ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ВПРЫСКА ТОПЛИВА ДЛЯ НЕГО

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к двигателю внутреннего сгорания, имеющему топливные форсунки, установленные в головке блока цилиндров и распыляющие топливо в камеры сгорания двигателя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Большинство двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием, используемых в автомобильных транспортных средствах, применяли топливные системы с карбюратором, а в более позднее время, многочисленными топливными форсунками, установленными во впускном коллекторе или в отдельных впускных каналах (см., например, патент США 5941210). Каждая из этих систем подает топливо в двигатель через впускной коллектор. Хотя установленные в коллекторе/канале форсунки обычно были достаточными и, конечно, большим улучшением по сравнению с карбюраторными системами, конструкторы автомобилей все больше и больше переходят к использованию непосредственного впрыска топлива у двигателей с искровым зажиганием. С системой непосредственного впрыска, топливные форсунки обычно вставлены через площадку зажигания головки блока цилиндров двигателя и подают топливо непосредственно в каждую из камер сгорания двигателя.
В двигателях с искровым зажиганием, было обнаружено, что непосредственный впрыск должен быть полезным в показателях улучшенной экономии топлива в паре с пониженным выделением продуктов сгорания с отработавшими газами. Хотя непосредственный впрыск использовался во многих типах дизельных двигателей на протяжении многих лет, это новое применение непосредственного впрыска, в частности, в бензиновых двигателях, предназначенных для использования в автомобильных транспортных средствах, создало проблему, так как большие давления, используемые при непосредственном впрыске, вызвали нежелательный шум или «тиканье», в то время как двигатель работает на холостом ходу; в некоторых случаях, тиканье становится более заметным на высоких скоростях и нагрузках. Этот тикающий шум, являющийся результатом удара иглы форсунки, обычно не был проблемой у большинства дизельных двигателей, но определенно доказали, что это является проблемой у двигателей непосредственного впрыска с искровым зажиганием, а также у некоторых дизельных двигателей.
Было бы желательно создать систему, предоставляющую возможность малошумящей характеристики для бензиновых и дизельных топливных систем непосредственного впрыска на низких нагрузках, в том числе, холостом ходе, наряду с одновременным сохранением надежности топливных форсунок посредством предотвращения нежелательного перемещения форсунок во время работы при более высоких нагрузках. Это представляет собой сложную задачу, так как, если, без чего-нибудь еще, установка форсунки смягчается до точки, где тикающий шум ослабляется на холостом ходу, соответствующее осевое перемещение форсунки в гнезде форсунки головки блока цилиндров при высоких нагрузках может вызывать неблагоприятные влияния на долговечность для уплотнений наконечника форсунки.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Согласно одному аспекту система впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания содержит головку блока цилиндров, гнездо форсунки, продолжающееся через головку блока цилиндров в камеру сгорания и имеющее коническую нижнюю стенку, топливную форсунку, установленную в гнезде форсунки, продолжающуюся в камеру сгорания и имеющую коническую посадочную поверхность для сочленения с конической нижней стенкой гнезда форсунки, и изолятор, установленный между конической посадочной поверхностью указанной форсунки и указанной нижней стенкой гнезда форсунки, при этом изолятор содержит коническое кольцо, имеющее наружную поверхность, внутреннюю поверхность и выполненный так, что при более низких нагрузках впрыска, только верхний участок контакта наружной поверхности конического кольца контактирует с конической нижней стенкой гнезда форсунки, при более низких нагрузках впрыска, только нижний участок контакта внутренней поверхности конического кольца контактирует с конической посадочной поверхностью указанной форсунки, а при более высоких нагрузках впрыска, участок конического кольца, продолжающийся между верхним участком контакта и нижним участком контакта, зажимается между конической посадочной поверхностью форсунки и конической нижней стенкой гнезда форсунки.
Изолятор предпочтительно содержит коническое кольцо, имеющее прилежащий угол конуса, который является большим, чем прилежащие углы конуса, соответствующие конусности конической посадочной поверхности указанной форсунки и конической нижней стенки гнезда форсунки.
Изолятор предпочтительно дополнительно содержит кольцевую пластину, продолжающуюся от нижнего участка конического кольца, при этом кольцевая пластина и коническое кольцо являются единой деталью.
По существу весь участок конического кольца, продолжающийся между верхним участком контакта и нижним участком контакта кольца, предпочтительно прочно зажат между конической посадочной поверхностью форсунки и конической нижней стенкой гнезда форсунки во время работы форсунки при более высоких нагрузках, тем самым, ограничивая осевое перемещение форсунки при более высоких нагрузках форсунки.
Коническое кольцо предпочтительно обеспечивает единственное пружинное усилие, которое ориентировано радиально.
Коническая нижняя стенка гнезда форсунки предпочтительно включена в основное кольцо, вставленное в головку блока цилиндров.
Коническая нижняя стенка гнезда форсунки предпочтительно включена в основной металл головки блока цилиндров.
Изолятор предпочтительно упруго нагружается при изгибе во время работы форсунки на холостом ходу и прочно зажимается между конической посадочной поверхностью форсунки и конической нижней стенкой гнезда форсунки при более высоких нагрузках впрыска.
Изолятор предпочтительно упруго реагирует на осевую нагрузку во время работы форсунки на холостом ходу и прочно располагается между конической посадочной поверхностью форсунки и конической нижней стенкой гнезда форсунки при более высоких нагрузках впрыска.
Система предпочтительно дополнительно содержит прокладку головки, вставленную между изолятором и конической нижней стенкой гнезда форсунки.
Изолятор предпочтительно содержит стальную конструкцию.
Согласно другому аспекту двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров, коленчатый вал, размещенный в блоке цилиндров, поршень и шатун, установленный на коленчатом валу для возвратно-поступательного движения в блоке цилиндров, головку блока цилиндров, установленную на блоке цилиндров, гнездо форсунки, продолжающееся через головку блока цилиндров в камеру сгорания и имеющее коническую нижнюю стенку, топливную форсунку, установленную в гнезде форсунки, продолжающуюся в камеру сгорания и имеющую коническую посадочную поверхность для сочленения с конической нижней стенкой гнезда форсунки, и конический кольцевой изолятор, установленный между конической посадочной поверхностью указанной форсунки и указанной нижней стенкой гнезда форсунки, при этом указанный изолятор обеспечивает упругую установку форсунки при более низких нагрузках впрыска и прочную установку форсунки при более высоких нагрузках впрыска, причем указанный изолятор содержит коническое кольцо, имеющее наружную поверхность, внутреннюю поверхность и выполнен так, что при более низких нагрузках впрыска, только верхний участок контакта наружной поверхности конического кольца контактирует с конической нижней стенкой гнезда форсунки, при более низких нагрузках впрыска, только нижний участок контакта внутренней поверхности конического кольца контактирует с конической посадочной поверхностью указанной форсунки, а при более высоких нагрузках впрыска, участок конического кольца, продолжающийся между верхним участком контакта и нижним участком контакта, смещается радиально наружу форсункой и прочно зажимается между конической посадочной поверхностью форсунки и конической нижней стенкой гнезда форсунки, тем самым прочно располагая форсунку с изолятором и цилиндром, при этом ограничивая осевое перемещение форсунки относительно головки блока цилиндров.
Изолятор предпочтительно содержит коническое металлическое кольцо с единственным пружинным усилием, имеющее прилежащий угол конуса, который является большим, чем прилежащие углы конуса, соответствующие конусности конической посадочной поверхности указанной форсунки и конической нижней стенки гнезда форсунки.
Согласно еще одному аспекту двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров, коленчатый вал, размещенный в блоке цилиндров, поршень и шатун, установленный на коленчатом валу для возвратно-поступательного движения в блоке цилиндров, головку блока цилиндров, установленную на блоке цилиндров, гнездо форсунки, продолжающееся через головку блока цилиндров в камеру сгорания и имеющее коническую нижнюю стенку с первым углом конусности, топливную форсунку, установленную в гнезде форсунки, продолжающуюся в камеру сгорания и имеющую коническую посадочную поверхность со вторым углом конусности для сочленения с конической нижней стенкой гнезда форсунки, и конический кольцевой изолятор, имеющий третий угол конусности, отличный от первого угла конусности и второго угла конусности, при этом коническое кольцо установлено между конической посадочной поверхностью указанной форсунки и указанной нижней стенкой гнезда форсунки, причем изолятор обеспечивает упругую установку форсунки при более низких нагрузках впрыска и прочную установку форсунки при более высоких нагрузках впрыска, при этом изолятор выполнен так, что при более низких нагрузках впрыска, только верхний и нижний участки контакта конического кольца контактируют с конической нижней стенкой гнезда форсунки и конической посадочной поверхностью указанной форсунки, а при более высоких нагрузках впрыска, участок конического кольца, продолжающийся между верхним участком контакта и нижним участком контакта, смещается радиально наружу форсункой и прочно зажимается между конической посадочной поверхностью форсунки и конической нижней стенкой гнезда форсунки, тем самым, ограничивая осевое перемещение форсунки.
Изолятор предпочтительно содержит коническое кольцо, имеющее прилежащий угол конуса, который является большим, чем прилежащие углы конуса, соответствующие конусности конической посадочной поверхности указанной форсунки и конической нижней стенки гнезда форсунки.
Изолятор предпочтительно содержит коническое кольцо, имеющее прилежащий угол конуса, который является меньшим, чем прилежащие углы конуса, соответствующие конусности конической посадочной поверхности указанной форсунки и конической нижней стенки гнезда форсунки.
Изолятор предпочтительно содержит коническое кольцо, имеющее третий угол конусности, который является меньшим, чем первый угол конусности и второй угол конусности.
Изолятор предпочтительно содержит коническое кольцо, имеющее третий угол конусности, который является большим, чем первый угол конусности и второй угол конусности.
Первый угол конусности и второй угол конусности предпочтительно по существу равны.
Изолятор предпочтительно содержит стальную кольцевую конструкцию.
Преимущество системы впрыска топлива согласно настоящей полезной модели состоит в том, что нежелательный тикающий шум, который является особенно преобладающим в двигателях, имеющих форсунки непосредственного впрыска в цилиндр, будет избегаться, наряду с одновременной защитой уплотнений наконечника форсунки от повреждения, которое, в ином случае, могло бы возникать в результате податливой системы установки.
Еще одно преимущество системы согласно настоящей полезной модели состоит в том, что кривая деформаций под нагрузкой с единым коэффициентом устанавливается для усилий, прикладываемых к форсунке, в то время как форсунка является работающей при более низких нагрузках, причем, упругость заменяется работой с прочным расположением на и выше средних нагрузках форсунки.
Еще одно другое преимущество системы впрыска топлива согласно настоящей полезной модели состоит в том, что изолятор, используемый в настоящей системе, является легко настраиваемым, чтобы приспосабливаться к изменениям рабочих параметров двигателя.
Другие преимущества, а также признаки настоящей системы изолятора станут очевидны читателю этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схематичный вид части двигателя, имеющего систему впрыска топлива согласно настоящей полезной модели.
Фиг.2 представляет собой частичный схематичный вид форсунки, установленной в головке блока цилиндров согласно аспекту настоящей полезной модели.
Фиг.3 представляет собой часть форсунки по фиг.2, а именно участок изолятора системы установки форсунки.
Фиг.4 представляет собой увеличенный вид в перспективе части по фиг.3, показывающий систему кольцевого изолятора более подробно.
Фиг.5 представляет собой изолятор по фиг.4 в упругом состоянии, соответствующем работе при более низких нагрузках.
Фиг.6 представляет собой изолятор по фиг.4 в сжатом состоянии, соответствующем работе при более высоких нагрузках.
Фиг.7 представляет собой частичный схематичный вид форсунки, установленной в цилиндре с модифицированным изолятором, согласно еще одному аспекту настоящего полезной модели.
Фиг.8 представляет собой часть форсунки по фиг.7, а именно участок изолятора системы установки форсунки.
Фиг.9 представляет собой увеличенный вид в перспективе части по фиг.8, показывающий систему кольцевого изолятора более подробно.
Фиг.10 представляет собой изолятор по фиг.9 в упругом состоянии, соответствующем работе при более низких нагрузках.
Фиг.11 представляет собой изолятор по фиг.9 в сжатом состоянии, соответствующем работе при более высоких нагрузках.
Фиг.12 представляет собой изолятор с обратной конусностью в упругом состоянии, соответствующем работе при более низких нагрузках.
Фиг.13 представляет собой изолятор по фиг.12 в сжатом состоянии, соответствующем работе при более высоких нагрузках.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг.1 показан двигатель 2, имеющий коленчатый вал 8, с поршнем 4 и шатуном 6, прикрепленным к нему для возвратно-поступательного движения в цилиндре 5, сформированном в блоке 16 цилиндров. Головка 26 блока цилиндров установлена в верхней части двигателя 2. Топливная форсунка 10 вставлена через головку 26 блока цилиндров для подачи топлива непосредственно в камеру 13 сгорания, образованную головкой 26 блока цилиндров и поршнем 4.
На фиг.2 показан частичный схематичный вид системы впрыска топлива, имеющей изолятор форсунки согласно аспекту настоящей полезной модели. Топливная форсунка 10 принимает топливо через систему питания, включающую в себя направляющую - распределитель 12 для топлива, которая установлена поверх форсунки 10. Форсунка 10 имеет по существу цилиндрический наружный корпус 14, который установлен в гнезде 30 форсунки, сформированном в головке 26 блока цилиндров. Форсунка 10 имеет наконечник 18 с уплотнителем 22 наконечника, который предпочтительно выполнен из пластикового материала, такого как политетрафторэтилен. Наконечник 18 форсунки продолжается через площадку 34 зажигания головки 26 блока цилиндров. Так как площадка 34 зажигания и верхняя поверхность поршня 4 образуют камеру 13 сгорания, форсунка 10 считается форсункой непосредственного впрыска. Целостность уплотнения наконечника важна, так как уплотнение 22 наконечника предотвращает утечку газов высокого давления из камеры 13 сгорания за наконечник 18 форсунки. Специалистам в данной области техники следует понимать, что с учетом данного раскрытия настоящая система установки форсунок может применяться с любой из верхней или боковой подачи, или с другими типами форсунок.
Как показано на фиг.3, гнездо 30 форсунки имеет наружную стенку 30а, которая является по существу цилиндрической, и коническую нижнюю стенку 34. Форсунка 10 установлена в гнезде 30 форсунки, включающем в себя поверхности 30а и 34, с изолятором 40, являющимся вставленным между конической посадочной поверхностью 44 форсунки 10 и конической нижней стенкой 34 гнезда 30 форсунки. Коническая нижняя стенка 34 гнезда форсунки включена в базовое кольцо 38, вставленное в гнездо 30 форсунки.
На фиг.4 показан кольцевой изолятор 40, который образован в качестве высокопрочного эластичного кольцевидного элемента, предпочтительно выполненного из металла, такого как нержавеющая сталь. Изолятор 40 имеет наружную поверхность 40а и внутреннюю поверхность 40b. Кольцо 40 имеет единственное внутреннее радиально направленное пружинное усилие, которое позволяет кольцу 40 функционировать в качестве как эластичной или упругой системы установки, так и прочной шайбы.
На фиг.5 и 6 подробно показано применение изолятора 40. На фиг.5, которая применяется к работе на низких нагрузках, верхний участок 40с наружной поверхности 40а находится в контакте с конической нижней стенкой 34 основного кольца 38. Нижний участок 40d контакта, который предусмотрен на внутренней поверхности 40b, находится в контакте с конической посадочной поверхностью 44 форсунки 10. По существу, когда форсунка 10 является работающей на низких нагрузках, таких как во время работы на холостом ходу, изолятор 40 упруго подвешивает форсунку 10 между конической посадочной поверхностью 44 и конической нижней стенкой 34. Эта эластичная или упругая установка способствует предотвращению тикающих шумов, которые возникают внутри форсунки 10, от передачи на головку 16 блока цилиндров, тем самым, снижая нежелательный шум. Изолятор 40 способен функционировать в качестве подвесной пружины для форсунки 10, так как коническое кольцо 40 имеет прилежащий угол конуса, который является большим, чем прилежащие углы конуса, соответствующие конусности как конической посадочной поверхности 44 форсунки 10, так и конической нижней стенки 34 гнезда 30 форсунки.
На фиг.6 показана форсунка 10 во время работы при более высоких нагрузках, при которой форсунка 10 вдавливается вниз в гнездо 30 форсунки. Смещение форсунки 10 вниз выбивает кольцо 40 изолятора радиально наружу, прочно зажимая кольцо 40, особенно промежуток между верхним участком 40с контакта и нижним участком 40d контакта, между поверхностями 44 и 34. Фактически, форсунка 10 прочно располагается в блоке 26 головки цилиндров. Такое прочное расположение обеспечивает высокую степень сопротивления дополнительному осевому смещению форсунки 10, защищая уплотнение 22 наконечника от повреждения.
На фиг.7-11 показан еще один вариант осуществления настоящего изолятора, в котором, как показано на фиг.9, конический верхний участок 60а и 60b кольца соединены с кольцевой пластиной 64, продолжающейся от нижнего участка конического кольца, причем, кольцевая пластина 64 и коническое кольцо являются одной деталью. Кольцевая пластина 64, которая увеличивает жесткость изолятора 60, может применяться для настройки работы изолятора 60 под потребности конкретного двигателя.
На фиг.8, 10 и 11 также показана коническая нижняя стенка 50 в качестве являющейся одной деталью с основным металлом блока 26 головки цилиндров. Прокладка 52 головки, которая предпочтительно выполнена из высокопрочного материала, такого как сталь, применяется для защиты головки 26 от износа изолятора 60. Прокладка 52 головки, которая не подразумевается, что должна быть эластичным элементом, просто придерживается контура конической нижней стенки 50. Специалистам в данной области техники следует понимать, что с учетом этого раскрытия в зависимости от сплава, выбранного для головки 26 блока цилиндров, прокладка 52 головки может не потребоваться. Кроме того, следует понимать, что любой из изоляторов, раскрытых в материалах настоящей заявки, может применяться с цельной, состоящей из одной детали конической нижней стенкой 50.
Как и на фиг.5, так и на фиг.10 показана настоящая система во время работы при более низких нагрузках, при которой поверхности 60с и 60d находятся в контакте с прокладкой 52 головки и посадочной поверхностью 44 форсунки соответственно. Эластичный упругий изгиб изолятора 60 обеспечивает пружинную подвеску для форсунки 10.
На фиг.11 показан изолятор 60, зажатый между поверхностью 44 форсунки 10 и прокладкой 52 головки, которая подпирается конической нижней стенкой 50. Как раньше, участок конического кольца 60, продолжающийся между верхним участком 60с контакта и нижним участком 60d контакта, смещается радиально наружу форсункой 10 и прочно зажимается между конической посадочной поверхностью 44 и конической нижней стенкой 50 гнезда 30 форсунки.
На фиг.12 и 13 показан изолятор 100 с обратной конусностью, установленный между поверхностью 44 форсунки 10 и прокладкой 52 головки, которая подпирается конической нижней стенкой 50. Изолятор 100 должен иметь обратную конусность, так как его коническая конструкция открывается вниз. Другими словами, изолятор.100 имеет прилежащий угол конуса, который является меньшим, чем прилежащий угол конуса, соответствующий конусности упомянутой конической посадочной поверхности 44 форсунки 10/14 и конической нижней стенки 34 гнезда форсунки. Первый и второй конусные углы, соответствующие поверхности 44 и нижней стенке 34, предпочтительно по существу равны.
Как раньше, участок конического кольца 100, продолжающийся между верхним участком 100а контакта и нижним участком 100bd контакта, смещается радиально наружу форсункой 10 и прочно зажимается между конической посадочной поверхностью 44 и конической нижней стенкой 50 гнезда 30 форсунки, но только во время работы при более высоких нагрузках; на холостом ходу и другой работе при более низких нагрузках, изолятор 100 действует в качестве упругой подвески для предотвращения тикающего шума, описанного выше.
Вышеизложенная система была описана в соответствии с уместными правовыми стандартами, таким образом, описание скорее является примерным, а не ограничивающим. Варианты и модификации для раскрытых вариантов осуществления могут стать очевидными специалистам в данной области техники и подпадают под объем раскрытия. Соответственно, объем правовой охраны может определяться только приведенной ниже формулой полезной модели.