ТОПЛИВНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ И СИСТЕМА С ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКОЙ
FUEL DISTRIBUTOR AND SYSTEM WITH FUEL NOZZLE

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к топливному распределителю, предназначенному прежде всего для систем вспрыскивания топлива в двигатели внутреннего сгорания (ДВС) со сжатием рабочей смеси и ее принудительным воспламенением, и к системе с топливной форсункой. Изобретение относится, в частности, к системам впрыскивания топлива, выполненным в виде систем среднего давления.
В системах впрыскивания топлива, которыми оснащаются автомобили, возможно использование так называемой топливной рампы (обозначаемой также топливораспределительной рампой или топливным коллектором), которая для применения в системах высокого давления изготавливается из стали или алюминия. Благодаря этому удается достичь способности такой топливной рампы выдерживать давление, составляющее, например, 20 МПа (200 бар). Топливные рампы могут далее использоваться по аналогичному назначению в системах низкого давления, составляющего порядка 0,5 МПа (5 бар). Однако область применения подобных топливных рамп, изначально спроектированных для систем низкого давления, ограничена только такими системами низкого давления.
Для монтажа топливной форсунки возможно применение прижимной пружины, располагаемой между топливной рампой и топливной форсункой. Такая прижимная пружина позволяет при этом прижимать топливную форсунку к головке цилиндра ДВС с удерживающим усилием, составляющим, например, 500 Н. Благодаря этому топливная форсунка надежно удерживается на головке цилиндра в заданном положении, выйти из которого она не может ни под действием давления сгорания в камере сгорания, ни вследствие виброускорений. Для возможности опирания прижимной пружины на топливную рампу с заданным усилием предварительного прижима к ней, составляющим, например, 500 Н, топливную рампу необходимо изготавливать из металла.
Краткое изложение сущности изобретения
Преимущество предлагаемого в изобретении топливного распределителя с отличительными признаками, представленными в п. 1 формулы изобретения, и предлагаемой в изобретении системы с отличительными признаками, представленными в п. 10 формулы изобретения, состоит в возможности применения прижимной пружины или аналогичного элемента при сниженных требованиях к по меньшей мере материалу, используемому для выполнения топливной рампы. Так, в частности, возможно применение материалов, которые имеют невысокую стоимость, но способны лишь ограниченно воспринимать нагрузку в виде удельного давления (давления на единицу площади).
Благодаря приведенным в зависимых пунктах формулы изобретения мерам возможны предпочтительные варианты выполнения топливного распределителя, заявленного в п. 1 формулы изобретения, и системы, заявленной в п. 10 формулы изобретения.
В одном из предпочтительных вариантов корпус топливного распределителя и чашка выполнены из пластмассы. При этом предпочтительно далее, чтобы корпус топливного распределителя содержал чашку под топливную форсунку, являющуюся в этом случае интегральным компонентом корпуса топливного распределителя. Так, например, корпус топливного распределителя может быть выполнен с несколькими чашками под топливные форсунки в виде отливки, т.е. изделия, полученного литьем под давлением. Использование пластмассы в качестве материала корпуса топливного распределителя позволяет удешевить его изготовление. Однако при использовании пластмассы существует та проблема, что при высоком удельном давлении пластмасса начинает пластически течь и выдавливаться в стороны, из-за чего становится невозможным соблюдение требуемых допусков. Во избежание этого на расположенном на чашке опорном элементе образуют опорную поверхность, обеспечивающую возможность опирания на нее прижимной пружины или аналогичного элемента. В результате существенно снижается действующее на пластмассу удельное давление, благодаря чему предотвращается ее выдавливание и обеспечивается возможность соблюдения необходимых допусков.
В еще одном предпочтительном варианте опорный элемент выполнен в виде имеющего форму замкнутого или незамкнутого кольца опорного элемента и соединен с концом чашки. Именно выполнение опорного элемента в виде кольца обеспечивает равномерное распределение усилия прижимной пружины по концу чашки и одновременно надежное соединение опорного элемента с ее концом.
В еще одном предпочтительном варианте опорный элемент соединен с концом чашки с геометрическим замыканием. Геометрическое замыкание может при этом обеспечиваться посредством скоса, уступа, соединения в виде ласточкина хвоста или иного аналогичного соединения. Дополнительно к этому или альтернативно этому опорный элемент может быть также соединен с концом чашки путем по меньшей мере частичной заделки в материал чашки на ее конце при ее литье под давлением. При этом при литье под давлением возможно образование геометрического замыкания.
Предпочтителен также вариант, в котором опорный элемент имеет по меньшей мере одну фиксирующую лапку, которой опорный элемент удерживается на конце чашки. В этом отношении предпочтительно предусматривать две или более таких фиксирующих лапок, обеспечивающих надежное закрепление опорного элемента на конце чашки путем, например, приложения к ней действующих навстречу друг другу удерживающих усилий.
При этом предпочтителен вариант, в котором каждая фиксирующая лапка с усилием предварительного прижима прижата к наружной стороне чашки. Фиксирующие лапки при этом могут быть выполнены скобо- или дугообразными и при необходимости входить в углубления с наружной стороны чашки.
Предпочтителен также вариант, в котором каждая фиксирующая лапка имеет по зацепке, которая зацепляется за предусмотренный с наружной стороны чашки уступ. Благодаря этому возможно создание защелкивающего стопорного соединения, позволяющего простым путем монтировать опорный элемент на чашке и помимо прочего обеспечивающего также предохранение от самопроизвольного отсоединения опорного элемента от чашки при транспортировке.
Предпочтителен также вариант, в котором опорный элемент имеет по меньшей мере один язычок, который по меньшей мере частично входит в предусмотренное с наружной стороны чашки углубление. При сборке можно, например, сначала насаживать опорный элемент на чашку, а затем вдавливать язычок в предусмотренное на ней углубление. Возможен также вариант, в котором опорный элемент имеет по меньшей мере один язычок, который упруго наклонен радиально внутрь, имеет острые кромки и врезается в наружную сторону чашки. Таким путем возможно достижение своего рода геометрического замыкания. Благодаря этому также можно обеспечить предохранение от самопроизвольного отсоединения опорного элемента от чашки при транспортировке.
Предпочтителен также вариант, в котором предусмотрена прижимная пружина, которая соединена с опорным элементом. Опорный элемент может быть выполнен, например, непосредственно на прижимной пружине за одно целое с ней.
Краткое описание чертежей
В последующем описании изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых соответствующие друг другу элементы обозначены одинаковыми позициями и на которых показано:
на фиг. 1 - схематичный вид системы с топливным распределителем и топливной форсункой согласно первому варианту осуществления изобретения,
на фиг. 2 - схематичный вид опорного элемента системы согласно второму варианту осуществления изобретения,
на фиг. 3 - схематичный вид в разрезе плоскостью III-III изображенного на фиг. 2 опорного элемента согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения,
на фиг. 4 - схематичный вид в разрезе плоскостью III-III изображенного на фиг. 2 опорного элемента согласно еще одному возможному варианту осуществления изобретения,
на фиг. 5 - схематичный вид в разрезе опорного элемента согласно третьему варианту осуществления изобретения,
на фиг. 6 - схематичный вид в разрезе фрагмента изображенного на фиг. 1 топливного распределителя согласно четвертому варианту осуществления изобретения и
на фиг. 7 - схематичный вид в разрезе фрагмента изображенного на фиг. 6 топливного распределителя согласно пятому варианту осуществления изобретения.
Описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 показана система 1 с топливным распределителем 2, топливной форсункой 3 и опорным элементом 4. Такая система 1 имеет при этом прижимную пружину 5. Топливный распределитель 2 не обязательно является компонентом системы 1. Система 1 может прежде всего иметь топливную форсунку 3, опорный элемент 4 и прижимную пружину 5, но не топливный распределитель 2 и изготавливаться и поставляться в таком виде в качестве системы 1. С другой стороны, топливный распределитель 2 может также иметь опорный элемент и дополнительно также прижимную пружину 5 и изготавливаться и поставляться в такой комплектации. Система 1 может быть далее выполнена и в виде системы 1 впрыскивания топлива, имеющей топливный распределитель 2, топливную форсунку 3, опорный элемент 4, прижимную пружину 5 и при необходимости другие компоненты.
Топливный распределитель 2 и система 1 особо пригодны для применения в системе впрыскивания топлива, работающей при среднем давлении. В такой системе впрыскивания топлива оно подается в топливный распределитель 2 преимущественно под давлением от 3 до 10 МПа, соответственно от 30 до 100 бар. Среднее давление прежде всего может составлять от 5 до 7 МПа, соответственно от 50 до 70 бар. Однако предлагаемый в изобретении топливный распределитель 2 и предлагаемая в изобретении система 1 пригодны также для применения в иных системах.
Топливный распределитель 2 в первом варианте его выполнения имеет корпус 10, образованный трубчатым коллектором (распределительной трубкой) 11, и несколько расположенных на нем рядом друг с другом чашек 12 под топливные форсунки. На фиг. 1 при этом показана только одна такая чашка 12 под топливную форсунку. Находящееся под средним давлением топливо может поступать в предусмотренную внутри трубчатого коллектора 11 топливную полость 14 через присоединение 13, которое может быть выполнено соответственно присоединению высокого давления. Из топливной полости 14 топливо может по каналу подаваться к зафиксированной в чашке 12 топливной форсунке 3. При этом входной конец 15 топливной форсунки 3 по меньшей мере частично входит в чашку 12. При работе топливо может впрыскиваться в камеру сгорания в ДВС на обращенном к камере сгорания конце 16 топливной форсунки 3 через одно или несколько распылительных отверстий ее распылителя.
В смонтированном состоянии топливный распределитель 2 находится в фиксированном положении на определенном расстоянии от не показанного на чертеже ДВС. Топливная форсунка 3 зафиксирована при этом между чашкой 12 топливного распределителя 2 и цилиндром ДВС. При монтаже прижимная пружина 5 предварительно деформируется, и в ней по этой причине возникает предварительное напряжение, в результате чего на топливную форсунку 3 начинает действовать усилие предварительного прижима, которым топливная форсунка 3 удерживается относительно головки цилиндра. Так, например, топливная форсунка 3 может прижиматься к головке цилиндра с усилием предварительного прижима, составляющим приблизительно 500 Н.
Корпус 10 топливного распределителя 2 и чашка 12 выполнены из пластмассы. При этом чашка 12 является интегральным компонентом корпуса 10 топливного распределителя. Корпус 10 топливного распределителя вместе с чашкой 12 может быть выполнен, например, в виде отливки, т.е. изделия, полученного литьем под давлением. На чашке 12 расположен опорный элемент 4. При этом опорный элемент 4 образует опорную поверхность 17 на конце 18 чашки 12.
У топливного распределителя 2 в первом варианте его выполнения опорный элемент 4 выполнен в виде имеющего форму замкнутого или незамкнутого кольца опорного элемента 4 и соединен с концом 18 чашки 12. Тем самым опорный элемент 4 является компонентом топливного распределителя 2 в первом варианте его выполнения.
У системы 1 в первом варианте ее выполнения на входном конце 15 топливной форсунки 3 предусмотрена основная часть 20, на которой расположена прижимная пружина 5. При этом основная часть 20 может быть насажена со стороны входного конца 15 топливной форсунки 3 на ее остальную часть. Основная часть 20 при этом может быть разъемно или неразъемно соединена с остальными компонентами топливной форсунки 3.
Прижимная пружина 5 имеет дугообразный участок 21, который в данном варианте служит в качестве дугообразного контактного участка 21. При этом между дугообразным участком 21 прижимной пружины и опорной поверхностью 17 опорного элемента 4 образуется контакт. При монтаже дугообразный контактный участок 21 может при этом перемещаться относительно опорной поверхности 17 для возможности предварительной деформации прижимной пружины 5 и тем самым создания в ней предварительного напряжения.
В смонтированном состоянии прижимная пружина 5 прикладывает к топливной форсунке 3 прижимное усилие, которое обусловливает действие соразмерного по величине противодействующего усилия на опорный элемент 4. Опорный элемент 4 равномерно распределяет это усилие по концу 18 чашки 12. Благодаря этому предотвращается превышение удельным давлением на конце 18 чашки 12 допустимого предела. Тем самым предотвращается выдавливание пластмассы и обеспечивается соблюдение требуемых допусков. Таким путем предотвращается ползучесть пластмассы в месте контакта между прижимной пружиной и чашкой.
В соответствии с этим удается по большой площади распределить усилие предварительного прижима, создаваемое прижимной пружиной 5, и существенно снизить удельное давление. Благодаря этому предотвращается выдавливание пластмассы, а чашка 12 прежде всего на своем конце 18 сохраняет заданную форму и заданные допуски.
В еще одном варианте выполнения топливного распределителя 2 прижимная пружина 5 может быть соединена с опорным элементом 4. Так, например, кольцевой опорный элемент 4 можно выполнить непосредственно на прижимной пружине 5 за одно целое с ней. В этом случае при предварительном монтаже кольцевой опорный элемент 4 находится над прижимной пружиной 5 на основной части 20. При этом, в частности, опорный элемент 4 может быть зафиксирован на топливной форсунке 3 и устанавливаться при монтаже на топливный распределитель 2 в требуемое положение на конце 18 чашки 12. Необходимую для создания предварительного напряжения прижимной пружины 5 подвижность можно при этом обеспечить путем соответствующего выполнения опорного элемента 4 и/или основной части 20.
В еще одном возможном варианте опорный элемент 4 может быть соединен с прижимной пружиной 5 и одновременно зафиксирован на топливном распределителе 2. В этом случае предварительное напряжение прижимной пружины 5 создается при монтаже в результате ее прижима к топливной форсунке 3.
На фиг. 2 схематично показан опорный элемент 4 системы 1, соответственно топливного распределителя 2 согласно второму варианту осуществления изобретения. Опорный элемент 4 имеет при этом опорное кольцо 22 и несколько фиксирующих лапок 23, 24, 25, 26. Фиксирующие лапки 23-26 обеспечивают возможность фиксации опорного элемента 4 с наружной стороны 27 (фиг. 1) чашки 12.
Возможные варианты выполнения фиксирующих лапок 23-26 более подробно рассмотрены ниже со ссылкой на фиг. 3 и 4.
На фиг. 3 схематично в разрезе плоскостью III-III показан изображенный на фиг. 2 опорный элемент 4 согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения. На чертеже при этом показаны дугообразные участки 28, 29, 30 фиксирующих лапок 23, 24, 26, изогнутые к наружной стороне 27 чашки 12. При монтаже опорного элемента 4 на чашку 12 дугообразные участки 28, 29, 30 фиксирующих лапок 23, 24, 26 предварительно деформируются радиально наружу с возникновением в них предварительного напряжения. Соответствующее исполнение имеет и фиксирующая лапка 25, которая также имеет дугообразный участок, предварительно деформирующийся при монтаже с возникновением в нем предварительного напряжения. Таким путем опорный элемент 4 в смонтированном состоянии удерживается на конце 18 чашки 12. При необходимости с наружной стороны 27 чашки 12 могут быть предусмотрены углубления, ребра или аналогичные элементы для повышения надежности фиксации опорного элемента на чашке.
На фиг. 4 схематично в разрезе плоскостью III-III показан изображенный на фиг. 2 опорный элемент 4 согласно еще одному возможному варианту осуществления изобретения. В данном варианте на концах фиксирующих лапок 23-26 предусмотрены зацепки 31, 32, 33, которые зацепляются за предусмотренный с наружной стороны 27 чашки 12 уступ. При монтаже фиксирующие лапки 23-26 несколько отгибаются радиально наружу до тех пор, пока зацепки 31, 32, 33, равно как и предусмотренная на фиксирующей лапке 25 зацепка не зацепятся за предусмотренный уступ. Таким путем опорный элемент 4 закрепляется на топливном распределителе 2.
На фиг. 5 схематично в разрезе фрагментарно показаны опорный элемент 4 и чашка 12 топливного распределителя 2 согласно третьему варианту осуществления изобретения. В данном варианте опорный элемент 4 имеет опорное кольцо 22, на котором находится опорная поверхность 17. На опорном элементе 4 предусмотрено далее несколько язычков 40, 41, каждый из которых зацепляется за соответствующий, предусмотренный с наружной стороны 27 чашки 12 уступ 42, 43. Такие уступы 42, 43 в данном варианте образованы предусмотренными с наружной стороны 27 чашки 12 углублениями 44, 45. Так, например, при монтаже опорный элемент 4 можно сначала насадить на конец 18 чашки 12. Затем язычки 40, 41 можно вдавить радиально внутрь в углубления 44, 45 с обеспечением тем самым упора язычков в уступы 42, 43. В результате этого язычки 40, 41 оказываются утоплены в предусмотренные с наружной стороны 27 чашки 12 углубления 44, 45.
Соответствующим образом на такой чашке можно крепить выполненный по показанному на фиг. 4 варианту опорный элемент путем зацепления зацепок 32, 33 его фиксирующих лапок 24, 26 за предусмотренные с наружной стороны чашки 12 уступы 42, 43.
Тем самым путем геометрического замыкания удается обеспечить надежное закрепление опорного элемента 4 на чашке 12 корпуса 10 топливного распределителя. Геометрическое замыкание может осуществляться, например, посредством язычков 40, 41 или зацепок 31, 32, 33.
Однако закреплять опорный элемент 4 на чашке 12 корпуса 10 топливного распределителя можно и без геометрического замыкания путем создания соответствующего предварительного напряжения в опорном элементе, как это, например, описано выше со ссылкой на фиг. 3.
Язычки 40, 41 опорного элемента 4 могут быть образованы, например, вырубленными по незамкнутому контуру элементами 40, 41. Однако возможно также использование иных когтевых или аналогичных зацепляющихся элементов.
На фиг. 6 схематично в разрезе фрагментарно показан изображенный на фиг. 1 топливный распределитель 2 согласно четвертому варианту осуществления изобретения. В данном варианте опорный элемент 4 выполнен в виде имеющего форму замкнутого или незамкнутого кольца опорного элемента 4. На опорном элементе 4 предусмотрена опорная поверхность 17 для прижимной пружины 5. Чашка 12 имеет на своем конце 18 буртик 50, который имеет направленные в сечении радиально наружу выступы 51, 52. Буртик 50 образует при этом с выполненным соответствующим образом опорным элементом 4 геометрическое замыкание. Дополнительно опорный элемент 4 может быть заделан в материал чашки 12 на ее конце 18 при ее литье под давлением. Так, например, буртик 50 можно формировать при изготовлении чашки литьем под давлением, в процессе которого опорный элемент 4 расположен на ее конце 18.
На фиг. 7 схематично в разрезе фрагментарно показан изображенный на фиг. 6 топливный распределитель 2 согласно пятому варианту осуществления изобретения. В данном варианте выполненный в форме замкнутого или незамкнутого кольца опорный элемент 4 имеет по меньшей мере приблизительно прямоугольное сечение. При этом опорный элемент 4 помещен в прямоугольную в сечении выемку 53 на конце 18 чашки 12. Буртик 50 входит при этом радиально изнутри в опорный элемент 4. Крепление опорного элемента 4 к чашке 12 в предпочтительном варианте осуществляется при этом путем заделки опорного элемента 4 в материал чашки 12 на ее конце 18 при ее литье под давлением. В данном варианте соединение между опорным элементом и чашкой выполняется без геометрического замыкания.
Благодаря утапливанию имеющего форму замкнутого или незамкнутого кольца опорного элемента 4 в конец 18 чашки 12 предотвращается образование острой кромки. Благодаря этому исключается возможность повреждения располагаемого при необходимости на входном конце 15 топливной форсунки 3 уплотнительного кольца, вводимого внутрь чашки 12. При этом буртик 50, который образован пластмассой, из которой изготовлена остальная часть чашки 12, образует входной направляющий участок, по которому уплотнительное кольцо вводится внутрь чашки 12.
Опорный элемент 4 в предпочтительном варианте выполнен из металлического материала. Благодаря этому в отличие от обычной пластмассы удается избежать значительной деформации опорного элемента даже при действии на него высокого удельного давления.
Тем самым на выполненном из пластмассы корпусе 10 топливного распределителя можно отдельно закреплять металлический опорный элемент 4.
Изобретение не ограничено описанными выше вариантами его осуществления.