Форсунка для двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к форсункам для двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Изобретение позволяет улучшить воспроизводимость объемов впрыскиваемого топлива и добиться более точного управления последовательностью впрыска. Форсунка для двигателя внутреннего сгорания имеет наружный корпус с монтажным фланцем на его заднем конце, впрыскивающее сопло, выступающее из корпуса на его переднем конце, и топливный канал, проходящий по центру форсунки. Шток установлен с наружной стороны топливной трубки и внутри направляющей. Запирающая пружина смещает шток вперед в направлении закрытия, а направляющая для штока прижимается вперед в корпусе форсунки посредством упорной втулки. Топливная трубка представляет собой отдельный узел, который находится в контакте с клапанным элементом, расположенным позади него, посредством кольцеобразной поверхности, которая по существу перпендикулярна продольной оси форсунки. Передний участок штока имеет наружный диаметр, который самое большее на 8 мкм меньше, чем внутренний диаметр направляющей расточки для штока, и внутренний диаметр, который самое большее на 8 мкм превышает наружный диаметр передней части топливной трубки. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к форсунке для двигателя внутреннего сгорания, в частности двухтактного двигателя с крейцкопфом, имеющей наружный корпус с монтажным фланцем на его заднем конце, впрыскивающее сопло, выступающее из переднего конца корпуса, топливный канал, проходящий по центру форсунки, при этом топливный канал проходит от монтажного фланца по меньшей мере через одну упорную деталь, центральную топливную трубку, шток, направляющую штока и заканчивается у впрыскивающего сопла, причем направляющая штока имеет центральную расточку, внутренняя цилиндрическая поверхность которой образует направляющую поверхность для штока, при этом топливная трубка содержит переднюю часть, более чем наполовину проходящую вниз в центральную расточку направляющей для штока и имеющую меньший наружный диаметр, чем задняя часть, кольцеобразную поверхность на переходе между двумя частями, аксиально обращенную в направлении впрыскивающего сопла, и заднюю направляющую для предварительно поджатой пружины, причем шток имеет центральную расточку, выходящую к задней части, в которую вставлена передняя часть топливной трубки, передний участок с клапанной иглой, который взаимодействует со стационарной посадочной поверхностью в расточке направляющей для штока с целью открывания и закрывания форсунки, и переднюю направляющую для запирающей пружины, при этом направляющая для пружины расположена в заднем участке штока, выступающем из расточки направляющей, а запирающая пружина смещает шток вперед в направлении запирания, причем на заднем конце штока находится кольцеобразная торцевая поверхность, которая выполнена для примыкания к кольцеобразной поверхности топливной трубки посредством открывающего движения штока в заднем направлении, а направляющая для штока прижимается в переднем направлении в корпусе форсунки посредством по меньшей мере одной упорной втулки, примыкающей к кольцеобразной поверхности, обращенной в заднем направлении, на направляющей для штока и проходящей в заднем направлении за запирающую пружину, и упорной детали, прижатой в переднем направлении посредством монтажного фланца при сборке форсунки с одновременным сжатием запирающей пружины.

Такая форсунка известна из патента Дании DK-B-155757, в котором описана форсунка для впрыска легко воспламеняемого вспомогательного жидкого топлива и газообразного топлива. В данном случае упорная втулка действует в качестве направляющей для скольжения наружного клапана с целью обеспечения или прекращения подачи газа. На своем заднем конце топливная трубка действует в качестве корпуса для вентиляционного клапана и при этом проходит как одно целое вдоль основной части длины форсунки. Шток для ввода и отсечки вспомогательного жидкого топлива сконструирован с относительно большим зазором по отношению к топливной трубке с внутренней стороны и по отношению к расточке направляющей для штока с наружной стороны для предотвращения прихватывания штока или его неравномерного износа из-за неточной соосности удлиненной топливной трубки и расточки направляющей для штока.

В патенте Дании DK-B-167502 (европейский патент EP-A-0606371) говорится о форсунке, в которой запирающая пружина заходит в центральную полость направляющей, а центральная топливная трубка образована как одно целое с задним участком направляющей. В этом случае также требуется относительно большой зазор между нижним участком штока и соответственно расточкой в направляющей и передней частью топливной трубки, с тем чтобы компенсировать допуски на изготовление, а следовательно, недостаточную соосность между топливной трубкой и расточкой в направляющей.

Еще одна форсунка несколько иной конструкции известна из патента Германии DE-A-2030445, в которой полый шток с относительно тонкой стенкой скользит в кольцеобразном промежутке между топливной трубкой и расточкой в направляющей для штока. Задний конец штока имеет весьма крупную переднюю направляющую для запирающей пружины. В данном случае открывающее движение штока ограничено за счет того, что своим наибольшим диаметром задняя поверхность направляющей для пружины толкает выступ в корпусе форсунки. При этом тонкой стенке штока сообщается изгибающий момент, что приводит к изгибу стенки в наружном направлении. Чтобы избежать прихватывание штока, требуется относительно большой зазор между штоком и кольцеобразными поверхностями по обеим его сторонам. Топливная трубка состоит из двух частей, при этом поверхность раздела расположена над задней направляющей для пружины. В данном случае при сборке форсунки отсутствует элемент для обеспечения первоначальной установки положения двух частей трубки непосредственно перед прижатием трубок друг к другу, а следовательно, имеет место опасность ошибочной установки положения упорных поверхностей трубок. Поэтому могут иметь место утечки по поверхности раздела, что приведет к колебаниям объемов впрыскиваемого топлива. Дополнительный недостаток этой форсунки заключается в том, что предварительное поджатие работающей на сжатие пружины определяется тем, насколько упорная деталь проходит вниз в корпус форсунки. Следовательно, у определенного количества идентичных форсунок может иметь место разброс давлений открытия.

Известные форсунки такого типа, который имеет полый шток, расположенный между центральной топливной трубкой и расточкой в направляющей для штока, обеспечивают преимущество, заключающееся в том, что масса подвижного штока значительно меньше, чем в случае сплошного штока, при этом относительно небольшая масса подвижной части форсунки способствует быстрым перемещениям клапана. Однако для полых штоков характерен недостаток, заключающийся в том, что они скользят между двумя кольцеобразными поверхностями, что влечет за собой опасность прихватывания штока, если его стенка подвергается деформации. Для противодействия этому и компенсации недостаточной соосности зазор между штоком и смежными кольцеобразными поверхностями относительно велик, а это предполагает возможность того, что шток будет слегка смещаться в поперечном направлении в несколько эксцентрическое положение, в котором зазор между штоком и соответственно направляющей расточкой штока и топливной трубкой больше с одной стороны, чем с другой, по продольной оси форсунки. Хотя поперечные смещения весьма малы, они приводят к колебаниям объемов топлива, вытекающего через зазоры в течение последовательных впрысков. Когда шток фактически расположен соосно, объем утечек может быть на 50-70 процентов меньше, чем при смещенном в поперечном направлении положении штока и, следовательно, при различных впрысках топлива одним и тем же клапаном и неизменных параметрах впрыска, таких как давление подачи и подаваемый к форсунке объем топлива, будут иметь место колебания объемов фактически впрыскиваемого топлива. Колебания объемов впрыскиваемого топлива также будут иметь место у нескольких разных форсунок, даже если они имеют идентичные настройки и запитываются топливом одинаковым способом.

Задача настоящего изобретения заключается в создании форсунки такого типа, который упомянут во вводной части, с тем чтобы улучшить воспроизводимость объемов впрыскиваемого топлива и добиться более точного управления последовательностью впрыска.

В свете вышеуказанного форсунка согласно изобретению отличается тем, что наружный диаметр задней направляющей для пружины у топливной трубки меньше внутреннего диаметра упорной втулки, а топливная трубка представляет собой отдельный узел, контактирующий исключительно с клапанным элементом, расположенным позади него, посредством упорной поверхности, которая расположена на задней поверхности задней направляющей для пружины и имеет кольцеобразную поверхность, окружающую центральный топливный канал и фактически перпендикулярную продольной оси форсунки, и в своем переднем участке, вставленном в направляющую расточку, шток имеет наружный диаметр, самое большее на 8 мкм меньший, чем внутренний диаметр направляющей расточки, и внутренний диаметр, самое большее на 8 мкм превышающий наружный диаметр переднего участка топливной трубки.

В случае этой конструкции шток лишь незначительно больше топливной трубки и незначительно меньше расточки скользящего клапана, при этом вероятность его смещения в поперечном направлении между разными последовательными впрысками существенно ограничена, обычно менее чем до половины смещений, которые имеют место в известных форсунках этого типа. Поскольку утечкам топлива существенно препятствует трение топлива о цилиндрические поверхности, даже малое ограничение наибольшего возможного зазора между поверхностями обеспечивает заметное уменьшение колебаний объемов утечек. Таким образом достигаются более равномерные объемы впрыскиваемого топлива, что способствует более точному сгоранию с желаемым выделением энергии, снижению расхода топлива в двигателе и повышению возможности ограничения образования нежелательных выделяемых продуктов, вредных в отношении окружающей среды, таких как No_x, при этом также можно лучше управлять тепловой нагрузкой на элементы цилиндров и осаждением на них продуктов сгорания. Это особенно выгодно в случае двухтактных дизельных двигателей, в которых часто происходит сгорание топлива весьма низкого качества.

В случае посадки с малыми зазорами между штоком и соответственно топливной трубкой и направляющей расточкой штока обеспечивается точная взаимная центровка трех клапанных элементов при работе форсунки. В противоположность этому в известных форсунках даже небольшие неточности соосности между тремя клапанными элементами или неравномерная нагрузка на шток трубчатого тонкостенного типа приведут к неравномерному износу штока и/или к его прихватыванию, например в результате небольших изгибов стенки штока в наружном направлении. Этого удается избежать посредством изобретения за счет отделения топливной трубки от клапанного элемента позади нее, так что топливная трубка лишь содержит участок топливного канала, идущего от задней направляющей для запирающей пружины и вниз внутри штока. При сборке деталей форсунки в корпусе шток может быть вставлен в направляющую, топливная трубка с запирающей пружиной может быть установлена на шток, упорная втулка может надавливаться вниз вокруг заднего конца направляющей для штока, после чего корпус форсунки с этими деталями может быть ориентирован по вертикальной центральной оси. Надлежащая посадка между штоком, направляющей для штока и топливной трубкой предполагает, что при ориентации по вертикальной центральной оси и отсутствии нагрузки детали будут соосны по отношению друг к другу, после чего другие клапанные элементы вставляют в корпус и крепят монтажный фланец. Когда установлены другие элементы, клапанный элемент, располагаемый позади топливной трубки, вставляют в упорную втулку перед перемещением элемента вплотную к топливной трубке. Этим обеспечивается первоначальное придание направления элементу и предотвращается его смещение в поперечном направлении в тот момент, когда он приводится в соприкосновение с топливной трубкой. При продолжении монтажа форсунки на клапанный элемент надавливают в нижнем направлении для примыкания к направленной вверх кольцеобразной упорной поверхности на топливной трубке, так что благодаря трению между упорной поверхностью и клапанным элементом положение топливной трубки фиксируется надлежащим образом с соответствующей соосностью по отношению к направляющей для штока. Для фиксации топливной трубки в надлежащем положении важно, чтобы упорная поверхность фактически была бы перпендикулярна продольной оси форсунки, так чтобы при сборке не происходило приложение к упорной поверхности поперечных направляющих усилий. По этой причине должен быть обеспечен зазор между задней направляющей для пружины и упорной втулкой, так что не создается препятствие для надлежащей регулировки направляющей для пружины посредством подталкивания упорной втулки.

Предпочтительно, чтобы наружный диаметр переднего участка штока был на 2-4 мкм меньше, чем внутренний диаметр направляющей для штока, и чтобы внутренний диаметр упомянутого участка штока был на 2-4 мкм больше наружного диаметра переднего участка топливной трубки. В случае таких посадок с малым зазором колебания объемов утечек в значительной степени исключаются, при этом зазоры между подвижным штоком, неподвижной направляющей для штока и топливной трубкой достаточно велики для смещения штока в продольном направлении без каких-либо проблем.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления конструкции имеет место значительно большая разница диаметров внутренней поверхности штока и наружной поверхности топливной трубки от заднего конца штока и по меньшей мере вплоть до передней направляющей для пружины, а предпочтительно вплоть до переднего участка штока, расположенного в направляющей расточке, чем у участка штока, расположенного спереди. Например, в задней штоковой зоне может иметь место зазор между штоком и топливной трубкой, который на 0,1 мм больше, чем зазор между этими двумя частями в переднем участке штока. За счет этого в продольных кольцевых прорезях на наружной и внутренней поверхностях штока в зоне вдоль его переднего участка достигается приблизительно одно и то же падение давления по этим прорезям. В результате этого стенка штока в его переднем участке не должна противостоять какой-либо разности давлений, действующей в радиальном направлении, а этим обеспечивается возможность изготовления штока с весьма небольшой толщиной стенки в его переднем участке. В изобретении также принят ряд различных мер уменьшения массы штока. Представляется возможным сформировать у штока переднюю направляющую для пружины с конической передней поверхностью и с наименьшей толщиной по ее наибольшему диаметру. Кроме того, передний участок штока может иметь меньшую толщину стенки, чем передний участок топливной трубки. Масса переднего конца штока в зоне вокруг клапанной иглы может быть уменьшена за счет длины косых расточек от нижней части центральной расточки штока к камере вокруг клапанной иглы, составляющей менее 35 процентов наружного диаметра переднего участка штока, а это отражает тот факт, что передняя концевая стенка штока имеет небольшую толщину. Дальнейшее уменьшение массы в этой зоне может быть достигнуто посредством клапанной иглы, имеющей центральную расточку, выходящую своей концевой поверхностью к передней части. Однако в последнем случае обеспечивается возможность лишь ограниченного уменьшения массы. Эти различные варианты могут быть использованы по отдельности. Если используется сочетание нескольких вариантов, то можно получить шток с весьма низкой массой по отношению к размеру форсунки.

Снижение массы штока обеспечивает возможность дополнительного улучшения как воспроизводимости объема впрыскиваемого топлива, так и точности управления последовательностью впрысков. Это объясняется тем, что меньшая масса штока приводит к более быстрым его перемещениям при открытии и закрытии форсунки, при этом также меньше изнашиваются шток и клапанное седло, поскольку в случае более легкого штока ударные воздействия на клапанное седло и ограничительный стопор движения открытия меньше. Быстрое открытие клапана обеспечивает резкое начало впрыска топлива, что способствует хорошему и сильному распылению первоначально впрыснутого объема топлива, а следовательно, четко определяемому и быстрому воспламенению топлива. Но даже более важным является быстрое закрытие форсунки, которое обеспечивает резкое прекращение сгорания и уменьшает количество топлива, впрыскиваемого в течение движения закрытия в неблагоприятных условиях, например при низком давлении и недостаточной скорости впрыска (грамм топлива в секунду). Топливо, впрыскиваемое самым последним, в значительной степени способствует образованию продуктов сгорания, таких как NO_х, создает большие тепловые нагрузки на элементы цилиндров и нагарообразование на них и приводит к повышенному расходу топлива. Более легкий шток уменьшает количество неблагоприятно впрыскиваемого топлива и повышает долю общего объема топлива при впрыске, которое подается при оптимальных условиях.

В предпочтительном варианте осуществления конструкции наружный диаметр упорной поверхности топливной трубки на задней поверхности задней направляющей для пружины меньше наружного диаметра переднего участка топливной трубки. Во-первых, небольшой наружный диаметр упорной поверхности способствует тому, что небольшой угол между продольными осями топливной трубки и клапанного элемента позади нее не приводит к утечкам у упорной поверхности, поскольку обусловленные изготовлением неровности двух сжимаемых поверхностей компенсируются при каком-либо незначительном несовпадении за счет того, что неровности вдавливаются в ту сторону, у которой поверхности наиболее близки друг к другу и обеспечивают уплотняющее примыкание у диаметрально противоположной стороны. Во-вторых, небольшой наружный диаметр упорной поверхности приводит к тому, что уплотняющее давление между упорными поверхностями всегда превышает текущее давление топлива в топливном канале.

Когда форсунка закрыта, давление между упорными поверхностями создается посредством имеющего заднее направление усилия пружины на задней направляющей пружины и посредством имеющего заднее направление усилия на топливную трубку, порождаемого давлением топлива на переднюю торцевую поверхность топливной трубки. Когда форсунка открыта, давление топлива действует на топливную трубку с большим усилием, имеющим заднее направление, поскольку давление топлива действует на весь передний конец штока, а от штока это усилие, имеющее заднее направление, передается к топливной трубке через обращенную в осевом направлении кольцеобразную поверхность на топливной трубке. Предпочтительно, чтобы наружный и внутренний диаметры задней упорной поверхности топливной трубки имели фактически такие же величины, что и соответственно наружный и внутренний диаметры переднего участка штока, поскольку такие размеры обеспечивают всецело аксиальное направление усилий по стенке штока.

В конструкции, которая особенно проста для изготовления и сборки, форсунка предназначена для впрыска подогретого топлива, такого как тяжелое жидкое топливо, при этом клапанный элемент, расположенный позади топливной трубки, представляет собой корпус клапана, обеспечивающего циркуляцию топлива, а кольцеобразный задний конец упорной втулки примыкает к передней упорной поверхности у заднего конца кольцеобразного углубления в передней части наружной поверхности корпуса клапана, когда форсунка собрана, при этом длина упорной втулки определяет предварительное поджатие запирающей пружины. При такой конструкции упорная втулка в смонтированном клапане располагается между двумя кольцеобразными упорными поверхностями соответственно на направляющей для штока и корпусе клапана, и обеспечивает хорошо определяемое и предварительно задаваемое расстояние между клапанным седлом в направляющей для штока и передней поверхностью корпуса клапана, примыкающей к упорной поверхности на топливной трубке. Поскольку клапанный шток несет на себе переднюю направляющую, а топливная трубка несет на себе заднюю направляющую запирающей пружины, последняя определенным образом подвергается предварительному поджатию, когда форсунка собрана, и в то же время шток имеет хорошо определяемое и предварительно задаваемое перемещение или высоту подъема между закрытым и открытым положениями. Предварительное поджатие и высота подъема штока могут, например, быть точно отрегулированы для использования форсунки в конкретном двигателе посредством изменения длины упорной втулки, причем укороченная длина при прочих равных условиях приводит к повышенному предварительному поджатию и меньшей высоте подъема. При этом обеспечивается значительное упрощение сборки форсунки, поскольку детали форсунки лишь должны быть по возможности совместно установлены, чтобы получить надлежащее предварительное поджатие пружины, а следовательно, надлежащее давление открытия и закрытия форсунки. За счет этого предотвращаются значительные колебания предварительного поджатия пружины, а следовательно, и давления открытия от одного клапана к другому, что может иметь место в клапанах, в которых предварительное поджатие пружины должно быть установлено большим или меньшим завинчиванием монтажного фланца корпуса форсунки.

Дополнительное упрощение сборки может быть обеспечено посредством направляющей для штока, штока, запирающей пружины, топливной трубки, упорной втулки и корпуса циркуляционного клапана, компонуемых в виде предварительно собранного узла, в котором клапанный корпус и направляющая для штока блокируются друг с другом посредством упорной втулки. Это позволяет обеспечить для форсунки готовый, предварительно собранный заменяющий узел, поэтому замена основных деталей может быть выполнена весьма быстро. Блокирование может быть осуществлено, например, посредством обжатия упорной втулки на направляющей для штока и корпусе клапана или после прижатия упорной втулки к двум деталям форсунки посредством фиксации положения упорной втулки по отношению к каждой из двух других деталей с помощью пальца, вставляемого в поперечные взаимосвязанные расточки в упорной втулке и рассматриваемой детали.

Соответствующим образом в продольном направлении форсунки может быть выполнена проходная полость, находящаяся между внутренней поверхностью корпуса форсунки и наружными поверхностями корпуса клапана, упорной втулки и направляющей для штока. Полость обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что неподвижные детали внутри корпуса форсунки фиксируются между двумя точками, а именно между передней поверхностью на внутренней поверхности монтажного фланца и задней поверхностью сопла форсунки, чем обеспечивается симметричное к оси состояние нагружения деталей форсунки. Дополнительное преимущество заключается в том, что полость действует в качестве дренажного канала для каких-либо утечек топлива.

Пример варианта осуществления конструкции изобретения будет описан ниже более подробно со ссылками на чертеж, на котором представлен продольный вид в сечении форсунки согласно изобретению.

Форсунка, в целом обозначенная позицией 1, имеет монтажный фланец 2 с входным выступом 3, к которому может быть подсоединен трубопровод высокого давления от источника топлива, который не показан. Источником топлива может быть, например, поршневой насос типа насосов фирмы Bosch, который периодически приводится в действие кулачком, установленном на валу, либо резервуар высокого давления, периодически подсоединяемый к входному выступу 3 посредством клапанов управления. Топливо может быть жидким или газообразным, либо может представлять собой суспензию твердого топлива или эмульсию, включающую в себя по меньшей мере одно из этих состояний, причем клапан также может быть использован для впрыска жидкой или газообразной среды, добавляемой для горения, одной или в виде смеси.

Посредством соединительной гайки 5 наружный корпус 4 форсунки крепится к монтажному фланцу, который, в свою очередь, может быть прикреплен к цилиндру двигателя посредством болтов, вставляемых в отверстия 6 во фланце. Топливный канал 34 проходит от подводящего отверстия 7 во входном выступе по центру форсунки к соплу 8, из которого топливо может впрыскиваться через отверстия, которые не показаны, в рабочую камеру двигателя внутреннего сгорания.

Направляющая 9 для штока прижимается вниз к внутренней поверхности сопла форсунки посредством упорной втулки 10, клапанного корпуса 11 и упорной детали 12, упирающейся в переднюю внутреннюю поверхность монтажного фланца. Упорная втулка имеет приблизительно такой же наружный диаметр, как клапанный корпус 11 и задний участок направляющей 9 для штока, и вставляется в кольцеобразное углубление в каждой из этих деталей, так что обращенные в аксиальном направлении кольцеобразные торцевые поверхности упорной втулки 10 примыкают к обращенным в аксиальном направлении упорным поверхностям 13, 14 на направляющей для штока и на корпусе клапана.

Тело 15 клапана вставляют в расточки в корпусе 11 и смещают в показанное положение посредством работающей на сжатие относительно слабой пружины 16. Выступающая вперед упорная поверхность 17 на переднем конце клапанного корпуса упирается в соответствующую заднюю кольцеобразную упорную поверхность 18 на выступающем участке заднего конца центральной топливной трубки 19, а поверхность раздела между двумя фактически параллельными и плоскими упорными поверхностями расположена в плоскости, которая фактически перпендикулярна продольной оси форсунки.

Непосредственно под упорной поверхностью 18 топливная трубка имеет выступающий воротник, образующий заднюю направляющую 20 для запирающей пружины 21, которая представляет собой работающую на сжатие механическую пружину обычного типа. У передней части направляющей для пружины топливная трубка продолжается в виде цилиндрической задней части 22, наружный диаметр которой значительно меньше внутреннего диаметра пружины. Задняя часть заканчивается спереди в кольцеобразной поверхности 23, расположенной в плоскости, перпендикулярной продольной оси форсунки. Поверхность 23 формирует переход между задней частью топливной трубки и передней частью 24, которая имеет меньший диаметр и проходит вниз в расточку 25, выходящую к задней части штока 26 и к переднему концу топливной трубки, расположенному на незначительном расстоянии от нижней части расточки 25. Это незначительное расстояние больше высоты подъема штока.

Направляющая 9 для штока содержит центральную расточку, имеющую в одной части цилиндрическую внутреннюю поверхность 27, образующую направляющую поверхность для штока. Перед этой частью направляющая для штока содержит камеру 28 давления, имеющую коническое стационарное клапанное седло, которое взаимодействует с соответствующим коническим подвижным клапанным седлом у переднего конца клапанной иглы 29 на переднем конце штока. С передней стороны клапанного седла расточка направляющей для штока продолжается к центральной расточке впрыскивающего сопла 8 форсунки.

Шток 26 имеет переднюю направляющую 30 для пружины в форме выступающего воротника, задняя часть которого перпендикулярна продольной оси форсунки, а его передняя поверхность 31 выполнена конической. Запирающая пружина расположена между двумя направляющими 20 и 30, и внутри упорной втулки 10. При сборке деталей форсунки запирающая пружина сжимается до заданного предварительного поджатия. Направленное вперед запирающее усилие, создаваемое пружиной на передней направляющей на штоке 30, имеет весьма точное значение, поскольку сжатие пружины при сборке определяется длиной упорной втулки 10 и длиной ненагруженной запирающей пружины.

Диаметр внутренней поверхности штока на 2-4 мкм больше наружного диаметра передней части 24 топливной трубки, при этом наружный диаметр переднего участка 32 штока, вставляемый в направляющую расточку, на 2-4 мкм меньше внутреннего диаметра расточки 27. Толщина стенки переднего участка приблизительно на 30 процентов меньше, чем толщина стенки передней части 24 топливной трубки. Передняя торцевая стенка штока в нижней части расточки 25 имеет относительно небольшую толщину, при этом кольцеобразная торцевая поверхность, окружающая клапанную иглу 29, почти перпендикулярна продольной оси форсунки. Косые расточки 33, соединяющие расточку 25 с камерой 28 сжатия, имеют длину, составляющую менее 35 процентов наружного диаметра участка 32 благодаря небольшой толщине стенки.

Центральный топливный канал 34 проходит от питающего отверстия 7 вниз через упорную деталь 12 к центральной расточке 35 в теле 15 клапана, где канал разветвляется на несколько косых расточек 36, выходящих в камеру 38 давления, расположенную вокруг клапанной иглы 37. Перед стационарным клапанным седлом, взаимодействующим с клапанной иглой 37, клапанный канал продолжается по центру через переднюю часть корпуса 11 клапана за упорные поверхности 17 и 18, и далее вперед через топливную трубку 19, выходящую у нижней части расточки 25 в штоке, откуда топливный канал продолжается через косые расточки 33, камеру 28 давления и к отверстиям сопла 8 форсунки, которые не показаны.

Дренажные отверстия 39 обеспечивают возможность дренирования утекающего топлива из полости вокруг запирающей пружины 21 к проходной полости, идущей в продольном направлении форсунки у внутренней поверхности корпуса 4 форсунки.

Между периодами впрыска имеет место определенная подача подогретого топлива под низким давлением к подающему отверстию 7. Это топливо вытекает в полость вокруг работающей на сжатие пружины 16 через обращенный в боковом направлении канал 40 для утечек в передней части упорной детали 12. Дренажные отверстия 41 в корпусе 11 клапана пропускают циркулирующее топливо к камере 42, откуда топливо по возвратной трубке, которая не показана, уносится из форсунки. Циркуляция топлива в периоды закрытия форсунки гарантирует, что топливная система удерживается подогретой при соответствующей высокой температуре.

Как только в начале периода впрыска давление топлива начинает повышаться, повышается давление в камере давления 38 и тело клапана подвергается воздействию силы, направленной назад, которая преодолевает силу работающей на сжатие пружины 16, после чего тело клапана смещается в заднем направлении и отсекает канал 40, предназначенный для перетекания. После этого давление топлива распространяется по топливному каналу вниз в камеру 28 давления. Когда давление топлива достигает здесь давления открытия форсунки, шток 26 приводится в действие направленной назад силой, которая больше силы запирающей пружины 21 и обеспечивает смещение штока в заднем направлении до тех пор, пока кольцеобразная торцевая поверхность штока не столкнется с кольцеобразной поверхностью 23 на топливной трубке. Таким образом поверхность 23 действует в качестве ограничительного стопора перемещения штока и определяет высоту подъема штока. Посредством смещения штока открывается доступ топлива к соплу форсунки, которое начинает осуществлять впрыск. Когда в конце впрыска давление подачи топлива вновь падает, соответственно падает давление в камере 28, так что запирающая пружина преодолевает действующее в заднем направлении давление топлива на шток, после чего шток возвращается в закрытое исходное положение, в котором клапанная игла 29 упирается во взаимосвязанное с ним седло и отсекает доступ к соплу форсунки.

Для показанного штока, имеющего тонкостенную конструкцию, важно избежать деформации цилиндрической стенки штока, так чтобы задняя концевая поверхность штока составляла аксиальное продолжение цилиндрической стенки штока, поскольку этим гарантируется, что соударение штока с поверхностью 23 лишь сообщает штоку аксиально направленные усилия.

Если в циркуляции подогретого топлива в течение периодов закрытия форсунки нет необходимости, форсунка может быть упрощена посредством исключения циркуляционного клапана. В этом случае упорная деталь 12 и клапанный корпус 11 могут быть образованы в виде целикового узла, подобного упорной детали, с центральной сквозной расточкой, составляющей часть топливного канала 34, которая соединяет питающее отверстие 7 с центральным каналом в топливной трубке.

Также возможно расширение использования форсунки для впрыска нескольких различных текучих сред, например путем применения описанных выше элементов совместно с форсункой такого типа, которая описана в вышеупомянутом датском патенте N 155757. Такая форсунка может, например, быть использована для впрыска газа и вспомогательного топлива, либо для впрыска топлива и другой текучей среды, модифицирующей процесс горения, например воды, для содействия уменьшению образования нежелательных продуктов сгорания.

Формула изобретения

1. Форсунка (1) для двигателя внутреннего сгорания, в частности, для двухтактного двигателя с крейцкопфом, имеющая наружный корпус (4) с монтажным фланцем (2) в его заднем конце, впрыскивающее сопло (8), выступающее из корпуса в его переднем конце, и топливный канал (34), проходящий по центру форсунки, при этом топливный канал проходит от монтажного фланца через, по меньшей мере, одну упорную деталь (12), центральную топливную трубку (19), шток (26) и направляющую (9) для штока, и заканчивается у впрыскивающего сопла, направляющая для штока имеет центральную расточку (27), кольцевая цилиндрическая внутренняя поверхность которой образует направляющую поверхность для штока; топливная трубка имеет переднюю часть (24), проходящую более чем наполовину вниз в центральную расточку направляющей для штока и имеющую меньший наружный диаметр, чем задняя часть (22), кольцеобразную поверхность (23) на переходе между двумя частями, обращенную аксиально в направлении впрыскивающего сопла, и заднюю направляющую (20) для предварительно поджатой запирающей пружины (21); шток имеет центральную расточку (25), выходящую к задней части, в которую вставляют переднюю часть топливной трубки, передний участок (32) с клапанной иглой (29), который взаимодействует с поверхностью стационарного седла в расточке направляющей штока для открывания и закрывания форсунки, и переднюю направляющую (30) для запирающей пружины, при этом направляющая для пружины располагается в заднем участке штока, выступающем из расточки направляющей для штока, запирающую пружину, смещающую шток вперед в направлении закрытия, а также в заднем конце штока кольцеобразную торцевую поверхность, которая выполнена для примыкания к кольцеобразной поверхности (23) топливной трубки посредством направленного назад открывающего движения штока; направляющая штока прижимается вперед в корпусе форсунки посредством по меньшей мере одной упорной втулки (10), примыкающей к обращенной назад кольцеобразной поверхности (13) на направляющей для штока и проходящей назад за запирающую пружину, и упорной детали (12), прижимаемой вперед посредством монтажного фланца при сборке форсунки с одновременным сжатием запирающей пружины, отличающаяся тем, что наружный диаметр задней направляющей (20) для пружины у топливной трубки меньше, чем внутренний диаметр упорной втулки (10), что топливная трубка (19) представляет собой отдельный узел, контактирующий исключительно с клапанным элементом, расположенным позади него, через упорную поверхность (18), которая находится на задней поверхности задней направляющей для пружины и имеет кольцеобразную поверхность, окружающую центральный топливный канал (34) и по существу перпендикулярную к продольной оси форсунки, и в переднем участке (32), вставленном в направляющую расточку (27), шток (26) имеет наружный диаметр, самое большее на 8 мкм меньше внутреннего диаметра направляющей расточки, и внутренний диаметр, самое большее на 8 мкм превышающий наружный диаметр передней части (24) топливной трубки.

2. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что наружный диаметр переднего участка штока на 2-4 мкм меньше, чем внутренний диаметр направляющей расточки для штока, и что внутренний диаметр участка штока на 2-4 мкм больше, чем наружный диаметр переднего участка топливной трубки.

3. Форсунка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что от заднего конца штока и по меньшей мере вплоть до передней направляющей для пружины, а предпочтительно вплоть до переднего участка штока, расположенного в направляющей расточке, имеет место значительно большее различие диаметров между внутренней поверхностью штока и наружной поверхностью топливной трубки, чем в переднем участке штока.

4. Форсунка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что передняя направляющая (30) для пружины на штоке имеет коническую переднюю поверхность (31) и наименьшую толщину по ее наибольшему диаметру.

5. Форсунка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что передний участок (32) штока имеет меньшую толщину стенки, чем передняя часть (24) топливной трубки.

6. Форсунка по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что длина косых расточек (33) от нижней части центральной расточки (25) штока к камере вокруг клапанной иглы (29) составляет менее 35% наружного диаметра переднего участка штока.

7. Форсунка по п. 6, отличающаяся тем, что клапанная игла (29) имеет центральную расточку, своей торцевой поверхностью выходящую вперед.

8. Форсунка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что наружный диаметр упорной поверхности (18) топливной трубки на задней поверхности задней направляющей (20) для пружины меньше, чем наружный диаметр передней части (24) топливной трубки.

9. Форсунка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что наружный диаметр и внутренний диаметр задней упорной поверхности (18) топливной трубки имеют по существу те же самые величины, как и соответственно наружный диаметр и внутренний диаметр переднего участка (32) штока.

10. Форсунка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что форсунка предназначена для впрыска подогретого топлива, например тяжелого жидкого топлива, клапанный элемент, расположенный позади топливной трубки, представляет собой корпус (11) клапана для циркуляции топлива, и кольцеобразный задний конец упорной втулки (10) упирается в переднюю упорную поверхность (14) на заднем конце кольцеобразного углубления в передней части наружной поверхности клапанного корпуса, когда форсунка собрана, при этом длина упорной втулки определяет предварительное поджатие запирающей пружины (21).

11. Форсунка по п.10, отличающаяся тем, что направляющая штока, шток, запирающая пружина, топливная трубка, упорная втулка и корпус циркуляционного клапана выполнены в виде предварительно собранного узла, в котором корпус клапана и направляющую для штока блокируют друг с другом посредством упорной втулки.

12. Форсунка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что проходная полость образована в продольном направлении форсунки между внутренней поверхностью корпуса (4) форсунки и наружными поверхностями корпуса клапана, упорной втулки и направляющей для штока.

РИСУНКИ

Рисунок 1