ИНЖЕКТОРНАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ ВПРЫСКИВАНИЯ СМАЗОЧНОГО МАСЛА В ЦИЛИНДРЫ ДВИГАТЕЛЯ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ
INJECTOR FOR LUBRICATION OIL INJECTION TO ENGINE CYLINDERS AND ITS APPLICATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к инжекторной форсунке, используемой для впрыскивания смазочного масла в цилиндры крупных двигателей и содержащей монтажные средства для закрепления в стенке цилиндра, шток форсунки, проходящий через стенку цилиндра, и по меньшей мере одно сопло форсунки на внутреннем конце штока форсунки, при этом шток форсунки содержит клапан с цилиндрической расточкой седла клапана, в котором предусмотрен перемещаемый корпус клапана, имеющий цилиндрическую уплотняющую поверхность, которая взаимодействует с цилиндрической расточкой седла клапана в штоке форсунки, причем корпус клапана имеет увеличенную головку на своем наружном конце с контактной поверхностью для пружины, расположенной вокруг корпуса клапана, для обеспечения подпружиненного закрытия клапана, шток форсунки содержит проход для масла под давлением для подачи масла под давлением в камеру давления, в которой масло под давлением может прилагать усилие к корпусу клапана так, что он смещается в направлении обратном действию пружины для открытия клапана и создания избыточного давления впрыска масла через сопло форсунки, пока давление масла не упадет так, что пружина создаст эффективное закрытие клапана. Изобретение также относится к применению такой инжекторной форсунки.
Уровень техники
Изобретение, в частности, касается инжекторной форсунки, предназначенной для использования при смазке цилиндров в цилиндрах двигателя для крупных дизельных двигателей, в частности, судовых двигателей. В таких системах инжекторная форсунка может содержать блок дозирования. В таких системах смазки инжекторная форсунка ранее была предназначена для введения распыленной струи в виде тумана масляной смазки.
Раскрытия примеров этой техники известны, например, из WO 00/28194, WO 02/35068 и WO 04/038189, публикации которых включены в данное описание в качестве ссылки.
Такая инжекторная форсунка может опционально содержать блок дозирования или может быть приспособлена в качестве инжекторной форсунки без дозирования в самой форсунке.
Термин "инжекторная форсунка", таким образом, распространяется на часть механизма, проходящую через стенку цилиндра, и соединяющую сопло форсунки или впрыска масла с насадкой на конце внутри цилиндра с отверстиями масляных соединений на наружной части стенки цилиндра.
Несколько примеров инжекторных форсунок типа, упомянутого во введении, хорошо известны. Инжекторная форсунка присоединена к источнику подачи масла, которое распыляется под давлением внутрь цилиндра в заданное время, применительно к рабочему ходу поршня в цилиндре.
Инжекторные форсунки расположены в ряд по окружности цилиндра. Инжекторные форсунки, как правило, расположены радиально или в основном ориентированы радиально относительно установочных отверстий в стенке цилиндра и проходят сквозь эту стенку цилиндра. Инжекторные форсунки крепятся к стенке цилиндра с помощью монтажных средств, например посредством винтовой резьбы на самом штоке клапана, или с помощью монтажной втулки, которая ввинчивается в резьбовые отверстия, выполненные в стенке цилиндра.
Инжекторные форсунки снабжены одним или более соплами форсунки, которые ориентированы поперечно относительно штока форсунки, и направлены в заданном направлении к текущему монтажному отверстию для обеспечения смазки/промывки в соответствии с желаемой ориентацией внутри цилиндра.
Вышеупомянутые клапаны действуют таким образом, что закрывающий элемент/корпус клапана перемещается в направлении, обратном по отношению к потоку вводимого масла.
Тем не менее, также известны инжекторные форсунки, где корпус клапана перемещается вперед вместе с потоком поступающего масла. Это является преимуществом инжекторных форсунок, используемых для впрыскивания смазочного масла под высоким давлением, так называемых SIP-клапанов. Преимущество проявляется в том, что повышение давления в камере давления не будет влиять на возможность закрытия инжекторной форсунки тем же образом, как и в случае инжекторных форсунок, где игла движется в обратном направлении, а действие закрытия, таким образом, определяется балансом между давлением масла и давлением пружины плюс преобладающее давление в объеме/камере впрыска. При повышении давления в цилиндре будет риск того, что инжекторная форсунка сможет протекать.
Инжекторные форсунки, работающие при движении вперед вместе с потоком масла, предполагают наличие корпуса клапана с внутренними проточками для подвода масла до положения вблизи сопла форсунки для уменьшения пустого объема, что особенно важно при введении небольших количеств масла, при использовании мелкого распыления.
Инжекторные форсунки предшествующего уровня техники были поэтому усложнены из-за образования внутренних каналов.
Кроме того, инжекторные форсунки предшествующего уровня техники невыгодны, так как допускают блокирование свободного перемещения корпуса клапана. Эта проблема особенно видна в связи с инжекторными форсунками, где корпус клапана перемещается назад против течения масла, хотя в предшествующем уровне имеют место также инжекторные форсунки, где корпус клапана перемещается вперед вместе с потоком подаваемого масла. Проблема со свободным перемещением обусловлена тем фактом, что смазочное масло может содержать относительно большие частицы, которые оказались в смазочном масле, например, в связи с производством/хранением/транспортировкой смазочного масла. Эти частицы имеют размеры в пределах 6-10 мкм. В инжекторных форсунках предшествующего уровня техники эти частицы могут осаждаться между корпусом клапана и направляющей корпуса клапана, тем самым препятствуя свободному движению корпуса клапана.
Примеры инжекторных форсунок предшествующего уровня техники для впрыска топлива, с помощью которого корпус клапана перемещается вперед вместе с потоком масла, известны, например, из GB 610873 и JP 59-90765.
Разница между инжекторными форсунками для смазки цилиндров и для впрыска топлива, в основном, такова, что существенно отличаются давление, вязкость и дозирование количества. Инжекторная форсунка для смазки цилиндров, таким образом, - по сравнению с инжекторными форсунками для впрыска топлива - доставляет существенно меньшие количества и, по существу, при более низком давлении в сочетании с тем, что масло имеет значительно более высокую вязкость. Эти условия должны быть перенесены в конструкцию, которая является простой и надежной.
На практике при работе с корпусами клапанов в виде игл в игольчатых клапанах, фильтрация частиц в смазочном масле может быть затруднена при размерах, уменьшающихся вплоть до типичного зазора, используемого в игольчатых клапанах, а именно 8-10 мкм или менее. Как правило, централизованные фильтры используются для всей системы смазки, т.к. локальные фильтры цилиндров трудны в монтаже и обслуживании. Как правило, нет никаких проблем с фильтрацией масла локально или централизованно с помощью фильтра, отфильтровывающего частицы размером более 0,01 мм. Практический опыт, обычно, таков, что может быть применен централизованный фильтр с размером ячейки 0,025 мм и более. Такой фильтрации достаточно, чтобы гарантировать, что в отдельных форсунках засорение сопел форсунок не происходит. Для того чтобы предотвратить возможное блокирование или заклинивание в зазоре между корпусом клапана и направляющей корпуса клапана из-за загрязненного масла, требуется большой зазор. Однако это налагает определенные требования на корпус клапана, так как большие зазоры делают такой корпус клапана непригодным в использовании.
В соответствии с настоящим изобретением инжекторные форсунки могут быть использованы для нагнетания смазочного масла в цилиндр в качестве компактной струи или посредством распыления впрыскиваемого масла. Инжекторная форсунка, как правило, приспособлена для работы при давлении в пределах 25 и 70 бар, обычно при давлении 40 бар или выше. Как уже упоминалось выше, давление в форсунках для топлива значительно больше - как правило, 500-1000 бар.
Желательно также, чтобы системы впрыска топлива могли быть сделаны с использованием более простого трубопровода между смазочным устройством и инжекторными форсунками. Это может быть достигнуто, например, путем последовательного соединения форсунок. Тем не менее, традиционные инжекторные форсунки не подходят для такого расположения.
В традиционных инжекторных форсунках, масло под давлением действует в относительно небольшой круговой области, и в то же время используются относительно длинные направляющие клапанов с малым зазором до 0,01 мм. К этому стоит добавить, что качество изготовления седла клапана с учетом ширины и поверхности, существенно влияет на силы, действующие на иглу клапана при заданных условиях давления. Это означает, что давление начала впрыска может быть очень неравномерным. Давление начала впрыска определяет давление, при котором корпус клапана начинает двигаться, и давление начала впрыска в первую очередь зависит от трения и сцепления между корпусом клапана и полостью для клапана.
В инжекторных форсунках предшествующего уровня техники подразумевалось, что сила и, таким образом, давление, необходимое для подъема корпуса клапана, могут сильно изменяться, в зависимости от конкретных инжекторных форсунок, а с течением времени, также и для одной инжекторной форсунки. Это повлекло за собой, что инжекторные форсунки предшествующего уровня техники не были пригодны для последовательного подключения.
Раскрытие изобретение
Объектом настоящего изобретения, тип которого упомянут во введении, является инжектороная форсунка, которая имеет простую техническую конструкцию с блокировкой подачи масла к соплам форсунки, обеспечивая небольшой мертвый объем, который сопротивляется блокировке перемещения корпуса клапана. Кроме того, необходимо отметить, что инжекторная форсунка не имеет седла клапана, таким образом, функции инжекторной форсунки не будут находиться под влиянием поврежденных/изношенных седел клапанов. Наконец, необходимо также отметить применение в системе инжекторных форсунок, подключаемых последовательно.
Соответствие настоящему изобретению достигается с помощью инжекторной форсунки, тип которой упомянут во введении, особенностью которой является то, что корпус клапана образован цилиндрическим стержнем, который имеет круговую проточку в цилиндрической уплотняющей поверхности корпуса клапана, причем круговая проточка расположена на внутреннем конце корпуса клапана, с частями цилиндрической уплотняющей поверхности корпуса клапана на каждой стороне круговой проточки для соединения с соплом форсунки при перемещении вперед корпуса клапана - против направления действия пружины, при этом камера давления штока форсунки образована проточкой камеры давления с диаметром большим, чем расточка седла клапана для образования камеры давления, в которой расположена пружина, причем камера давления через канал подачи масла под давлением соединена с круговой проточкой в корпусе клапана.
В настоящем описании термин "круговая проточка" используется для обозначения кругового выреза в корпусе клапана, но получение выемки путем удаления стружки при точении не является обязательным. Вырез может быть сформирован в корпусе клапана другими способами, например, путем изготовления корпуса клапана из нескольких частей элементов с различными поперечными сечениями.
Так как корпус клапана образован цилиндрическим штоком, плотная посадка расточки седла клапана достигается простым способом, что обеспечивает скольжение корпуса клапана назад и вперед под действием силы давления масла и силы пружины, соответственно. Вместе с расточкой седла клапана круговая расточка в корпусе клапана образует круговую камеру.
Камера давления образована расточкой, которая больше, чем расточка седла клапана таким образом, что корпус клапана и пружина вокруг него находятся в камере давления. Масло под давлением подается из резервуара или насоса, таким образом образуется большая камера, из которой давление распространяется внутрь инжекторной форсунки. Перед пуском пружина будет удерживать корпус клапана у упора. При таком упоре нет необходимости во взаимодействии седла клапана с уплотняющей поверхностью корпуса клапана с целью недопущения проникновения масла в камеру давления, поскольку уплотнение инжекторной форсунки обеспечивается с помощью цилиндрических поверхностей корпуса клапана и расточки седла клапана. Когда достаточно большое давление было достигнуто при пуске для преодоления силы пружины, которая осталась у упора, корпус клапана будет перемещаться вперед. Таким образом, камера давления будет заполнена смазочным маслом и откроется канал подачи масла под давлением. Во время работы камера давления будет заполнена маслом и, таким образом, заполнение необходимо лишь при пуске.
Поскольку канал подачи масла под давлением соединяет камеру давления с круговой проточкой на внутреннем конце корпуса клапана, масло будет проведено в круговую камеру, которая размещается в расточке седла клапана. Круговая проточка может быть выполнена с дном и двумя боковыми стенками, в остальном - с заостренными краями или округлой формы. Важно, что существует четко определенная передняя кромка между круговой проточкой и цилиндрической уплотняющей поверхностью корпуса клапана. Когда передняя кромка круговой проточки приведена в контакт с одним или более сопел форсунки, предусмотренных в стенке штока форсунки на внутреннем конце штока форсунки, масло под давлением может быть впрыснуто непосредственно через сопло форсунки. Поэтому не появляется мертвый объем между маслом под давлением в круговой камере, образованной круговой проточкой и соплом форсунки, за исключением небольшого количества масла, возможно проникнувшего в проточку через стенку штока форсунки, соединяющую камеру, образованную круговой проточкой и устьем сопла форсунки в цилиндре. Когда инжекторная форсунка активирует впрыскивание, максимальное давление, таким образом, образуется еще в самом начале впрыска масла.
Когда дозированное смазочное масло подается через сопло или сопла форсунки, давление внутри корпуса клапана падает. Когда давление становится настолько низким, что пружина больше не может удерживать корпус клапана сзади, корпус клапана будет перемещен назад силой пружины таким образом, что сопло форсунки будет снова заблокировано частью цилиндрической уплотняющей поверхности корпуса клапана, которая находится в передней части круговой проточки, таким образом, что сопло форсунки больше не находится в контакте с круговой проточкой. Корпус клапана будет перемещен назад до упора под действием пружины, действующей на контактную поверхность увеличенной головки.
Ни здесь, ни для корпуса клапана, нет необходимости в перемещении вплотную до упора, т.к. динамический баланс между силами пружины и давлением масла может возникнуть в процессе эксплуатации таким образом, что корпус клапана просто смещается назад и вперед попеременно для приведения круговой проточки в контакт с соплом форсунки и прерывания этого контакта.
При возобновлении подачи масла под давлением в камеру давления, сила, действующая на корпус клапана такова, что он смещается вперед, в то время, как масло под давлением обтекает головку корпуса клапана и течет в камеру, в которой расположена пружина, вокруг корпуса клапана и в канал подачи масла под давлением, и в круговую камеру, образованную круговой проточкой.
Новый впрыск масла затем может происходить, как описано выше.
Канал подачи масла может быть образован различными способами.
В соответствии с первым вариантом реализации сопло форсунки отличается тем, что корпус клапана, имея по меньшей мере одну скошенную сторону, образует вместе с расточкой седла клапана канал подачи масла под давлением.
В соответствии с еще одним вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что шток форсунки имеет по меньшей мере одну расточку, соединяющую камеру давления с круговой проточкой. Канал подачи масла под давлением при этом образован в стенке штока форсунки.
В соответствии с еще одним вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что шток форсунки имеет по меньшей мере один продольный паз в цилиндрической расточке седла клапана, соединяющий камеру давления с круговой проточкой.
Смазочное масло для инжекторной форсунки может быть доставлено смазочным устройством, например, типа, описанного в WO 02/095196 или WO 2008/009291, содержание которых включено в настоящее описание в качестве ссылки. Смазочное масло для инжекторной форсунки подается через штуцеры или им подобные детали, которые связаны с проходом масла под давлением, обеспечивая подачу масла в камеру давления, где сила масла приложена к корпусу клапана для открытия клапана и впрыскивания смазочного масла, когда сила пружины преодолена.
В инжекторной форсунке, отличающейся тем, что канал подачи масла для масла под давлением образуется между скошенной стороной корпуса клапана и расточкой седла клапана, обеспечивается более простая конструкция, чем конструкции, снабженные внутренними расточками в корпусе клапана. Кроме того, подвод масла в образованный таким образом канал подачи не предоставляет никакого риска с точки зрения блокирования свободного передвижения корпуса клапана в расточке корпуса клапана.
Те же преимущества достигаются с помощью других способов изготовления канала подачи масла.
В конкретном варианте реализации настоящего изобретения упором будет являться круговой элемент, имеющий центральное отверстие для протока масла. Круговой элемент будет представлять собой упор для перемещения корпуса клапана под действием пружины при действиях, связанных с давлением масла, результатом чего является сила, которая меньше, чем сила, с которой пружина сжата первоначально. В зависимости от длины упора, предварительное сжатие пружины будет изменяться и, таким образом, также и давление, возникающее между подачами из инжекторной форсунки. Таким образом, давление в масле может быть различным, результатом чего может быть, среди прочего, изменение формы и плотности поставляемого масла, когда оно выходит из сопла форсунки в инжекторной форсунке. Более высокое давление, как правило, обеспечивает лучшее/более тонкое распыление смазочного масла. Предпочтительно, чтобы этот упор был снабжен винтовой резьбой, так что он мог бы ввинчивается в шток форсунки в регулируемом положении.
В соответствии с данным изобретением используются термины "внутренний" и "внешний" конец. Первый относится к концу штока форсунки и корпусу клапана, соответственно, расположенным ближе всего к внутренней части цилиндра, подлежащего смазке, тогда как внешний относится к концу стержня цилиндра и корпусу клапана, соответственно, расположенным дальше всего от внутренней части цилиндра, подлежащего смазке. Термин "вперед" относится к перемещению корпуса клапана по направлению к внутренней части цилиндра.
В соответствии с еще одним вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что шток форсунки также содержит возвратный проход масла для слива возможной утечки масла. Когда инжекторная форсунка на ее внутреннем конце закрыта, образуется полость между штоком клапана и внутренним концом корпуса клапана. Это необходимо для вентиляции этой полости таким образом, чтобы избыточное масло могло быть проведено обратно в смазочное устройство или масляный резервуар через возвратный трубопровод. Такая вентиляция полости в передней части клапанного элемента предпочтительно может быть обеспечена путем разреза, проходящего сквозь клапанный элемент.
В соответствии с еще одним вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что расточка седла клапана открыта на конце, так что возможную утечку масла можно слить с помощью открытого конца. В этом варианте реализации открытый конец инжекторной форсунки откроется внутрь цилиндра. В таком случае возможная утечка масла не должна быть возвращена. Утечка масла может быть слита внутрь цилиндра и в таком случае способствовать смазке цилиндра. Этот вариант особенно выгоден, поскольку инжекторная форсунка может быть выполнена без необходимости в обратном трубопроводе. Это обеспечивает более простую техническую конструкцию с меньшим количеством деталей и менее усложненной обработкой, чем в закрытой инжекторной форсунке.
В соответствии с еще одним вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что корпус клапана имеет две противоположные скошенные стороны. По этому варианту реализации вдоль корпуса клапана выполнены два отдельных канала подачи масла под давлением. Подобным образом может быть достигнуто очень быстрое и равномерное распределение масла в камере, образованной круговой проточкой. В качестве альтернативы, корпус клапана может быть снабжен множеством скошенных сторон.
В соответствии с дополнительным вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что скошенные стороны корпуса клапана продолжаются внутрь клапанной камеры, в которой расположена пружина. По этому варианту обеспечивается, что канал подачи масла под давлением, образованный скошенными сторонами, предусматривает определенную связь с камерой, в которой расположена пружина, так, что масло под давлением может быть проведено с уверенностью через камеру с пружиной и внутрь каналов вдоль корпуса клапана.
В соответствии с еще одним дополнительным вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что контактная поверхность корпуса клапана является плоской или сферической. Контактная поверхность корпуса клапана может иметь различную форму. Однако предпочтительно, чтобы контактная поверхность являлась бы плоской или сферической, и взаимодействовала с соответствующим седлом клапана. При указанных формах контактной поверхности и седла клапана риск блокировки будет минимальным, так что надежность эксплуатации инжекторной форсунки является оптимальной.
В соответствии с еще одним дополнительным вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что предусмотрен упор для ограничения перемещения корпуса клапана. Предоставляя упор для ограничения перемещения корпуса клапана, можно будет выполнить более точную установку дозирования поступлений от каждого впрыскивания. Также может быть предусмотрен упор для ограничения перемещения корпуса клапана вперед под действием давления масла, так же, как и может быть предусмотрен упор для ограничения перемещения корпуса клапана назад под действием силы пружины.
В соответствии с еще одним дополнительным вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что имеется гайка для предварительной нагрузки пружины. При обеспечении возможности переменной предварительной нагрузки пружины можно будет приспосабливать инжекторную форсунку к различным давлениям открытия. Таким образом, возможно достижение точного управления давлением впрыска масла, при котором инжекторная форсунка эксплуатируется.
В соответствии с еще одним дополнительным вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что предусмотрено множество сопел форсунки, которые предпочтительно расположены с различной ориентацией по отношению к центральной оси штока форсунки. Предусматривая инжекторную форсунку с несколькими, различно ориентированными соплами форсунки, можно будет впрыскивать смазочное масло так, что оно будет более равномерно распределяться и покрывать круговую область на стенке цилиндра, а также обеспечивать регулировку высоты этой круговой области.
В соответствии с еще одним дополнительным вариантом реализации инжекторная форсунка отличается тем, что сопла форсунки имеют различную форму. Изменяя форму сопел форсунки можно регулировать степень нанесения масла на стенки цилиндра. Таким образом, можно работать с большим или меньшим количеством сопел форсунки так, что тем самым становится возможным воздействие на расстояние между устьем сопла и областью на стенке цилиндра, охватываемой впрыскиваемым маслом.
В соответствии с еще одним дополнительным вариантом реализации в соответствии с изобретением описано применение инжекторной форсунки в системе, предназначенной для впрыскивания смазочного масла в цилиндры крупных двигателей, и оснащение инжекторными форсунками, которые вмонтированы в стенки цилиндра, смазочного устройства с по меньшей мере одним насосным агрегатом, соединительными трубками для соединения смазочного устройства с инжекторными форсунками. Это применение отличается тем, что форсунки соединены последовательно и снабжаются смазочным маслом от одного насосного агрегата.
Эта система реализуема, как только конструкция инжекторных форсунок обеспечит более равномерное распределение смазочного масла, при соединении источника дозирования в виде насосного агрегата с множеством инжекторных форсунок. Это связано с тем, что давление подачи смазочного масла влияет на основную область так, что сила перемещения корпуса клапана вперед становится значительно больше (по сравнению с традиционной инжекторной форсункой с направляющей и седлом клапана). Таким образом обеспечивается одновременное движение корпусов клапанов при последовательно соединенных инжекторных форсунках.
Трубопроводы могут быть значительно упрощены при последовательном соединении инжекторных форсунок и их питании от того же насосного агрегата в смазочном устройстве.
В соответствии с изобретением у инжекторной форсунки сила - и, тем самым, давление, - необходимые для подъема всех корпусов клапанов, будут очень равномерными из-за малого мертвого объема и конструкции, не содержащей никакого седла клапана и направляющей клапана. Окончательно, к преимуществам настоящего изобретения, можно сказать, относятся:
- упрощенная конструкция инжекторной форсунки;
- упрощенные требования к техническому обслуживанию;
- надежная и гибкая инжекторная форсунка;
- более равномерное распыление;
- более равномерное давление начала впрыска у отдельных инжекторных форсунок, которые по причине последовательного присоединения нескольких инжекторных форсунок к источнику дозирования, в результате дают более однородную дозировку для отдельных инжекторных форсунок;
- возможность оптимизации давления впрыска;
- возможность индивидуальной регулировки инжекторных форсунок при использовании множества инжекторных форсунок с помощью индивидуальных упоров в отдельных инжекторных форсунках в системе;
- устранение мертвого объема между соплом форсунки и запирающим элементом инжекторной форсунки с минимальным риском блокирования свободного перемещения корпуса клапана; и
- устранение типичных обременяющих компонентов для разбрызгивающих/струйных инжекторов, так как инжекторная форсунка не имеет седла клапана, который подвержен износу или повреждениям.
Краткое описание чертежей
Более детальное объяснение изобретения будет приведено ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы.
На фиг. 1 показан первый вариант реализации инжекторной форсунки в соответствии с изобретением, содержащей шток форсунки с расточкой седла клапана и перемещаемый там корпус клапана, при этом смазочное масло проводится в круговую проточку в корпусе клапана через каналы, образованные скошенными сторонами корпуса клапана, причем возможная утечка масла проводится внутрь цилиндра;
на фиг. 2 - деталь инжекторной форсунки, показанной на фиг. 1, где акцент делается на переднюю часть инжекторной форсунки;
на фиг. 3 - альтернативный вариант реализации инжекторной форсунки, где смазочное масло проводится в круговую проточку через каналы штока форсунки;
на фиг. 4 - альтернативный вариант реализации инжекторной форсунки, где смазочное масло проводится в круговую проточку через вырезы в расточке седла форсунки;
на фиг. 5 - второй вариант реализации инжекторной форсунки в соответствии с изобретением, где возможная утечка масла возвращается в масляный резервуар;
на фиг. 6 - частичное сечение инжекторной форсунки с регулируемым упором для корпуса клапана;
на фиг. 7-9 - схематические виды инжекторной форсунки в соответствии с изобретением.
на фиг. 10 - кривая, иллюстрирующая условия давления в форсунке в соответствии с изобретением;
на фиг. 11 - схематический вид системы смазки маслом, в которой используются инжекторные форсунки в соответствии с изобретением, соединенные параллельно; и
на фиг. 12 - вид, соответствующий фиг. 11, но иллюстрирующий систему смазки маслом при последовательном соединении инжекторных форсунок.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан вариант реализации инжекторной форсунки, где возможная утечка масла отводится в цилиндр. Инжекторная форсунка содержит шток форсунки, разделенный на внутреннюю часть 1, которая содержит корпус 3 клапана, и наружную часть, проходящую через стенку 102 цилиндра (см. фиг. 11) и образованную внутренней трубкой 5 и наружной трубкой 6. В качестве альтернативы, шток форсунки может быть выполнен в виде единой детали.
На фиг. 1 показаны следующие компоненты:
101 - инжекторная форсунка
1 - шток форсунки
2 - пружина
3 - корпус клапана
3а, 3b - цилиндрическая уплотняющая поверхность на корпусе клапана
4 - упор для корпуса клапана
4а - проход через упор 4
5 - внутренняя трубка
6 - наружная трубка
7 - монтажный фланец
8 - фланец подачи масла
9 - винты для крепления фланца подачи масла
10 - резьбовое отверстие для штуцера подачи масла
11 - головка корпуса 3 клапана
20 - скошенные стороны корпуса клапана для формирования канала подачи масла под давлением
21 - расточка седла клапана, взаимодействующая с уплотняющими поверхностями 3а, 3b корпуса клапана
20а - каналы подачи масла под давлением, образованные скошенными сторонами 20 и расточкой 21 седла клапана
22 - полость для внутреннего конца корпуса клапана, совершающего возвратно-поступательные движения
22а - отверстие, соединяющее полость и цилиндр
23 - круговая проточка для снабжения маслом
24 - край/переход между уплотняющей поверхностью и круговой проточкой
25 - сопло форсунки
26 - канал для подачи смазочного масла в камеру давления
27 - камера давления
28 - круговая камера, образованная круговой проточкой 23 и расточкой 21 седла клапана
29 - один или несколько разбрызгивателей/струй (через одно или более сопел форсунок)
Инжекторная форсунка 101 работает на той дозе смазочного масла под давлением, которое подается через штуцер 10 и далее вниз в канал 26 и камеру 27 давления. Возрастание давления происходит в канале 26 и в камере 27 давления, поскольку расточка 21 седла клапана действует как уплотняющая поверхность, взаимодействующая с уплотняющими поверхностями 3а и 3b корпуса клапана. Перемещение корпуса 3 клапана имеет место только тогда, когда давление смазочного масла оказывает усилие, достаточно большое для преодоления силы пружины 2. При этом головка 11 покидает упор 4 так, что масло поступает в камеру 27 давления. Масло также течет через каналы 20а подачи масла под давлением.
Взаимодействие между уплотняющими поверхностями и расточкой седла клапана гарантирует, что масло под давлением может быть выведено через сопло 25 форсунки, когда корпус 3 клапана прижимается до тех пор вправо на фиг. 1, что передний край 24 круговой проточки 23 проходит в сопло 25 форсунки, так что образуется связь между круговой камерой 28 и соплом 25 форсунки.
После первого заполнения маслом канала 26, камеры 27 давления и канала 20а подачи масла под давлением устанавливаются такие условия давления, что головка 11 не перемещается так далеко назад, чтобы достичь контакта с упором в промежутках между последовательными впрыскиваниями масла.
На фиг. 2 изображена передняя часть инжекторной форсунки 101, показанной на фиг. 1. В этом варианте реализации возможная утечка масла будет проводиться в цилиндр сама, так как смазочное масло под давлением имеет возможность прохождения мимо уплотняющей поверхности 3b в полость 22 и вытекания из отверстия 22а.
Функционирование осуществляется следующим образом:
a) Смазочное масло под давлением подводится к каналу 26 с помощью штуцера 10.
b) Смазочное масло проводится через проход 4а в упоре 4 и поступает в камеру 27 давления за пружиной 2. Масло под давлением проводится с помощью двух каналов 20а подачи масла под давлением вниз в круговую камеру 28.
c) Масло под давлением действует на активный участок корпуса 3 клапана, который является разностью между наибольшей площадью корпуса клапана и основной областью корпуса клапана. Основная область определяется диаметром круговой проточки 23.
d) Когда сила, достигнутая давлением смазочного масла достаточно велика, чтобы преодолеть силу пружины 2, корпус 3 клапана прижат вправо.
e) Когда корпус 3 клапана смещается достаточно вправо так, что передний край 24 круговой проточки 23 оказывается совмещенным с соплом 25 форсунки, масло под давлением может быть свободно доставлено через сопло форсунки. Никакой мертвый объем не появится между круговой камерой и соплом форсунки. Давление в круговой камере 28, таким образом, будет поддерживаться смазочным маслом, когда последнее поступает через сопло 25 форсунки.
Инжекторная форсунка, как правило, снабжается маслом под давлением 30-70 бар, которое является также давлением, при котором клапан открыт.Давление открытия этой инжекторной форсунки определяется сжатием пружины 2. По этому варианту реализации это сжатие пружины 2 не регулируется, но задается характеристиками пружины и геометрией упора 4 и штока 1 форсунки. Эти два элемента определяют, насколько большая сила необходима для сжатия пружины 2 в степени, достаточной для открытия смазочному маслу прохода из круговой камеры 28 к соплу 25 форсунки.
Каждая инжекторная форсунка 101 может иметь два или более сопел 25 форсунки.
На фиг. 3 представлен вид, соответствующий фиг. 2, но иллюстрирующий второй вариант реализации инжекторной форсунки 101а. Этот вариант реализации отличается от описанного выше другой конструкцией каналов 62 подачи масла под давлением. Смазочное масло под давлением подается в круговую камеру 28 из камеры 27 давления вокруг корпуса 67 клапана и пружины 2 через каналы 62 подачи масла под давлением, образованные проточкой в стенке штока форсунки. Таким образом, можно пренебречь скосами 20 в корпусе 3 клапана. По данному варианту, головка 11а корпуса 3 клапана имеет цилиндрическую форму с плоской торцевой поверхностью для контакта с упором 4 (не показан на фиг. 3).
Другие элементы и функции такие же, как описано для инжекторной форсунки, показанной на фиг. 1 и 2.
На фиг. 4 представлен вид, соответствующий фиг. 2, но иллюстрирующий третий вариант реализации инжекторной форсунки 101b. Этот вариант реализации отличается от приведенного выше описания иной конструкцией каналов 66 подачи масла под давлением, которые в данном случае образованы штоком 1 форсунки в цилиндрической расточке 21 седла клапана, имеющем по меньшей мере одну продольную канавку 67, которая вместе с цилиндрической уплотняющей поверхностью За корпуса клапана формирует каналы 66 подачи масла под давлением, соединяющие камеру 27 давления с круговой камерой 28.
На фиг. 5 показан четвертый вариант реализации инжекторной форсунки 101с. В этом варианте реализации доза смазочного масла под давлением подается через штуцер 10 в канал 26 и в камеру 27 давления. Корпус 3 клапана испытывает давление по направлению к соплу форсунки, когда сила давления масла достаточно велика, чтобы преодолеть силу пружины 2. Эта часть инжекторной форсунки работает таким же образом, как и инжекторная форсунка, показанная на фиг. 1а и 1b.
Отличие от первого варианта реализации заключается в том, что эта инжекторная форсунка не отводит возможную утечку масла от уплотняющей поверхности 21 внутрь цилиндра, а собирает эту утечку масла в полость 45, образованную в передней части корпуса 3 клапана и закрытую на конце. Утечка масла отводится из полости 45 посредством корпуса 41 клапана через отверстие 44 и через каналы 43 и 42. Отсюда, масло выводится через один или несколько каналов 40 наружу по бокам штока 1 форсунки. Полости/каналы 39 и 38 обеспечивают отвод утечки масла в головку инжекторной форсунки. Масло отводится из канала 38 в полость 36 и через проход 37 в круговую. проточку/полость 35 вокруг внутреннего разделяющего элемента 46 (разделяющего масло под давлением и масло утечки). С этого момента масло проводится через проход 34 во внешнем разделяющем элементе 47 к сливному штуцеру 31 для масла утечки через каналы 33 и 32.
На фиг. 6 показан пятый вариант реализации инжекторной форсунки 101d. В этом варианте реализации давление открытия для инжекторной форсунки является регулируемым. Шток 1 форсунки и упор 4 разработаны в соответствии с тем же принципом, что и соответствующие элементы в вариантах реализации с "фиксированным" и заданным давлением открытия. Но в этом варианте реализации сжатие пружины 2 может плавно регулироваться, для чего корпус 51 клапана имеет резьбовое соединение 51а на одном конце. Регулировочная гайка 50 может быть накручена на эту резьбу. Сжатие пружины, таким образом, может изменяться, регулируя/поворачивая регулировочную гайку 50. Таким образом, достигается вариант реализации, приводящий к единообразию в сжатии пружины без необходимости применения очень жестких допусков (менее 5/100 мм) для используемых компонентов. В то же время, этот вариант реализации имеет также то преимущество, что нет необходимости в пружине для удовлетворения очень строгих требований.
На фиг. 7, 8 и 9 показаны наиболее важные рабочие положения инжекторной. форсунки.
На фиг. 9 показана инжекторная форсунка со смазочным маслом 52 в условиях отсутствия давления. Корпус 3 клапана отведен наиболее далеко от сопла 25 форсунки под действием силы пружины 2. В этом положении уплотняющая поверхность 23 не находится в контакте с соплом 25 форсунки. Корпус 3 клапана в этом положении опирается на упор 4.
На фиг. 8 показана форсунка со смазочным маслом 52 под давлением, но в положении покоя, в котором она остается, пока давление смазочного масла не достигнет величины, которая может преодолеть силу пружины. В этом положении передний край 24 круговой проточки 23 расположен так, что нет прохода между соплом 25 форсунки и круговой камерой 28. Смазочное масло неподвижно. Тем не менее, незначительная утечка может произойти через уплотняющую поверхность 21.
На фиг. 7 показана инжекторная форсунка со смазочным маслом 52 под давлением, где давление в смазочном масле соответствует уровню преодоления силы сжатия пружины. В этом положении смазочное масло под давлением вытекает из кольцевой камеры 28 наружу через сопло 25 форсунки. Существует лишь незначительный риск утечки в этом положении, поскольку масло в основном проходит через сопло 25 форсунки. С этого момента смазочное масло может быть доставлено либо в распыленном виде, либо в виде струи, в зависимости от геометрии форсунки, вязкости, условий потока, давления и т.д.
На фиг. 10 изображена кривая, показывающая пример того, как давление смазочного масла изменяется во время впрыскивания инжекторной форсункой в соответствии с настоящим изобретением. На фигуре есть область HP, называемая "удержание давления". Это соответствует позиции инжекторной форсунки на фиг.8, где масло находится под давлением, но нет поступления смазочного масла через сопло 25 форсунки. При этом можно видеть, что существует определенная утечка смазочного масла до тех пор, пока не произойдет дозирование порции смазочного масла под давлением при открытии для доставки смазочного масла под давлением через сопло форсунки. Таким образом, в зависимости от конструкции инжекторной форсунки, может происходить небольшая и несущественная утечка смазочного масла, которая может вызвать потерю давления между последовательными активациями и, следовательно, снижение давления между активациями. Это можно видеть на кривой при появлении роста давления от примерно 40 бар до 52 бар. Эта часть кривой давления соответствует позиции инжекторной форсунки на фиг. 7, где смазочное масло под давлением поступает непосредственно через сопло 25 форсунки.
На фиг. 11 показана традиционная система с несколькими клапанами 101, соединенными параллельно, и расположенными в стенке 102 цилиндра. Инжекторные форсунки 101 смонтированы в монтажных отверстиях 127, которые в этом варианте реализации ориентированы в стенке цилиндра радиально.
Инжекторные форсунки 101 с помощью гидравлических труб или через гибкие масляные шланги 103, соединены со смазочным аппаратом 104, который содержит отдельные насосные агрегаты для соответствующих инжекторных форсунок 101 и соединен с масляным баком 105.
На одном конце каждая инжекторная форсунка 101 имеет сопло 106 форсунки, расположенное в стенке цилиндра сразу же у внутренней поверхности стенки 102 цилиндра. Через сопло 106 форсунки масло распыляется/подается струей, когда давление в масляной трубе 103 достигает предопределенного уровня.
Относительно частей, предусмотренных вне стенки 102 цилиндра, инжекторные форсунки соединены гидравлическими трубами или гибкими возвратными шлангами/трубами 107 для масла, которое должно быть возвращено в масляный бак 105.
Инжекторные форсунки выпускают масляный туман или впрыскиваемую струю 108 поперек стержня клапана, покрывая площадь 109 стенки цилиндра, на которую направлен масляный туман/подается масло.
Различные насосные устройства могут быть применены в качестве смазочного устройства 104, возможно, с использованием обычных смазочных устройств, питающихся от цепного привода мотора, или гидравлических смазочных устройств, которые управляются электрически. Насосные агрегаты смазочного устройства предназначены для дозирования и создания давления таким образом, что давление масла преодолевает силу пружины, встроенной в инжекторную форсунку.
На фиг. 11 показан вариант реализации, где каждая инжекторная форсунка 101 снабжается через свою масляную трубу 103 с помощью отдельных насосных агрегатов в смазочном устройстве 104. Такое смазочное устройство 104 будет иметь несколько насосных агрегатов, каждый из которых питает одну инжекторную форсунку 101; при этом в крупных двигателях обычно имеется система, в которой инжекторные форсунки в цилиндре при смазывании используют одно смазочное устройство 104.
На фиг. 12 показана система смазки маслом с помощью нескольких последовательно соединенных инжекторных форсунок 101, установленных в стенке 102 цилиндра. В этой системе инжекторные форсунки 101 соединены последовательно и питаются одним насосным агрегатом из смазочного устройства 104', благодаря чему система трубопроводов заметно упрощается. Тем самым только одна масляная труба 103' используется для подачи масла инжекторным форсункам 101. Как и в случае системы, показанной на фиг. 11, инжекторные форсунки 101 соединены с помощью гидравлических труб или гибких возвратных шлангов/труб 107 для масла, которое должно быть возвращено в масляный бак 105.
В этой системе необходимо, чтобы давление подачи было тщательно установлено как идентичное для соединенных инжекторных форсунок 101, так как в противном случае, поставляемые количества могут отличаться слишком сильно. Другие условия также сильно влияют на изменение порций поставок (расположение труб, длина трубы, и т.д.), хотя давление поставки является наиболее важным условием.
Инжекторные форсунки не имеют никаких седел клапана, в смысле таких, какие известны из традиционных инжекторных форсунок, которые могут изменить характерные черты с течением времени из-за влияния износа/грязи/и т.д. Это параметры, которые будут влиять на условия открытия клапана инжекторной форсунки. Это означает, что инжекторная форсунка, в соответствии с настоящим изобретением, будет обеспечивать более равномерный, функционально надежный, безотказный и непрерывный (по времени) впрыск порций.