ДИЗЕЛЬНАЯ ФОРСУНКА Российский патент 1994 года по МПК F02M47/02 F02M59/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к топливным системам дизелей, и может быть использовано для подачи топлива в камеру сгорания дизеля.

Известна форсунка, содержащая корпус, распылитель с подыгольной полостью и сопловыми каналами, размещенную в корпусе иглу, подпружиненную к распылителю, и канал подвода топлива в подыгольную полость.

Недостатками этой форсунки являются невозможность регулирования момента впрыскивания (угла опережения впрыскивания топлива) и плохое распыливание топлива на режимах с неполной нагрузкой (подачей топлива).

Известна форсунка, содержащая аккумулирующую демпфирующую полости, иглу распылителя, распылитель с подыгольной полостью и с сопловыми каналами и канал подвода топлива в подыгольную полость.

Недостатками этой форсунки являются отсутствие возможности регулирования угла опережения впрыскивания топлива в зависимости от нагрузочного режима работы дизеля и плохое распыливание топлива на режимах с частичной нагрузкой.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату к предлагаемой форсунке является дизельная форсунка, содержащая корпус, распылитель с полостью и сопловыми каналами, связанный с корпусом, канал подвода топлива, сообщенный с полостью распылителя, подпружиненную иглу, размещенную в направляющей полости, образованной корпусом и распылителем, управляющий электромагнит с якорем, втулку с радиальными сквозными отверстиями, установленную в корпусе соосно игле, причем игла размещена с возможностью осевого перемещения и образованием подыгольной полости, связанной с сопловыми каналами.

Недостатком этой форсунки является постоянное (на каждом цикле) перемещение якоря управляющего электромагнита, что приводит к повышенному износу деталей форсунки и снижению точности регулирования параметров впрыскивания. Другим недостатком этой форсунки является плохое распыливание топлива на режимах с неполной нагрузкой. Все это снижает эффективность впрыскивания топлива форсункой.

Целью изобретения является повышение эффективности впрыскивания топлива.

Указанная цель достигается тем, что дизельная форсунка, содержащая корпус, распылитель с полостью и сопловыми каналами, связанный с корпусом, канал подвода топлива, сообщенный с полостью распылителя, подпружиненную иглу, размещенную в направляющей полости, образованной корпусом и распылителем, управляющий электромагнит с якорем, втулку с радиальными сквозными отверстиями, установленную в корпусе соосно игле, причем игла размещена с возможностью осевого перемещения и образованием подыгольной полости, связанной с сопловыми каналами, снабжена двуплечим рычагом, установленным в корпусе и шарнирно связанным первым плечом с якорем электромагнита, а вторым плечом с подпружиненной втулкой, размещенной с возможностью перемещения относительно иглы, сопловые каналы выполнены по винтовой линии, игла выполнена с осевым каналом и сообщенным с ним радиальным сквозным каналом и плоской торцовой поверхностью со стороны подыгольной полости, причем игла и втулка установлены с возможностью сообщения подыгольной полости с каналом подвода топлива через осевой и радиальный каналы иглы и радиальные отверстия втулки.

На фиг. 1 дана принципиальная схема дизельной форсунки, на фиг. 1, а - развертка А; на фиг. 2 - целесообразная характеристика регулирования угла опережения впрыскивания топлива для дизеля 6 ЧН 15/18; на фиг. 3 - зависимость параметров впрыскивания от нагрузочного режима работы дизеля при частоте вращения n = 1000 мин^-1; на фиг. 4 - зависимость параметров впрыскивания от площади сопловых каналов при частоте вращения n = 1000 мин^-1 и цикловой подаче топлива q_ц = 0,07 г/цикл; на фиг. 5 - целесообразная характеристика изменения площади сопловых каналов форсунки в зависимости от цикловой подачи топлива.

Дизельная форсунка (фиг. 1) содержит корпус 1, распылитель 2, иглу 3, втулку 4 и управляющий электромагнит 5. Игла 3 размещена в направляющей полости, образованной корпусом 1 и распылителем 2, и подпружинена к распылителю 2 пружиной 6. Распылитель 2 крепится к корпусу 1 накидной гайкой 7. В корпусе выполнен канал 8 подвода топлива, соединяющий топливоподводящий штуцер 9 с полостью 10 распылителя. Распылитель 2 и игла 3 образуют подыгольную полость 11 с сопловыми каналами 12. Hа игле 3 размещена втулка 4 с радиальными сквозными отверстиями 13, подпружиненная пружиной 14. Игла 3 имеет конусную площадку 15, плоскую торцовую поверхность 16, осевой канал 17 и сообщенный с ним радиальный сквозной канал 18, соединяющие подыгольную полость 11 с радиальными сквозными отверстиями 13 втулки 4. Отверстия 13 сообщены с каналом 8 через отверстие 19 в корпусе.

Управляющий электромагнит 5 выполнен с якорем 20, подпружиненным пружиной 21. Якорь 20 через двуплечий рычаг 22 взаимодействует с втулкой 4. Управление электромагнитом 5 осуществляется электронным блоком с набором датчиков режимных параметров дизеля (электронный блок и датчики не показаны).

Дизельная форсунка работает следующим образом.

При своем движении плунжер топливного насоса (не показан) сжимает порцию топлива до требуемого давления и топливо через топливоподводящий штуцер 9 подается к форсунке. В результате начинается резкое увеличение давления топлива в полости 10 распылителя. Это давление воздействует на конусную площадку 15 иглы 3 и при давлении Р_ф.пначинается подъем иглы форсунки. Подъем иглы продолжается до тех пор, пока радиальный сквозной канал 18 иглы 3 не совпадает с радиальными сквозными отверстиями 13 втулки 4. Момент начала открытия отверстий 13 каналом 18 иглы соответствует началу впрыскивания топлива или углу опережения впрыскивания топлива (при давлениях Р_ф10 и Р_ф11соответственно в полости 10 и подыгольной полости 11 распылителя). При этом топливо через радиальный канал 18 и осевой канал 17 поступает в подыгольную полость 11 и оттуда через сопловые каналы 12 впрыскивается в камеру сгорания дизеля. После этого давление топлива в полостях 10 и 11 падает и игла 3 под действием силы деформированной пружины 6 возвращается в исходное положение.

Одним из основных параметров топливоподачи наряду с количеством подаваемого в цилиндры двигателя топлива является угол опережения впрыскивания топлива, который целесообразно регулировать в зависимости от частоты вращения двигателя, количества подаваемого топлива и ряда других параметров. На фиг. 2 представлен целесообразный закон изменения угла опережения впрыскивания для дизеля 6 ЧН 15/18 при частоте вращения n = 1500 мин^-1 и ограничении по максимальному давлению сгорания Р_мах = 10 МПа. В предлагаемой форсунке регулирование угла опережения впрыскивания топлива осуществляется следующим образом. При изменении нагрузочного режима работы дизеля (при необходимости можно учитывать изменение и других параметров) изменяется сигнал U, поступающий от электронного блока на обмотку управляющего электромагнита 5 (фиг. 1), что приводит к перемещению якоря 20 электромагнита. При уменьшении нагрузки (подачи топлива) якорь 20 перемещается влево, поворачивая при этом двуплечий рычаг 22 и опуская втулку 4 с отверстиями 13 вниз по игле 3. В результате при движении иглы 3 вверх под действием давления топлива, действующего на конусную площадку 15, момент начала впрыскивания, соответствующий моменту открытия отверстий 13 втулки радиальным каналом 18 иглы, начинается раньше, т. е. угол опережения впрыскивания топлива увеличивается.

При использовании форсунки, принятой за прототип, и уменьшении подачи топлива ухудшается качество распыливания топлива. Это связано главным образом с дросселированием потока топлива в кольцевом сечении у запорного конуса при малых подъемах иглы, а сечение сопловых каналов остается неизменным. В результате давление топлива Р_ф11 в подыгольной полости уменьшается (см. фиг. 3), что приводит к ухудшению качества распыливания топлива (уменьшению дальнобойности струи, недостаточной мелкости распыливания и др. ).

В данной форсунке с уменьшением подачи топлива втулка 4 (фиг. 1) с радиальными отверстиями 13 опускается, что приводит к уменьшению хода иглы 3 и увеличению угла опережения впрыскивания топлива. Одновременно в результате уменьшения хода иглы на режимах с частичной подачей топлива открывается лишь часть сопловых каналов 12, их суммарное проходное сечение уменьшается, давление топлива Р_ф11 в подыгольной полости 11 возрастает и качество распыливания топлива улучшается. Так, например, при работе дизеля на режиме с n_т.н = = 1000 мин^-1 и q_ц = 0,07 г/цикл уменьшение суммарной площади сопловых каналов с 1,5 до 0,77 м²приводит к возрастанию давления в подыгольной полости с 13 до 22 МПа (см. фиг. 4).

Для обеспечения линейной характеристики изменения угла опережения впрыскивания топлива от его цикловой подачи (см. фиг. 2) необходимо обеспечить линейную зависимость перемещения втулки 4 (фиг. 1) от подачи топлива. При этом одновременно необходимо обеспечить линейную зависимость суммарной площади сопловых каналов от количества подаваемого топлива, что следует из уравнения истечения
Q = μ_cf , где Q - расход топлива; μ_c и f_c - коэффициент расхода и площадь сопловых каналов; ρ - плотность топлива; Δ Р - перепад давлений в сопловом канале. Для обеспечения примерного постоянства Δ Р необходимо, чтобы площадь f_c уменьшалась пропорционально уменьшению расхода Q.

На фиг. 5 представлен такой закон изменения площади сопловых каналов. Для практической реализации этого закона в заявляемой форсунке сопловые каналы распылителя выполнены по винтовой линии (см. фиг. 1а, развертка А). Угол α подъема винтовой линии определяется из соотношения
tg α = h_и.mах/(π d_и), где h_и.mах - максимальный ход иглы; d_и - диаметр иглы. При работе на режиме холостого хода игла 3 открывает одно лишь нижнее отверстие (канал), а при полной подаче топлива - все отверстия. При работе на частичных подачах обеспечивается линейная зависимость площади сопловых каналов от хода иглы.

Использование заявляемой форсунки по сравнению с прототипом позволяет обеспечить регулирование угла опережения впрыскивания топлива в зависимости от нагрузки и улучшить характеристики впрыскивания на режимах с частичной нагрузкой. Это приводит к повышению эффективности впрыскивания топлива и снижению эксплуатационного расхода топлива на 5% . (56) Авторское свидетельство СССР N 1320488, кл. F 02 M 59/00, 1987.

Использование: двигателестроение, в частности топливные системы дизелей. Сущность изобретения: дизельная форсунка содержит корпус 1, распылитель 2, иглу 3, втулку 4 и управляющий электромагнит 5. В корпусе 1 выполнен канал 8 подвода топлива, соединяющий топливоподводящий штуцер 9 с полостью 10 распылителя. Распылитель 2 и игла 3 образуют подыгольную полость 11 с сопловыми каналами 12. Втулка 4 размещена на игле 3 и имеет радиальные сквозные отверстия 13. В игле 3 выполнены осевой канал 17 и сообщенный с ним радиальный сквозной канал 18, соединяющие подыгольную полость 11 с отверстиями 13 втулки 4. Отверстия 13 сообщены с каналом 8 подвода топлива через отверстие 19 в корпусе. Якорь 20 управляющего электромагнита 5 через двуплечий рычаг 22 взаимодействует с втулкой 4. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

ДИЗЕЛЬНАЯ ФОРСУНКА, содержащая корпус, распылитель с полостью и сопловыми каналами, связанный с корпусом, канал подвода топлива, сообщенный с полостью распылителя, подпружиненную иглу, размещенную в направляющей полости, образованной корпусом и распылителем, управляющий электромагнит с якорем, втулку с радиальными сквозными отверстиями, установленную в корпусе соосно с иглой, причем игла размещена с возможностью осевого перемещения с образованием подыгольной полости, связанной с сопловыми каналами, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, форсунка снабжена двуплечим рычагом, установленным в корпусе и шарнирно связанным первым плечом с якорем электромагнита, а вторым плечом - с подпружиненной втулкой, размещенной с возможностью перемещения относительно иглы, сопловые каналы выполнены по винтовой линии, игла выполнена с осевым каналом и сообщенным с ним радиальным сквозным каналом и плоской торцевой поверхностью со стороны подыгольной полости, причем игла и втулка установлены с возможностью сообщения подыгольной полости с каналом подвода топлива через осевой и радиальный каналы иглы и радиальные отверстия втулки.