УСТРОЙСТВО ВПРЫСКА ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DEVICE FOR FUEL INJECTION TO COMBUSTION CHAMBER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к устройству впрыска топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащему по меньшей мере один инжектор, содержащий тело инжектора, которое снабжено аккумулятором высокого давления, установленную с возможностью сдвига в осевом направлении в инжекторе иглу форсунки, окруженную пространством форсунки, трубопровод высокого давления, соединяющий аккумулятор высокого давления с пространством форсунки, и включенный параллельно трубопроводу высокого давления резонаторный трубопровод, который соединен с пространством форсунки и через резонаторный дроссель входит в аккумулятор высокого давления.
В аккумуляторной топливной системе (common rail system) применяются электронно-управляемые инжекторы впрыска топлива в камеру сгорания двигателя. Сервоклапаны, применяемые в этих инжекторах, приводят к очень быстрому закрыванию форсунки впрыска, так что за счет инерции топлива в примыкающих отверстиях высокого давления возникают сильные пульсации давления в седле форсунки, которые в данном случае приводят к слишком сильному износу. Возникающие при этом пики давления в неблагоприятных случаях превышают магистральное давление на величину вплоть до 500 бар.
Кроме того, эти колебания давления при быстро следующих друг за другом процессах впрыска приводят к сильным колебаниям интенсивности впрыска. Если, например, предварительный впрыск вызывает колебания давления на седле форсунки, то в случае постоянно открытого состояния иглы форсунки впрыскиваемое количество для второго, последующего впрыска зависит от того, происходит ли второй впрыск скорее во время максимума или минимума колебания давления. Поэтому желательным является по возможности наименьшее колебание давления в инжекторе во всех рабочих состояниях гидравлической системы.
В патентной литературе приведено описание многочисленных мер для предотвращения колебаний давления в гидравлической системе. В большинстве случаев речь идет об объемах демпфирования, дроссельных системах, клапанных системах или комбинациях этих мер. Наибольшее распространение имеют дроссельные системы, которые должны способствовать диссипации энергии потока в статическую энергию потока.
Так, например, из ЕР 1 217 202 А1 известно расположение параллельно соединенных обратного клапана, а также элемента диссипации в отходящем от аккумулятора высокого давления (common rail) отверстии высокого давления, которое ведет к инжектору, за счет чего обеспечивается быстрое затухание колебаний давления.
Для минимизации пульсаций давления в трубопроводе впрыска топлива, который снабжается из трубопровода высокого давления, из DE 160 785 А1 известно расположение в месте соединения с трубопроводом высокого давления дросселя, уменьшающего поперечное сечение трубопровода впрыска.
В WO 2007/143768 А1 раскрывается вариант выполнения, в котором предусмотрен включенный параллельно трубопроводу высокого давления между инжектором и аккумулятором высокого давления резонаторный трубопровод, который на стороне трубопровода от аккумулятора высокого давления имеет резонаторный дроссель. Предпочтительно резонаторный дроссель расположен на входе резонаторного трубопровода в аккумулятор высокого давления.
Таким образом, в известном из WO 2007/143768 А1 варианте выполнения предусмотрено, что трубопровод высокого давления разделен на две независимые друг от друга зоны, одна из которых снабжена дросселем, так что колебания давления, которые возникают на седле форсунки, отражаются различно в обеих зонах и отраженные колебания на основании сдвига их фаз почти гасятся. При этом функция гидравлической системы точно та же, что и без дросселя, поскольку гасятся лишь колебания в трубопроводе.
Однако недостатком при этом является то, что в переходной зоне резонаторного дросселя возникают напряжения, при этом в стержнеобразном резонаторном элементе, запрессованном в корпус аккумулятора высокого давления, наблюдаются микродвижения, так что такая конструкция резонаторного тела в виде запрессованного стержневого резонатора и дополнительно к этому на основании ограниченных сил запрессовки более нельзя использовать для давлений в системе свыше 1800 бар.
Поэтому изобретение направлено на обеспечение также при давлениях системы свыше 1800 бар надежного и стабильного расположения резонаторного элемента и уменьшение напряжений в переходной зоне резонаторного дросселя или, соответственно, отверстия высокого давления.
Для решения этой задачи, исходя из устройства указанного в начале вида, согласно изобретению по существу предусмотрено, что
резонаторный трубопровод и трубопровод высокого давления по меньшей мере на их соседнем с аккумулятором высокого давления участке выполнены в удерживающем элементе, который на торцевой стороне ввинчен в аккумуляторную трубу, образующую аккумулятор высокого давления. Таким образом, удерживающий элемент имеет как отверстие высокого давления, так и расположенное параллельно ему резонаторное отверстие резонаторного элемента, при этом то обстоятельство, что удерживающий элемент на торцевой стороне ввинчен в аккумуляторную трубу, образующую аккумулятор высокого давления, приводит к созданию непосредственного соединения между аккумулятором высокого давления и отверстиями резонаторного элемента, и за счет винтового соединения достигается вполне стабильное и пригодное для высоких давлений системы соединение. При этом винтовое соединение простым образом обеспечивает возможность приложения достаточных сил прижимания в зоне конического седла, при этом в предпочтительном варианте выполнения в этой связи предусмотрено, что удерживающий элемент имеет на торцевой стороне коническую опорную поверхность, которая взаимодействует с конической опорной поверхностью на аккумуляторной трубе для герметизации соединения между удерживающим элементом и аккумуляторной трубой. Такое коническое седло приводит как к эффективной герметизации, так и к стабилизации удерживающего элемента, имеющего резонаторный дроссель, так что осуществляется предотвращение микродвижений также и при высоких давлениях системы. Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, если конусный угол конической опорной поверхности удерживающего элемента меньше конусного угла конической опорной поверхности аккумуляторной трубы, то в зоне конического седла достигается контакт по круговой линии между аккумуляторной трубой и удерживающим элементом, при этом вдоль этой линии соприкосновения происходит концентрация сил, вводимых в соответствующие контактные стороны, причем в этой зоне при известных обстоятельствах может также происходить вдавливание кромки аккумуляторной трубы в коническую опорную поверхность удерживающего элемента, что приводит к дополнительной стабилизации.
Для минимизации напряжений, возникающих в переходной зоне между резонаторным дросселем и резонаторным трубопроводом согласно предпочтительному усовершенствованному варианту выполнения предусмотрено, что удерживающий элемент на торцевой стороне, ввинченной в аккумуляторную трубу, имеет кольцеобразное углубление, окружающее входное отверстие резонаторного трубопровода и входное отверстие трубопровода высокого давления. В зоне такого кольцеобразного углубления давление текучей среды, имеющееся в аккумуляторе высокого давления, можно использовать для ввода в удерживающий элемент сил, действующих в направлении упомянутой переходной зоны. При этом силы, воздействующие на удерживающий элемент снаружи в направлении переходной зоны, действуют в качестве сил противодействия относительно сил, возникающих в упомянутой переходной зоне в резонаторном трубопроводе, так что в целом достигается стабилизирующий эффект и предотвращаются нежелательные локальные состояния напряжения.
В этой связи согласно предпочтительному усовершенствованному варианту выполнения достигается улучшенное воздействие, если кольцеобразное углубление на торцевой стороне удерживающего элемента окружено кольцеобразным выступом, который имеет торцевую поверхность, напротив которой расположено входное отверстие резонаторного трубопровода со смещением назад в осевом направлении.
Предпочтительно предусмотрено, что диаметр удерживающего элемента соответствует по меньшей мере четырехкратному, предпочтительно по меньшей мере восьмикратному диаметру резонаторного трубопровода.
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основании примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - поперечный разрез инжектора, снабженного аккумулятором высокого давления;
фиг. 2 - детальный вид в зоне удерживающего элемента и аккумулятора высокого давления;
фиг. 3 - детальный вид зоны соединения между резонаторным трубопроводом и аккумулятором высокого давления.
На фиг. 1 показан инжектор 1, который имеет форсунку 2 впрыска, дроссельную пластину 3, пластину 4 клапана, удерживающий элемент 5 и аккумулятор 6 высокого давления, при этом натяжная гайка 7 форсунки, свинченная с удерживающим элементом 5, удерживает вместе форсунку 2, дроссельную пластину 3 и пластину 4 клапана. В состоянии покоя магнитный клапан 13 закрыт, так что топливо с высоким давлением протекает из аккумулятора 6 высокого давления через трубопровод 8 высокого давления, поперечное соединение 9 и впускной дроссель 10 в управляющее пространство 11 форсунки 2, однако выпуск из управляющего пространства 11 через выпускной дроссель 12 блокирован на седле магнитного клапана 13. Действующее в управляющем пространстве 11 давление системы вместе с силой пружины 14 форсунки вдавливает иглу 15 форсунки в седло 16 иглы форсунки, так что отверстия 17 для впрыскивания закрыты. При приведении в действие магнитного клапана 13 он освобождает проток через седло магнитного клапана, и топливо протекает из управляющего пространства 11 через выпускной дроссель 12, соединительное пространство магнитного клапана и отверстие 18 низкого давления обратно в не изображенный топливный бак. Создается равновесное давление, заданное проточными поперечными сечениями впускного дросселя 10 и выпускного дросселя 12 в управляющем пространстве 11, которое настолько мало, что системное давление, имеющееся в пространстве 19 форсунки, может открывать иглу 15 форсунки, установленную в корпусе форсунки с возможностью продольного сдвига, так что открываются отверстия 17 для впрыска, и происходит впрыск.
За счет инерции топлива в аккумуляторе 6, трубопроводе 8 высокого давления и пространстве 19 форсунки непосредственно после закрывания иглы 15 форсунки на седле 16 форсунки возникают слишком сильные колебания давления, поскольку протекающее топливо необходимо тормозить за очень короткое время. Для уменьшения колебаний давления используется резонатор. Он состоит из резонаторного трубопровода 20, который имеет одинаковую длину и одинаковый диаметр с трубопроводом 8 высокого давления, а также резонаторный дроссель 21, который установлен на конце резонаторного трубопровода 20, расположенном со стороны аккумулятора, и соединяет его с аккумулятором 6. При закрывании магнитного клапана 13 импульс давления, возникающий на седле 16 форсунки, распространяется через пространство 19 форсунки в трубопровод 8 высокого давления и резонаторный трубопровод 20. В конце трубопровода 8 высокого давления происходит отражение импульса давления на открытом конце в месте перехода в аккумулятор 6. Одновременно импульс давления, проходящий в резонаторном трубопроводе 20, отражается на закрытом конце на резонаторном дросселе 21. Оба отраженных импульса давления сдвинуты по фазе на 180° на основании различного вида отражения (на открытом, соответственно, закрытом конце), так что они гасятся при встрече друг с другом в пространстве 19 форсунки. За счет этого на седле 16 форсунки не возникают другие импульсы давления, так что в данном случае происходит значительно меньший износ.
На детальном виде согласно фиг. 2 показано, что удерживающий элемент 5 на торцевой стороне ввинчен в аккумуляторную трубу 22, образующую аккумулятор высокого давления. Удерживающий элемент 5 имеет на торцевой стороне коническую опорную поверхность 23, которая взаимодействует с конической опорной поверхностью 24 на аккумуляторной трубе 22 для герметизации соединения между удерживающим элементом 5 и аккумуляторной трубой 22. Кольцевое уплотнение 25 обеспечивает дополнительную герметизацию.
На фиг. 3 показано, что конусный угол конической опорной поверхности 23 удерживающего элемента 5 меньше конусного угла опорной поверхности 24 аккумуляторной трубы 22, при этом коническая опорная поверхность 23 удерживающего элемент 5 выступает от внутренней стенки 26 аккумуляторной трубы 22 внутрь аккумулятора 6 высокого давления. Кроме того, показано, что удерживающий элемент 5 на торцевой стороне, ввинченной в аккумуляторную трубу, имеет кольцеобразное углубление 27, окружающее входное отверстие резонаторного трубопровода 20 и входное отверстие трубопровода 8 высокого давления. При этом кольцеобразное углубление 27 на торцевой стороне удерживающего элемент5 окружено кольцеобразным выступом 28, содержащим торцевую поверхность 29, напротив которой расположено со смещением назад в осевом направлении входное отверстие резонаторного трубопровода 30, соответственно, резонаторного дросселя 21.