ФОРСУНКА ШЛЮЗОВОГО ТИПА Российский патент 2003 года по МПК F02M49/02 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной системе двухтактного дизельного двигателя для впрыска топлива в камеру сгорания, к системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания для впрыска в камеру сгорания охлаждающей жидкости с целью ее испарения после сгорания топлива, в качестве вспомогательного элемента топливной системы двигателей внутреннего сгорания для впрыска в камеру сгорания тяжелых жидких топлив после сжигания более легких.

Известна форсунка шлюзового типа по способу распыления, аналогичная штифтовым форсункам, по способу запирания - форсункам с пружинным запиранием (Системы поршневых и комбинированных двигателей. Машиностроение, А.С. Орлин, 1985 г., с. 127).

Известна форсунка (патент США 3898970, 12.08.1975), которая изображена на фиг. 3. Поток топлива в ней разделен на два - один непосредственно для впрыска (полость 20) находится над плунжером 22, другой через невозвратный клапан 42 служит для заполнения полости переменного объема. Отличие состоит в том, что в конструкции реализована гидравлическая регулировка количества впрыскиваемого топлива через клапан 42 в полость переменного объема, модулирующий клапан 55, канал 50 и далее на регулятор давления.

Недостатками известной форсунки являются высокая сложность и нетехнологичность производства отдельных узлов (распылителя, в частности), высокие требования к регулировке и подбору пружины, удерживающей модулирующий клапан. При строго определенном значении давления клапан должен занимать строго определенное положение. Переменный объем, находящийся за модулирующим клапаном, должен быть соединен с атмосферой, иначе давление воздуха будет оказывать воздействие на работу пружины. А такое соединение требует высокой точности подгонки клапана 55 к цилиндру 57. Распыление жидкости будет производиться по мере движения плунжера 22 вверх после преодоления упругости пружины 31, т.е. без резкого преодоления порогового значения. Фактически при таком устройстве распылителя топливо будет вытекать, а не распыляться.

Шлюзовой переход для жидкости между жидкостной полостью и камерой сгорания и в форсунке, и в инжекторе осуществляется путем поочередной работы штифтового распылителя и подвижного поршня, оборудованных каждый своей пружиной, коэффициенты упругости которых различные. Отличия форсунки шлюзового типа от жидкостного инжектора:
- пружина 1 расположена внутри подвижного цилиндра 3;
- корпус форсунки 6 цилиндрической формы в нижней части имеет конический ограничитель хода поршня 3;
- односторонний клапан 4 не связан механически с подвижным поршнем и закрывается под действием давления жидкости в полости форсунки;
- регулировка количества впрыскиваемой жидкости осуществляется регулировочным винтом 7, изменяющим величину хода поршня 3;
- упор 16 и стержень 14 не применяются.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) заявителем выбрана форсунка шлюзового типа, имеющая корпус цилиндрической формы, пружинное запирание полости, штифтовой распылитель, подвижный поршень, срабатывающий под действием давления газов в камере сгорания, шлюзовой переход между полостью форсунки и камерой сгорания (патент США 3782352, 01.01.1974).

Устройство прототипа приведено на фиг.1. В камере сгорания 10 циклически изменяется давление. При достижении давлением определенного значения подвижный поршень 3 приходит в движение, сжимается пружина 1. Жидкость через отверстия 12 и 13 фильтруется в соответствии с движением поршня. В данном случае эта фильтрация оказывает паразитическое действие на рабочий процесс. Клапан 4 прекращает сообщение с жидкостной емкостью. Давление в полости над распылителем 5 повышается, он двигается вниз, происходит впрыск жидкости в камеру сгорания 10. При понижении давления в камере сгорания под действием своих пружин распылитель 5 и подвижный поршень 3 возвращаются в исходное положение. Клапан 4 открывается для заполнения полости инжектора жидкостью. Через отверстия 12 и 13 снова происходит фильтрация жидкости.

Недостатками известной форсунки являются ее сложность. Кроме непосредственно работающей детали - подвижного поршня 3 в инжектор введены дополнительный упор 16 для пружины 1 с каналом для жидкости и стержень 14 закрытия клапана 4 и дозирования количества подаваемой жидкости. Применение же стержня 14 требует увеличить размеры верхней части крышки инжектора 15 для размещения в ней жидкостного канала и клапана 4. Применение упора 16, большего по диаметру, чем подвижный поршень, привело к необходимости заполнения жидкостью через отверстия 12 и 13 полости, в которой расположена пружина 1. Фильтрация осуществляется два раза за рабочий цикл, что в совокупности с первым недостатком приводит к увеличению инерционности системы, т.е. ухудшению распыления жидкости при впрыске. Механическое соединение клапана 4 с подвижным поршнем 3 не представляется необходимым, так как односторонний клапан работает при повышении давления в полости на закрытие, в остальное время нормально открыт. Кроме того, при механическом соединении клапана и поршня затрудняется регулировка количества подаваемого топлива (жидкости). Форсунка работает от давления газов в камере сгорания двигателя. В ней также применяется подвижный поршень 3 с распылителем 5 в центре. Запирание в обоих случаях осуществляется пружиной 1.

Задача заявленного изобретения направлена на упрощение конструкции, повышение технологичности производства отдельных узлов.

Задача заявленного изобретения достигается за счет того, что в известной форсунке шлюзового типа, имеющей корпус цилиндрической формы, пружинное запирание полости, штифтовой распылитель, подвижный поршень, срабатывающий под действием давления газов в камере сгорания, шлюзовой переход между полостью форсунки и камерой сгорания, штифтовой распылитель оборудован регулировочным винтом и пружиной, корпус форсунки выполнен с регулировочным винтом и расположенным на этом винте штуцером для подвода жидкости с односторонним клапаном, причем подвижный поршень расположен в верхней части корпуса, который в исходном положении прижимается пружиной к конусному ограничителю хода.

Сущность изобретения.

Работа форсунки шлюзового типа с необходимыми параметрами в системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания возможна при решении следующих задач.

1. Пружина 1 удерживает поршень 3 в крайнем нижнем положении до значения давления в камере сгорания P_r1 на графике фиг.4.

2. Выполняется неравенство F_ynp1<F_упр2, т.е. K₁X₁<К₂Х₂, где F_yпp1 - сила упругости пружины 1; F_упр2 - сила упругости пружины 2; K₁, и К₂ - коэффициенты упругости пружин 1 и 2; X₁ и Х₂ - смещение поршня и распылителя соответственно.

Пружины 1 и 2 регулируются на разное давление срабатывания для того, чтобы при возвращении деталей форсунки в исходное положение после впрыска распылитель опережал поршень, не допуская прорыва газов из камеры сгорания в полость форсунки, обеспечивая таким образом шлюзовой переход от одного объема к другому.

3. Выполняется неравенство F_r1<F_упр2<F_r2, где F_r1-сила воздействия газов с давлением Р_r1,на площадь распылителя S₃; F_r2- сила воздействия газов с давлением Р_r2 на ту же площадь.

Устройство форсунки приведено на фиг.2. В корпусе 6 цилиндрической формы размещен подвижный поршень 3, который в исходном состоянии прижимается к коническому ограничителю хода пружиной 1. В верхней части корпуса 6 расположен регулировочный винт 7, которым регулируется давление срабатывания подвижного поршня изменением коэффициента К пружины 1. Также винтом 7 производится регулировка количества впрыскиваемой жидкости, поскольку расстояние от регулировочного винта 7 до подвижного поршня 3, находящегося в исходном положении и определяет его количество. На корпусе регулировочного винта 7 в верхней части имеется штуцер 9 для подвода жидкости с односторонним клапаном 4, нормально открытым, закрывающимся под действием давления жидкости в полости форсунки. В центральной части подвижного поршня 3 расположен штифтовый распылитель 5 с запирающей пружиной 2. Винт 8 служит для регулировки давления срабатывания штифтового распылителя. В исходном состоянии отверстие в центральной части поршня закрыто распылителем. Для большего удобства регулировки винт 7 можно изготовить из двух концентрических частей, одной из которых регулировать ход поршня, а другой - упругость пружины 1. Нa фиг.2 не показано.

Устройство поясняется чертежами.

Фиг.1. Устройство жидкостного инжектора, патент США 3782352.

Фиг.2. Устройство форсунки шлюзового типа.

Фиг.3. Устройство топливного инжектора, патент США 3898970.

Фиг.4. График изменения давления газов в камере сгорания двигателя.

Фиг.5. Работа форсунки шлюзового типа на такте рабочий ход.

Работа форсунки шлюзового типа в варианте впрыска охлаждающей жидкости в камеру сгорания двигателя иллюстрирует фиг.5 по участкам времени, обозначенным на графике фиг.4.t- момент впрыска топлива, начало его горения.

Фиг.5A. t₀-t₁. Сила упругости пружины 1 F_упр1 больше силы давления газов F_r1. Форсунка находится в исходной состоянии, давление жидкости в ее полости не изменяется. Клапан 4 открыт.

Фиг. 5Б. t₁-t₂.F_упр1<F_r1. Поршень начинает движение против действия силы F_упр1, давление в полости возрастает до значения P_ж-F_ж+F_упр1<F_r1, гдe F_ж - сила давления жидкости на площадь поршня 5 с внутренней стороны; F_r1 - сила давления газов на площадь S₁, т.е. P_жS₁+K₁X₁<P_r1S₁ (1).

Фиг. 5В. t₂-t₃. Сила давления жидкости на площадь S₂ в полости форсунки больше силы упругости пружины 2 и силы давления газов на площадь S₃, вместе взятых. F_ж>F_упр2+F_r2. Т.е. Р_жS₂>Р_r2+S₃+Х₂ (2).

Решение системы неравенств (1) и (2) определяет зависимость между площадями S₁,S₂,S₃ и коэффициентами К₁ и К₂. Клапан 4 под действием давления P_ж закрыт. В результате воздействия давления газов на подвижный поршень происходит впрыск жидкости в камеру сгорания.

Фиг.5Г. t₃-t₄. Давление в камере сгорания снижается до значения Р_r2. Под действием пружины 2 распылитель возвращается в исходное положение, прекращается сообщение полости форсунки с камерой сгорания. Клапан 4 закрыт под действием давления P_ж.

Фиг.5Д. От t₄. Под действием пружины 1 поршень двигается вниз до конусного ограничителя хода. Давление Р_ж понижается, клапан 4 открывается, полость заполняется жидкостью.

Из-за незначительной сжимаемости жидкости фактически процесс впрыска выглядит так: поршень начинает двигаться относительно неподвижного распылителя. Распылитель приходит в движение в процессе впрыска сначала вниз, потом вверх и к моменту времени t₃ занимает исходное положение. Затем поршень двигается вниз, увлекая за собой жидкость через клапан 4.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной системе двухтактного дизельного двигателя для впрыска топлива в камеру сгорания. Изобретение направлено на упрощение конструкции, повышение технологичности производства. Форсунка шлюзового типа имеет корпус цилиндрической формы, пружинное запирание полости, штифтовой распылитель, подвижный поршень, срабатывающий под действием давления газов в камере сгорания, шлюзовой переход между полостью форсунки и камерой сгорания. Штифтовой распылитель оборудован регулировочным винтом и пружиной. Корпус форсунки выполнен с регулировочным винтом и расположенным на этом винте штуцером для подвода жидкости с односторонним клапаном. Подвижный поршень расположен в верхней части корпуса, который в исходном положении прижимается пружиной к конусному ограничителю хода. 5 ил.

Форсунка шлюзового типа, имеющая корпус цилиндрической формы, пружинное запирание полости, штифтовой распылитель, подвижный поршень, срабатывающий под действием давления газов в камере сгорания, шлюзовой переход между полостью форсунки и камерой сгорания, отличающаяся тем, что штифтовой распылитель оборудован регулировочным винтом и пружиной, корпус форсунки выполнен с регулировочным винтом и расположенным на этом винте штуцером для подвода жидкости с односторонним клапаном, причем подвижный поршень расположен в верхней части корпуса, который в исходном положении прижимается пружиной к конусному ограничителю хода.