Форсунка для двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F02M61/00 

Изобретение относится к области дви- гателестроения и предназначено для впрыскивания топлива, преимущественно в дизель.

Цель изобретения - повышение эффективности впрыскивания и упрощение конструкции форсунки.

Защищаемая форсунка отличается от прототипа тем, что расстояние между под- ыгольной и дополнительной камерами меньше максимального хода иглы, а диаметр ступени направляющей части со стороны над ыгольной камеры составляет 1,0...2,0 диаметра ступени со стороны подыгольной камеры; объем дополнительной камеры равен 0,2...1,0, объема подыгольной камеры.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В прототипе топливо перед подачей в сопловые отверстия сжимается в двух камерах, что приводит к уменьшение давления впрыскивания, так как с увеличением объема сжатия давления снижается. Кроме этого, в аналогах и прототипе сложим как форсунка, так и вся топливная система. В предлагаемой форсунке на режимах холостого хода и малых нагрузок топливо сжимается в подыгольной камере, что повышает давление впрыска, а ло мере увеличения цикловой подачи топливо сжимается в двух камерах, чтобы чрезмерно не повышалось давление в системе. Это способствует повышению надежности и срока службы форсун- ки Следует также отметить, что предложенная форсунка значительно проще в изготовлении, сборке и эксплуатации, а также при ремонте и техобслуживании.

Варьируя объемами полостей, диаметрами отдельных частей иглы, расстояниями между полостями и ходом иглы при доводке конкретного двигателя и форсунки можно добиться стабильного и эффективного впрыскивания топлива в зависимости от режима работы двигателя, чего невозможно добиться в прототипе и в аналогах. Это позволяет сделать вывод, что заявляемая форсунка и соотношения размеров связаны между собой единым изобретательским замыслом.

На фиг. 1-3 приведены принципиальные схемы форсунки с одинаковыми (фиг. 1,2) и с разными (фиг.3) диаметрами двух прецизи-s

И

00

to

(Я

со со

00

онных участков запорной иглы и распылителя, причем на фиг.1 дополнительная камера выполнена в распылителе, а на фиг.2 и 3 - в распылителе и в запорной игле.

Форсунка содержит корпус 1 с топливо- подводящим каналом 2, распылитель 3 с кольцевой проточкой 4 и каналом 5, запорную иглу 6, перекрывающую колодец 7 и сопловые отверстия 8. Игла 6 запирается пружинным механизмом или жидкостью, в качестве которой может быть использовано рабочее топливо. Подыгольная камера 9 постоянно сообщена с каналом 5, расположена ближе к колодцу 7 и разобщена от дополнительной камеры 10 прецизионным участком 11, длина сопряжения х которого меньше, например равна 0,2-0,8 максимального хода иглы ушах. Диаметр da преци- зионного участка 12 равен 1,0-2,0 диаметрам первого участка сН. Запорная игла имеет одну 13 (фиг. 1,2) или две 13 и 14 (фиг.З) дифференциальные площадки. Объем V2 камеры 10 равен 0,2-1,0 объема Vi камеры 9. Корпус 1 является для иглы упором, ограничивающим ее давление. Поверхность 15 камеры Vz выполнена со скосом для повышения надежности форсунки.

Впрыскивание топлива осуществляется следующим образом. Топливо от впрыскивающего насоса через канал 12, кольцевую проточку 4 и канал 5 в распылителе 5 поступает в камеру 9 и сжимается в ней с повышением давления. Часть топлива через прецизионный участок 11 попадает в полость 10, в которой также сжимается. Когда усилие от давления топлива на иглу снизу станет больше усилия от воздействия запирающего механизма, определяемого затяжкой пружины или давлением запирающей жидкости, игла поднимается и часть топлива через колодец 7 поступает к сопловым отверстиям 8. Когда , топливо поступает в камеру 10 через сечение между иглой и распылителем, определяемое диаметром di и высотой (у-х). Максимальное проходное сечение будет при достижении иглой упора, когда высота сечения будет равна (утах-х).

На режимах малых нагрузок и частот вращения, включая и режимы холостого хода, сжатие и повышение давления топлива перед распиливанием осуществляют в основном в камере 9. На режимах средни и больших нагрузок и частот вращения, например, на режимах выше 0,3-0,4 от номинала, сжатие и повышение давления топлива осуществляют: в начальной стадии а камере 9, а по мере движения иглы вверх, когда , в двух камерах 9 и 10.

Сжатие и повышение давления топлива перед поступлением в колодец на режимах

0

малых нагрузок и частот вращения, включая и режимы холостого хода, в камере 9 способствует повышению давления впрыскивания топлива, т.е. эффективности впрыскивания. Одновременно это способствует стабильности впрыскивания, так как топливо на указанных режимах сжимается в малом объеме.

С увеличением нагрузки и частоты вращения камеры 9 и 10 сообщаются между собой, что позволяет в этих камерах сжимать большее количество топлива без резкого повышения давления в них, что способствует также эффективному и ста- 5 бильному впрыскиванию топлива и на режимах средних и больших нагрузок и частот вращения. Вышеуказанное можно объяснить анализом уравнения баланса топлива (уравнения сплошности движения топлива).

До начала движения иглы уравнение сплошности движения топлива будет следующее:

d РФ1 a

(1)

5

откуда

0

5

0

т d-Vni-a), (2)

dt aVi

где а- коэффициент сжимаемости топлива; Vi - объем подыгольной камеры; fr - площадь проходного сечения канала 5 на выходе в камеру 9; Ст - скорость движения топлива в выходном сечении канала 5; Vni-2 - секундный расход перетечек топлива из камеры 9 в камеру 10 через сопряженную поверхность 11; Рф1 - давление топлива в камере 9; t - время.

Из уравнения (2) видно, что давление РФ1 возрастает с уменьшением Vi при прочих равных условиях. Vni-2 тем больше, чем меньше длина сопряженной поверхности 11.

Когда Рф1 станет равным Рф0, игла начинает двигаться и уравнение сплошности движения топлива будет следующим:

-CT-Vni-2- c -fc -Сс- №,(3)

где fic fc Сс - секундный расход топлива через сопловые отверстия;

f 1 л di2/4 - площадь поперечного сечения иглы по первому прецизионному участку 11; Си - скорость движения иглы.

5

Из уравнения (3)

ЈW fT CT-Vn1-2- fcX

х Сс - f 1 Си.(4)

По мере увеличения перетечек топлива давления Рф1 уменьшается.

Перетечки будут большими по мере движения иглы вверх, существенно увеличиваются при и будут максимальными при

.

Давление в рабочей полости 10 определяется следующим образом. При неподвижной игле

Vn1 2 - Vn2,

(Vnl-2-Vnz).

где Va - объем камеры 10: Рф2 - давление топлива в камере 10;

Vn2 - секундный расход перетечек топлива из камеры 10 в надыгольную полость через вторую сопряженную поверхность 12, который определяется давлениями Рф2 и давлением топлива в надыгольной полости, например, давлением запирающей жидкости при гидрозапирании форсунок.

При движении иглы давление в рабочей полости 10 определяется следующим образом

a v2 ЈЈЈЈ Vni-a - Vn2 - f2 Си, (7) at

откуда

- „«-v-e-h-CAro

где h Jtd22/4 - площадь поперечного сечения иглы по второму прецизионному участку 12.

С увеличением Vni-2 и с уменьшением Vn2 (8) давление в камере 10 возрастает, причем на Рф2 влияет и площадь fa.

В этой связи, в зависимости от назначения двигателя, особенностей эксплуатации топливной системы и двигателя расстояние между рабочими полостями выполнено меньшим, например, равным 0,2-0,8 максимального хода иглы, причем с каналом 5 сообщена только одна камера 9, расположенная ближе к колодцу распылителя, а V2 (0,2... 1,0) Vi; d2 (1,0...2,0 di Варьируя этими параметрами в указанных пределах при создании и доводке топливной аппаратуры для конкретного двигателя добиваются стабильного и эффективного впрыскивания топлива в цилиндр двигателя в зависимости от режима его работы, чего невозможно добиться в прототипе и аналогах.

Следует также отметить, что защищаемая форсунка значительно проще е изготов- лении, сборке и эксплуатации, а также при ремонте и техобслуживании, что подтверждает достоверность достижения технического результата, причем не представляет

трудностей создание форсунок на существующих серийных производствах и. более того, можно использовать серийные заготовки иглы и распылителя 5

Одним из важнейших преимуществ защищаемой форсунки является возможность использования на всех типах топливной аппаратуры, например, при гидрозапирании

10 форсунок, форсунках без сливной магистрали, при широко распространенном пружинном запирании форсунок, в насос- форсунках, в топливных системах с электро- магнитным управлением форсунок, в

15 аккумуляторной топливной аппаратуре, причем форсунки могут быть нормально закрытыми, т.е. многодырчатыми, штифтовыми, клапанными, клапэнно-сопловыми, с отъемным сопловым наконечником.

20 Таким образом, изобретение позволяет стабильно и эффективно впрыскивать топливо в широком диапазоне режимов с одно- временным упрощением форсунки, не происходит снижения Рф0 с увеличением уг25 ловой частоты вращения, что имеет место в прототипе. Если в прототипе разделитель, диаметр которого больше диаметра направляющей части иглы, ухудшает технологичность иглы и вынуждает выполнять

30 распылитель составным, т.е с отъемным сопловым наконечником, то согласно нашему решению технология изготовления иглы упрощается, а распылитель можно выполнить как цельным, так и составным.

35 Формула изобретения

1. Форсунка для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус с каналом подвода топлива, закрепленный на корпусе распылитель с седлом, сопловыми отверсти40 ями и полостью, разделенной перемычкой, и иглу с дифференциальной площадкой, двухступенчатой направляющей и запорной частями, размещенную в полости распылителя с образованием подыгольной, допол45 нительной и надыгольной камер, разобщенных направляющей частью, причем дифференциальная площадка выполнена между направляющей и запорной частями и выходит в положительную по50 лость, сообщенную с каналом подвода топлива и сопловыми отверстиями, а кромка, образованная пересечением поверхностей направляющей части и дифференциальной площадки, расположена на уровне пере55 мычки при положении иглы на седле, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности впрыскивания и упрощения конструкции, расстояние между подыгольной и дополнительной камерами меньше максимального хода иглы, а диаметр ступени направляющей части со стороны над- ыгольной камеры составляет 1,0-2,0 диаметра ступени со стороны подыгольной камеоы.

13 7 9 13 2

м

#

11

2. Форсунка поп.1,отличаю1цая- е я тем, что объем дополнительной камеры равен 0,2-1,0 объема подыгольной камеры.

139 1 13 г /

Сущность изобретения: в распылителе формулы выполнена дополнительная камера, в которую при максимальном подъеме иглы перетекает часть топлива из подыголь- ной камеры, сообщенной с каналом подвода топлива, благодаря чему рост давлений в последней происходит менее резко. 1 з.п.ф- лы, 3 ил.

фигЗ

Редактор Е.Савина

Составитель А.Каракаев

Техред М.МоргенталКорректор Е.Папп