ФОРСУНКА С УЛЬТРАЗВУКОВЫМ ИЗЛУЧАТЕЛЕМ Российский патент 2017 года по МПК B05B17/06 F23D11/34 F02M61/16 

Изобретение относится к устройствам впрыска и распыливания топлива в различных тепловых двигателях, а также может быть использовано для распыливания жидких топлив, технологических жидкостей и растворов в распылительных аппаратах, где требуется высокая точность поддержания заданного расхода топлива.

Известна гидромеханическая форсунка фирмы Robert Bosch GmbH, содержащая составной корпус, распылитель с иглой, проставку с прецизионными торцами, один торец которой контактирует с иглой распылителя, а в другой торец одета короткая штанга – тарелка, и вместе поджаты пружиной в сторону иглы распылителя. Силу предварительной затяжки пружины в сторону иглы распылителя регулируют подбором комплекта шайб. Предохранительные фильтры устанавливают на входе в форсунку [Габитов И.И., Грехов Л.В., Неговора А.В. Техническое обслуживание и диагностика топливной аппаратуры автотракторных дизелей // М.: Легион-Автодата, 2008. - 248 с., стр. 62].

Недостатком этой форсунки является невозможность мелкодисперсного и равномерного распыления топлива в течение всего срока эксплуатации форсунки из-за образования серо-парафиновых и других топливных отложений на рабочих поверхностях механизмов форсунки.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является форсунка с штангой ЯЗДА (для автомобилей КамАЗ). Форсунка содержит составной корпус с топливным каналом высокого давления, распылитель с иглой, размещенный на этом корпусе и образующий с торцом форсунки беспрокладочное прецизионное герметичное соединение, штангу, проставку с прецизионными торцами, одним торцом контактирующую с иглой, а другим - с поджатой пружиной в сторону иглы распылителя.

Поджатая пружина действует на иглу через штангу и проставку, размещенные в глухом канале, который выходит к игле распылителя и служит одновременно для размещения пружины распылителя форсунки. На входе в форсунку устанавливается предохранительный фильтр, предназначенный для отсева из топлива частиц стружки, окалин, фильтрующих материалов и случайных загрязнений, попавших в топливо. Топливо от топливного насоса высокого давления (ТНВД) под давлением поступает в кольцевое сопло, и топливо распыляется в камеру сгорания. При снижении давления в распылителе игла закрывает сопло [Габитов И.П., Грехов Л.В., Неговора А.В. Техническое обслуживание и диагностика топливной аппаратуры автотракторных дизелей // М.: Легион-Автодата, 2008. - 248 с., стр. 62].

Недостатком технического решения прототипа является необходимость изготовления с высочайшей точностью всех прецизионных деталей форсунки и невозможность мелкодисперсного и равномерного распыления топлива в течение всего срока эксплуатации форсунки из-за образования серо-парафиновых и других топливных отложений на рабочих поверхностях механизмов форсунки. Другим недостатком при образовании отложений на рабочих поверхностях форсунки является уменьшение диапазона регулирования расхода топлива на выходе сопла.

Исходя из вышеизложенного задачей предлагаемого изобретения является повышение точности управления процессом впрыскивания топлива в камеру сгорания, а именно обеспечение мелкодисперсного и равномерного распыла топлива с заданным диапазоном размеров капель в течение всего срока эксплуатации форсунки и расширение ее функциональных возможностей (поддержание постоянства характеристик распыла при использовании топлива с различными вязкостями).

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от прототипа в верхней части корпуса форсунки напротив топливного канала высокого давления, рядом со штуцером подвода топлива закреплен ультразвуковой излучатель, размещенный внутри цилиндрической втулки и состоящий из ультразвуковой накладки с концентрирующим излучателем и механизмом крепления, уплотнительного кольца, ультразвукового преобразователя на пьезоэлементах, отражающей накладки с гайкой для крепления, пьезоэлектрического преобразователя для обратной связи с плоскими шайбами и гайкой для крепления, причем ультразвуковой преобразователь на пьезоэлементах и пьезоэлектрический преобразователь электрически соединены гибкой проводкой с клеммой, соединенной с электронным блоком управления двигателем и расположенной в торце втулки, механизм крепления содержит закрепительную втулку и уплотнительное кольцо, которые механически фиксируют ультразвуковую накладку с концентрирующим излучателем внутри цилиндрической втулки.

Техническая сущность заявляемого изобретения поясняются чертежами (фиг. 1 и фиг. 2). На фиг. 1 изображен общий вид в разрезе предлагаемой форсунки, а на фиг. 2 показаны разрезы А-А и Б-Б на фиг. 1 (ее совершенствуемая изобретением часть).

Предлагаемая топливная форсунка для двигателя внутреннего сгорания состоит (см. фиг. 1) из корпуса 1 с закрепленным на нем распылителем 3 с иглой 2. Штанга 5 со стороны проставки с прецизионными торцами контактирует с иглой 2. Между проставкой штанги 5 и корпусом форсунки 1 установлена пружина запирания 6 иглы распылителя 3. При работе форсунки топливо подается через штуцер 9 с фильтром по каналу 7 высокого давления в полость распылителя. Напротив топливного канала 7 высокого давления, рядом со штуцером 9 закреплен ультразвуковой излучатель 8.

Конструктивно ультразвуковой излучатель собирается в цилиндрической втулке 10 с внешней и внутренней мелкой резьбой и с хвостовиком для ключа. Состоит из: ультразвуковой накладки 11 с концентрирующим излучателем 12 и механизмом крепления 13; уплотнительного кольца 14; ультразвукового преобразователя на пьезоэлементах 15; отражающей накладки 16 с гайкой 17; пьезоэлектрического преобразователя 18 для обратной связи с плоскими шайбами 19, 20 и гайкой 21. Ультразвуковой преобразователь 15 и пьезоэлектрический преобразователь 18 электрически соединены гибкой проводкой с клеммой 22, соединенной с электронным блоком управления двигателем и расположенной в торце втулки 10. Закрепительная втулка 23 с внешней резьбой и хвостовиком для ключа и уплотнительное кольцо 14 механически фиксируют ультразвуковую накладку 11 с концентрирующим излучателем 12 внутри цилиндрической втулки 10.

Ультразвуковой излучатель собирается внутри цилиндрической втулки 10 в следующей последовательности. В механизм крепления 13 ультразвуковой накладки 11 последовательно друг за другом устанавливается металлическое уплотнительное кольцо 14, ультразвуковой пьезопреобразователь 15, отражающая накладка 16, далее с помощью гайки 17 эти элементы стягиваются с требуемым (заданным) усилием. Для формирования различных алгоритмов управления ультразвуковым пьезопреобразователем 15 поверх гайки 17 последовательно друг за другом устанавливается плоская шайба 19, пьезоэлектрический преобразователь для обратной связи 18, плоская шайба 20, и с помощью гайки 21 эти элементы также стягиваются с требуемым (заданным) усилием в законченную конструкцию ультразвукового излучателя. Цилиндрическая втулка 10, соосно топливному каналу 8 высокого давления и рядом с входным штуцером подачи топлива, вворачивается в корпус форсунки.

Принципы работы подобной топливной форсунки уже достаточно давно и хорошо известны из уровня техники и поэтому лишь кратко рассмотрены выше. Закрепленный на торце форсунки ультразвуковой излучатель не изменяет существующие принципы работы форсунок, его задача - генерирование упругих ультразвуковых волн в каналах распылителя, в целях обеспечения мелкодисперсного и равномерного распыла топлива с заданным диапазоном размеров капель в течение всего срока эксплуатации форсунки и расширение ее функциональных возможностей (поддержание постоянства характеристик распыла при использовании топлива с различными вязкостями).

Такое выполнение форсунки обеспечивает пульсацию хода и разжижение топлива в топливном канале высокого давления и распылителе, что приводит к увеличению ее поверхностной энергии и более тонкому ее дроблению. Ультразвуковой излучатель 8 в топливном канале 7 высокого давления генерирует упругие ультразвуковые волны и образует кавитационные пузырьки, что разрушает на рабочих поверхностях канала топливопровода и механизмах распылителя твердые и жидко-твердые серо-парафиновые и другие топливные отложения. Благодаря этому геометрические размеры и чистота рабочих поверхностей форсунки останутся заданными заводскими и не изменятся в течение всего периода эксплуатации форсунки. Кроме того, генерируемые ультразвуковые волны с кавитационными пузырьками разжижают топливо, благодаря чему происходит лучшее мелкодисперсное распыление топлива на носике форсунки, что обеспечивает стабильность термодинамических процессов горения в камерах сгорания. Все это увеличивает КПД двигателя и улучшает запуск двигателя в условиях низких температур, например в холодное зимнее время.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена топливная форсунка для ДВС, содержащая составной корпус 1 с топливным каналом высокого давления 7, распылитель 3 с иглой 2, штангу 5. В верхней части корпуса 1 форсунки закреплен ультразвуковой излучатель, размещенный внутри цилиндрической втулки 10 и состоящий из ультразвуковой накладки 11 с концентрирующим излучателем 12 и механизмом крепления 13, уплотнительного кольца, ультразвукового преобразователя на пьезоэлементах 15, отражающей накладки 16 с гайкой 17 для крепления, пьезоэлектрического преобразователя 18 для обратной связи с плоскими шайбами 19, 20 и гайкой 21 для крепления, причем ультразвуковой преобразователь 15 и пьезоэлектрический преобразователь 18 электрически соединены с клеммой 22, соединенной с электронным блоком управления ДВС, механизм крепления содержит закрепительную втулку 23, уплотнительное кольцо 14, которые механически фиксируют ультразвуковую накладку 11 с концентрирующим излучателем 12 внутри цилиндрической втулки 10. Технический результат - обеспечение мелкодисперсного и равномерного распыла топлива. 2 ил.

Топливная форсунка для двигателей внутреннего сгорания, содержащая составной корпус с топливным каналом высокого давления, распылитель с иглой, размещенный на этом корпусе и образующий с торцом форсунки беспрокладочное прецизионное герметичное соединение, штангу, проставку с прецизионными торцами, одним торцом контактирующую с иглой, а другим - с поджатой пружиной в сторону иглы распылителя, отличающаяся тем, что в верхней части корпуса форсунки напротив топливного канала высокого давления, рядом со штуцером подвода топлива закреплен ультразвуковой излучатель, размещенный внутри цилиндрической втулки и состоящий из ультразвуковой накладки с концентрирующим излучателем и механизмом крепления, уплотнительного кольца, ультразвукового преобразователя на пьезоэлементах, отражающей накладки с гайкой для крепления, пьезоэлектрического преобразователя для обратной связи с плоскими шайбами и гайкой для крепления, причем ультразвуковой преобразователь на пьезоэлементах и пьезоэлектрический преобразователь электрически соединены гибкой проводкой с клеммой, соединенной с электронным блоком управления двигателем и расположенной в торце втулки, механизм крепления содержит закрепительную втулку, уплотнительное кольцо, которые механически фиксируют ультразвуковую накладку с концентрирующим излучателем внутри цилиндрической втулки.