ОГРАНИЧИТЕЛЬ РАСХОДА С ШАРИКОМ И ДРОССЕЛЕМ
FLOW LIMITER WITH BALL AND THROTTLE

Настоящее изобретение относится к устройству для ограничения подачи топлива из системы питания высокого давления через управляемую топливную форсунку в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания, имеющему корпус с расположенным со стороны подачи давления входом в него и с расположенным со стороны топливной форсунки выходом из него, которые гидравлически соединены между собой по меньше мере одним каналом с предусмотренным в нем дросселем, и установленный в камере подвижно в продольном направлении между своими исходным и конечным положениями и подпружиненный навстречу направлению потока топлива запорный элемент, который управляет гидравлическим соединением между входом в корпус и выходом из него.
В системах впрыскивания топлива с высоким давлением в них, например в системах "common rail", при неблагоприятных условиях возможно появление утечек, будь то утечки в топливопроводной системе или утечки из-за неисправности топливных форсунок. Топливные форсунки при заклинивании или заедании в них игл, приводящем к длительному впрыскиванию топлива в камеру сгорания, могут стать причиной значительных повреждений. Такие повреждения могут приводить к возгоранию автомобиля или к разрушению двигателя.
Во избежание подобных крайне отрицательных последствий известно применение ограничителей расхода топлива с запорной функцией, которые при превышении максимального количества отбора топлива из системы питания высокого давления перекрывают поступление топлива в соответствующую топливную форсунку и тем самым разрывают связь между стороной, где расположен топливный насос высокого давления, и стороной, где расположена топливная форсунка.
Из DE 2207643 А1 известен ограничитель расхода топлива, установленный между топливным аккумулятором высокого давления и топливной форсункой. Такой ограничитель расхода топлива состоит из цилиндра, соответственно камеры, в котором/которой подвижно установлен запорный элемент в виде плунжера. Со стороны топливного аккумулятора высокого давления на плунжер набегает поток топлива, давлением которого плунжер отжимается против усилия пружины к стороне топливной форсунки. Сквозь поршень проходит соединяющий между собой оба конца цилиндра канал с дросселем. При нормальной работе плунжер сначала находится в своем исходном положении, т.е. у своего упора со стороны топливного аккумулятора высокого давления. В результате впрыскивания топлива давление на стороне топливной форсунки несколько снижается, вследствие чего плунжер перемещается в направлении нее. Объем топлива, израсходованный на впрыскивание топливной форсункой, компенсируется не дросселем, а вытесненным плунжером объемом, поскольку дроссель слишком мал для столь быстрой компенсации отобранного объема топлива. При нормальной работе плунжер останавливается перед своим седлом на малом расстоянии от него, т.е. несколько не доходя до положения перекрытия топливопровода, ведущего к топливной форсунке. Пружина и дроссель имеют такие конструктивные параметры, при которых при впрыскивании топлива в максимального возможном количестве (включая предохранительное количество) плунжер может вновь переместиться к своему упору на стороне топливного аккумулятора высокого давления, когда в нерабочей фазе топливной форсунки топливо продолжает поступать через дроссель и таким путем компенсирует разность давлений. Тем самым плунжер постоянно совершает управляемое разностью давлений возвратно-поступательное перемещение между своим исходным положением со стороны топливного аккумулятора высокого давления и конечным положением со стороны топливной форсунки.
При любом сбое, т.е. при повышенном расходе топлива, плунжер в результате продолжающегося отбора топлива на впрыскивание топливной форсункой перемещается в направлении нее вплоть до своего седла. В этом своем положении плунжер остается вплоть до момента выключения двигателя и тем самым перекрывает поступление топлива к топливной форсунке.
Известны также системы, работа которых основана на аналогичном принципе и в которых используется запорный элемент в виде шарика. При этом шарик прижимается в отверстии к своему упору и перемещается создающимся при впрыскивании и обтекающим его потоком топлива под действием возникающей при этом разности давлений в направлении своего седла. При превышении максимального количества впрыскиваемого топлива шарик упирается в свое седло и не допускает дальнейшее поступление топлива в топливную форсунку, исключая тем самым длительное впрыскивание топлива.
Известны далее системы, в которых функцию шарика выполняет конус.
Недостаток описанных выше конструкций состоит в том, что для надежного выполнения ими своей функции их параметры можно рассчитать в соответствии с необходимыми требованиями только для заданной вязкости топлива. При слишком высокой вязкости топлива ограничитель расхода закрывается при слишком малых количествах впрыскиваемого топлива. Слишком же низкая вязкость топлива приводит к невозможности выполнения запорной функции при низком давлении впрыскивания топлива.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача обеспечить надежное выполнение запорной функции в широком интервале значений вязкости топлива. Еще одна задача изобретения состояла в повышении износостойкости.
Для решения указанной задачи ограничитель расхода топлива указанного в начале описания типа согласно изобретению усовершенствован в основном в том отношении, что по меньшей мере один канал проходит радиально снаружи камеры. В предпочтительном варианте канал при этом расположен таким образом, что он соединяет между собой входной и выходной концы корпуса вне камеры. Важное значение имеет тот факт, что канал не проходит ни через камеру, ни через запорный элемент, поскольку согласно изобретению должно исключаться обтекание запорного элемента топливом или протекание топлива через запорный элемент. Основная идея изобретения заключается в том, чтобы заменить падение давления, которое в описанных выше традиционных системах возникает при обтекании запорного элемента топлива или при протекании топлива через запорный элемент и зависит от вязкости топлива, на падение давления на дросселе, не зависящее от вязкости топлива. Дополнительно исключается обратное перемещение запорного элемента, также зависящее от вязкости топлива, поскольку запорный элемент при допустимых количествах впрыскиваемого топлива остается неподвижным. Закрытие ограничителя расхода топлива происходит лишь после превышения заданного максимального количества впрыскиваемого топлива, соответственно при длительном впрыскивании топлива.
В предпочтительном варианте камера со стороны подачи давления сообщается со входом в корпус, а со стороны топливной форсунки - с выходом из него.
В особенно предпочтительном варианте камера выполнена в цилиндрической детали, наружная боковая стенка которой расположена с радиальным отступом от цилиндрической внутренней стенки корпуса с образованием кольцевого канала и расположенное со стороны подачи давления впускное отверстие которой расположено с осевым отступом от входа в корпус, при этом кольцевой канал сообщается с камерой через по меньшей мере одно проходящее сквозь стенку цилиндрической детали дроссельное отверстие.
В еще одном предпочтительном варианте камера имеет первое, расположенное со стороны входа в корпус седло, с поверхностью которого запорный элемент взаимодействует в своем исходном положении, и второе, расположенное со стороны выхода из корпуса седло, с поверхностью которого запорный элемент взаимодействует в своем конечном положении, а дроссельное отверстие при этом входит в камеру на ее расположенном между первым и вторым седлами осевом участке. Запорный элемент в предпочтительном варианте образован шариком.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на единственный прилагаемый к описанию схематичный чертеж, на котором в разрезе показано предлагаемое в изобретении устройство.
На прилагаемом к описанию чертеже позицией 1 обозначен предлагаемый в изобретении ограничитель расхода (клапан ограничения расхода), который имеет расположенную в корпусе 2 камеру 3. В этой камере 3 расположены верхнее герметичное седло 4 и нижнее герметичное седло 5 для запорного элемента 6, который в данном случае выполнен в основном шаровидным. Шарик, соответственно запорный элемент 6 поджимается к своему верхнему седлу 4 усилием пружины 7 сжатия в направлении стрелки 8 навстречу направлению потока топлива. При работе топливо проходит от расположенного со стороны подачи давления входа 9 в корпус, сообщающегося, например, с (топливным) аккумулятором высокого давления, через дроссель 10 к расположенному со стороны топливной форсунки выходу 11 из корпуса. На дросселе 10 возникает падение давления между полостью над верхним седлом и полостью 12 установки пружины. В тот момент, когда расход топлива через дроссель становится выше определенного значения, шарик 6 из-за разности давлений перемещается в направлении своего нижнего седла 5 против усилия пружины и таким путем завершает процесс впрыскивания топлива. Момент окончания процесса впрыскивания топлива можно отрегулировать путем варьирования усилия (жесткости) пружины, диаметра дросселя 10 и диаметра верхнего седла.
Важное значение согласно настоящему изобретению имеет тот факт, что ответвление 13, ведущее к дросселю 10, расположено с отступом от впускного отверстия 14, а дроссель 10 поэтому расположен вне камеры 3, благодаря чему обеспечивается не зависящая от вязкости топлива работа предлагаемого в изобретении устройства.