Топливная форсунка
Изобретение может быть использовано в системах питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Топливная форсунка, прежде всего топливная форсунка для системы "common rail", для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания имеет присоединение (10) сливного топливопровода и цельный или составной управляющий впрыскиванием клапанный элемент (13). Клапанный элемент (13) установлен с возможностью перемещения между своими открытым и закрытым положениями и по меньшей мере частично расположенный в предусмотренной в корпусе (19) топливной форсунки полости (8) высокого давления. Радиально между полостью (8) и корпусом (19) топливной форсунки расположена кольцевая полость (42). Давление топлива в кольцевой полости (42) в процессе работы топливной форсунки (1) по меньшей мере периодически ниже, чем в полости (8) высокого давления, и выше, чем в присоединении (10) сливного топливопровода. С кольцевой полостью (42) полость (8) высокого давления гидравлически соединена по меньшей мере одним входным дросселем (51), ведущим в эту кольцевую полость (42). Кольцевая полость (42) по меньшей мере одним ведущим из нее сливным дросселем (52) соединена с находящейся под низким давлением зоной (12) топливной форсунки (1). Технический результат заключается в увеличении прочности форсунки. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к топливной форсунке, прежде всего топливной форсунке для системы "common rail" (системы впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления), для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Соблюдение предельно допустимых показателей выброса вредных веществ с отработавшими газами (ОГ) имеет при разработке ДВС наивысший приоритет. Именно разработка и внедрение системы "common rail" внесли решающий вклад в снижение выброса вредных веществ. Преимущество системы "common rail" состоит в независимости давления впрыскивания топлива от частоты вращения вала двигателя и его нагрузки. Однако для соблюдения будущих норм на показатели токсичности ОГ именно в дизельных двигателях необходимо значительное повышение давления впрыскивания топлива.
Наиболее современные топливные форсунки, такие, например, как описанная в DE 102007021330 топливная форсунка, выполнены герметичными, практически не допускающими просачивание топлива, для чего отказываются от применения ступени низкого давления на управляющем впрыскиванием клапанном элементе. Различные детали топливной форсунки, такие, например, как ее корпус (корпусная деталь), по большой площади нагружаются высоким давлением, в связи с чем приходится сталкиваться с нагрузкой абсолютного иного по сравнению с топливными форсунками более ранних конструкций рода. Именно при исключительно высоком давлении в общей топливной магистрали, составляющем со стороны топливных форсунок 2000 бар, проблематичным является не только сопряжение различных деталей форсунки между собой, но и наличие дефектов материалов в незаметных местах, например, в центральном отверстии в корпусе топливной форсунки, приводящих к поломкам или отказам топливных форсунок. Такие поломки или отказы топливных форсунок обусловлены статистическими причинами. Именно при нагружении детали давлением по большой площади всегда повышается вероятность выхода такой детали из строя под воздействием обусловленных давлением высоких нагрузок из-за дефекта структуры ее материала. Подобный тип отказов лишь с трудом поддается анализу обычными методами расчета, поскольку поломка происходит не в тех местах, которые характеризуются пиком механического напряжения, а скорее в тех местах, которые менее критичны в отношении распределения механических напряжений.
По указанным причинам для изготовления топливных форсунок, рассчитанных на впрыскивание топлива под особо высоким давлением, которое существенно превышает 2000 бар, необходимо использовать исключительно дорогие специальные материалы, при этом высокие затраты обусловлены не только самими этими материалами, но и их обработкой.
Краткое изложение сущности изобретения
Задача изобретения
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать топливную форсунку, рассчитанную на впрыскивание топлива под особо высоким давлением. При этом такая топливная форсунка предпочтительно должна допускать возможность ее изготовления, соответственно изготовления отдельных ее деталей из обычных материалов, таких, например, как сталь марки С45.
Решение положенной в основу изобретения задачи
Указанная выше задача решается с помощью топливной форсунки с отличительными признаками, представленными в п. 1 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. В объем изобретения включены также все возможные комбинации из по меньшей мере двух отличительных особенностей изобретения, представленных в описании, в формуле изобретения и/или на чертежах.
В изобретении, таким образом, предлагается топливная форсунка, прежде всего топливная форсунка для системы "common rail", для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания, имеющая присоединение сливного топливопровода и цельный или составной управляющий впрыскиванием клапанный элемент, установленный с возможностью перемещения между своими открытым и закрытым положениями и по меньшей мере частично расположенный в предусмотренной в корпусе топливной форсунки полости высокого давления, радиально между которой и корпусом топливной форсунки расположена кольцевая полость, давление топлива в которой в процессе работы топливной форсунки по меньшей мере периодически ниже, чем в полости высокого давления, и выше, чем в присоединении сливного топливопровода. При этом полость высокого давления гидравлически соединена с кольцевой полостью по меньшей мере одним ведущим в нее входным дросселем, а кольцевая полость по меньшей мере одним ведущим из нее сливным дросселем соединена с находящейся под низким давлением зоной топливной форсунки.
Основная идея изобретения состоит тем самым в том, чтобы радиально между корпусом топливной форсунки (корпусной деталью) и полостью высокого давления, которая предпочтительно выполнена в виде расположенного со стороны форсунки топливного аккумулятора высокого давления (топливного миниаккумулятора высокого давления), располагать кольцевую полость, в которой постоянно или периодически преобладает давление топлива, которое ниже, чем в полости высокого давления, и выше, чем в находящейся под низким давлением зоне топливной форсунки, соответственно выше, чем в присоединении сливного топливопровода. Благодаря этому на ограничивающую кольцевую полость радиально внутри окружную стенку воздействует только разность между давлением топлива в полости высокого давления и давлением топлива в кольцевой полости. На расположенный снаружи корпус топливной форсунки также действует меньшая нагрузка, поскольку он подвергается только воздействию давления топлива в кольцевой полости. Благодаря наличию кольцевой полости, гидравлическое давление в которой ниже, чем в полости высокого давления, давление, таким образом, ступенчато снижается в направлении радиально изнутри наружу, что позволяет избежать воздействия критичных нагрузок на материал. Благодаря этому даже корпуса топливных форсунок, рассчитанных на впрыскивание топлива под давлением, которое значительно превышает 2000 бар, можно выполнять из обычных материалов, таких, например, как сталь марки С45, и прежде всего в том случае, когда давление топлива в кольцевой полости не превышает примерно 1800 бар. В том случае, когда давление топлива в полости высокого давления, имеющейся в топливной форсунки, должно составлять, например, максимум 2000 бар, обычно вполне достаточно, чтобы разность между давлением в кольцевой полости и давлением в полости высокого давления составляла примерно 200 бар.
Особенно предпочтителен вариант выполнения предлагаемой в изобретении топливной форсунки, в котором давление в кольцевой полости в процессе работы топливной форсунки по меньшей мере вдвое ниже, чем в полости высокого давления, благодаря чему удается избежать нагружения перегородки, разделяющей между собой кольцевую полость и полость высокого давления, сверх меры.
Особенно предпочтителен далее вариант, в котором топливо, поступающее из присоединения подводящего топливопровода, идущего от внешней общей топливной магистрали высокого давления ("rail"), поступает непосредственно в полость высокого давления. С этой целью предпочтительно предусмотреть проходящий через кольцевую полость в радиальном направлении канал, образованный, например, форсуночной деталью, ограничивающей радиально внутри кольцевую полость.
Под предлагаемой в изобретении топливной форсункой предпочтительно подразумевается герметичная, не допускающая просачивание топлива форсунка, предпочтительно без ступени низкого давления, постоянно воздействующей на цельный или составной управляющий впрыскиванием клапанный элемент и создающей приложенное к нему гидравлическое закрывающее усилие. Подобные топливные форсунки предпочтительно выполнять с длинным управляющим впрыскиванием клапанным элементом, осевая протяженность которого составляет преимущественно по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 60% или 70%, от общей осевой протяженности всей топливной форсунки. Особенно предпочтителен при этом вариант, в котором полость высокого давления, охватывающая расположенный в ней управляющий впрыскиванием клапанный элемент, проходит в осевом направлении вплоть до системы распылительных отверстий в распылителе топливной форсунки, при этом полость высокого давления можно при необходимости разделить на две соседние в осевом направлении части с расположенным между ними и соединяющим их между собой закрывающим дросселем, предназначенным для небольшого, например на 100-200 бар, снижения давления топлива в зоне вершины управляющего впрыскиванием клапанного элемента и для создания таким путем гидравлического закрывающего усилия. Особенно предпочтителен вариант, в котором полость высокого давления продолжается в осевом направлении в примыкающий к корпусу топливной форсунки в осевом направлении распылитель, при этом и в данном случае возможна реализация варианта, в котором образованная между корпусом топливной форсунки и полостью высокого давления, снижающая давление кольцевая полость продолжается в осевом направлении в распылитель.
Для обеспечения необходимого снижения давления в кольцевой полости можно использовать систему из последовательно соединенных дросселей, а именно из по меньшей мере одного ведущего в кольцевую полость входного дросселя и по меньшей мере одного ведущего из кольцевой полости сливного дросселя, при этом через ведущий в кольцевую полость входной дроссель топливо, находящееся под высоким давлением, прежде всего находящееся под давлением, по меньшей мере приблизительно равным давлению в общей топливной магистрали высокого давления, может поступать в кольцевую полость. В свою очередь через ведущий из кольцевой полости сливной дроссель топливо может выходить из кольцевой полости в направлении находящейся под низким давлением зоны топливной форсунки, при этом проходные сечения по меньшей мере одного ведущего в кольцевую полость входного дросселя и по меньшей мере одного ведущего из кольцевой полости сливного дросселя имеют такие размеры, что устанавливается требуемая разность давлений между кольцевой полостью и полостью высокого давления. Такой механизм снижения давления сравним с известным механизмом снижения давления в управляющей полости, известным по топливным форсункам с сервоуправлением. Существенное различие между обоими этими механизмами состоит в том, что давление в кольцевой полости не оказывает по сравнению с давлением в управляющей полости никакого влияния на характеристику впрыскивания топлива топливной форсункой, и поэтому к по меньшей мере одному ведущему в кольцевую полость входному дросселю и по меньшей мере одному ведущему из кольцевой полости сливному дросселю могут предъявляться более низкие требования касательно точности их изготовления. Особенно предпочтительно, чтобы по меньшей мере один ведущий в кольцевую полость входной дроссель и/или по меньшей мере один ведущий из кольцевой полости сливной дроссель конструктивно были/был реализованы/реализован направляющей и/или дренажной щелью, что позволяет избежать необходимости в выполнении дополнительных рабочих операций по изготовлению дросселирующих отверстий. Очевидно, что по меньшей мере один из дросселей можно также выполнять в виде дросселирующего отверстия.
По меньшей мере один ведущий из кольцевой полости сливной дроссель может быть также заменен на более подробно рассмотренный ниже предохранительный клапан, соответственно может быть образован им.
Особенно предпочтителен далее вариант выполнения предлагаемой в изобретении топливной форсунки, в котором давление в кольцевой полости поддерживают ниже давления в полости высокого давления не в течение всего времени работы топливной форсунки, а снижают только на те периоды времени, в которые давление в полости высокого давления превышает некоторый критический предельный уровень. Обычно это имеет место только при работе ДВС с полной нагрузкой. Иными словами, предпочтителен вариант, в котором давление в кольцевой полости ниже, соответственно уменьшают до давления ниже, чем в полости высокого давления, только при превышении минимального давления, составляющего прежде всего примерно 1800 бар.
Конструктивно подобное требование можно реализовать, предусмотрев в направлении потока топлива между кольцевой полостью и находящейся под низким давлением зоной топливной форсунки по меньшей мере один предохранительный клапан, который предпочтительно выполнять в виде обратного клапана. Особенно предпочтителен при этом вариант, в котором предохранительный клапан выполнен таким образом, что в своем открытом состоянии он образует ведущий из кольцевой полости сливной дроссель, в результате чего в кольцевой полости устанавливается требуемое давление. Благодаря лишь периодическому открытию предохранительного клапана удается сократить паразитное количество сливаемого топлива до абсолютного минимума.
В предпочтительном варианте предохранительный клапан имеет пружину и поджимаемый ее усилием подвижный клапанный элемент. В особенно предпочтительном варианте пружина представляет собой листовую пружину, и/или клапанный элемент представляет собой клапанный элемент в виде шарика, прежде всего стального шарика. Конструктивно простым является вариант, в котором клапанный элемент предохранительного клапана прижимается усилием указанной пружины к своему седлу, выполненному на форсуночной детали, ограничивающей в осевом направлении находящуюся под низким давлением зону топливной форсунки. Листовая пружина может при этом зажиматься, например, в осевом направлении между зажимным винтом, предназначенным для закрепления форсуночной детали в корпусе топливной форсунки, и форсуночной деталью.
Альтернативно возможен вариант, в котором подвижный клапанный элемент предохранительного клапана образован форсуночной деталью, которая ограничивает в осевом направлении находящуюся под низким давлением зону топливной форсунки и которая в этом случае усилием пружины, например, усилием упругой распорной втулки или тарельчатой пружины, поджимается к корпусу топливной форсунки. Наиболее предпочтителен при этом вариант, в котором при открытом предохранительном клапане топливо перетекает из кольцевой полости в находящуюся под низким давлением зону топливной форсунки через кольцевую дренажную щель, которая при этом образована, предпочтительно в осевом направлении, между форсуночной деталью и корпусом топливной форсунки, при этом для обеспечения достаточной герметичности закрытого предохранительного клапана в корпусе топливной форсунки и/или в форсуночной детали в предпочтительном варианте выполнена по меньшей мере одна отсечная кромка.
Пружину предохранительного клапана предпочтительно располагать таким образом, чтобы величину ее предварительного сжатия, а тем самым и максимальное давление в кольцевой полости можно было регулировать зажимным винтом, который при этом в предпочтительном варианте представляет собой средство осевой фиксации форсуночной детали, ограничивающей в осевом направлении находящуюся под низким давлением зону топливной форсунки.
Краткое описание чертежей
Другие преимущества, отличительные особенности и частности изобретения более подробно рассмотрены в последующем описании на примере предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - выполненная по первому варианту топливная форсунка с образованной между полостью высокого давления и корпусом форсунки кольцевой полостью, давление топлива в которой при работе топливной форсунки постоянно ниже, чем в полости высокого давления,
на фиг. 2 - выполненная по альтернативному - второму - варианту топливная форсунка с расположенным между кольцевой полостью и находящейся под низким давлением зоной форсунки, выполненным в виде обратного клапана предохранительным клапаном, назначение которого состоит в снижении давления топлива в кольцевой полости только при превышении некоторого минимального давления, и
на фиг. 3 - выполненная еще по одному альтернативному - третьему - варианту топливная форсунка, у которой клапанный элемент предохранительного клапана образован ограничивающей управляющую полость форсуночной деталью.
Описание вариантов осуществления изобретения
На чертежах одинаковые по своей конструкции детали и элементы и выполняющие одинаковую функцию детали и элементы обозначены одними и теми же позициями.
На фиг. 1 показана топливная форсунка 1, выполненная в виде топливной форсунки для системы "common rail" и предназначенная для впрыскивания топлива в не показанную на чертеже камеру сгорания в ДВС автомобиля. Из топливного бака 3 топливо подается насосом 2 высокого давления в общую топливную магистраль 4 высокого давления ("rail"), называемую также топливным аккумулятором высокого давления. В этой общей топливной магистрали топливо, прежде всего дизельное топливо или бензин, аккумулируется под высоким давлением, которое в рассматриваемом примере составляет около 2500 бар. С топливной магистралью 4 высокого давления топливная форсунка 1 наряду с другими, не показанными на чертеже топливными форсунками соединена подводящим топливопроводом 5. Этот топливопровод 5 ведет к предназначенному для него присоединению 6 топливной форсунки 1, которое через топливоподводящий канал 7 ведет к расположенной по центру полости 8 высокого давления, выполняющей функцию своего рода топливного миниаккумулятора высокого давления. В этой полости 8 высокого давления преобладает в основном то же давление, что и в общей топливной магистрали высокого давления, составляющее около 2500 бар. На крышке 9 форсунки предусмотрено присоединение 10 сливного топливопровода 11. Через это присоединение 10 и подсоединенный к нему сливной топливопровод 11 из находящейся под низким давлением зоны 12 топливной форсунки в топливный бак 3, также находящийся под низким давлением, которое составляет примерно от 1 до 10 бар, может отводиться более подробно рассмотренное ниже управляющее количество топлива, а также просачивающееся топливо.
В полости 8 высокого давления подвижно в осевом направлении установлен управляющий впрыскиванием клапанный элемент 13, который в показанном на чертеже варианте выполнен цельным. В другом варианте управляющий впрыскиванием клапанный элемент 13 выполнен составным и состоит, например, из верхнего управляющего стержня и нижней иглы, расположенной в распылителе форсунки.
Управляющий впрыскиванием клапанный элемент 13 подвижно в своем продольном или осевом направлении установлен в направляющем отверстии 14 в нижнем в плоскости чертежа распылителе 15, соответственно в его корпусе. При этом на наружной боковой поверхности управляющего впрыскиванием клапанного элемента 13 в зоне его нижней направляющей выполнены осевые каналы 16 в виде лысок или плоских участков, через которые при открытом управляющем впрыскиванием клапанном элементе 13 топливо может поступать в осевом направлении вниз к системе распылительных отверстий 17 в распылителе форсунки. Распылитель 15 накидной или стяжной гайкой 18 закреплен на корпусе 19 топливной форсунки. В показанном на чертеже варианте корпус 19 топливной форсунки образует большую корпусную деталь корпуса 20.
Управляющий впрыскиванием клапанный элемент 13 имеет на своей вершине 21 запорную поверхность 22, которой он может по плотной посадке прилегать к своему выполненному в распылителе 15 седлу 23. Управляющий впрыскиванием клапанный элемент 13, когда он прилегает к своему седлу 23, т.е. находится в своем закрытом положении, перекрывает систему распылительных отверстий 17, не допуская выход из них топлива. При нахождении же управляющего впрыскиванием клапанного элемента в поднятом с его седла 23 положении топливо может протекать в осевом направлении по осевым каналам 16 из полости 8 высокого давления в нижнюю, выполненную в виде кольцевой полости полость 24 распылителя и из нее вдоль седла 23 управляющего впрыскиванием клапанного элемента к системе распылительных отверстий 17 и впрыскиваться через них в основном под высоким давлением (равным давлению в общей топливной магистрали) в камеру сгорания (не показана).
Управляющий впрыскиванием клапанный элемент 13 со своей верхней торцевой стороны 25 и часть 26 форсуночной детали 27 ограничивают между собой управляющую полость 28, в которую через выполненный в управляющем впрыскиванием клапанном элементе 13 входной дроссель 29 из полости 8 высокого давления поступает топливо. Управляющая полость 28 проходящим в форсуночной детали 27 в осевом направлении сливным каналом 30 со сливным дросселем 31 соединена с клапанной камерой 32 управляющего клапана 33 (сервоклапана). Радиально снаружи эта клапанная камера 32 ограничена втулкообразным клапанным элементом 34 управляющего клапана 26. В своем закрытом положении втулкообразный клапанный элемент 34 управляющего клапана в основном уравновешен по давлению в осевом направлении. Клапанная камера 32 в осевом направлении сверху ограничена работающим на сжатие стержнем 35, который в осевом направлении опирается на крышку 9 топливной форсунки и который выполнен в виде детали, отдельной от форсуночной детали 27. На форсуночной детали 27 выполнено седло 36 (в данном случае плоское седло), с которым взаимодействует втулкообразный клапанный элемент 34 управляющего клапана.
Втулкообразный клапанный элемент 34 управляющего клапана выполнен за одно целое с плоским якорем 37, который взаимодействует с электромагнитным приводом 38. При подаче на него электрического тока клапанный элемент 34 управляющего клапана приподнимается в осевом направлении от своего седла 36, в результате чего топливо может перетекать из клапанной камеры 32 и тем самым из управляющей полости 28 в зону 12 низкого давления и далее из нее через присоединение 10 сливного топливопровода и сливной топливопровод 11 в топливный бак 3. Проходные сечения входного дросселя 29, который в другом варианте может быть также выполнен, например, в форсуночной детали 27, и сливного дросселя 31 взаимно согласованы таким образом, что при открытом управляющем клапане 33 происходит слив практически всего топлива из управляющей полости 28, вследствие чего давление в управляющей полости 33 быстро падает, а на управляющий впрыскиванием клапанный элемент 13 начинает тем самым действовать направленная в направлении его открытия гидравлическая сила, под действием которой он приподнимается со своего седла 23 и открывает распылительные отверстия 17, через которые топливо впрыскивается в камеру сгорания.
Для завершения процесса впрыскивания топлива прекращают подачу электрического тока на электромагнитный привод 38. При этом втулкообразный клапанный элемент 34 управляющего клапана управляющей закрывающей пружиной 39, которая одним концом опирается на уступ работающего на сжатие стержня 35, а другим концом - на верхний торец плоского якоря 37, перемещается обратно к своему седлу 36. В результате продолжающегося поступления топлива через входной дроссель 29 в управляющую полость 28 давление в ней возрастает, вследствие чего управляющий впрыскиванием клапанный элемент 13, дополнительно нагруженный усилием закрывающей пружины 40, перемещается обратно в направлении своего седла 23. Закрывающая пружина 40 при этом расположена в продолжающейся в распылителе 15 полости 8 высокого давления и одним концом опирается на нижний торец форсуночной детали 27, а другим концом - на круговой буртик 41 управляющего впрыскиванием клапанного элемента 13. Для создания достаточно высокого закрывающего усилия продольные каналы 16 могут быть выполнены в виде дроссельных каналов для некоторого снижения таким путем давления в полости 24 распылителя по сравнению с давлением в полости 8 высокого давления. Предпочтительно, однако, снижать давление в полости распылителя лишь примерно на 100-200 бар, и поэтому полость 24 распылителя и полость 8 высокого давления можно рассматривать как единую полость. В результате обусловленного закрытием управляющего впрыскиванием клапанного элемента 13 резкого снижения скорости истечения впрыскиваемого топлива в полости 24 распылителя и прежде всего в полости 8 высокого давления происходит скачок давления (гидравлический удар по Жуковскому), отражающийся на общей топливной магистрали 4. Такие объемные волны приводят к пульсации давления. Обусловленные этим пиковые уровни давления могут на несколько сотен бар превышать максимальное давление в общей топливной магистрали, из-за чего топливная форсунка 1, а также система питания соответственно должны быть рассчитаны на выдерживание подобных пиковых уровней давления.
С целью исключить нагружение корпуса 19 топливной форсунки давлением сверх меры и с целью обеспечить возможность его изготовления из стали обычных марок, таких, например, как сталь марки С45, в показанной на фиг. 1 топливной форсунке 1 предусмотрена кольцевая полость 42, которая расположена радиально между полостью 8 высокого давления и корпусом 19 топливной форсунки. Такая кольцевая полость 42 занимает в осевом направлении преобладающую часть осевой протяженности корпуса 19 топливной форсунки и при необходимости может даже продолжаться в осевом направлении в распылителе 15.
Кольцевая полость 42 радиально внутри ограничена относительно полости 8 высокого давления трубчатым участком 43 форсуночной детали 27. С этой целью в форсуночной детали 27 выполнено ступенчатое отверстие 44, верхний в плоскости чертежа конец которого образует управляющую полость 28. В кольцевой полости 42 постоянно преобладает меньшее давление топлива по сравнению с его давлением в полости 8 высокого давления и постоянно преобладает большее давление топлива по сравнению с находящейся под низким давлением зоной 12 топливной форсунки 1. Давление в кольцевой полости 42 поддерживается на меньшем уровне, чем в полости 8 высокого давления, благодаря более подробно рассмотренной ниже дросселирующей системе. Проходные сечения более подробно описанных ниже дросселей при этом взаимно согласованы таким образом, что давление в кольцевой полости 42 не превышает 1800 бар. Благодаря этому снижается создаваемая давлением топлива нагрузка на корпус 19 топливной форсунки, по меньшей мере в его чувствительных к воздействию давления частях на большей части его осевой протяженности.
Из приведенного на фиг. 1 изображения следует, что топливоподводящий канал 7 частично выполнен в виде отверстия во втулкообразной присоединительной детали 60, привинченной к корпусу 19 топливной форсунки, и продолжается при этом в радиальном направлении в полость 8 высокого давления, проходя в радиальном направлении через кольцевую полость 42 и будучи уплотнен относительно нее. С этой целью форсуночная деталь 22 в зоне топливоподводящего канала 7 выполнена со ступенчато увеличенной в диаметре частью 45 (с круговым буртиком), в которой с отступом от топливоподводящего канала 7 выполнены проходящие в осевом направлении выемки 46, по которым топливо может беспрепятственно и предпочтительно без дросселирования перетекать из нижней части кольцевой полости 42 в ее верхнюю часть.
Показанная на фиг. 1 форсуночная деталь 27 не обязательно должна иметь цельное исполнение. Так, например, для ограничения кольцевой полости 42 можно использовать отдельный трубчатый элемент, который в данном случае образован трубчатым участком 43 форсуночной детали и который в осевом направлении опирается на отдельную, ограничивающую зону 12 низкого давления деталь, которая в данном случае имела бы вид пластинчатого участка 47 форсуночной детали 27.
Сверху в осевом направлении кольцевая полость 42 ограничена пластинчатым участком 47 форсуночной детали 27, который, как уже указывалось выше, может быть также образован отдельной деталью. Форсуночная деталь зажимным винтом 48 прижата к кольцевому уступу 49 на корпусе 19 топливной форсунки. Снизу в осевом направлении кольцевая полость 42 ограничена уплотнительным элементом 50, который расположен радиально между нижней частью трубчатого участка 43 форсуночной детали 27 и корпусом 19 топливной форсунки.
Из приведенного на фиг. 1 изображения следует далее, что топливо, находящееся под высоким давлением, которое в рассматриваемом примере составляет 2500 бар, может поступать в радиальном направлении в кольцевую полость 42 по ведущему в нее входному дросселю 51. Из кольцевой полости топливо по ведущему из нее сливному дросселю 52, предусмотренному в форсуночной детали 27, поступает в находящуюся под низким давлением зону 12 топливной форсунки 1. Проходные сечения ведущего в кольцевую полость входного дросселя 51 и ведущего из кольцевой полости сливного дросселя 52 при этом взаимно согласованы таким образом, что давление в кольцевой полости 42 не превышает, как уже указывалось выше, максимального давления, составляющего 1800 бар, благодаря чему значительно снижается создаваемая давлением топлива нагрузка на корпус 19 топливной форсунки. Как показано на фиг. 1, ведущий в кольцевую полость входной дроссель 51 и ведущий из кольцевой полости сливной дроссель 52 выполнены в виде сверленых дросселирующих отверстий, при этом существуют также иные возможности изготовления таких дросселей. Поскольку давление в кольцевой полости 42 не оказывает никакого влияния на характеристику впрыскивания топлива топливной форсункой 1, ведущий в кольцевую полость входной дроссель 51 и ведущий из кольцевой полости сливной дроссель 52 можно выполнять очень малых размеров, благодаря чему необходимое для снижения давления паразитное количество сливаемого топлива остается малым. С другой стороны, давление в кольцевой полости 42 не реагирует на высокодинамичные изменения давления в полости 8 высокого давления, служащей топливным миниаккумулятором высокого давления, а реагирует только на функционально обусловленные изменения давления в общей топливной магистрали высокого давления.
Ниже со ссылкой на фиг. 2 и 3 рассмотрены другие альтернативные варианты выполнения топливной форсунки 1. При этом выполненная по этим вариантам топливная форсунка по своей конструкции в основном соответствует топливной форсунке, выполненной по показанному на фиг. 1 и описанному выше варианту. Поэтому во избежание повторений в дальнейшем в основном рассматриваются лишь отличия от показанного на фиг.1 и описанного выше варианта. В соответствии с этим в отношении общих для всех вариантов моментов можно сослаться на фиг. 1, а также на приведенное выше описание чертежей.
В отличие от показанного на фиг. 1 варианта в показанном на фиг. 2 варианте давление в кольцевой полости 42 не постоянно поддерживается ниже давления в полости 8 высокого давления. Обусловлено это тем, что топливо может перетекать из кольцевой полости 42 в находящуюся под низким давлением зону 12 топливной форсунки 1 лишь периодически. В показанном на фиг. 2 варианте топливо поступает из полости 8 высокого давления в кольцевую полость 42 также через ведущий в нее входной дроссель 51, выполненный в виде сверленого дросселирующего отверстия. Ведущий же из кольцевой полости сливной дроссель 52 в показанном на фиг.2 варианте образован выполненным в виде обратного клапана предохранительным клапаном 53, который рассчитан на открытие и перепуск топлива в направлении зоны 12 низкого давления только в том случае, когда давление в кольцевой полости 42 становится выше некоторого минимального давления. В соответствии с этим давление в кольцевой полости 42 снижается только при возникновении в этом необходимости, т.е. при повышении давления в кольцевой полости до критичного для прочности корпуса клапанной форсунки уровня. В целом таким путем удается дополнительно сократить паразитное количество сливаемого топлива. Предохранительный клапан 53 имеет выполненный в виде стального шарика клапанный элемент (затвор) 54, который пружиной 55, выполненной в виде пластинчатой пружины, прижимается в направлении его седла 56, выполненного на форсуночной детали 27, а точнее на ее пластинчатом участке 47. При этом своей нижней стороной клапанный элемент 54 постоянно перекрывает канал 57 в форсуночной детали 27, сообщающийся с объемом кольцевой полости 42. При увеличении давления в кольцевой полости 42 сверх некоторого минимального давления шариковый клапанный элемент 54, преодолевая усилие пружины 55, приподнимается от своего седла 56, в результате чего топливо может с дросселированием перетекать из кольцевой полости 42 в зону 12 низкого давления. Предохранительный клапан 53 имеет такие параметры, что его дросселирующее действие обеспечивает требуемую степень снижения давления в кольцевой полости 42.
Как показано далее на фиг. 2, пружина 55, выполненная в виде пластинчатой пружины, в осевом направлении зажата между зажимным винтом 48 и верхней в плоскости чертежа стороной пластинчатого участка 47 форсуночной детали 27.
Топливная форсунка 1 в показанном на фиг. 3 варианте ее выполнения работает по тому же принципу, что и топливная форсунка, выполненная по показанному на фиг. 2 и описанному выше варианту. Однако в отличие от показанного на фиг. 2 варианта ведущий в кольцевую полость входной дроссель 51 в данном случае выполнен не в виде сверленого дросселирующего отверстия, а в виде дренажной щели между круговым буртиком 58 трубчатого участка 43 форсуночной детали 27 и корпусом 19 топливной форсунки. Между верхней ступенчато увеличенной в диаметре частью 45 (круговым буртиком) и корпусом 19 топливной форсунки предусмотрен еще один ведущий в кольцевую полость входной дроссель 51.
В данном случае также не предусмотрен никакой дроссельный канал в качестве ведущего из кольцевой полости сливного дросселя 52. Он образован предохранительным клапаном 53, через который кольцевая полость 42 может соединяется с находящейся под низким давлением зоной 12 топливной форсунки 1. Клапанный элемент 54 при этом образован пластинчатым участком 47 форсуночной детали 27. В закрытом состоянии предохранительного клапана 53 этот пластинчатый участок форсуночной детали прилегает к кольцевому уступу 49 на корпусе 19 топливной форсунки. При открытом предохранительном клапане 53 пластинчатый участок 47 смещен в осевом направлении вверх, в результате чего в осевом направлении между ним и отсечной кромкой 59 корпуса 19 топливной форсунки образуется кольцевой зазор, проходное сечение которого при этом подобрано с таким расчетом, что обеспечивается требуемое дросселирование.
Пластинчатый участок 47 приподнимается от своего образованного отсечной кромкой 59 седла 56 на корпусе 19 топливной форсунки лишь тогда, когда приложенное к нему создаваемое давлением топлива усилие становится больше усилия пружины 55, которая выполнена в виде тарельчатой пружины и которая в осевом направлении сверху опирается на зажимной винт 48. Пружина 55 стремится прижать пластинчатый участок 47 в осевом направлении вниз к кольцевому уступу 49 на корпусе 19 топливной форсунки. Величину предварительного сжатия пружины 55 можно регулировать зажимным винтом 48 путем его ввинчивания или вывинчивания.
1. Топливная форсунка, прежде всего топливная форсунка для системы "common rail", для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания, имеющая присоединение (10) сливного топливопровода и цельный или составной управляющий впрыскиванием клапанный элемент (13), установленный с возможностью перемещения между своими открытым и закрытым положениями и по меньшей мере частично расположенный в предусмотренной в корпусе (19) топливной форсунки полости (8) высокого давления, радиально между которой и корпусом (19) топливной форсунки расположена кольцевая полость (42), давление топлива в которой в процессе работы топливной форсунки (1) по меньшей мере периодически ниже, чем в полости (8) высокого давления, и выше, чем в присоединении (10) сливного топливопровода, и с которой полость (8) высокого давления гидравлически соединена по меньшей мере одним входным дросселем (51), ведущим в эту кольцевую полость (42), отличающаяся тем, что кольцевая полость (42) по меньшей мере одним ведущим из нее сливным дросселем (52) соединена с находящейся под низким давлением зоной (12) топливной форсунки (1).
2. Топливная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что полость (8) высокого давления проходит в осевом направлении вплоть до системы распылительных отверстий (17) в распылителе топливной форсунки.
3. Топливная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что кольцевая полость (42) радиально внутри ограничена форсуночной деталью (27), которая имеет по меньшей мере частично трубчатую форму и которая предпочтительно ограничивает управляющую полость (28).
4. Топливная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что давление в кольцевой полости (42) ниже, чем в полости (8) высокого давления, только при превышении минимального давления, прежде всего при превышении давления, составляющего 1800 бар.
5. Топливная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что кольцевая полость (42) выполнена с возможностью ее гидравлического соединения с находящейся под низким давлением зоной (12) топливной форсунки (1) через по меньшей мере через один предохранительный клапан, который предпочтительно выполнен дросселирующим в открытом состоянии, прежде всего в виде обратного клапана.
6. Топливная форсунка по п.5, отличающаяся тем, что предохранительный клапан (53) имеет пружину (55), прежде всего листовую пружину, и клапанный элемент, прежде всего в виде шарика, поджимаемый усилием указанной пружины (55) к форсуночной детали (27), предпочтительно ограничивающей находящуюся под низким давлением зону (12) топливной форсунки.
7. Топливная форсунка по п.5, отличающаяся тем, что подвижный клапанный элемент предохранительного клапана (53) образован ограничивающей находящуюся под низким давлением зону (12) форсуночной деталью (27), которая пружиной (55), прежде всего упругой распорной втулкой или тарельчатой пружиной, прижимается к корпусу (19) топливной форсунки.
8. Топливная форсунка по п.7, отличающаяся тем, что при открытом предохранительном клапане (53) между форсуночной деталью (27) и корпусом (19) топливной форсунки, предпочтительно в осевом направлении, имеется дренажная щель, прежде всего кольцевая дренажная щель.
9. Топливная форсунка по п.7 или 8, отличающаяся тем, что пружина (55) предохранительного клапана (53) установлена с возможностью регулирования величины ее предварительного сжатия зажимным винтом (48).
