УСТРОЙСТВО ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА
FUEL INJECTION DEVICE

Настоящее изобретение относится к устройству впрыскивания топлива для имеющего по меньшей мере два впускных клапана двигателя внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Известное устройство впрыскивания топлива для ДВС с двумя впускными клапанами, каждый из которых относится соответственно к одному из двух цилиндров (DE 3808396 А1), имеет топливную форсунку с двумя распылительными отверстиями, оси которых образуют между собой острый угол, в результате чего при дозировании топлива оно распыляется двумя выходящими в разных направлениях струями. Топливо впрыскивается форсункой во впускной газопровод, по которому воздух, необходимый для сгорания топлива, подводится к впускным клапанам и который на конце V-образно разветвляется на сдвоенную трубу. Каждая ветвь такой сдвоенной трубы присоединена к одному из выполненных в головке блока цилиндров впускному каналу, который на своем конце перекрыт одним из обоих впускных клапанов. Топливная форсунка вставлена в расположенную напротив сдвоенной трубы стенку впускного газопровода в положении, в котором оси распылительных отверстий примерно совпадают с осями отдельных ветвей сдвоенной трубы, в результате чего струи топлива впрыскиваются в направлении ветвей сдвоенной трубы в объем проходящего по впускному газопроводу воздуха.
В другом, также известном устройстве впрыскивания топлива для ДВС с двумя впускными клапанами на каждый его цилиндр (DE 10108541 А1) топливная форсунка вставлена в головку блока цилиндров. Головка блока цилиндров имеет подсоединенный к впускному газопроводу впускной канал, который имеет два впускных отверстия, которые разделены проходящей в нем к образованной в цилиндре камере сгорания перегородкой. Открытием и закрытием каждого впускного отверстия управляет один из впускных клапанов. Топливная форсунка вставлена в выполненное в головке блока цилиндров отверстие, ось которого образует с осью впускного канала острый угол и которое оканчивается во впускном канале. Топливная форсунка вставлена при этом в отверстие в головке блока цилиндров таким образом, что распылительное отверстие топливной форсунки расположено с отступом от проходящей во впускном канале перегородки, а струя впрыскиваемого топлива с большим углом ее расширения симметрично направлена на перегородку. При открытии топливной форсунки топливо впрыскивается в смесительный объем впускного канала перед перегородкой, откуда при открытии впускных клапанов топливовоздушная смесь всасывается в камеру сгорания в соответствующем цилиндре.
Объектом изобретения является устройство впрыскивания топлива для имеющего по меньшей мере два впускных клапана ДВС, имеющее воздушный тракт, предназначенный для подвода воздуха, необходимого для сгорания топлива, к впускным клапанам и имеющий по меньшей мере с одного конца два отдельных друг от друга проточных канала, каждый из которых ведет соответственно к одному из впускных клапанов, а также имеющее топливную форсунку для впрыскивания топлива двумя расходящимися под углом друг к другу струями, каждая из которых направлена соответственно в сторону одного из впускных клапанов. В предлагаемом устройстве обе струи впрыскиваемого топлива пропускаются по отдельным распылительным каналам, выходное отверстие каждого из которых расположено соответственно в одном из проточных каналов.
Преимущество предлагаемого в изобретении устройства впрыскивания топлива состоит в том, что благодаря пропусканию обеих струй впрыскиваемого топливной форсункой топлива по отдельным распылительным каналам непосредственно в отдельные проточные каналы топливо оказывается перед впускными клапанами с исключением пневматического соединения между ведущими к впускным клапанам проточными каналами. Благодаря этому, с одной стороны, обеспечивается точное и равномерное распределение топлива по обоим впускным клапанам и обоим управляемым ими цилиндрам, а с другой стороны, устраняется причина, которой у известных устройств впрыскивания топлива с единственной топливной форсункой для двух впускных клапанов обусловлено неравномерное распределение воздуха и топлива по обоим цилиндрам, а именно: перекрестное влияние воздуха между проточными каналами из-за колебаний воздушных столбов в обоих проточных каналах. Каждая струя топлива впрыскивается в отдельный, герметично отделенный от другого проточного канала проточный канал, благодаря чему создаются такие же условия истечения и впрыскивания, которые характерны для систем, в которых используется по одной топливной форсунке на один впускной клапан. Тем самым несмотря на удешевление конструкции за счет использования только одной топливной форсунки для двух цилиндров многоцилиндрового ДВС достигаются столь же плавная его работа и столь же низкий выброс им вредных веществ с отработавшими газами.
Различные предпочтительные варианты выполнения заявленного устройства впрыскивания топлива приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В одном из таких предпочтительных вариантов осуществления изобретения оба распылительных канала своими обращенными от выходных отверстий концами объединяются в посадочном гнезде для топливной форсунки. Такое посадочное гнездо может иметь посадочную полость под вставляемую в нее топливную форсунку и расположенную за посадочной полостью выходную полость для впрыскиваемого топлива, на дне которой предусмотрены совмещенные с распылительными каналами отверстия.
В одном варианте осуществления изобретения воздушный тракт имеет впускной модуль с двумя отдельными друг от друга впускными каналами, каждый из которых образует по участку одного из проточных каналов и в стенке которых при этом расположены ведущие в проточные каналы выходные отверстия распылительных каналов. При этом распылительные каналы и посадочное гнездо могут быть выполнены во впускном модуле с посадочным отверстием под вставляемую в него топливную форсунку.
В другом варианте осуществления изобретения посадочное гнездо и распылительные каналы выполнены в переходнике, имеющем посадочное отверстие под вставляемую в него топливную форсунку и установленном в воздушном тракте таким образом, что его торцевая поверхность, на которой расположены выходные отверстия распылительных каналов, прилегает по центру к узкой стороне разделяющей оба проточных канала перегородки, а посадочное гнездо доступно вне пределов воздушного тракта. Использование подобного переходника позволяет соблюсти различные требования, предъявляемые раздельно к точности и допускам по месту установки топливной форсунки, и благодаря этому оптимизировать технологию, а также снизить издержки.
Проточные каналы могут быть образованы выполненными в головке блока цилиндров ДВС впускными каналами, каждый из которых ведет соответственно к одному из впускных клапанов, а переходник может быть вставлен в выполненное в головке блока цилиндров отверстие, оканчивающееся в обоих впускных каналах.
Воздушный тракт может иметь впускной модуль с впускными каналами, каждый из которых образует по участку одного из проточных каналов, а переходник может быть вставлен в выполненное во впускном модуле отверстие, оканчивающееся в обоих впускных каналах во впускном модуле.
Переходник, который по месту его установки утоплен до упора в торцевой край того участка перегородки, который открыто расположен из-за наличия такого места установки адаптера и которая разделяет между собой оба проточных канала, после установки восстанавливает полное пневматическое разделение обоих проточных каналов и минимизирует утечку воздуха между ними. Переходник, который в предпочтительном варианте выполнен цилиндрическим, изготавливается из пластмассы или металла и может вставляться в соответственно подготовленное отверстие во впускном газопроводе или же в отверстие в головке блока цилиндров.
Оба проточных капала могут объединяться между собой по ходу потока перед выходными отверстиями обоих распылительных каналов, а по ходу потока перед местом объединения проточных каналов может быть расположен регулирующий количество впускаемого воздуха орган, предпочтительно дроссельная заслонка.
Каждый впускной клапан может относиться к отдельному цилиндру многоцилиндрового ДВС.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию схематичные чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - вид в продольном разрезе одного из двух цилиндров ДВС с общей для обоих цилиндров головкой их блока и топливной форсункой, а также переходником для ее установки,
на фиг.2 - фрагментарный вид в разрезе плоскостью II-II по фиг.1,
на фиг.3 - вид в плане изображенного на фиг.2 переходника при удаленной топливной форсунке,
на фиг.4 - вид в разрезе переходника плоскостью IV-IV по фиг.3,
на фиг.5 - вид снизу переходника по стрелке V, изображенной на фиг.4,
на фиг.6 - фрагментарный вид в продольном разрезе присоединенного к головке блока цилиндров ДВС впускного модуля с топливной форсункой для двух цилиндров ДВС и
на фиг.7 - вид в аксонометрии изображенного на фиг.6 впускного модуля с топливной форсункой в реальном исполнении.
Представленный в настоящем описании в качестве примера многоцилиндровый ДВС для автомобиля имеет по меньшей мере два цилиндра 11, из которых на фиг.1 фрагментарно в продольном разрезе показан один из них. Каждый цилиндр 11 имеет полый цилиндрический корпус 12 и закрывающую его с торцевой стороны головку 13, которая при этом является общей для обоих цилиндров 11. В каждом корпусе 12 цилиндра с возможностью осевого возвратно-поступательного движения в нем установлено по поршню 14, который через не показанный на чертеже шатун шарнирно соединен с также не показанным на чертеже коленчатым валом. Поршень 14 совместно с головкой 13 блока цилиндров ограничивает в каждом цилиндре 11 камеру 15 сгорания, в которую выступает устройство 16 воспламенения рабочей смеси, например, свеча зажигания. В головке 13 блока цилиндров для каждого цилиндра 11 выполнен впускной канал 17 и выпускной канал 18, каждый из которых оканчивается в камере 15 сгорания, образованной в соответствующем цилиндре 11. Впускной канал 17 и выпускной канал 18 перекрыты соответственно управляемым впускным клапаном 19 и управляемым выпускным клапаном 20, которые в зависимости от величины хода своего запорного элемента открывают большее или меньшее проходное сечение впускного канала 17, соответственно выпускного канала 18, ведущее в камеру 15 сгорания. По два впускных канала 17 обоих расположенных рядом друг с другом цилиндров 11 соединены с впускным коллектором 21, в котором расположен регулирующий количество впускаемого воздуха орган 22, например, дроссельная заслонка, положением которой определяется расход или количество поступающего в оба впускных канала 17 воздуха. Как следует из приведенного на фиг.2 вида в разрезе, оба впускных канала 17 образуют два полностью отдельных друг от друга на участке от впускных клапанов 19 до места присоединения впускного коллектора 21 проточных канала 24 для впускаемого через впускной коллектор 21 воздуха, необходимого для сгорания топлива. Выпускные каналы 18 цилиндров 11 соединены с выпускным коллектором 23.
Устройство впрыскивания топлива, предназначенное для его дозированной подачи в цилиндры ДВС, имеет одну общую для впрыскивания топлива в два цилиндра 11 топливную форсунку 25, которая впрыскивает топливо двумя расходящимися под углом друг к другу струями 26. Подобные топливные форсунки 25 известны и описаны, например, в DE 3808396 А1 или DE 4420063 А1. В показанном на фиг.1 варианте топливная форсунка 25 непосредственно вставлена в головку 13 блока цилиндров. Для сохранения полного разделения между собой впускных каналов 17 обоих цилиндров 11 при впрыскивании топлива и во избежание утечек воздуха между впускными каналами 17 обе струи 26 впрыскиваемого топлива пропускаются, как это схематично показано на фиг.2, по отдельным распылительным каналам 27, каждый из которых оканчивается соответственно в одном из впускных каналов 17. На своих обращенных от выходных отверстий 271 концах оба распылительных канала 27 объединяются в посадочном гнезде 28, в которое вставлена топливная форсунка 25. Посадочное гнездо 28 имеет открытую наружу посадочную полость 281 для топливной форсунки 25 и примыкающую к этой посадочной полости выходную полость 282 для впрыскиваемого топлива, на дне которой предусмотрены совмещенные с распылительными каналами 27 отверстия 272. Эти отверстия 272 расположены таким образом, что струи 26 топлива, впрыскиваемого через распылительные отверстия топливной форсунки 25, непосредственно попадают в распылительные каналы 27. Распылительные каналы 27 конически расширяются от отверстий 272 к своим выходным отверстиям 271.
В показанном на фиг.1 и 2 варианте распылительные каналы 27 и посадочное гнездо 28 вместе с его посадочной полостью 281 и выходной полостью 282 выполнены в переходнике, который с геометрическим замыканием вставлен в соответствующее отверстие 29 в головке 13 блока цилиндров. Отверстие 29 в головке 13 блока цилиндров доступно снаружи нее для установки переходника 30 и оканчивается в обоих впускных каналах 17, образуя при этом поперечное соединение между ними обоими. Переходник 30 после его установки с геометрическим замыканием в отверстие 29 в головке блока цилиндров своей торцевой поверхностью упирается в зоне этого отверстия в верхнюю сторону имеющейся между обоими впускными каналами 17 в головке 13 блока цилиндров перегородке 31 и восстанавливает тем самым нарушенное отверстием 29 в головке блока цилиндров пневматическое разделение между обоими впускными каналами 17. Показанный на фиг.3, 4 и 5 в виде в плане, в продольном разрезе и в виде снизу цилиндрический переходник 30 изготовлен из металла или пластмассы.
В показанном на фиг.6 и 7 варианте топливная форсунка 25 устройства впрыскивания топлива расположена не в головке 13 блока цилиндров, а на впускном модуле 32, который присоединен к головке 13 блока цилиндров вместо показанного на фиг.1 впускного коллектора 21 и который при этом в свою очередь перекрывает отверстия обоих впускных каналов 17 в головке 13 блока цилиндров. Впускной модуль 32, который на фиг.6 показан схематично в продольном разрезе, а на фиг.7 показан в аксонометрии в реальном исполнении, имеет два отдельных друг от друга впускных канала 33. После пристыковывания впускного модуля 32 к головке 13 блока цилиндров и закрепления на ней крепежным фланцем 34, предусмотренным на нижнем по ходу потока конце впускного модуля 32, каждый впускной канал 33 оказывается расположен соосно соответственно одному из обоих впускных каналов 17 в головке 13 блока цилиндров. При этом на участке от верхнего по ходу потока конца впускного модуля 32 до впускных клапанов 19 образуются полностью отдельные друг от друга проточные каналы 24. Аналогично показанному на фиг.1 и 2 варианту обе выходящие из топливной форсунки 25 струи 26 впрыскиваемого топлива и в этом случае поступают в отдельные распылительные каналы 27, выходные отверстия 271 которых в проточных каналах 24 расположены в данном случае в стенке каждого впускного канала 33. Впускные каналы 33 таким же образом, что и в описанном выше варианте, сходятся в посадочном гнезде 28, при этом распылительные каналы 27 и посадочное гнездо 28 интегрированы во впускной модуль 32. В посадочном гнезде 28 также выполнены посадочная полость 281 для топливной форсунки 25 и выходная полость 282 для впрыскиваемого топлива с расположенными в ее дне входными отверстиями 272 распылительных каналов 27. Принцип действия подобного устройства впрыскивания топлива идентичен принципу действия описанного выше со ссылкой на фиг.1 устройства впрыскивания топлива.
К верхнему по ходу потока концу впускного модуля 32 может быть также присоединен впускной коллектор, в котором объединяются оба проточных канала 24 и в котором расположен регулирующий количество впускаемого воздуха орган 22.
Очевидно, что вместо интегрирования посадочного гнезда 28 и впускных каналов 27 во впускной модуль 32 в его стенке можно предусмотреть отверстие, в которое вставляется переходник 30 показанного на фиг.3-5 исполнения. Такое отверстие в этом случае выполнено аналогично отверстию 29 в головке 13 блока цилиндров, показанному на фиг.1 и 2, а переходник 30 аналогичным образом вставлен в это отверстие до упора в перегородку 31, разделяющую оба впускных канала 33, в каждом из которых тем самым расположено по одному из выходных отверстий 271 распылительных каналов.