НАСОС-ФОРСУНКА Российский патент 2008 года по МПК F02M57/02 

Изобретение относится к топливной аппаратуре дизельных двигателей, как четырехтактных, так и двухтактных.

Известны многочисленные насос-форсунки отечественного и зарубежного производства. В основном насос-форсунки устанавливались на двухтактных дизелях Ярославского моторного завода. Известно, что топливная аппаратура подразделяется на два типа: разделенная и неразделенная. Насос-форсунки относятся к неразделенному типу. Одна конструкция совмещает топливный насос высокого давления и непосредственно форсунку, нет топливопровода высокого давления.

Тем не менее, все эти достоинства пропадают, так как механический многозвенный механизм слишком громоздкий, место расположения в крышках цилиндров создает сложность, так как в крышке размещается клапанный механизм. При замене изношенного распылителя требуется разборка механизмов привода, а после сборки необходима настройка и регулировка, вследствие чего образуется трудоемкость по сравнению с разделенным типом топливоподачи (см. книгу Судовые двигатели внутреннего сгорания, Ленинград, Судостроение, 1989 г., стр.83, 84, а также см. Справочник автомеханика. Л.Л.Афанасьв, М., Машгиз, 1959 г., стр.205, фиг.80 и 81, см. Патент РФ № 2000463, опубл. 07.09.1993).

В свою очередь, элементарные форсунки тоже имеют недостатки, к их числу следует отнести, например, следующее. После прекращения подачи топливо, оставшееся в форсунке, топливопроводе и топливном насосе высокого давления, запирается иглой форсунки и нагнетательным клапаном ТНВД, причем под высоким давлением, отчего может возникать подтекание топлива в камеру сгорания, так называемый подвпрыск. К числу других недостатков следует отнести сложность охлаждений форсунки. Например, судовые дизели ДКРН 80/160-4 имеют проточное охлаждение топливом, а форсунки Дизеля ЧН 40/60 охлаждаются водой (см. Судовые ДВС, Ленинград, Судостроение, 1989 г., стр.91, рис.3.7)

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции насос-форсунки.

Предлагается насос-форсунка, содержащая механизм привода, плунжер, плунжерную втулку и иглу. Согласно изобретению механизм привода выполнен в виде гидропривода, состоящего из гидроцилиндра и гидропоршня, плунжер имеет сквозное центральное отверстие с седлом для игольчатого клапана, нижний конец плунжерной втулки оснащен иглой с дифференциальной площадкой и размещен в цилиндрическом наконечнике, во внутренней полости цилиндрического наконечника сделано седло для иглы плунжерной втулки, плунжерная втулка нагружена тарельчатыми пружинами, корпус насос-форсунки снабжен двумя штуцерами для крепления гибких топливопроводов, обеспечивающих циркуляцию топлива и охлаждение деталей насос-форсунки. Гидропривод может быть оснащен поворотным устройством корпуса гидропривода как по часовой стрелке, так и обратно, гидропривод может иметь блочную конструкцию или отдельную для каждого цилиндра.

Приводом насос-форсунки является гидропривод, широко применяющийся на автомобилях в механизме выключения сцепления и гидравлических тормозах. Устройство привода очень простое и содержит ведущее звено, состоящее из гидроцилиндра и гидропоршня, такая же конструкция и ведомого звена, они сообщаются между собой посредством гидролинии, причем дистанционно. Дополнительно в гидролинию встраивается гидроцилиндр с гидропоршнем и возвратной пружиной. Гидропоршень отмеривает порцию задаваемого топлива насос-форсункой. Определенная часть рабочей жидкости поступает в этот гадроцилиндр, и поэтому гидропоршню ведомого звена не хватает объема рабочей жидкости, вследствие чего сокращается размер хода плунжера, а отсюда и величина объема порции топлива. Гидропривод может иметь блочную конструкцию или отдельную для каждого цилиндра.

Конструкция насос-форсунки значительно упрощена и содержит корпус с двумя штуцерами крепления гибкой резиновой магистрали топливопровода, с целью устранения разборки при замене изношенного распылителя насос-форсунки, при этом два штуцера обеспечивают непрерывную циркуляцию топлива через внутреннюю полость корпуса, чем создается охлаждение деталей конструкции насос-форсунки. Плунжерная пара втулка и плунжер имеют измененную конструкцию. Нижний конец втулки оснащен иглой с дифференциальной площадкой. Плунжер имеет сквозное центральное отверстие, через которое поступает топливо в подплунжерную полость плунжерной втулки, верхний конец плунжера имеет увеличенный диаметр. В торце плунжера устроено седло для игольчатого клапана, клапан жестко закреплен в дне гидропоршня ведомого звена. Вокруг клапана выполнен цилиндрический карман для размещения конца плунжера, последний закрепляется колпачковой гайкой. При этом плунжер имеет в гайке осевую степень свободы, за счет которой происходит закрывание и открывание игольчатого клапана. При движении плунжера вниз в подплунжерной полости плунжерной втулки возникает давление, которое прижимает седло к игольчатому клапану. При обратном движении плунжера в подплунжерной полости возникает вакуум, при этом в сопряжении втулки и плунжера образуется трение. В результате всего этого плунжер тормозится, следовательно, клапан открывается, и топливо устремляется в вакуум подплунжерной полости втулки. Конец втулки с иглой размещается в цилиндрическом наконечнике, в его внутренней полости устроено седло для иглы втулки. В нижний конец в наконечник ввинчивается распылитель, который при износе заменяется новым, стоит только вынуть насос-форсунку из гнезда крышки цилиндра без какой-либо разборки, так как топливопроводы гибкие резиновые. Плунжерная втулка снаружи оснащается тарельчатыми пружинами, которые компактны, занимают мало места по высоте форсунки, при этом имеют большую силу при своем прогибе и меньшую вероятность поломки, чем цилиндрические из круглой проволоки. Тарельчатые пружины позволяют регулировать усилие нажима (см. Справочник конструктора-машиностроителя. В.И.Анурьев, том 8, стр.155-156, табл.31, где приводится характеристика тарельчатых пружин, а на стр.139, табл.17 приводятся характеристики витых цилиндрических пружин, топливопроводы гибкие резиновые высоконапорные в этом же справочнике на стр.253-254, табл.46).

Значительное преимущество представляют насос-форсунки для судовых дизелей, когда одновременно в одном цилиндре используются разные сорта моторного топлива, например дизельное топливо, мазута, сжиженный газ, тяжелое сернистое. Под каждый вид топлива необходима отдельная форсунка, а работать все они должны синхронно, при этом приводом может служить один гидропривод на все насос-форсунки. Особо значимо такая конструкция необходима военным кораблям.

Описание чертежей, прилагаемых к настоящему описанию.

Фиг.1 - устройство ведущего звена гидропривода.

1 - картер гидропривода; 2 - корпус гидропривода; 3 - гидропоршень с возвратной пружиной; 4 - ролик толкателя; 5 - кулачковый вал; 6 - второй гидропоршень с возвратной пружиной; 7 - ограничительный винт, 8 - шестерня ограничительного винта; 9 - зубчатая рейка; 10 - штуцер с резиновым рукавом; 11 - транзитная гидрополость; 12 - регулятор настройки момента впрыска топлива; 13 - кожух крепления гидропривода на блоке цилиндров дизеля; 14 - гидромагистраль подпитки утечек рабочей жидкости; 15 - емкость запаса рабочей жидкости; 16 - сапун.

Фиг.2 - устройство насос-форсунки.

17 - корпус; 18 - штуцер крепления топливопровода, 19 - гидроцилиндр ведомого звена гидропривода; 20 - крышка гидроцилиндра; 21 - штуцер гибкой гидромагистрали гидропривода; 22 - пробка отверстия заполнения рабочей гкдрожидкостью гидропривода; 23 - гнездо установки моментоскопа; 24 - гидропоршень ведомого звена гидропривода; 25 - цилиндрический карман для крепления плунжера; 26 - колпачковая гайка фиксации плунжера; 27 - плунжер; 28 - втулка плунжера; 29 - силовая пружина; 30 - тарельчатая пружина; 31 - проточное отверстие плунжера для заполнения подплунжерной полости; 32 - цилиндрический наконечник плунжерной втулки; 33 - распылитель; 34 - игла плунжерной втулки; 35 - прецизионная часть плунжерной втулки сочленения с цилиндрическим наконечником 32; 36 - игольчатый клапан плунжера; 37 - пружина возврата гидропоршня; 38 - стопорная гайка силовой пружины; 39 - гайка крепления корпуса в крышке цилиндра дизеля; 40 - разрезное кольцо фиксации корпуса в крышке цилиндра дизеля; 41 - гибкая гидромагистраль гидропривода; 42 - проточные отверстия охлаждения деталей топливом.

Порядок работы гидропривода и насос-форсунки.

Величину давления топлива насос-форсунки устанавливают на стенде, для чего из корпуса насос-форсунки вынимается плунжер с гидропоршнем, втулка плунжера на конце имеет резьбу для соединения с гидромагистралью стенда. Затем цилиндрическим наконечником 32 посредством резьбы устанавливают натяжение тарельчатой пружины 30, а по показанию прибора (манометра) устанавливают величину давления, после этого насос-форсунка собирается и устанавливается на дизель.

После установки на дизель насос-форсунка заполняется топливом с помощью ручного подкачивающего насоса. Из полости насос-форсунки выпускается воздух, затем открывается пробка 22 и заполняется гидропривод рабочей жидкостью. После этого устанавливается момент впрыска топлива, для чего через смотровое окно кожуха маховика прокручивают коленвал за зубчатый венец стартерного привода и подводят по градуировке на маховике момент впрыска. Дальше в гнездо 23 устанавливается моментоскоп. По движению мениска фиксируется положение корпуса гидропривода регулятором 12 с помощью двух гаек.

Пример конструктивного устройства насос-форсунки по параметрам давления впрыска топлива. По справочнику В.И.Анурьева "Конструктор машиностроителя", том 3, стр.139, табл.17 находим, например, пружину № 81 с диаметром - 30 мм, проволокой - 4,5 мм, сила пружины - 140 кгс. Например диаметр плунжерной втулки на сочленении с цилиндрическим наконечником равен 8 мм = 0,8 см, диаметр иглы 4 мм = 0,4 см, отсюда площадь дифференциальной площадки ровна 0,375 см², в этом случае давление топлива составит: 140 кгс/0,375 см² = 373 кгс/см². Для сравнения по вышеприведенному справочнику на стр.156, табл.31 принимается тарельчатая пружина малой жесткости диаметром - 30 мм, с отверстием - 15 мм, ее усилие при прогибе - 140 кгс, двух пружин - 280 кгс, давление равно 280 кгс/0,375 см²=746 кгс/см².

Давление рабочей жидкости для случая, когда диаметр гидроцилиндра ведомого звена гидропривода, например, 40 мм, = 4 см, сила преодоления 280 кгс, значит, давление составит: 280 кгс/12,56 см² = 22,29 кгс/м².

Таким образом, можно утверждать, что предлагаемая конструкция насос-форсунки имеет широкий диапазон выбора параметров и их габаритов, например, для судовых дизелей, работающих на тяжелом топливе при установке трех тарельчатых пружин, сила составит: 420 кгс: 0,375 см² = 1120 кгс/см², чего сложно достичь при цилиндрических проволочных пружинах.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре дизелей. Изобретение позволяет упростить конструкцию насос-форсунки. Насос-форсунка содержит механизм привода, плунжер, плунжерную втулку и иглу. Механизм привода выполнен в виде гидропривода, состоящего из гидроцилиндра и гидропоршня. Плунжер имеет сквозное центральное отверстие с седлом для игольчатого клапана. Нижний конец плунжерной втулки оснащен иглой с дифференциальной площадкой и размещен в цилиндрическом наконечнике. Во внутренней полости цилиндрического наконечника сделано седло для иглы плунжерной втулки. Плунжерная втулка нагружена тарельчатыми пружинами. Корпус насос-форсунки снабжен двумя штуцерами для крепления гибких топливопроводов, обеспечивающих циркуляцию топлива и охлаждение деталей насос-форсунки. Гидропривод оснащен поворотным устройством корпуса гидропривода как по часовой стрелке, так и обратно. Гидропривод может иметь блочную конструкцию или отдельную для каждого цилиндра. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Насос-форсунка, содержащий механизм привода, плунжер, плунжерную втулку и иглу, отличающийся тем, что механизм привода выполнен в виде гидропривода, состоящего из гидроцилиндра и гидропоршня, плунжер имеет сквозное центральное отверстие с седлом для игольчатого клапана, нижний конец плунжерной втулки оснащен иглой с дифференциальной площадкой и размещен в цилиндрическом наконечнике, во внутренней полости цилиндрического наконечника сделано седло для иглы плунжерной втулки, плунжерная втулка нагружена тарельчатыми пружинами, корпус насос-форсунки снабжен двумя штуцерами для крепления гибких топливопроводов, обеспечивающих циркуляцию топлива и охлаждение деталей насос-форсунки.2. Насос-форсунка по п.1, отличающийся тем, что гидропривод оснащен поворотным устройством корпуса гидропривода как по часовой стрелке, так и обратно, гидропривод может иметь блочную конструкцию или отдельную для каждого цилиндра.