Результат интеллектуальной деятельности: ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к топливной форсунке, прежде всего топливной форсунке для системы "common rail", имеющей корпус, вставляемый в первый участок посадочного отверстия в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) и имеющий в смонтированном положении обращенный к камере сгорания в ДВС первый участок, который по меньшей мере частично находится в контакте с камерой сгорания, при этом по меньшей мере данный первый участок корпуса топливной форсунки выполнен из металла и радиально окружен защитным элементом в виде защитной втулки, которая проходит по меньшей мере на части осевой длины этого первого участка корпуса топливной форсунки.

Топливная форсунка подобного типа известна из заявки DE 102012205699 А1 на имя Robert Bosch GmbH. Такая известная топливная форсунка отличается тем, что на наружном периметре того участка ее корпуса, который обращен к камере сгорания в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), расположена ("жертвенная") защитная втулка из металла. Использование такой защитной втулки обусловлено тем, что при работе ДВС в камере сгорания преобладает наивысшая температура, которая в головке блока цилиндров, соответственно в посадочном отверстии с обращенной от камеры сгорания стороны постепенно убывает с увеличением расстояния до камеры сгорания. Аналогичным образом температура топливной форсунки, соответственно ее корпуса также убывает с увеличением расстояния до камеры сгорания. Особенно при сравнительно низких температурах в камере сгорания или на сравнительно большом удалении от камеры сгорания возможно связанное с опасностью коррозии образование конденсата на корпусе топливной форсунки, чему помимо прочего способствует серусодержащее топливо. Учитывая, что корпус топливной форсунки в головке блока цилиндров ДВС обычно уплотнен относительно внешнего пространства уплотнительной шайбой на распылителе топливной форсунки, сказанное относится в первую очередь к той части, которая расположена аксиально сразу под этой уплотнительной шайбой в зоне первого участка посадочного отверстия в головке блока цилиндров, поскольку в этом месте преобладают наиболее низкие в относительном выражении температуры. Описанная же в указанной публикации ("жертвенная") защитная втулка позволяет защитить корпус топливной форсунки по его наружному периметру от доступа конденсата, соответственно от коррозии.

У известной топливной форсунки соединение с ней ("жертвенной") защитной втулки осуществляется прежде всего путем ее напрессовки в горячем состоянии на корпус топливной форсунки. Недостаток при этом состоит в том, что в переходной зоне между ("жертвенной") защитной втулкой и корпусом топливной форсунки с обращенной к камере сгорания стороны ("жертвенной") защитной втулки невозможно несмотря на ее напрессовку в горячем состоянии надежно предотвратить доступ конденсата. Поэтому конденсат вполне может проникать в радиальное промежуточное пространство между корпусом топливной форсунки и ("жертвенной") защитной втулкой и вызывать тем самым коррозию на корпусе топливной форсунки с ее обращенной к камере сгорания стороны.

Из заявки DE 102012219654 А1 на имя Robert Bosch GmbH известно далее использование уплотнительного элемента из теплостойкой пластмассы или аналогичного материала для предотвращения доступа конденсата в посадочное отверстие в головке блока цилиндров в направлении обращенной от камеры сгорания стороны. Такой уплотнительный элемент при этом для возможности его установки в требуемом осевом положении на корпусе топливной форсунки закреплен, соответственно расположен, например, на дополнительном элементе в виде втулки. В качестве критичного у такой топливной форсунки рассматривается то обстоятельство, что ее установка в посадочное отверстие является из-за необходимого плотного контакта между наружным периметром уплотнительного элемента и стенкой посадочного отверстия проблематичной, поскольку должно надежно исключаться повреждение уплотнительного элемента. Кроме того, изготовление подобного уплотнительного элемента с дополнительной втулкой, а также ее монтаж являются в сравнении с указанной в начале описания защитной втулкой из меди относительно трудоемкими, соответственно затратными.

Раскрытие изобретения

Исходя из описанного выше уровня техники, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать топливную форсунку указанного в начале описания типа в том отношении, чтобы при сравнительно простой конструкции защитного элемента и его технологически простом монтаже достигалось оптимизированное уплотняющее действие как на топливной форсунке, так и на обращенной к камере сгорания стороне защитного элемента.

Указанная задача решается согласно изобретению с помощью топливной форсунки с признаками, представленными в п. 1 формулы изобретения.

Лежащая в основе изобретения идея заключается в том, чтобы целенаправленно уплотнять (радиальную) зону между защитной втулкой и первым участком корпуса топливной форсунки. Под уплотнением согласно настоящему изобретению при этом подразумевается герметизация, которая при самых разнообразных рабочих условиях, соответственно температурах и давлениях в камере сгорания надежно предотвращает доступ конденсата в радиальное промежуточное пространство между защитной втулкой и корпусом топливной форсунки на ее обращенной к камере сгорания стороне. Таким образом, у предлагаемой в изобретении топливной форсунки переходная зона между защитной втулкой и первым участком корпуса топливной форсунки выполнена уплотненной с обращенной к камере сгорания стороны этой защитной втулки.

Для достижения необходимого согласно изобретению уплотнения между защитным элементом, соответственно защитной втулкой и первым участком корпуса топливной форсунки предлагается выполнять в переходной зоне между защитной втулкой и первым участком корпуса топливной форсунки соединение с материальным замыканием (неразъемное соединение) в виде паяного соединения. Преимущество подобного паяного соединения при условии, что припой обладает достаточно высокой температуроустойчивостью, состоит прежде всего в сравнительно низкой термической нагрузке, которой в процессе создания уплотнения подвергаются затрагиваемые этим процессом детали. При этом в результате выполнения подобного соединения с материальным замыканием прежде всего не происходит также никакого нежелательного изменения материала (например, повышения его твердости, охрупчивания или аналогичного изменения его свойств), из которого изготовлен корпус топливной форсунки или из которого изготовлена защитная втулка.

В альтернативном варианте в переходной зоне между защитной втулкой и первым участком корпуса топливной форсунки может быть также предусмотрено выполнение соединения с материальным замыканием в виде сварного соединения, прежде всего лазерного сварного шва. Преимущество подобного варианта состоит прежде всего в том, что для выполнения сварного соединения не требуется использовать никакие дополнительные материалы, как это необходимо при выполнении паяного соединения. Кроме того, при выполнении сварного шва повышается механическая прочность в переходной зоне между защитной втулкой и корпусом топливной форсунки.

Общим для обоих типов соединения с материальным замыканием является возможность назначения таких производственных допусков на место сопряжения между собой защитного элемента, соответственно защитной втулки и участка корпуса топливной форсунки, при которых, например, возможна сравнительно простая напрессовка защитной втулки в горячем состоянии на первый участок корпуса топливной форсунки. Благодаря этому при осевом насаживании защитной втулки на первый участок корпуса топливной форсунки требуется прикладывать лишь сравнительно низкие осевые усилия. Осевая фиксация, соответственно осевое закрепление защитной втулки на корпусе топливной форсунки в этом случае может, например, осуществляться вышеуказанным паяным соединением, соответственно сварным соединением. Подобный вариант позволяет в предельном случае даже полностью отказаться от напрессовки защитной втулки на первый участок корпуса топливной форсунки.

Тем не менее предпочтительный вариант соединения между собой защитной втулки и корпуса топливной форсунки предусматривает напрессовку защитной втулки на первый участок корпуса топливной форсунки.

С целью обеспечить возможность эффективной передачи усилий на защитную втулку, прикладываемых прежде всего при ее напрессовке, соответственно насаживании на первый участок корпуса топливной форсунки, защитная втулка имеет со своей обращенной от камеры сгорания стороны радиально-круговой фланец. Тем самым такой фланец может использоваться в качестве поверхности воздействия инструментом для передачи осевого сборочного усилия. Помимо этого наличие подобного фланца позволяет отказаться от применения отдельной уплотнительной шайбы, которая используется у топливной форсунки, известной из упомянутого в начале описания уровня техники. В этом случае выполнение функции по уплотнению смонтированной топливной форсунки в направлении камеры сгорания берет на себя указанный фланец защитной втулки.

Особо простой монтаж топливной форсунки в посадочное отверстие в головке блока цилиндров позволяет обеспечить вариант, в котором защитный элемент имеет такой диаметр, соответственно такую форму, при котором/которой между защитным элементом и стенкой первого участка посадочного отверстия в головке блока цилиндров образуется радиальный зазор.

В еще одном варианте выполнения предлагаемой в изобретении топливной форсунки осевая протяженность защитного элемента меньше осевой протяженности первого участка корпуса топливной форсунки настолько, что у установленной в первый участок посадочного отверстия топливной форсунки защитный элемент не выступает в осевом направлении в камеру сгорания.

Помимо этого в еще одном варианте выполнения предлагаемой в изобретении топливной форсунки к фланцу со стороны, обращенной от первого участка корпуса топливной форсунки, примыкает его второй участок.

Другие преимущества, отличительные особенности и частные аспекты изобретения вытекают из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых, в частности, показано:

на фиг. 1 - нижняя часть предлагаемой в изобретении топливной форсунки, у которой эта ее часть расположена в головке блока цилиндров ДВС,

на фиг. 2 вид сбоку отдельно изображенного защитного элемента, используемого на топливной форсунке, и

на фиг. 3 - вид сбоку представленной на фиг. 1 топливной форсунки, у которой между ее корпусом и защитным элементом выполнено сварное соединение.

Одинаковые детали и элементы, соответственно выполняющие одинаковую функцию детали и элементы обозначены на всех чертежах одинаковыми позициями.

На фиг. 1 фрагментарно показана верхняя часть ДВС с головкой 100 блока цилиндров. Головка 100 блока цилиндров ограничивает камеру 101 сгорания в ДВС, в которой расположен поршень 102, который может обычным образом совершать возвратно-поступательное движение в направлении продольной оси 105.

Для установки предлагаемой в изобретении топливной форсунки 10, прежде всего топливной форсунки для системы "common rail" (системы впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления, называемой также топливным аккумулятором высокого давления, а также топливной рампой), головка 100 блока цилиндров имеет посадочное отверстие 106 в виде ступенчатого отверстия. Посадочное отверстие 106 имеет с обращенной к камере 101 сгорания стороны первый участок 107 и примыкающий к нему с обращенной от камеры 101 сгорания стороны второй участок 108. Оба участка 107, 108 посадочного отверстия соединены между собой радиально-круговым уступом 109, при этом первый участок 107 посадочного отверстия имеет меньший диаметр, чем второй участок 108 посадочного отверстия, и каждый из этих обоих его участков 107, 108 в предпочтительном варианте выполнен цилиндрическим.

Показанная на фиг. 1 в предельно упрощенном виде топливная форсунка 10 имеет выполненный из металла корпус 11 с двумя цельносоединенными между собой участками 12, 13. Первый участок 12 корпуса топливной форсунки имеет меньший диаметр, чем второй участок 13 корпуса топливной форсунки, при этом оба эти его участка 12, 13 выполнены по меньшей мере приблизительно цилиндрическими. Первый участок 12 корпуса топливной форсунки расположен в основном внутри первого участка 107 посадочного отверстия, а второй участок 13 корпуса топливной форсунки - внутри второго участка 108 посадочного отверстия. Первый участок 12 корпуса топливной форсунки с обращенной к камере 101 сгорания стороны переходит в уменьшающийся в диаметре куполообразный или округлый концевой участок 14, в стенке которого выполнено по меньшей мере одно распылительное отверстие 15, через которое в камеру 101 сгорания в ДВС может впрыскиваться топливо. Впрыскивание топлива осуществляется известным и поэтому подробнее не поясняемым способом, поскольку он не имеет также существенного значения для изобретения, прежде всего путем приведения в действие иглы, расположенной в распылителе топливной форсунки 10, соответствующим приводом.

В то время как первый участок 12 корпуса топливной форсунки расположен внутри первого участка 107 посадочного отверстия, концевой участок 14 корпуса 11 топливной форсунки выступает в камеру 101 сгорания. По своему расположению относительно камеры 101 сгорания, соответственно относительно продольной оси 105 топливная форсунка 10 при этом ориентирована в качестве примера параллельно этой продольной оси 105.

С целью обеспечить возможность герметичной посадки топливной форсунки 10 в посадочном отверстии 106 в головке 100 блока цилиндров топливная форсунка 10 расположена в посадочном отверстии 106 с опорой через промежуточный слой, образованный фланцем 25 защитного элемента 20. Для этого фланец 25 одной своей (нижней) торцевой поверхностью прилегает к уступу 109. Другой своей (верхней) торцевой поверхностью фланец 25 находится в плотном контакте с обращенной к ней торцевой поверхностью топливной форсунки 10. Для обеспечения герметичности обычным образом предусмотрено нагружение топливной форсунки 10 усилием в осевом направлении в сторону камеры 101 сгорания, например усилием не показанной на чертеже прижимной скобы или аналогичного приспособления.

При работе ДВС в камере 101 сгорания преобладает сравнительно высокая температура, например в несколько сотен градусов Цельсия, которая передается на головку 100 блока цилиндров и на топливную форсунку 10 и которая в зоне посадочного отверстия 106 убывает в направлении его второго участка 108 вследствие охлаждения головки 100 блока цилиндров. С целью обеспечить на протяжении всего срока службы топливной форсунки 10 защиту ее корпуса 11 от коррозионного повреждения в той зоне его первого участка 12 с обращенной от камеры 101 сгорания стороны, где преобладают наиболее низкие в относительном выражении температуры, предлагается заключать этот первый участок 12 корпуса топливной форсунки в радиально охватывающий его защитный элемент 20. Такой защитный элемент 20 выполнен как отдельная деталь в виде защитной втулки 21.

Защитная втулка 21 в качестве примера выполнена цилиндрической с постоянной толщиной стенки и при назначении соответствующего допуска на размер напрессована на наружный диаметр, соответственно на наружный периметр первого участка 12 корпуса топливной форсунки. Помимо этого между наружным периметром защитного элемента 20, соответственно защитной втулки 21 и стенкой первого участка 107 посадочного отверстия еще образован радиальный зазор 110, и поэтому отсутствует плотный контакт топливной форсунки 10 со стенкой этого участка 107 посадочного отверстия.

Защитный элемент 20, соответственно защитная втулка 21 выполнен/выполнена из материала, более благородного по сравнению с материалом, из которого выполнен корпус 11 топливной форсунки, соответственно его первый участок 12. Под более благородным подразумевается материал, который обладает меньшей склонностью к коррозии, чем (металлический) материал корпуса 11 топливной форсунки. В предпочтительном варианте защитный элемент 20, соответственно защитная втулка 21 выполнен/выполнена из металла, такого как медь. Выбор материала, пригодного для изготовления защитного элемента 20 зависит прежде всего, но не исключительно, от толщины стенки защитного элемента 20, равно как и от преобладающих в камере сгорания температур, а также от материала корпуса 11 топливной форсунки и основан на том условии, что на протяжении запланированного срока службы топливной форсунки 10 коррозия, происходящая на защитном элементе 20, еще не должна по возможности до окончания срока службы топливной форсунки 10 успеть распространиться до ее корпуса 11, соответственно до его первого участка 12.

Из приведенного на фиг. 1 изображения следует, что обращенная к камере 101 сгорания (нижняя) торцевая поверхность 22 защитного элемента 20, соответственно защитной втулки 21 аксиально оканчивается выше нижней торцевой поверхности 111 головки 100 блока цилиндров в зоне посадочного отверстия 106. Важное значение имеет тот факт, что нижняя торцевая поверхность 22 оканчивается максимум заподлицо с нижней торцевой поверхностью 111 головки 100 блока цилиндров, т.е. защитный элемент 20, соответственно защитная втулка 21 ни в коем случае не выступает в камеру 101 сгорания.

Как прежде всего следует из приведенного на фиг. 1 изображения, радиальная переходная зона между защитной втулкой 21 и первым участком 12 корпуса топливной форсунки выполнена уплотненной. Для этого в показанном на фиг. 1 варианте на торцевой переходной зоне к участку 12 корпуса топливной форсунки предусмотрено соединение 30 с материальным замыканием, например в виде паяного соединения 31. Припой такого паяного соединения 31 прежде всего заполняет собой возможно имеющиеся между наружным периметром участка 12 корпуса топливной форсунки и внутренним диаметром защитной втулки 21 радиальные зазоры с обращенной к камере 101 сгорания стороны.

В показанном же на фиг. 3 варианте соединение 30 с материальным замыканием между защитной втулкой 21 и участком 12 корпуса топливной форсунки выполнено в виде сварного соединения 32. Такое сварное соединение 32 образовано радиально-круговым сварным швом 33, проходящим с наружной стороны защитной втулки 21 в ее окружном направлении, прежде всего лазерным сварным швом. При образовании сварного шва 33 расплавляется материал защитной втулки 21, а также участка 12 корпуса топливной форсунки в переходной зоне между ними, что обеспечивает необходимое уплотнение. В осевом направлении сварной шов 33 располагается максимально близко к (нижней) торцевой поверхности 22 защитной втулки 21.

Описанную выше топливную форсунку 10 можно видоизменять, соответственно модифицировать самыми разнообразными способами, не выходя при этом за объем изобретения.