ФОРСУНКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ ВПРЫСКА Российский патент 1997 года по МПК F02M61/16 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, к устройствам для подачи топлива в цилиндр двигателя.

Известны форсунки с регулируемым давлением впрыска [1] в этих форсунках регулировка давления начала впрыска производится изменением преднатяга пружины форсунки с помощью регулировочного винта.

Недостатком таких форсунок является невозможность регулировки давления впрыска непосредственно во время работы двигателя.

Известны форсунки с регулированием процесса впрыска [2] Такие форсунки разрабатываются с микропроцессорным управлением на основе гидроприводных насос-форсунок, имеющих электромагнитный привод распределительных золотников.

Недостатком таких форсунок является повышенная сложность изготовления и недостаточная надежность в эксплуатации.

Судя по литературным и патентным данным, регулируемое давление впрыска возможно получить только в форсунках аккумулирующего типа, с дифференциальным поршнем, в насос-форсунках с гидроприводом, в форсунках с электромагнитным управлением. Недостаток таких форсунок сложность изготовления и недостаточная надежность.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемой форсунке является устройство для регулирования зазора в приводе клапанов ДВС [3] В этом устройстве на торце стержня клапана свободно установлен поршенек, причем пространство под поршеньком заполнено несжимаемым, но деформируемым эластомерным материалом. По периферии направляющей поверхности толкателя в зоне расположения эластомера выполнены радиальные сверления, в которых размещены регулирующие плунжеры. Перемещение этих плунжеров по резьбе изменяет объем, занимаемый эластомером, что приводит к изменению зазора между толкателем и торцом клапана. Это устройство может быть применено для регулирования давления впрыска при размещении эластомера в пространстве между кромкой регулировочного болта форсунки и верхней тарелкой, фиксирующей пружину в корпусе форсунки.

Недостатком такого технического решения является то, что регулировка сжатия пружины, а следовательно и давления впрыска, ведется не автоматически. Кроме того, эластичный материал не выдерживает высоких давлений, реализуемых в современных системах впрыска топлива.

Задачей заявляемого изобретения является устранение отмеченных недостатков в разработанной конструкции форсунки двигателя внутреннего сгорания с регулируемым давлением впрыска.

Задача достигается тем, что в форсунке двигателя внутреннего сгорания, содержащей корпус, запорную иглу, размещенную внутри корпуса пружину, концы которой закреплены в тарелках, одна из которых прижата к верхнему концу штанги иглы, а вторая прижата к нижнему концу регулировочного болта, размещенного в верхней части корпуса, согласно изобретению верхняя тарелка снабжена полой вставкой, в полости которой размещен, по меньшей мере, один элемент, выполненный из материала с памятью формы.

Задача достигается также тем, что в полости вставки размещены несколько элементов, выполненных из разных металлов с памятью формы и каждый элемент выполнен из металла со своей температурой перехода из одной формы в другую.

Задача достигается также тем, что концентрично полой вставки внутри корпуса размещен нагреватель и датчик температуры, связанные через управляющее устройство с датчиками основных параметров работы двигателя.

Задача достигается также тем, что пружина выполненная из материала с памятью формы.

Задача достигается также тем, что обе тарелки, в которых размещены концы пружины, выполнены из металлов с памятью формы.

Снабжение верхней тарелки полой вставкой, размещение в полости вставки элементов, выполненных из металлов или элементов из различных металлов с памятью формы, размещение концентрично полой вставки внутри корпуса нагревателя, выполнение пружины из металла с памятью формы, выполнение тарелок из металлов с памятью формы эти признаки определяют новизну данного технического решения.

В дальнейшем изобретение поясняется примерами его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором схематично изображены различные варианты форсунки с регулируемым давлением впрыска.

Во всех рассматриваемых вариантах конструкций форсунки используются отдельные элементы или детали, выполненные из металлов с памятью формы. При достижении некоторой определенной температуры изделия из металлов с памятью формы принимают определенную, наперед заданную геометрическую форму. При уменьшении температуры ниже определенной величины геометрическая форма изделия возвращается к первоначальной.

Описанный процесс характеризуется малой инерционностью, высокой чувствительностью к изменению температуры и большим рабочим усилием (более 800 МПа у некоторых металлов). Изделия из металлов с памятью формы выдерживают несколько миллионов рабочих циклов без видимых отклонений от заданных геометрических параметров. Начало восстановления формы зависит от свойства металлов с памятью, а точнее от состава компонентов, входящих в сплав. Например, у никелида титана T 46 H 54 начало восстановления формы происходит при 75^oC, а у никелида титана T 45 H 55 при 35^oC. Известны устройства, в которых используются детали, выполненные из металлов с памятью формы, например, устройства по а.с. NN 1100423, 1148678, 1137264, 11162215, 1558579, 1560597 и др. Линейные размеры деталей, выполненных из металлов с памятью формы, могут меняться при изменении температуры на 15%
Форсунка двигателя внутреннего сгорания с регулируемым давлением впрыска содержит корпус распылителя 1, внутри которого размещена запорная игла 2, к верхнему концу штанги иглы прилегает нижняя тарелка 3, связанная через пружину 4 с верхней тарелкой 5, снабженной полой вставкой 6, в полости которой размещены элементы 7, выполненные из металлов с памятью формы. В верхней части корпуса размещен регулировочный болт 8. Во внутренней полости корпуса концентрично полой вставке 6 размещен электрический нагреватель 9 и датчик температуры (на чертеже не показан), которые через управляющее устройство (на чертеже также не показан) связаны с датчиками основных параметров работы двигателя (частота вращения, нагрузка, температура уходящих газов и т.д.).

Как варианты, каждый элемент 7 выполнен из металла со своей определенной температурой перехода из одной геометрической формы в другую, пружина выполнена из металла с памятью формы и обе тарелки 3 и 5 выполнены из металлов с памятью формы. Во всех вариантах каждый элемент, выполненный из металла с памятью формы, "настроен" на определенную температуру перехода в другую форму (например, при 50, 55, 60.80^oC).

Форсунка работает следующим образом. При подаче в корпус 1 топлива от топливного насоса (показано стрелкой 10) игла 2 поднимается только при определенном давлении топлива, зависящем от затяжки пружины 4. В статическом состоянии (при неработающем двигателе) затяжка пружины 4 осуществляется с помощью регулировочного болта 8. При работе двигателя возрастает температура корпуса распылителя 1, следовательно возрастает и температура элемента (или элементов) 7. Как только температура элемента 7 станет больше температуры перехода элемента 7 в другую геометрическую форму, он увеличивается в размере и перемещает тарелку 5, при этом сжимается пружина 4 и увеличивается давление топлива, при котором производится подъем иглы 2. При размещении в полости вставки 6 нескольких элементов 7, с разными температурами перехода из одной геометрической формы в другую, по мере роста температуры корпуса 1 и полой вставки 6 и самих элементов 7 они будут последовательно увеличиваться в размерах, при этом последовательно будет увеличиваться давление затяжки пружины 4 и давление впрыска.

Форсунка может работать также следующим образом. При установке в корпусе форсунки электрического нагревателя 9 и датчика температуры (например, термопара), соединенных с управляющим устройством, управляющее устройство обрабатывает поступающие в него сигналы от датчиков основных параметров двигателя и на основании этих сигналов управляет длительностью и моментом подключения электрического нагревателя 9 к источнику напряжения, а также величиной напряжения. В качестве управляющего устройства может быть использована ЭВМ, связанная с системой использованных механизмов. При росте, например, нагрузки, управляющее устройство подает команду на включение нагревателя 9 и нагрузка нагревателя устанавливается такой, чтобы один или же несколько элементов 7 изменили свою геометрическую форму, обеспечив оптимальное давление затяжки пружины 4, а следовательно и оптимальную величину давления впрыска.

Форсунка может также работать следующим образом. При выполнении пружины 4 из металла с памятью формы, при достижении во время работы двигателя определенной температуры в корпусе форсунки 1, большей температуры перехода из одной геометрической формы в другую, пружина 4 стремится вспомнить новую форму (т.е. расшириться), что приводит к увеличению давления впрыска.

Форсунка также может работать следующим образом. При выполнении тарелок 3 и 5 из металлов с памятью формы, во время работы двигателя при изменении, например, нагрузки, растет температура корпуса форсунки 1. Как только температура размещенных внутри корпуса тарелок 3 и 5 станет больше, чем температура перехода металла из одной формы в другую, тарелки 3 и 5 последовательно увеличиваются в размере (вдоль оси форсунки) и в результате этого увеличивается затяжка пружины 4, а следовательно возрастает давление впрыска.

По сравнению с прототипом, повышенная эффективность работы форсунки, упрощена конструкция.

Использование: двигателестроение, в частности, устройства для подачи топлива в цилиндр двигателя. Сущность изобретения: форсунка содержит корпус 1, запорную иглу 2, пружину 4, размещенную в тарелках 3 и 5, тарелка 5 снабжена полой вставкой 6, внутри которой размещен, по меньшей мере, один элемент 7, выполненный из металла с памятью формы. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Форсунка двигателя внутреннего сгорания с регулируемым давлением впрыска, содержащая корпус, запорную иглу, размещенную внутри корпуса пружину, концы которой закреплены в тарелках, одна из которых прижата к верхнему концу штанги иглы, а вторая прижата к нижнему концу регулировочного болта, размещенного в верхней части корпуса, отличающаяся тем, что верхняя тарелка снабжена полой вставкой, в полости которой размещен по меньшей мере один элемент, выполненный из металла с памятью формы. 2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что в полости вставки размещены несколько элементов, выполненных из разных металлов с памятью формы, и каждый элемент выполнен из металла со своей температурой перехода из одной формы в другую. 3. Форсунка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что концентрично полой вставке внутри корпуса размещены нагреватель и датчик температуры, связанные через управляющее устройство с датчиками основных параметров работы двигателя. 4. Форсунка по пп.1 3, отличающаяся тем, что пружина выполнена из металла с памятью формы. 5. Форсунка по пп.1 4, отличающаяся тем, что фиксирующие пружину тарелки выполнены из металлов с памятью формы.