ГИДРОЗАПОРНАЯ ДИЗЕЛЬНАЯ ФОРСУНКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК F02M47/06 F02M61/10 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в топливной аппаратуре дизелей с гидрозапорными форсунками.

Известна форсунка шведского изобретателя Лундквиста с гидравлическим запиранием иглы распылителя (см. книгу Г.Н.Шишлов, Ю.Н.Васильев, Ф.К.Травин, О. Н. Колосов Гидрозапорная топливная аппаратура судовых дизелей. М., Транспорт, 1970, стр. 25).

Топливо из топливного насоса поступает под давлением в закрытую камеру над иглой и в камеру под иглу. За счет разности площадей игла поднимается и производится впрыскивание топлива. В период отсечки давление в топливопроводе и камере под иглой падает, а в закрытой камере сохраняется, так как между закрытой камерой и топливопроводом установлен невозвратный клапан. Давление топлива в камере создает усилие на шток иглы, и игла закрывается после окончания впрыскивания. Это же остаточное давление в камере позволяет удерживать иглу в закрытом положении в период между впрыскиваниями.

В данной конструкции форсунки не регламентируется стабильность задания давления гидрозапора (Р_гз), а остаточное давление (Р_ост) в последовательных циклах при единичном возмущении (перемещение рейки или скачок частоты вращения) может изменяться вследствие зависимости расходных характеристик насоса высокого давления и форсунки от режима работы топливной аппаратуры и подобные переходные процессы происходят при периодических колебаниях остаточного давления в течение 3...10 циклов впрыскивания. Такие возмущения при работе дизеля происходят постоянно, а в результате отработки топливной аппаратуры через рабочий процесс на коленчатом валу возникают субгармонические колебания крутящего момента и соответственно существенно возрастает степень нестабильности частоты вращения (для различных режимов она ограничивается величиной допускаемой степени нестабильности), а для дизель-генераторов, работающих в параллель, это приводит, как правило, к превышению допускаемой ГОСТом величины перетекания электрической мощности.

Ближайшим аналогом предлагаемой форсунки является гидрозапорная дизельная форсунка завода "Дальдизель", представленная в книге: Гогин А.Ф., Кивалкин Е.Ф. Судовые дизели М., Транспорт, 1978, стр. 187.

Данная форсунка имеет конструктивные отличия с сохранением известных недостатков в процессе последовательных циклов впрыскивания и при работе на переходных режимах.

Игла распылителя имеет на боковой направляющей поверхности канавки (лабиринтное уплотнение). Закрытая полость внутри корпуса форсунки никаких деталей не имеет. Она содержит жидкость, запирающую иглу. В качестве такой жидкости в двигателе 6ЧСП 18/22 используется дизельное топливо. Запорная жидкость подводится в закрытую полость через штуцер, войлочный фильтр, под которым находится сетка. В системе гидрозапора двигателя 6ЧСП 18/22 поддерживается давление 15 МПа.

Впрыскиваемое топливо подводится под иглу по каналам корпуса и распылителя. Когда сила от давления впрыскиваемого топлива на дифференциальную площадку иглы станет больше силы от давления запорной жидкости на верхний торец, игла поднимется и начнется впрыскивание топлива. После отсечки, когда давление под иглой упадет, под давлением запорной жидкости игла сядет на седло. Зазор между иглой и направляющей частью распылителя в гидрозапорной форсунке может быть значительно больше, чем в пружинной: он доходит до 2...3 мкм. Просачивающаяся запорная жидкость хорошо смазывает иглу, что уменьшает износ прецизионной пары и снижает вероятность зависания иглы.

При больших зазорах нарушается нормальное сопряжение деталей распылителя (перекос), что вызывает повышенный износ иглы и направляющей поверхности корпуса, а на частичных режимах при неполном подъеме иглы нарушается стабильность и равномерность процессов впрыскивания.

В подобной конструкции форсунки при стабильном давлении гидрозапора остаточное давление в последовательных циклах может изменяться как следствие зависимости расходных характеристик насоса высокого давления и форсунки.

Известные форсунки, в том числе и принятая в качестве ближайшего аналога, не позволяют обеспечить стабильность остаточного давления в последовательных циклах впрыскивания при работе дизеля на частичных режимах нагрузки и особенно при работе на пониженной частоте вращения.

Это приводит к появлению повышенной неравномерности крутящего момента и как следствие к превышению допускаемой ГОСТом 10511-89 нестабильности частоты вращения.

Технической задачей является стабилизация остаточного давления в последовательных циклах впрыскивания без потери работоспособности распылителя с одновременным улучшением скоростной характеристики топливной аппаратуры.

Поставленная задача решается гидрозапорной дизельной форсункой со стабилизированным остаточным давлением, содержащей корпус с каналами для подвода топлива и сопловыми отверстиями, иглу с дифференциальной площадкой, согласно изобретению, на боковой направляющей поверхности иглы распылителя параллельно ее оси выполнена полная выточка прямоугольной или сегментной формы.

В другом варианте исполнения гидрозапорной дизельной форсунки на боковой направляющей поверхности иглы распылителя, параллельно ее оси выполнена неполная выточка.

Неполная выточка в теле иглы может быть сообщена дросселирующим каналом малого диаметра с закрытой полостью форсунки.

Указанные отличия позволяют стабилизировать остаточное давление в форсунке за счет перетекания топлива через выточку в игле из закрытой полости в корпусе форсунки в полость под дифференциальной площадкой иглы распылителя в течение времени между впрыскиваниями. В обратном направлении за период впрыскивания перетекает незначительное количество топлива, а давление в системе гидрозапора поддерживается за счет регулятора давления.

При этом площадь проходного сечения выточки подбирается таким образом, чтобы за интервал времени между очередными впрыскиваниями на номинальном режиме работы в систему высокого давления (СВД) секции, образованной объемом трубопровода высокого давления и присоединенными объемами в штуцере насоса высокого давления и под дифференциальной площадкой иглы, поступило количество топлива, достаточное для заполнения СВД и повышения в ней остаточного давления на 15...20%, но не более 80...85% от давления гидрозапирания.

На всех остальных режимах эксплуатации (даже на режимах малых подач и частот вращения, когда в СВД образуются разрывы сплошности) будет иметь место повышения остаточного давления по сравнению с известной топливной аппаратурой с гидрозипиранием, что обеспечит повышение приспособляемости дизеля при работе по скоростной характеристике.

Подбор проходного сечения выточки целесообразно выполнять исходя из номинального скоростного режима.

Фиг. 1 - гидрозапорная дизельная форсунка с полной выточкой на боковой поверхности иглы;
фиг. 2 - игла гидрозапорной дизельной форсунки с неполной выточкой и дросселирующим каналом;
фиг.3 - сечение иглы по фиг.2.

Гидрозапорная дизельная форсунка включает в себя корпус распылителя 1, запорную иглу 2 с прямоугольной или сегментной выточкой 3 на боковой поверхности иглы, выполненной параллельно оси запорной иглы.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом.

Впрыскиваемое топливо подводится под иглу 2 по каналам корпуса распылителя 1. Когда сила от давления впрыскиваемого топлива на дифференциальную площадку иглы 2 станет больше силы от давления запорной жидкости на верхний торец, игла 2 поднимется и начнется впрыскивание топлива. За период впрыскивания через выточку 3 в игле 2 из полости под иглой 2 в закрытую полость перетекает незначительное количество топлива, так как продолжительность топливоподачи по отношению ко времени между впрыскиваниями составляет (например, для четырехтактного двигателя) тысячные доли секунды. После отсечки, когда давление под иглой 2 упадет, под давлением запорной жидкости игла 2 сядет на седло. В течение времени между впрыскиваниями происходит перетекание топлива через выточку 3 в игле 2 из закрытой полости в корпусе форсунки в полость под дифференциальной площадкой иглы 2 распылителя 1. Количество перетекающего топлива определится величиной дросселирования выточки 3 или канала. Поэтому в системе высокого давления установится новое значение остаточного давления, стабильное от цикла к циклу и определяемое величиной эффективного проходного сечения выточки 3 или дросселирующего канала.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к гидрозапорным дизельным форсункам. Изобретение позволяет стабилизировать остаточное давление в последовательных циклах впрыскивания без потери работоспособности распылителя с одновременным улучшением скоростной характеристики топливной аппаратуры. Гидрозапорная дизельная форсунка со стабилизированным остаточным давлением содержит корпус с каналами для подвода топлива и сопловыми отверстиями, иглу с дифференциальной площадкой. На боковой направляющей поверхности иглы распылителя параллельно ее оси выполнена полная выточка прямоугольной или сегментной формы. В другом варианте на боковой направляющей поверхности иглы распылителя параллельно ее оси выполнена неполная выточка. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Гидрозапорная дизельная форсунка со стабилизированным остаточным давлением, содержащая корпус с каналами для подвода топлива и сопловыми отверстиями, иглу с дифференциальной площадкой, отличающаяся тем, что на боковой направляющей поверхности иглы распылителя параллельно ее оси выполнена полная выточка прямоугольной или сегментной формы.2. Гидрозапорная дизельная форсунка со стабилизированным остаточным давлением, содержащая корпус с каналами для подвода топлива и сопловыми отверстиями, иглу с дифференциальной площадкой, отличающаяся тем, что на боковой направляющей поверхности иглы распылителя параллельно ее оси выполнена неполная выточка.3. Гидрозапорная дизельная форсунка по п.2, отличающаяся тем, что неполная выточка в теле иглы сообщена дросселирующим каналом малого диаметра с закрытой полостью форсунки.