ЭЛЕКТРОУПРАВЛЯЕМАЯ ФОРСУНКА Российский патент 2014 года по МПК F02M51/06 F02M61/16 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к форсункам с микропроцессорным управлением для впрыска топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания.

Известен электромагнитный топливный инжектор для двигателей внутреннего сгорания по патенту RU 2224132, в котором дроссель и патрубок высокого давления подачи топлива расположены соосно мультипликатору, а управляющий клапан с электромагнитом и сливная магистраль расположены перпендикулярно оси форсунки. В данном инжекторе не обеспечивается точность дозирования топлива при малых его расходах, поскольку игла одновременно открывает все распылительные отверстия, а минимальное время открытия иглы ограничено. Кроме того, данное решение требует изменения всей топливоподводящей и отводящей систем двигателя.

Наиболее близким решением является электрогидравлическая форсунка дизеля с аккумуляторной системой подачи топлива по патенту RU 2303157. Известная форсунка содержит корпус с размещенными в нем топливоподводящими и сливными каналами и сквозной осевой полостью, закрепленный на корпусе полый распылитель с сопловьми отверстиями, иглу, установленную в полости распылителя с образованием подыгольной камеры и сопряженную с несущей частью мультипликатора запирания, пружину запирания иглы, центрирующую проставку, уплотняющую часть мультипликатора запирания, выполненную в виде поршня, диаметр которого превышает диаметр уплотняющей части иглы и который прецизионно установлен во втулке мультипликатора запирания с образованием камеры гидроуправления, жиклер камеры гидроуправления, шток, якорь, электромагнит и пружину клапана гидроуправления.

При таком конструктивном выполнении форсунки ограничено объемное регулирование впрыска топлива, и трудно обеспечить точность дозирования топлива при малых его расходах, т.к. игла, как и в описанном выше инжекторе, одновременно открывает все распылительные отверстия при ограниченном минимальном времени открытия иглы.

Данный недостаток можно было бы исключить путем установки нескольких форсунок на один цилиндр, однако, во-первых, сложно разместить несколько форсунок в ограниченном пространстве, а, во-вторых, такое решение значительно удорожает конструкцию в целом.

Задачей изобретения является расширение возможностей управления процессом впрыска топлива за счет независимого открывания разного количества распылительных отверстий, обеспечивая тем самым разный секундный расход топлива. Это позволит уменьшить диапазон регулирования давления распыляемого топлива или полностью отказаться от такого регулирования, т.е. использовать наиболее эффективное значение давления распыляемого топлива для конкретных параметров камеры сгорания, что приведет к снижению токсичности выхлопных газов и повышению экономичности двигателя.

Указанная задача решена в электроуправляемой форсунке, содержащей корпус с каналом подвода топлива высокого давления и сливным каналом, втулку мультипликатора, в которой установлен подпружиненный мультипликатор запирания с образованием гидроуправляющей камеры, сообщенной с каналом подвода топлива высокого давления посредством жиклера, и со сливным каналом - через управляющий клапан, подпружиненный шток которого связан с якорем электромагнита, распылитель с седлом, в котором выполнены распылительные отверстия, и иглу, взаимодействующую с мультипликатором запирания и с седлом. Согласно изобретению, во втулке установлены по меньшей мере два мультипликатора запирания, взаимодействующих, соответственно, с по меньшей мере двумя иглами, и образующих, соответственно, по меньшей мере две гидроуправляющих камеры, каждая из которых сообщена с каналом подвода топлива высокого давления и через свой управляющий клапан со сливным каналом, при этом ось подпружиненного штока каждого управляющего клапана расположена в плоскости, перпендикулярной оси форсунки.

Предпочтительно каждый мультипликатор запирания разделен на три части: собственно мультипликатор запирания, толкатель и проставку, взаимодействующую с иглой, причем между толкателем и проставкой установлена пружина, при этом толкатель и проставка установлены так, что при отсутствии давления топлива или при давлении топлива, недостаточном для сжатия мультипликатором запирания указанной пружины, между толкателем и проставкой образуется зазор, соответствующий рабочему ходу иглы.

При этом желательно, чтобы длина мультипликаторов запирания не превышала высоту втулки мультипликатора.

Преимущественно мультипликаторы запирания выполнены из твердого сплава. Из твердого сплава также могут быть выполнены и иглы.

Предпочтительно диаметр торца толкателя, контактирующего с мультипликатором запирания, больше диаметра мультипликатора запирания и имеет возможность упора во втулку мультипликатора.

В разных седлах может быть разным или количество отверстий, или их диаметр.

Предпочтительно количество мультипликаторов запирания равно трем, а центральное отверстие в корпусе форсунки под толкатели в поперечном сечении имеет вид огибающей трех равномерно распределенных в окружном направлении пересекающихся окружностей, диаметр которых равен диаметру толкателей мультипликаторов запирания, причем на толкателях в местах пересечения указанных окружностей выполнены лыски.

При этом сечение каждой иглы на уровне прецизионного отверстия под иглы в распылителе представляет собой сектор круга с углом 120°, на средней части игл выполнены лыски для прохода топлива, а нижняя часть каждой иглы выполнена в виде цилиндра с запирающим конусом.

Такое конструкционное решение позволяет в одном корпусе разместить несколько, в частности, три независимо работающих иглы с собственными приводами.

Особенности и преимущества изобретения будут более понятны из описания преимущественного варианта его осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.

На фиг.1 представлена форсунка, общий вид в разрезе;

на фиг.2 - сечение A-A на фиг.1;

на фиг.3 - сечение B-B на фиг.1;

на фиг.4 - сечение C-C на фиг.1 в увеличенном масштабе;

на фиг.5 - схема расположения распыляющих отверстий в увеличенном масштабе.

Как показано на фиг.1, форсунка содержит корпус 1 с каналом 2 высокого давления и распылитель 3 с тремя седлами 4, в которых выполнены распыляющие отверстия 4'. В разных седлах может быть разным количество отверстий 4' или их диаметр. На фиг.5 показана возможная схема расположения распыляющих отверстий с одним, двумя и тремя отверстиями у соответствующих седел, распределенных по окружности через 60°. Распылитель 3 поджат к корпусу 1 гайкой 5. Внутри распылителя 3 расположены три иглы 6, верхняя часть 7 каждой из которых в поперечном сечении имеет вид сектора круга и проходит через прецизионное отверстие 8 в распылителе 3 (фиг.3). Иглы 6 упираются своими верхними торцами в торцы проставок 9 (фиг.1), причем по крайней мере одна из игл выполнена длиннее остальных на величину, превьппающую рабочий ход иглы 6, а соответствующая проставка короче на ту же величину. Это удерживает иглы от скручивания, поскольку проставки 9 (фиг.2) располагаются в фигурном отверстии, а также исключает при перемещении проставки 9 ее зацепление за соседнюю иглу 6 (фиг.1). Проставки 9 через пружины 10 прижимают толкатели 11 к торцу втулки 12 мультипликатора, удерживая мультипликаторы 13 запирания и образуя полость гидроуправляющей камеры 14. Центральное отверстие в корпусе 1 форсунки под толкатели 11 и проставки 9 в поперечном, сечении имеет вид огибающей трех равномерно распределенных в окружном направлении пересекающихся окружностей 15 (фиг.2), диаметр которых равен диаметру толкателей 11 (фиг.1) и проставок 9. При этом на толкателях 11 и проставках 9 в местах пересечения указанных окружностей выполнены лыски 16 (фиг.2), что обеспечивают направление толкателей 11 (фиг.1) и проставок 9 с исключением их скручивания и способствует их устойчивости при работе.

В свою очередь втулка 12 мультипликатора и диск 17 фиксируются от проворота штифтами 18 (на фиг.1 показан один из них, два других проходят через втулку 12 мультипликатора и диск 17), в одном из которых выполнено отверстие для прохода топлива к жиклерам 19, связанным между собой общим каналом 20, выполненном в диске 17, сверху перекрытом шайбой 21, поджатой винтом 22. Между корпусом 1 и патрубком 23 со сливным каналом 23' расположено герметизирующее кольцо 24. Герметичность стыков диска 17 с шайбой 21 и втулкой 12 обеспечивается за счет высокоточной подгонки контактирующих поверхностей.

Каждый из трех электромагнитных приводов состоит из обмотки 25, концы которой приварены к контактам 26, которые в свою очередь прикреплены к изолятору 27 с помощь горячей деформации выступов 28 изолятора 27, прошедших через отверстия в контактах 26 и залитых пластмассой при изготовлении колодки 29, магнитопровода 30 и якоря 32, положение которого на штоке 33 ограничивается скобой 34 и демпфирующей пружиной 35. При этом шток 33 имеет возможность перемещаться в отверстиях шайбы 36 и сменного кольца 37. Магнитопровод 30 обжат во втулке 31, которая поджимается гайкой 38. Герметичность соединения втулки 31 с корпусом 1 обеспечивается уплотнительным кольцом 39. Штоки 33 под действием пружины 40 через проставку 41 прижимают шариковый управляющий клапан 42 к седлу, выполненному в диске 17. Рабочий ход штока 33 выставляется сменными проставками 41, а минимальный зазор между якорем 32 и магнитопроводом 30 - сменной шайбой 43. Размер гнезда под пружину 40 обеспечивается сменным кольцом 37.

Для разделения полости высокого давления от сливной полости поперечное сечение верхней части 7 игл 6 на уровне прецизионного отверстия 8 (фиг.3) в распылителе 3, как отмечено выше, представляет собой сектор круга с углом 120°, причем их поверхности контакта между собой на уровне прецизионного отверстия 8 также выполнены прецизионными. На средней части игл выполнены лыски 44 (фиг.4) для прохода топлива, а на нижней их части - цилиндры 45 (фиг.1) с запирающими конусами. При этом иглы контактируют с распылителем 3 по внутренней поверхности его отверстия, а между собой - посредством лысок 46 (фиг.4).

С учетом того, что рабочее давление в форсунке составляет 200 МПа и более, иглы 6 и мультипликаторы 13 запирания предпочтительно изготовлены из твердого сплава, например, ВК-8, ГОСТ 3882-74, модуль упругости которого примерно в 3 раза больше, чем у стали. Это значительно увеличит срок службы форсунки. Кроме того, ввиду разности материалов и высокой твердости указанных деталей уменьшается вероятность надиров и, как следствие, заклинивания подвижных пар.

Форсунка работает следующим образом. При подаче топлива высокого давления через канал 2 в полость распылителя 3 ввиду разницы площади посадки иглы 6 на седло 4 распылителя 3 и площади верхней части 7 иглы 6, проходящей через прецизионные отверстия в распылителе 3, разделяющего полость высокого давления от сливной полости, возникает сила, стремящаяся поднять иглу 6. Одновременно через отверстие в штифте 18 и канал 20, соединяющий все жиклеры 19, топливо поступает во все камеры 14. Поскольку площадь поперечного сечения мультипликаторов 13 больше площади верхней части иглы 6, давление топлива, сжав пружину 10, непосредственно через проставку 9 с еще большей силой прижмет иглу 6 к седлу 4. При подаче напряжения на контакты 26 якорь 32 перемещается к магнитопроводу 30, перемещая через скобу 34 шток 33 до упора в шайбу 36, открывая шариковый управляющий клапан 42. Поскольку сечение отверстия в управляющем клапане много больше сечения отверстия жиклера 19, давление в камере 14 резко уменьшится, и ввиду разницы площади посадки иглы 6 на седло 4 распылителя 3 и площади ее верхней части 7, проходящей через прецизионное отверстие 8 (фиг.3) в распылителе 3, разделяющее полость высокого давления от сливной полости, возникает сила, перемещающая иглу 6 (фиг.1). Эта сила также перемещает проставку 9, толкатель 11 и мультипликатор 13, уменьшая камеру 14. При этом открывается проход топлива к распыляющим отверстиям 4', расположенным в седле клапана 4. При холостом ходе и предварительном впрыске открывается седло распылителя с минимальным проходным сечением распыляющих отверстий 4', например одним отверстием 4'. В случае необходимости увеличения подачи топлива последовательно подается напряжение на контакты 26 второго и третьего электромагнита, при этом открывая соответствующие иглы 6, обеспечивая послойный впрыск топлива в цилиндр двигателя. При этом возможно перекрытие начала и конца впрыска, поскольку при открытии другой иглы меняется зона горения факела из-за смены направления распыляющих отверстий. Например, при наличии в седле клапана 4 холостого хода одного отверстия 4', а во втором и третьем седле, соответственно, двух и трех отверстий можно обеспечить одновременное открытие одного, двух, трех, четырех, пяти или шести отверстий (фиг.5) в любой последовательности, что многократно увеличивает возможности регулирования подачи топлива и дает возможность использовать форсунку при постоянном (оптимальном, для данного двигателя) давлении, в результате чего значительно снижается токсичность выхлопных газов и повышается КПД двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет расширить возможности управления процессом впрыска топлива за счет независимого открывания разного количества распылительных отверстий. Электроуправляемая форсунка содержит корпус с каналом подвода топлива высокого давления и сливным каналом, втулку мультипликатора, в которой установлен подпружиненный мультипликатор запирания с образованием гидроуправляющей камеры, сообщенной с каналом подвода топлива высокого давления посредством жиклера, и со сливным каналом - через управляющий клапан, подпружиненный шток которого связан с якорем электромагнита, распылитель с седлом, в котором выполнены распылительные отверстия, и иглу, взаимодействующую с мультипликатором запирания и с седлом. Во втулке мультипликатора установлены по меньшей мере два мультипликатора запирания, взаимодействующих, соответственно, с по меньшей двумя иглами, и образующих, соответственно, по меньшей мере две гидроуправляющие камеры, каждая из которых сообщена каналом подвода топлива высокого давления через жиклер, а через свой управляющий клапан со сливным каналом. Ось подпружиненного штока каждого управляющего клапана расположена в плоскости, перпендикулярной оси форсунки. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Электроуправляемая форсунка, содержащая корпус (1) с каналом (2) подвода топлива высокого давления и сливным каналом (23'), втулку (12) мультипликатора, в которой установлен подпружиненный мультипликатор (13) запирания с образованием гидроуправляющей камеры (14), сообщенной с каналом (2) подвода топлива высокого давления посредством жиклера (19), и со сливным каналом (23') - через управляющий клапан (42), подпружиненный шток (33) которого связан с якорем (32) электромагнита, распылитель (3) с седлом (4), в котором выполнены распылительные отверстия (4'), и иглу (6), взаимодействующую с мультипликатором (13) запирания и с седлом (4), отличающаяся тем, что во втулке (12) мультипликатора установлены по меньшей мере два мультипликатора (13) запирания, взаимодействующих, соответственно, с по меньшей двумя иглами (6), и образующих, соответственно, по меньшей мере две гидроуправляющих камеры (14), каждая из которых сообщена каналом (2) подвода топлива высокого давления через жиклер (19), а через свой управляющий клапан (42) со сливным каналом (23'), при этом ось подпружиненного штока (33) каждого управляющего клапана (42) расположена в плоскости перпендикулярной оси форсунки.

2. Электроуправляемая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что каждый мультипликатор (13) запирания разделен на три части: собственно мультипликатор (13) запирания, толкатель (11) и проставку (9), взаимодействующую с иглой (6), причем между толкателем (11) и проставкой (9) установлена пружина (10), при этом толкатель (11) и проставка (9) установлены так, что при отсутствии давления топлива или при давлении топлива, недостаточном для сжатия мультипликатором (13) запирания указанной пружины (10), между толкателем (11) и проставкой (9) образуется зазор, соответствующий рабочему ходу иглы (6).

3. Электроуправляемая форсунка по п.2, отличающаяся тем, что длина мультипликаторов (13) запирания не превышает высоту втулки (12) мультипликатора.

4. Электроуправляемая форсунка по п.3, отличающаяся тем, что мультипликаторы (13) запирания выполнены из твердого сплава.

5. Электроуправляемая форсунка по п.2, отличающаяся тем, что диаметр торца толкателя (11), контактирующего с мультипликатором (13) запирания, больше диаметра мультипликатора (13) запирания и имеет возможность упора во втулку (12) мультипликатора.

6. Электроуправляемая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что количество отверстий (4') в разных седлах (4) различно.

7. Электроуправляемая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что в разных седлах (4) отверстия (4') выполнены различного диаметра.

8. Электроуправляемая форсунка, по п.1, отличающаяся тем, что иглы (6) выполнены из твердого сплава.

9. Электроуправляемая форсунка по пп.2-8, отличающаяся тем, что количество мультипликаторов (13) запирания равно трем, а центральное отверстие в корпусе форсунки под толкатели (11) и проставки (9) в поперечном сечении имеет вид огибающей трех равномерно распределенных в окружном направлении пересекающихся окружностей (15), диаметр которых равен диаметру толкателей (11) мультипликаторов (13) запирания и проставок (9), причем на толкателях (11) и проставках (9) в местах пересечения указанных окружностей (15) выполнены лыски (16).

10. Электроуправляемая форсунка по п.9, отличающаяся тем, что сечение каждой иглы (6) на уровне прецизионного отверстия (8) под иглы в распылителе (3) представляет собой сектор круга с углом 120°, на средней части игл (6) выполнены лыски (44) для прохода топлива, а нижняя часть каждой иглы (6) выполнена в виде цилиндра (45) с запирающим конусом.