного клапана; пространство высокого давления, которое находится в корпусе и которое соединено с каналом для впуска топлива под высоким давлением и с седлом инжекторного клапана; инжекторный клапанный элемент, который расположен с возможностью регулирования его положения в продольном направлении в корпусе и который взаимодействует с седлом инжекторного клапана; пружину сжатия, которая опирается, с одной стороны, на инжекторный клапанный элемент и воздействует на последний с закрывающим усилием, направленным к седлу инжекторного клапана, и которая опирается, с другой стороны, на направляющую втулку и одновременно поджимает направляющую втулку с обеспечением герметичности к промежуточной части, при этом направляющая втулка вместе с управляющим поршнем инжекторного клапанного элемента, направляемым в направляющей втулке, определяет границы пространства управления по отношению к пространству высокого давления; управляющее устройство, предназначенное для управления аксиальным перемещением инжекторного клапанного элемента посредством изменения давления в пространстве управления; клапанный элемент, который управляет соединением между каналом для впуска под высоким давлением и пространством управления, при этом пространство управления и пространство клапана постоянно соединены друг с другом; приводное устройство с электрическим приводом, предназначенное для закрытия и разблокирования выпускного канала, ведущего от пространства клапана к каналу возврата топлива под низким давлением; и, по меньшей мере, один дроссельный канал, расположенный между пространством управления и выпускным каналом, при этом открытое поперечное сечение выпускного канала в случае полного хода приводного устройства превышает поперечное сечение одного дроссельного канала, и в данном случае только дроссельный канал обеспечивает управление вызывающим открытие перемещением инжекторного клапанного элемента.
Предпочтительно открытое поперечное сечение выпускного канала в, по меньшей мере, два раза больше поперечного сечения дроссельного канала.
Предпочтительно промежуточная часть имеет расположенную со стороны корпуса сопла первую промежуточную пластину и расположенную со стороны корпусного элемента вторую промежуточную пластину, опирающуюся на большой площади на первую промежуточную пластину, причем границы пространства клапана определяются в окружном направлении второй промежуточной пластиной и с торцевой стороны - корпусным элементом и первой промежуточной пластиной.
Предпочтительно скользящая посадка образована в первой промежуточной пластине.
Предпочтительно приводное устройство расположено на оси приводного устройства, смещенной в аксиальном направлении относительно продольной оси.
Предпочтительно промежуточная часть имеет расположенную со стороны корпуса сопла первую промежуточную пластину и расположенную со стороны корпусного элемента вторую промежуточную пластину, опирающуюся на большой площади на первую промежуточную пластину, причем границы пространства клапана определяются в окружном направлении второй промежуточной пластиной и с торцевой стороны - корпусным элементом и первой промежуточной пластиной, при этом клапанный элемент расположен в пространстве клапана и выполнен в виде клапанного элемента с плоским седлом, который управляет первым клапаном с плоским седлом, который соединен с каналом возврата топлива под низким давлением, и противоположным вторым клапаном с плоским седлом, который соединен с пространством высокого давления.
Предпочтительно первый и второй клапаны с плоским седлом вместе с общим клапанным элементом образуют 2/3-ходовой клапан.
Предпочтительно ход клапанного элемента определяется разностью толщин клапанного элемента и второй промежуточной пластины.
Предпочтительно первая промежуточная пластина имеет канал высокого давления, который соединяет пространство высокого давления со вторым клапаном с плоским седлом, и проходное отверстие для обеспечения постоянного соединения пространства клапана с пространством управления.
Предпочтительно дроссельный канал выполнен в клапанном элементе.
Предпочтительно приводное устройство регулирует поток топлива в канал возврата топлива под низким давлением в зависимости от хода, и вызывающее открытие перемещение инжекторного клапанного элемента происходит медленнее в случае частичного хода, чем в случае максимального хода.
Вышеупомянутые и дополнительные преимущества настоящего изобретения разъясняются более подробно посредством предпочтительных вариантов осуществления, которые проиллюстрированы на чертежах и описаны ниже. На чертежах исключительно схематически
фиг.1 показывает продольное сечение инжекторного клапана для топлива в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез инжекторного клапана для топлива в соответствии с изобретением по фиг.1 с его управляющим устройством, предназначенным для управления вызывающими открытие и быстрое закрытие перемещениями инжекторного клапанного элемента;
фиг.3 показывает график с профилями перемещений приводного клапанного элемента и инжекторного клапанного элемента инжекторного клапана для топлива во время операции впрыска при вызывающем ступенчатое открытие перемещении инжекторного клапанного элемента;
фиг.4 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез первого альтернативного варианта конструкции управляющего устройства инжекторного клапана для топлива по фиг.1;
фиг.5 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез второго альтернативного варианта конструкции управляющего устройства инжекторного клапана для топлива по фиг.1;
фиг.6 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез третьего альтернативного варианта конструкции управляющего устройства инжекторного клапана для топлива по настоящему изобретению;
фиг.7 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез четвертого альтернативного варианта конструкции управляющего устройства инжекторного клапана для топлива по настоящему изобретению;
фиг.8 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез пятого альтернативного варианта конструкции управляющего устройства инжекторного клапана для топлива по настоящему изобретению;
фиг.9 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез шестого альтернативного варианта конструкции управляющего устройства инжекторного клапана для топлива по настоящему изобретению;
фиг.10 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез седьмого альтернативного варианта конструкции управляющего устройства инжекторного клапана для топлива по настоящему изобретению;
фиг.11 показывает в таком же масштабе, что и на фиг.8, альтернативный вариант осуществления варианта, показанного там;
фиг.12 показывает вид в перспективе сверху промежуточного элемента в варианте осуществления по фиг.11 и
фиг.13 показывает промежуточный элемент на виде в перспективе снизу.
Фиг.1 показывает инжекторный клапан 1 для топлива, который предназначен для прерывистого впрыска топлива в пространство сгорания в двигателе внутреннего сгорания. Он имеет удлиненный круглоцилиндрический и ступенчатый корпус 6, при этом ось корпуса обозначена ссылочной позицией 8. Корпус 6 состоит из корпусного элемента 10, из первой промежуточной пластины 12, из второй промежуточной пластины 14 и из корпуса 16 сопла. Первая промежуточная пластина 12 и вторая промежуточная пластина 14 образуют промежуточную часть 17. Промежуточные пластины 12 и 14 и корпус 16 сопла стянуты вместе посредством стяжной гайки 18, выполненной в виде соединительной прижимной гайки, с обеспечением герметичности относительно друг друга и относительно нижней торцевой поверхности 10а корпусного элемента 10. Первая промежуточная пластина 12 в данном случае опирается на корпус 16 сопла, а вторая промежуточная пластина 14 - на корпусной элемент 10.
Канал 20 для впуска топлива под высоким давлением, выполненный как отверстие для подачи под высоким давлением в инжекторном клапане 1 для топлива, соединен известным образом с магистралью подачи топлива, которая подает в инжекторный клапан 1 для топлива топливо под очень высоким давлением, например, составляющим до 1800 бар или выше. Канал 20 для впуска топлива под высоким давлением проходит в боковом направлении в корпусной элемент 10, но также может быть образован при изготовлении как проходящий сверху в корпусном элементе 10 и в большей или меньшей степени параллельный оси 8 корпуса. Канал 20 для впуска топлива под высоким давлением имеет выходящее в него продольное отверстие 22, которое аналогичным образом выполнено в корпусном элементе 10 и которое «выходит» на другом конце в нижнюю торцевую поверхность 10а корпусного элемента 10.
Диаметрально противоположно продольному отверстию 22 расположено приводное устройство 24, при этом ось 8' приводного устройства смещена в аксиальном направлении относительно оси 8 корпуса, и приводное устройство 24 предпочтительно выполнено в виде приводного пьезоэлектрического элемента 26 и альтернативно может быть выполнено в виде электромагнитного приводного элемента.
В пространстве 42 высокого давления, имеющемся в корпусе 16 сопла, расположены игольчатый инжекторный клапанный элемент 28, опорная манжета 30, шайба 32, пружина 34 сжатия и направляющая втулка 36. Пружина 34 сжатия опирается на инжекторный клапанный элемент 28 через шайбу и опорную манжету 30.
Отверстие 38, проходящее сквозь вторую промежуточную пластину 14, и отверстие 40, проходящее сквозь первую промежуточную пластину 12, соединяют продольное отверстие 22 с пространством 42 высокого давления. Данное пространство 42 высокого давления проходит от той торцевой поверхности 16b корпуса 16 сопла, которая обращена к промежуточным пластинам 12, 14, до седла 44 инжекторного клапана. За седлом 44 инжекторного клапана по ходу потока корпус сопла имеет отверстия 44' для впрыска. Инжекторный клапанный элемент 28 имеет радиальную направляющую 46 относительно корпуса 16 сопла, при этом радиальная направляющая прерывается отшлифованными поверхностями 48 инжекторного клапанного элемента 28 для обеспечения осуществляемой фактически без гидравлического сопротивления подачи топлива под высоким давлением к седлу 44 инжекторного клапана.
В первой и второй промежуточных пластинах 12 и 14 расположено гидравлическое управляющее устройство 52, предназначенное для управления вызывающими открытие и быстрое закрытие перемещениями инжекторного клапанного элемента 28 во время операции впрыска. Управляющее устройство 52 инжекторного клапана 1 для топлива проиллюстрировано и описано подробно со ссылкой на фиг.2. Канал 50 возврата топлива под низким давлением обеспечивает выпуск топлива для управления перемещениями инжекторного клапанного элемента и отвод данного топлива из инжекторного клапана 1 для топлива.
В описании вариантов осуществления, показанных на фиг.2-8, используются те же самые ссылочные позиции для соответствующих элементов, которые использовались в связи с описанием инжекторного клапана 1 для топлива, показанного на фиг.1. Кроме того, ниже представлены только отличия от инжекторного клапана 1 для топлива, показанного на фиг.1, или от приведенных в качестве примера вариантов осуществления, уже описанных выше.
Фиг.2 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе часть инжекторного клапана 1 для топлива в соответствии с изобретением по фиг.1 с его управляющим устройством 52, предназначенным для управления вызывающими открытие и быстрое закрытие перемещениями инжекторного клапанного элемента так, как это происходит во время промежутка между двумя операциями впрыска.
Управляющий поршень 28' инжекторного клапанного элемента 28 установлен по точной скользящей посадке в направляющей втулке 36, чтобы обеспечить его направление в радиальном направлении и чтобы обеспечить возможность его смещения в аксиальном направлении. Он вместе с направляющей втулкой 36 определяет границы пространства 54 управления, при этом торцевая поверхность 36b указанной направляющей втулки 36 поджимается с обеспечением герметичности и статически к нижней поверхности 12а первой промежуточной пластины 12 с обеспечением рабочего (опорного) контакта с ней посредством пружины 34. Хвостовик 58 грибовидного промежуточного клапанного элемента 56, «стоящего» на его головке 60, входит в непрерывное в аксиальном направлении отверстие первой промежуточной пластины 12 и направляется в последней посредством точной скользящей посадки 58'. Головка 60 промежуточного клапанного элемента 56 расположена с возможностью смещения в аксиальном направлении в зазоре 62 направляющей втулки 36. Зазор 62 постоянно гидравлически соединен с пространством 54 управления посредством радиальных каналов 56'' в головке 60 и, следовательно, представляет собой часть пространства 54 управления. Головка 60 поджата к уступу 64 направляющей втулки 36 небольшой пружиной 66 сжатия, опирающейся на нижнюю поверхность 14а второй промежуточной пластины 14.
Точно выполненный дроссельный канал 68 промежуточного клапанного элемента 56 постоянно соединяет пространство 54 управления с пространством 70 клапана во второй промежуточной пластине 14; выемка, которая проходит через вторую промежуточную пластину 14 и границы которой определяются первой промежуточной пластиной 12 и корпусным элементом 10, образует пространство 70 клапана. Пространство 70 клапана гидравлически соединено с задней стороной промежуточного клапанного элемента 56 посредством канала 70'; таким образом, небольшое пространство в непрерывном отверстии первой промежуточной пластины 12 с задней стороны промежуточного клапанного элемента 56 образует гидравлически часть пространства 70 клапана. В соответствии с фиг.2 дроссельный канал 68 расположен непосредственно рядом с пространством 54 управления, хотя альтернативно может быть образован при обработке путем зенкования, вдоль гидравлического соединительного отверстия, проходящего в аксиальном направлении через промежуточный клапанный элемент 56, или у другого конца данного соединительного отверстия в хвостовике 58, причем это не оказывает никакого влияния на функционирование инжекторного клапана 1 для топлива.
В пространстве 70 клапана расположен приводной клапанный элемент 72, который приводится в действие приводным пьезоэлектрическим элементом 26 и который в его закрытом положении опирается своей конической уплотняющей поверхностью с обеспечением герметичности на кольцевое седло DS клапана, образованное на корпусном элементе 10. Седло DS клапана образовано конусообразным расширением выпускного канала 73, образованного в корпусном элементе 10; данный выпускной канал 73 ведет к каналу 50 возврата топлива под низким давлением. Пружина 74 приводного клапанного элемента воздействует на приводной клапанный элемент 72 с действующей в направлении седла DS клапана упругой силой, которая постоянна, но является небольшой по сравнению с силой давления топлива.
Отверстие 76 сравнительно большого поперечного сечения в первой промежуточной пластине 12 соединяет пространство 54 управления с отверстием 38 посредством бокового канала во второй промежуточной пластине 14. При закрытом промежуточном клапане 56' данное соединение прерывается, при этом промежуточный клапан 56' в его открытом положении образует круглоцилиндрический канал. Альтернативно боковой канал может быть образован путем обработки в первой промежуточной пластине 12.
Размеры упомянутого выпускного канала, отверстия или дроссельного канала составляют, например, 0,20 мм для дроссельного канала 68, 0,08 мм для отверстия 76, и 1,3 мм для седла DS клапана, предназначенного для приводного клапанного элемента 72, в случае полного вызывающего открытие хода приводного клапанного элемента 72, составляющего приблизительно 0,025 мм. Последнее соответствует выпускному дроссельному каналу 73, соответствующему по форме отверстию с диаметром, составляющим приблизительно 0,36 мм, при этом все данные величины являются только индикативными. Указанные величины показывают, что единственное существенное управляющее поперечное сечение, которое определяет вызывающее открытие перемещение инжекторного клапанного элемента 28 в случае полного вызывающего открытие хода приводного клапанного элемента 72, образовано дроссельным каналом 68.
Инжекторный клапан 1 для топлива функционирует следующим образом: при подаче тока к приводному пьезоэлектрическому элементу 26 последний расширяется и, посредством перемещения вниз приводного клапанного элемента 72, вызывает открытие седла DS клапана и, следовательно, выпускного канала 73. Это положение приводного клапанного элемента 72 показано на фиг.2 пунктирной линией. Давление топлива в пространстве 70 клапана быстро падает. Следовательно, грибовидный промежуточный клапанный элемент 56 перемещается в направлении вверх и выходит из его рабочего контакта с уступом 64. Поскольку промежуточный клапан 56' по-прежнему открыт, топливо проходит из отверстия 76 в пространство 54 управления до тех пор, пока промежуточный клапан 56' не закроется, причем это происходит, когда плоская верхняя часть головки 60 перемещается в положение, в котором она опирается на нижнюю поверхность 12а. В этот момент времени давление в пространстве 54 управления снизилось незначительно. Кроме того, вследствие точной скользящей посадки 58', которая обусловливает то, что между пространством 54 управления и пространством 70 клапана постоянно имеется «точка» гидравлического разделения, за исключением незначительной утечки, которая не имеет существенного значения для функции отделения, только очень небольшое количество топлива может проходить в пространство 70 клапана, в котором давление уже резко упало в данный момент времени. Затем при закрытом промежуточном клапане 56' давление также может падать более резко в пространстве 54 управления вследствие выхода топлива по дроссельному каналу 68. Это вызывает перемещение инжекторного клапанного элемента 28 от седла 44 инжекторного клапана, в результате чего топливо под высоким давлением проходит из пространства 42 высокого давления в отверстия 44' для впрыска через седло 44 инжекторного клапана, и операция впрыска может начаться. Когда приводной пьезоэлектрический элемент 26 полностью дезактивизирован, приводной клапанный элемент 72 за счет его перемещения вверх перекрывает выпускной канал 73. Таким образом, происходит быстрая компенсация давления между пространством 54 управления и пространством 70 клапана, в результате чего промежуточный клапанный элемент 56 перемещается вниз снова вследствие силы давления в системе, действующей в канавке 76', соединенной с отверстием 76, проходящей вокруг хвостовика 58 и открытой в направлении головки 60, и в незначительной степени вследствие силы, создаваемой пружиной 66, и снова открывает седло 56'' промежуточного клапана. В таком случае инжекторный клапанный элемент 28 быстро перемещается в направлении седла 44 инжекторного клапана до тех пор, пока операция впрыска не будет прервана.
Для выполнения отдельных предварительных впрысков или вторичных впрысков с основным впрыском между ними и с очень короткими временными интервалами между отдельными впрысками промежуточный клапанный элемент 56 за счет тока, поданного еще раз к приводному пьезоэлектрическому элементу 26, может быть перемещен в направлении закрытия промежуточного клапана 56' снова даже во время вызывающего закрытие перемещения инжекторного клапанного элемента 28, поскольку пространство 54 управления и пространство 70 распределения в сущности разделены гидравлически вследствие скользящей посадки 58'. Последующий впрыск может следовать непосредственно за концом предшествующего впрыска, и интервал между отдельными раздельными впрысками может быть сокращен фактически до нулевого. Поскольку «переключаемое» поперечное сечение промежуточного клапана 56' существенно больше поперечного сечения дроссельного канала 68, данное управляющее устройство 52 в соответствии с изобретением может быть использовано для управления как малыми инжекторными клапанами 1 для топлива, например, такими, которые предназначены для применения в двигателях легковых автомобилей или грузовиков, так и значительно большими инжекторными клапанами для топлива, которые используются, например, в локомотивах, землеройных машинах, установках для генерации тока и на судах.
Фиг.3 показывает график перемещения инжекторного клапанного элемента 28 в ситуации, когда приводной клапанный элемент 72 занимает положение между его максимально открытым и его закрытым положением во время временных отрезков операции неразделенного, но ступенчатого впрыска. Временная зависимость хода данного приводного клапанного элемента, обозначенная как «АН», проиллюстрирована на верхнем графике на фиг.3 в виде AH(t), так что перемещение приводного клапанного элемента в направлении вниз (в соответствии с фиг.2) вызывает открытие или дополнительное открытие выпускного канала 73. Временная зависимость хода инжекторного клапанного элемента обозначена EH(t). Масштабы графиков АН и ЕН различаются, поскольку, как уже было упомянуто, вызывающий полное открытие ход приводного клапанного элемента 72 составляет порядка 0,025 мм, и вызывающий полное открытие ход ЕН инжекторного клапанного элемента составляет от 0,20 мм до свыше 1,0 мм в зависимости от размера двигателя для конкретного применения.
В момент t1 времени ток подается к приводному пьезоэлектрическому элементу 26, и приводной клапанный элемент 72 открывается, так что в момент 12 начинается вызывающее открытие перемещение инжекторного клапанного элемента 28. Между моментами t2 и t3 инжекторный клапанный элемент 28 быстро открывается, но покрывает только короткое расстояние, поскольку подача тока к приводному пьезоэлектрическому элементу 26 прекращается, и, следовательно, вызывающий открытие ход приводного клапанного элемента 72 уменьшается до такой степени, что остающееся поперечное сечение выпускного канала будет аналогичным образом «функционировать» в качестве дросселя. Таким образом, скорость открытия инжекторного клапанного элемента поддерживается значительно уменьшенной до тех пор, пока ток не будет снова подан в полной мере к приводному пьезоэлектрическому элементу и не будет восстановлена полная скорость хода, вызывающего открытие, что соответствует ситуации в момент t4. После этого инжекторный клапанный элемент 28 снова быстро открывается до момента t5, и его открытие регулируется посредством дроссельного канала 68. Следовательно, существует возможность реализации графика ступенчатого впрыска.
Характер показанной зависимости EH(t) после момента t5 времени имеет место, когда инжекторный клапанный элемент 28 не имеет никакого механического ограничителя хода или он не достигает никакого механического ограничителя хода даже во время операции впрыска с полной нагрузкой. Следовательно, это альтернативный возможный вариант, который функционирует без механического ограничителя хода. Существует возможность посредством уменьшения хода приводного клапанного элемента еще раз, аналогичным образом между моментами t3 и t4, снова уменьшить скорость открытия инжекторного клапанного элемента 28, начиная от хода ЕН, имеющегося в момент времени t5, что соответствует вызывающему полное открытие ходу инжекторного клапана для топлива с механическим ограничителем хода. Таким образом, существует возможность поддержания максимальной величины хода ЕН перед началом операции закрытия инжекторного клапанного элемента 28 в некоторых пределах даже тогда, когда операция впрыска длится долго. Это состояние имеет место, в частности, в инжекторных клапанах для топлива для больших дизельных двигателей.
В момент t6 времени приводной клапанный элемент 72 находится в положении закрытия. Следовательно, между моментами t6 и t7 времени инжекторный клапанный элемент 28 закрывается, и ход EH(t) быстро приближается к нулю. Когда ток будет в течение краткого времени подан к приводному пьезоэлектрическому элементу 26 еще раз до того, как инжекторный клапанный элемент 28 достигнет седла 44 инжекторного клапана, скорость удара инжекторного клапанного элемента 28 о седло 44 инжекторного клапана может быть уменьшена до такой степени, что обеспечиваются незначительные напряжение в седле и, следовательно, более длительный эксплуатационный срок службы седла 44 инжекторного клапана, если это является критическим условием. Графики AH(t) и EH(t) для данной ситуации проиллюстрированы пунктирными линиями.
Фиг.4 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез первого альтернативного конструктивного варианта управляющего устройства 52' инжекторного клапана 1 для топлива. Грибовидный промежуточный клапанный элемент 56 полностью утоплен в первой промежуточной пластине 12 и вместе с первой промежуточной пластиной 12 образует промежуточный клапан 56' с коническим седлом. Отсутствует уступ 64 по фиг.2, смещенный относительно торцевой поверхности 36b направляющей втулки 36. Направляющая втулка 78 по фиг.4 имеет плоскую торцевую поверхность 78b, которая вместе с нижней поверхностью 12а первой промежуточной пластины 12 герметично изолирует пространство 54 управления в радиальном направлении от пространства 42 высокого давления, а также образует упор для головки 60 промежуточного клапанного элемента 56. Отверстие 76 выходит непосредственно в отверстие 40. Следовательно, промежуточный клапанный элемент 56 и первая промежуточная пластина 12 могут образовывать конструктивный узел, имеющий согласованный ход промежуточного клапанного элемента 56. Альтернативно данные две промежуточные пластины 12 и 14, образующие промежуточную часть 17, также могут состоять из одной детали, и это может быть аналогичным образом реализовано в конструкциях, показанных на фиг.1 и 2.
Вариант осуществления согласно фиг.4 соответственно имеет поршневой элемент 80. Данная конструкция также может быть использована в варианте по фиг.2. С другой стороны, вариант по фиг.4 также может быть реализован без данного поршневого элемента 80. Направление поршневого элемента 80 обеспечивается посредством сравнительно точной скользящей посадки 80' в имеющем вид глухого отверстия углублении в первой промежуточной пластине 12. Небольшая пружина 82 сжатия постоянно поджимает поршневой элемент 80 к нижней стороне приводного клапанного элемента 72. Пространство 84, в котором расположена пружина 82 сжатия и которое ограничено нижней стороной поршневого элемента 80, постоянно гидравлически соединено с пространством 54 управления посредством канала 86, имеющего зазор 62, и посредством каналов 56'' в головке 60 промежуточного клапанного элемента 56.
Функционирование конструкции промежуточного клапанного элемента 56 с коническим седлом клапана аналогично функционированию конструкции по фиг.2. Поршневой элемент 80 работает следующим образом. Когда приводной клапанный элемент 72 поджимается вниз посредством приводного пьезоэлектрического элемента 26, поршневой элемент 80 повторяет данное перемещение. Таким образом поршневой элемент 80 обеспечивает увеличение объема пространства 70 клапана и одновременно, за счет его накачивающего действия, уменьшение объема пространства 84. Два этих явления вместе вызывают более быстрое закрытие промежуточного клапана 56', поскольку они заставляют промежуточный клапанный элемент 56 выполнять более быстрое перемещение в направлении вверх. Наоборот, во время перемещения приводного клапанного элемента 72 в направлении вверх, поршневой элемент 80 вызывает увеличение объема пространства 84 и одновременно накачивающее действие в пространстве 70 клапана. Это приводит к более быстрому срабатыванию промежуточного клапанного элемента 56 во время открытия промежуточного клапана 56'. Таким образом, поршневой элемент 80 способствует особенно быстрому срабатыванию промежуточного клапанного элемента 56.
Фиг.5 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез второго альтернативного конструктивного варианта управляющего устройства 52'' инжекторного клапана для топлива по фиг.1. Вторая промежуточная пластина 106 не имеет пространства клапана, а имеет только выпускной канал 110, который соединен гидравлически с задней стороной хвостовика 58 промежуточного клапанного элемента 56 посредством канала 108 в первой промежуточной пластине 104, и в данном случае промежуточные пластины 104 и 105, образующие промежуточную часть 17, также могут быть выполнены в виде одной детали. Альтернативно канал 108 также может быть образован при обработке во второй промежуточной пластине 106. Пространство 70 клапана по фиг.5 имеет особенно малый объем. Поперечное сечение выпускного канала 110 может быть значительно больше поперечного сечения дроссельного канала 68. В положении, показанном на фиг.5, воздействующий стержень 112 перекрывает выходную сторону выпускного канала 110 так, что не может происходить никакого впрыска. Когда воздействующий стержень 112 смещается в направлении вверх, давление топлива в выпускном канале 110 и в канале 108 быстро падает, так что аналогично тому, что описано со ссылкой на фиг.1 и 2, инжекторный клапан для топлива может осуществлять впрыск. Когда воздействующий стержень 112 снова перемещается в направлении выходной стороны выпускного канала 110 и указанный канал закрывается, впрыск заканчивается. Приводной элемент для воздействующего стержня 112 может представлять собой либо приводной пьезоэлектрический элемент, либо электромагнитный приводной элемент, который при подаче тока притягивает воздействующий стержень 112 известным образом.
Фиг.6 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез третьего альтернативного конструктивного варианта управляющего устройства 52''' инжекторного клапана 1 для топлива. Две промежуточные пластины 104 и 106 варианта осуществления по фиг.5 заменены одной промежуточной пластиной 105; данная пластина 105 образует промежуточную часть 17. Выпускной элемент 109 расположен соосно относительно смещенной в аксиальном направлении оси 8' в углублении в промежуточной пластине 105 и поджат посредством тарельчатой пружины 107 и посредством давления топлива в пространстве 70 клапана к нижней поверхности 10а корпусного элемента 10 с обеспечением опорного (рабочего) контакта с ней и обеспечением герметичности или альтернативно поджат к нижней поверхности опорного элемента, не описанного ни с какими дополнительными подробностями. Выпускной канал 110 расположен в выпускном элементе 109. Преимуществами данного варианта являются использование одной промежуточной пластины 105 вместо двух промежуточных пластин 104 и 106, и то обстоятельство, что выпускной элемент 109, который имеет малые размеры, может быть выполнен из обладающего высокой износостойкостью и даже дорогого материала экономичным образом.
Пунктирные линии на фиг.6 показывают альтернативный вариант, в котором дроссельный канал 77 соединяет отверстие 40 с малым пространством 70 клапана. Это обеспечивает очень быстрое открытие промежуточного клапанного элемента 56, как только выходная сторона выпускного канала 110 будет закрыта.
Фиг.7 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез четвертого альтернативного конструктивного варианта управляющего устройства 88 инжекторного клапана для топлива, в котором грибовидный промежуточный клапанный элемент 56 выполнен аналогично фиг.4, 5 или 6. Управляющее устройство 88 расположено в пространстве 90 высокого давления, которое имеет ту же функцию, что и пространство 42 высокого давления, и которое образовано при обработке в элементе 92, окружающем пространство 90 высокого давления. Элемент 92 может представлять собой корпус 16 сопла или корпусный элемент 10 или же промежуточную пластину, аналогично или подобно тому, что показано на фиг.1, 2, 4, 5 и 6. Управляющий поршень 28' инжекторного клапанного элемента 28 выступает в пространство 90 высокого давления, и пружина 34 сжатия поджимает плоскую поверхность 78b направляющей втулки 78 к нижней торцевой поверхности 94а промежуточного элемента 94 с обеспечением герметичного опорного (рабочего) контакта с данной поверхностью, при этом в промежуточном элементе 94 обеспечивается направление грибовидного промежуточного клапанного элемента 56 посредством точной скользящей посадки 94'. Отверстие 96 в промежуточном элементе 94 соединяет зазор 62, в котором расположен промежуточный клапанный элемент 56, и канавку 96' вокруг хвостовика 58 промежуточного клапанного элемента 56 с каналом 98 и, следовательно, с пространством 90 высокого давления. Промежуточный элемент 94 предусмотрен вместо первой промежуточной пластины 12 по фиг.1, 2, 4 и 5 и направляется по окружной периферии с зазором посредством радиально внутренней стенки 100 элемента 92, и выставлен в аксиальном направлении относительно продольной оси 102. Выпускной канал 110 расположен в дискообразном выпускном элементе 114, который расположен в радиальном направлении с зазором относительно стенки 100 аналогично промежуточному элементу 94. Верхняя сторона 114b выпускного элемента 114 на нижней стороне 116а закрывающего элемента 116, аналогично корпусному элементу 10, перекрывает пространство 90 высокого давления с обеспечением герметичности известным образом. Промежуточный элемент 94 и выпускной элемент 114 образуют промежуточную часть 17. В варианте осуществления согласно фиг.7, как и варианте осуществления согласно фиг.5, объем пространства 70 клапана также очень мал. Так же как и в вариантах осуществления согласно фиг.5 или 6 на торцевой поверхности хвостовика 58 промежуточного клапанного элемента 56 может быть сброшено давление и создано давление посредством приведения в действие воздействующего стержня 112 для реализации прерывистых впрысков в дизельном двигателе. Решение по фиг.7 является предпочтительном в тех случаях, когда управляющее устройство 88 установлено с обеспечением компактности в отверстии на оси 102 инжекторного клапана для топлива, и промежуточные пластины 12, 14, 104, 105 и 106 согласно предшествующим чертежам исключены.
Альтернативно промежуточный элемент 94 и выпускной элемент 114 могут быть образованы вместе в виде одной детали. Альтернативно аналогично фиг.6, дроссельный канал 11 соединяет пространство 90 высокого давления с пространством 70 клапана, как показано пунктирными линиями, и функционирует эквивалентно тому, что показано фиг.6.
Кроме того, конструкция по фиг.7 имеет механический ограничитель 79 хода для торцевой поверхности управляющего поршня 28' инжекторного клапанного элемента 28, при этом указанный ограничитель хода выполнен в виде выступающей стенки, которая составляет одно целое с направляющей втулкой 78 и которая выступает в пространство 54 управления и выполнена с центральным каналом 79b, который гидравлически соединяет пространство 54 управления с зазором 62. Данный вариант осуществления или вариант осуществления, функционирующий соответствующим образом, также может быть использован в вариантах осуществления согласно остальным чертежам. Наоборот, вариант осуществления, показанный на фиг.7, также может быть реализован с механическим ограничителем 79 хода.
В альтернативном непоказанном варианте решения по фиг.5 и 7 могут быть объединены таким образом, что все элементы по фиг.7, за исключением дискообразного выпускного элемента 114, будут расположены в пространстве 90 высокого давления на продольной оси 102, но выпускной канал 110 будет находиться на смещенной в аксиальном направлении оси 8' приводного элемента в промежуточной пластине, аналогичной второй промежуточной пластине 106 по фиг.5. В этом случае канал, эквивалентный каналу 108 по фиг.5, должен проходить в данной промежуточной пластине таким образом, чтобы он не создавал никакого гидравлического соединения с пространством 90 высокого давления вдоль его протяженности от торцевой поверхности хвостовика 58 промежуточного клапанного элемента 56 до выпускного канала 110. Это имеет место, когда канал выполнен, например, в виде наклонного отверстия в данной промежуточной пластине. В этом случае промежуточная пластина будет иметь большую толщину, чем проиллюстрированная на фиг.5, с тем, чтобы можно было разместить наклонный внутренний участок канала.
Фиг.8 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез пятого альтернативного конструктивного варианта управляющего устройства 88 инжекторного клапана для топлива, при этом конструктивный вариант аналогичен варианту по фиг.7. Грибовидный промежуточный клапанный элемент 56 имеет плоское седло, как показано на фиг.2. Однако отсутствует канавка 16', имеющаяся в промежуточном элементе 94. Два противоположных отверстия 96 в промежуточном элементе 94 (также может быть предусмотрено одно отверстие 96 или более двух отверстий 96) посредством их входов, открытых в направлении зазора 62, вместе с промежуточным клапанным элементом 56 образуют промежуточный клапан 56'. Когда промежуточный клапанный элемент 56 перекрывает отверстия 96 для обеспечения возможности прерывистых впрысков, посредством данной конструкции канал для образования скользящей посадки 94'' хвостовика 94 закрывается промежуточным элементом 94 помимо канала, проходящего в зазор 62. При желании данная скользящая посадка 94'' может быть выполнена с меньшей точностью, чем скользящая посадка по другим конструктивным вариантам, и зазор в ней может составлять до 50 микрон вместо обычных 2-6 микрометров (микрон) точной скользящей посадки, как в вариантах осуществления согласно фиг.1-7. При зазоре, составляющем 50 микрометров, во время операции впрыска утечка из канавки 76' (см. фиг.2) или из соответствующего места на предшествующих чертежах в пространство 70 клапана была бы очень большой, но при варианте по фиг.8 этого не происходит, поскольку, помимо закрытия отверстий 96 посредством промежуточного клапана 56', зона скользящей посадки 94'' также отделена от пространства 90 высокого давления. Тем не менее, даже в данном варианте скользящая посадка 94'' должна создавать, по меньшей мере, одно такое место гидравлического разделения, которое обеспечивает возникновение достаточного перепада давлений с тем, чтобы после приведения в действие приводного устройства 24 промежуточный клапанный элемент 56 перекрывал отверстия 96 очень быстро. Кроме того, выход из отверстий 96 в зазор 62 может быть расширен по окружности вокруг оси 102, чтобы получить большую площадь прохода для потока, когда ход промежуточного клапанного элемента 56 мал. В этом случае получают серповидное расширение или канавку, которое(-ая) проходит в окружном направлении зазора 62 и зоны скользящей посадки 94'' и которое(-ая) окружено(-а) плоским седлом. Кроме того, в отличие от управляющего устройства по предшествующим чертежам, управляющее устройство 88 по фиг.8 не имеет пружины 66 сжатия, и это также может быть предусмотрено в предыдущих вариантах осуществления. В этом случае управление промежуточным клапанным элементом 56 осуществляется только за счет гидравлических усилий.
Альтернативное место разделения между направляющей втулкой 78 и промежуточным элементом 94 схематически изображено в месте 94b пунктирной линией. Альтернативно промежуточный элемент 94 и выпускной элемент 114 могут быть выполнены в виде одной детали.
Фиг.9 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез шестого альтернативного конструктивного варианта управляющего устройства 140 инжекторного клапана для топлива по настоящему изобретению.
Во второй промежуточной пластине 14 расположен имеющий вид таблетки клапанный элемент 120 с плоским седлом, который функционирует как 2/3-ходовой клапан и который может быть перемещен посредством стержня 122 клапана, который может быть приведен в действие, например, приводным пьезоэлектрическим элементом. Клапанный элемент 120 с плоским седлом может выполнять определенный малый ход во второй промежуточной пластине 14 между корпусным элементом 10 и первой промежуточной пластиной 12. В предпочтительном варианте осуществления клапанный элемент 120 с плоским седлом имеет два плоских седла, поскольку в данном случае особенно просто получить определенный малый ход за счет разности толщины второй промежуточной пластины 14 и толщины клапанного элемента 120 с плоским седлом. При обесточенном состоянии приводного пьезоэлектрического элемента 26 клапанный элемент с плоским седлом перекрывает посредством первого седла 124 клапана соединение между пространством 70 клапана и каналом 50 возврата топлива под низким давлением (см. фиг.1) и одновременно открывает канал 126 высокого давления со сравнительно большим недросселированным поперечным сечением, который расположен в первой промежуточной пластине 12 и соединен с пространством 42 высокого давления. Поперечное сечение для проходящего потока между клапанным элементом 120 с плоским седлом и первой промежуточной пластиной 12, то есть второе седло 128 клапана, «освобождает» в положении клапанного элемента 120 с плоским седлом, подобном показанному, поперечное сечение, которое существенно больше по сравнению с дроссельным каналом 68 промежуточной тонкой пластины 132, образующей обратный клапан 130. Это может быть обеспечено за счет того, что канал 126 высокого давления образует сам по себе достаточно большое поперечное сечение окружного седла вместе с седлом 128 клапана, хотя расширение канала 126 высокого давления также может быть образовано в зоне седла 128 клапана, при этом данная геометрическая конфигурация также всегда существенно больше, чем проходное отверстие дроссельного канала 68, чтобы обеспечить некоторую площадь поверхности на седле 128 клапана.
Боковой канал 70' и центральное проходное отверстие 138 в первой промежуточной пластине 12, имеющее сравнительно большое поперечное сечение, соединяют пространство 70 клапана с дроссельным каналом 68 в промежуточной тонкой пластине 132, которая имеет боковые зазоры 136 и поджата пружиной 134 сжатия к нижней поверхности 12а первой промежуточной пластины 12. Во время вызывающего открытие перемещения инжекторного клапанного элемента 28 положение промежуточной тонкой пластины 132 такое, как показанное на фиг.9. Как показано пунктирными линиями, проходное отверстие 138 также может быть расположено наклонно, так что можно обойтись без канала 70'.
Управляющее устройство 140 функционирует следующим образом: для впрыска приводное устройство обеспечивает принудительное перемещение клапанного элемента 120 с плоским седлом из его положения, при котором он опирается на первое седло 124 клапана так, чтобы он оказался поджатым к верхней поверхности 12b первой промежуточной пластины 12 посредством стержня 122 клапана, в результате чего обеспечивается открытие первого седла 124 клапана в направлении выхода 50, находящегося под низким давлением, и закрытие второго седла 128 клапана по отношению к каналу 126 высокого давления. В результате давление в пространстве 70 клапана и, следовательно, также в пространстве 54 управления падает. Инжекторный клапанный элемент 28 может открываться, и вызывающее открытие перемещение регулируется посредством дроссельного канала 68. Когда первое седло 124 клапана будет закрыто в результате перемещения клапанного элемента 120 с плоским седлом для завершения впрыска, второе седло 128 клапана одновременно открывается. Поток топлива, проходящий через сравнительно большие поперечные сечения в пространство 70 клапана и в проходное отверстие 138, открывает промежуточную тонкую пластину за счет того, что последняя принудительно смещается из положения, при котором она находится в опорном контакте с нижней поверхностью 12а. Поток топлива проходит через зазоры 132 в пространство 54 управления, и операция впрыска быстро завершается. Таким образом, посредством многократного приведения в действие приводного устройства могут быть осуществлены многократные впрыски с очень коротким временным интервалом. Альтернативно промежуточные пластины 12 и 14 могут быть выполнены как одно целое из одной заготовки.
Фиг.10 показывает в продольном сечении и в увеличенном масштабе частичный разрез седьмого альтернативного конструктивного варианта управляющего устройства 142 инжекторного клапана для топлива по настоящему изобретению, при этом указанный конструктивный вариант аналогичен варианту по фиг.9.
Точно выполненный дроссельный канал 68 расположен в клапанном элементе 144 с плоским седлом и сообщается через проходное отверстие 146 со сравнительно большим поперечным сечением с пространством 54 управления. Для «перекрытия» аксиального смещения двух продольных осей 8 и 8' предпочтительно, если проходное отверстие 146 будет расположено наклонно в первой промежуточной пластине 12, как показано. Как проиллюстрировано на фиг.10, дроссельный канал 68 должен быть выровнен относительно проходного отверстия 146. Это обеспечивается в том случае, если клапанный элемент 144 с плоским седлом является не круглым, а вместо этого имеет, например сбоку, две скошенные поверхности или является овальным или (прямо)угольным с тем, чтобы он был выставлен с обеспечением фиксации его от поворота относительно имеющей соответствующую направляющую форму периферии пространства 70 клапана, предусмотренного во второй промежуточной пластине 14. Альтернативно канавка 146b (показанная пунктирными линиями) в первой промежуточной пластине 12 или в клапанном элементе 144 с плоским седлом может обеспечить гидравлическое соединение в случае круглой формы клапанного элемента 144 с плоским седлом. Поскольку проходное отверстие 146, а также возможное расстояние в канавке 14b являются короткими, эффект измененного положения дроссельного канала 68 функционально такой же, как если бы дроссельный канал 68 был бы соединен геометрически непосредственно с пространством управления.
В данном случае промежуточные пластины 12 и 14 также можно было бы объединить в одну деталь.
Функционирование управляющего устройства 142 аналогично управляющему устройству по фиг.9. Конструкция является более простой, поскольку промежуточная тонкая пластина 132 и пружина 134 сжатия не требуются в конструкции по фиг.10.
В варианте осуществления инжекторного клапана для топлива в соответствии с изобретением, подобном показанному на фиг.11, промежуточный элемент 94 и выпускной элемент 114 варианта осуществления, показанного на фиг.8, объединены в одну деталь, а именно промежуточный элемент 150. Дискообразный промежуточный элемент 150, образующий промежуточную часть 17, удерживается в герметичном опорном (рабочем) контакте, с одной стороны, с корпусом 16 сопла и, с другой стороны, с корпусным элементом 10 посредством стяжной гайки 18. Фиг.12 и 13 показывают промежуточный элемент 150 в увеличенном масштабе.
Открытая в направлении вниз, имеющая вид глухого отверстия выемка в промежуточном элементе 150 образует посредством ее зоны круглоцилиндрической поверхности скользящую посадку 58' вместе с хвостовиком 58 грибовидного промежуточного клапанного элемента 56 и вместе с хвостовиком 58 определяет границы пространства 70 клапана. Последнее соединено, с одной стороны, через очень узкое впускное отверстие 152 с продольным отверстием 22, соединенным с входом, находящимся под высоким давлением, и, с другой стороны, через точно выполненный дроссельный канал 68 в промежуточном клапанном элементе 56 с пространством 54 управления. Кроме того, выпускной канал 110, смещенный в аксиальном направлении относительно продольной оси 102, проходит от пространства 70 клапана к каналу в корпусном элементе 10, в котором расположен воздействующий стержень 112 и который выходит в канал 50 возврата под низким давлением.
Три отверстия 96 проходят через промежуточный элемент 150, при этом они расположены в радиальном направлении снаружи центральной, имеющей вид глухого отверстия выемки и соединены по потоку с верхней стороны с продольным отверстием 22 посредством по существу V-образной соединительной канавки 154. Они выходят с нижней стороны в пространство 54 управления и могут быть закрыты посредством головки промежуточного клапанного элемента 56.
Начиная от V-образной соединительной канавки 154, отверстие 40 проходит в аксиальном направлении через промежуточный элемент 150 и выходит с нижней стороны в U-образную распределительную канавку 156 в промежуточном клапанном элементе 150. Данная распределительная канавка обеспечивает соединение с пространством 90 высокого давления радиально снаружи по отношению к направляющей втулке 78. Посредством пружины 34 сжатия направляющая втулка 78 удерживается в положении, при котором ее торцевая поверхность 78b находится в герметичном опорном (рабочем) контакте с промежуточным элементом 150, при этом направляющая втулка 78 опирается на промежуточный элемент 150 в зоне между U-образной распределительной канавкой 156 и входными частями отверстий 96. В ее концевой зоне с данной стороны направляющая втулка 78 выполнена с расширением по отношению к зоне точной скользящей посадки с управляющим поршнем 28' инжекторного клапанного элемента 28, так что головка промежуточного клапанного элемента 56 может быть вставлена с достаточным радиальным зазором.
Кроме того, промежуточный элемент 150 имеет два имеющих вид глухих отверстий, установочных отверстий 158, в которые входят установочные стержни, предусмотренные на корпусном элементе 10.
Как можно видеть, в частности, на фиг.12, кольцеобразная зона, которая проходит вокруг выходной части выпускного канала 110 и взаимодействует с плоской торцевой поверхностью воздействующего стержня 112 и которая образует седло клапана, может быть выполнена как упрочненная (закаленная) зона.
Аналогично тому, что дополнительно описано выше, пунктирные линии на фиг.11 показывают вариант, в котором промежуточный элемент 150 состоит из двух частей, которые отделены друг от друга.
В состоянии покоя воздействующий хвостовик 112 закрывает выпускной канал 110, инжекторный клапанный элемент 28 опирается на седло 44 инжекторного клапана, и промежуточный клапан 56' открыт; его головка опирается на внутренний уступ направляющей втулки 78. Для инициирования операции впрыска воздействующий стержень 112 отводится, что приводит к падению давления в пространстве 70 клапана, поскольку проходное поперечное сечение выпускного канала 110 значительно больше суммы проходных поперечных сечений дроссельного канала 68 и впускного отверстия 152. Результатом этого является то, что промежуточный клапан 56' закрывается, и, следовательно, давление в пространстве 54 управления падает очень быстро. Инжекторный клапанный элемент 28 поднимается от седла 44 инжекторного клапана, преодолевая действие пружины 34 сжатия, за счет падения давления в пространстве 54 управления. Для завершения операции впрыска выпускной канал 110 закрывается посредством воздействующего стержня 112. По меньшей мере, приблизительная компенсация давления происходит очень быстро между пространством 54 управления и пространством 70 клапана. Кроме того, высокое давление, преобладающее в отверстиях 96, и пружина 34 сжатия, действующая посредством управляющего поршня 28', создают открывающую силу, действующую на промежуточный клапанный элемент 56, в результате чего обеспечивается очень быстрое перемещение инжекторного клапанного элемента 28, вызывающее закрытие.
Аналогично тому, что было дополнительно описано выше, возможны многократные впрыски.
Вариант осуществления, показанный на фиг.11, также функционирует без впускного отверстия 152. В этом случае открытие промежуточного клапана 56' происходит с незначительной задержкой.
В показанных приведенных в качестве примера вариантах осуществления открытое поперечное сечение выпускного канала, по меньшей мере, в два раза больше поперечного сечения точно выполненного дроссельного канала 68.
Само собой разумеется, признаки управляющих устройств инжекторных клапанов для топлива по настоящему изобретению также могут быть использованы по отдельности или в комбинациях, отличных от тех, которые были показаны здесь.