ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА, КЛАПАННЫЙ ЭЛЕМЕНТ УПРАВЛЯЮЩЕГО КЛАПАНА КОТОРОЙ ИМЕЕТ ОПОРНУЮ ЧАСТЬ
FUEL ATOMISER, CONTROL VALVE WORKING ELEMENT WITH BEARING PART

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к топливной форсунке, прежде всего к форсунке для системы "common rail" (системы впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления), для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Из ЕР 1612403 А1 известна топливная форсунка, выполненная в виде форсунки для системы "common rail" и имеющая уравновешенный по давлению в осевом направлении управляющий клапан (сервоклапан), управляющий закрытием и открытием сливного канала, по которому топливо сливается из управляющей полости. Управляющий клапан позволяет воздействовать на давление топлива в управляющей полости, в которую через входной дроссель постоянно поступает находящееся под высоким давлением топливо. В результате изменения давления топлива в управляющей полости происходит перемещение в ней управляющего впрыскиванием клапанного элемента между его открытым и закрытым положениями, при этом в своем открытом положении управляющий впрыскиванием клапанный элемент открывает путь прохождения потока топлива в камеру сгорания в ДВС. Управляющий клапан имеет перемещаемый в осевом направлении электромагнитным приводом втулкообразный клапанный элемент, направленно перемещающийся по выполненному за одно целое с форсуночной деталью направляющему стержню. Втулкообразный клапанный элемент управляющего клапана лишь радиально снаружи ограничивает своей внутренней боковой поверхностью образованную имеющим уменьшенный диаметр участком направляющего стержня клапанную камеру управляющего клапана, и поэтому со стороны находящегося под высоким давлением топлива в клапанной камере к клапанному элементу управляющего клапана не прикладываются никакие действующие в направлении открытия или закрытия усилия. На торцевой стороне клапанного элемента управляющего клапана расположена уплотнительная линия, которая взаимодействует с расположенным на форсуночной детали седлом клапанного элемента управляющего клапана, плотно прилегая к этому седлу. Диаметр уплотнительной линии соответствует при этом направляющему диаметру клапанного элемента управляющего клапана, при этом направляющий диаметр соответствует наружному диаметру направляющего стержня, включая минимальный зазор. Благодаря своей уравновешенности по давлению управляющий клапан пригоден для управления очень высоким давлением. Недостаток известной топливной форсунки состоит в том, что при закрытии управляющего клапана линейная уплотнительная кромка подвергается воздействию высокой нагрузки, которая может приводить к значительному износу уплотнительной линии.
Краткое изложение сущности изобретения
Задача изобретения
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать топливную форсунку с по меньшей мере приблизительно уравновешенным по давлению в осевом направлении управляющим клапаном и с уменьшенной интенсивностью износа уплотнительной линии клапанного элемента управляющего клапана.
Решение положенной в основу изобретения задачи
Указанная выше задача решается с помощью топливной форсунки с отличительными признаками, представленными в п.1 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. В объем изобретения включены также все возможные комбинации из по меньшей мере двух отличительных особенностей изобретения, представленных в описании, в формуле изобретения и/или на чертежах.
Основная идея изобретения состоит в том, чтобы для повышения стойкости, т.е. для уменьшения изнашиваемости, клапанного элемента управляющего клапана предусмотреть для приблизительно линейной уплотнительной кромки (уплотнительной линии) клапанного элемента управляющего клапана, которая в закрытом положении управляющего клапана плотно прилегает к седлу его клапанного элемента, опорную часть, которая в радиальном направлении выступает за уплотнительную линию в сторону находящейся под высоким давлением зоны топливной форсунки, каковая зона при открытом управляющем клапане сообщается с находящейся под низким давлением зоной топливной форсунки, с целью обеспечить таким путем быстрое снижение давления в управляющей полости топливной форсунки, сопровождающееся в свою очередь перемещением управляющего впрыскиванием клапанного элемента в направлении его открытия. Иными словами, клапанный элемент управляющего клапана в выполненной в соответствии с предлагаемой в изобретении концепцией топливной форсунке радиально ограничен не уплотнительной кромкой в направлении полости повышенного давления, а примыкающей к уплотнительной линии опорной частью. Благодаря предусмотренной согласно изобретению опорной части ударный импульс, с которым клапанный элемент управляющего клапана ударяется в свое седло, распределяется равномернее в управляющем клапане, прежде всего в его клапанном элементе, и вследствие этого приводит к возникновению меньших внутренних напряжений в деталях. В результате в свою очередь повышается стойкость клапанного элемента управляющего клапана с тем положительным следствием, что минимизируется интенсивность износа уплотнительной линии на протяжении срока службы топливной форсунки.
Далее, в предлагаемой топливной форсунке опорная часть клапанного элемента выполнена и/или расположена таким образом, что она не оказывает вовсе или по меньшей мере не оказывает существенного отрицательного влияния на уравновешенность клапанного элемента управляющего клапана в его закрытом положении по давлению. Для этого, например, опорную часть можно выполнить и/или расположить таким образом, чтобы действующие на нее во взаимно противоположных направлениях усилия, создаваемые давлением, по меньшей мере приблизительно полностью, а предпочтительно полностью взаимно уничтожались. Подобному условию отвечает опорная часть, у которой эффективные, соответственно спроецированные на общую плоскость поверхности для восприятия действующих во взаимно противоположных направлениях усилий, создаваемых давлением, имеют одинаковую площадь. Для этого, например, клапанный элемент управляющего клапана можно выполнить с внутренним или наружным диаметром (в зависимости от конструктивной разновидности) в зоне уплотнительной линии, соответствующим диаметру этого же клапанного элемента над опорной частью.
Кроме того, в предлагаемой топливной форсунке клапанный элемент управляющего клапана выполнен в виде втулки, охватывающей цельный или составной работающий на сжатие стержень, который выполнен отдельно от форсуночной детали, на которой расположено седло клапанного элемента управляющего клапана, при этом опорная часть клапанного элемента расположена на внутреннем периметре втулки аксиально между работающим на сжатие стержнем и седлом клапанного элемента управляющего клапана.
При этом работающий на сжатие стержень в предпочтительном варианте выполнен в виде детали, отдельной от форсуночной детали, на которой расположено седло клапанного элемента управляющего клапана, и уплотняющей в осевом направлении выполненную радиально внутри клапанного элемента управляющего клапана клапанную камеру. В предпочтительном варианте втулкообразный клапанный элемент управляющего клапана при этом направленно перемещается своей внутренней боковой поверхностью по наружной боковой поверхности работающего на сжатие стержня, который в предпочтительном варианте опирается в осевом направлении на деталь топливной форсунки, предпочтительно на крышку топливной форсунки или на корпус электромагнита электромагнитного привода. Дополнительно к выполнению работающего на сжатие стержня в качестве внутренней направляющей для втулкообразного клапанного элемента управляющего клапана можно предусмотреть охватывающую наружную направляющую. Вне зависимости от того, предусматривают внутреннюю и/или наружную направляющую для клапанной втулки, диаметр уплотнительной линии в предпочтительном варианте по меньшей мере приблизительно соответствует наружному диаметру работающего на сжатие стержня, включая при определенных условиях минимальный зазор. В одном из вариантов с выполнением клапанного элемента управляющего клапана в виде клапанной втулки предпочтительно, чтобы опорная часть выступала в выполненную во втулкообразном клапанном элементе управляющего клапана и предпочтительно непосредственно сообщающуюся с управляющей полостью клапанную камеру и находилась в осевом направлении между уплотнительной линией и работающим на сжатие стержнем.
Особенно предпочтителен вариант выполнения топливной форсунки, в котором диаметр уплотнительной линии, которая несколько расширяется из-за неизбежных проявлений износа на протяжении срока службы топливной форсунки, соответствует направляющему диаметру клапанного элемента управляющего клапана (внутреннему или наружному диаметру клапанного элемента управляющего клапана в зависимости от конструктивной разновидности этого клапанного элемента). Полностью уравновешенный по давлению управляющий клапан получают, когда внутренний диаметр уплотнительной линии точно соответствует внутреннему направляющему диаметру клапанного элемента управляющего клапана, соответственно наружный диаметр уплотнительной линии точно соответствует наружному направляющему диаметру клапанного элемента управляющего клапана.
С целью минимизировать влияние неизбежного износа уплотнительной линии на уравновешенное по давлению свойство управляющего клапана, предпочтителен вариант выполнения топливной форсунки, в котором у управляющего клапана его угол раскрытия со стороны высокого давления превышает его угол раскрытия со стороны низкого давления. При этом угол раскрытия со стороны высокого давления представляет собой находящийся в зоне высокого давления угол между примыкающей к уплотнительной линии ограничительной линией опорной части, соответственно клапанного элемента управляющего клапана и поверхностью седла его клапанного элемента. Угол же раскрытия со стороны низкого давления представляет собой расположенный в находящейся под низким давлением зоне топливной форсунки угол между (нижней) ограничительной линией клапанного элемента управляющего клапана и поверхностью седла его клапанного элемента.
Особенно предпочтителен в этом отношении вариант, в котором угол раскрытия со стороны низкого давления составляет от примерно 0 до примерно 10°. В предпочтительном варианте угол раскрытия со стороны низкого давления составляет от примерно 0,5 до примерно 5°, особенно предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 2°. В идеальном случае угол раскрытия со стороны высокого давления составляет от примерно 5 до примерно 60°, предпочтительно от примерно 10 до примерно 50°, особенно предпочтительно от примерно 20 до примерно 40°. Особенно предпочтителен вариант, в котором разность между углом раскрытия со стороны высокого давления и углом раскрытия со стороны высокого давления составляет до примерно 10°. В идеальном случае указанная разность между углами составляет от примерно 1 до примерно 5°, особенно предпочтительно от примерно 1,5 до примерно 3°.
С целью обеспечить точность изготовления уплотнительной линии у выполненной в соответствии с предлагаемой в изобретении концепцией топливной форсунки при приемлемых затратах предпочтителен вариант, в котором характеризующий клапанный элемент управляющего клапана угол между обеими проходящими в радиальном направлении и примыкающими к уплотнительной линии ограничительными линиями клапанного элемента управляющего клапана, и характеризующий седло клапанного элемента управляющего клапана угол различны. В особенно предпочтительном варианте разность между указанными углами составляет более 10°, наиболее предпочтительно более 20°. Наиболее хороших результатов с точки зрения точности изготовления уплотнительной линии можно ожидать при разности между указанными углами в пределах от 30 до 60°. В идеальном случае характеризующий седло клапанного элемента управляющего клапана угол при этом превышает характеризующий клапанный элемент управляющего клапана угол. Благодаря наличию вышеописанной разности между характеризующим клапанный элемент управляющего клапана углом и характеризующим седло клапанного элемента управляющего клапана углом, во-первых, обеспечивается достаточно большой опорной эффект опорной части, а во-вторых, обеспечивается возможность точного изготовления уплотнительной линии (уплотнительной кромки). Для повышения опорного эффекта (в ущерб точности изготовления) разность между указанными углами можно также выбирать меньшей.
С точки зрения простоты изготовления опорной части ее предпочтительно выполнять по меньшей мере приблизительно с трапециевидным профилем, у которого наклонные боковые стороны трапеции соединены между собой линией, проходящей параллельно центральной продольной оси клапанного элемента управляющего клапана.
Седло клапанного элемента управляющего клапана наиболее предпочтительно выполнять в виде плоского или конического седла.
Краткое описание чертежей
Другие преимущества, отличительные особенности и частности изобретения более подробно рассмотрены в последующем описании на примере предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид топливной форсунки, выполненной в виде форсунки для системы "common rail", со втулкообразным клапанным элементом управляющего клапана, имеющим обращенную радиально внутрь опорную часть для уплотнительной линии,
на фиг.2 - фрагмент выполненной по другому варианту топливной форсунки, в которой втулкообразный клапанный элемент ее управляющего клапана имеет обращенную радиально внутрь опорную часть и в которой седло клапанного элемента управляющего клапана в отличие от показанного на фиг.1 варианта выполнено в виде конического седла, и