Насос-форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания
Полезная модель относится к машиностроению и может использоваться в дизельных двигателях в качестве устройства подачи рабочей смеси в камеру сгорания. Насос-форсунка оснащена управляемым электромагнитным клапаном плунжерного типа для подачи воды и водоподводящим к выходным отверстиям распылителя каналом, оконечная часть которого размещена внутри иглы. Возможность своевременного прерывания соединения этой части с водоподводящим каналом за счет саморегулирования поступления топлива и воды, благодаря оптимальному расположению запорных областей иглы, обеспечивает охлаждение распылителя и всего двигателя, повышая его коэффициент полезного действия, а наличие двух напорных полостей воды, в одной из которых требуемое избыточное давление образуется при закрытом плунжерном клапане, в другом же при открытом, позволяет повысить ресурс и эффективность работы двигателя.
1 н.п.ф. 2 з.п.ф 2 фиг.
Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к устройству подачи рабочей смеси в камеру сгорания дизельного двигателя.
Широко известны устройства и способы увеличения коэффициента полезного действия (КПД) двигателей внутреннего сгорания и долговечности их составных частей. Например, попытка повышения КПД за счет подачи образуемого в выходном коллекторе водяного пара с температурой 120÷130°С в цилиндр двигателя (Патент РФ 
2033553, опубл. 20.04.1995 г.) действительно приводит к желаемому результату, однако, не позволяет осуществлять регулирование в зависимости от режима работы двигателя.
Известна «Система для подачи топлива в дизель» (Патент РФ 2292479, опубл. 27.01.2007 г.), в которой повышение долговечности и надежности работы системы впрыска топлива в цилиндры дизельного двигателя внутреннего сгорания происходит за счет уменьшения ударных нагрузок при посадке запорного органа в форме иглы в седло распылителя распространенных насос-форсунок дизельного двигателя, а также обеспечение устойчивости различных режимов его работы. Недостатком этой системы является повышенный расход топлива.
Известны также «Устройство и способ подачи эмульсионного топлива, устройство образования нефтеводяной эмульсию) (Патент РФ 2102624, опубл. 20.01.1998 г.), которыми благодаря присутствию воды в рабочей смеси решается задача оптимизации температурного режима внутри каждого цилиндра дизельного двигателя и, как следствие, уменьшение количества оксидов азота и углерода, а также углеводорода. Недостатком этой системы является ее громоздкость, обусловленная необходимостью использования многочисленных цепей обратной связи, большое число вращающихся элементов и дороговизна.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели и выбранной в качестве прототипа является насос-форсунка дизельного двигателя (см., например, diesel-service-himki.ru или systemsauto.ru/feeding/nasos_forsunka.html) с электромагнитным клапаном регулирования подачи топлива от питающей топливной магистрали, который соединен с блоком управления. Кроме клапана, основными элементами такой насос-форсунки являются механически связанный через винт с шаровой головкой и коромысло с приводным кулачком распределительного вала оснащенный пружиной плунжер с функцией создания при своем движении в направлении камеры сгорания избыточного давления топлива и находящийся внутри камеры сгорания распылитель с подвижным запорным органом в форме иглы. Игла предназначена для отпирания и запирания поступления топлива из соединенной с топливоподводящим каналом напорной полости топлива к выходным распыляющим отверстиям. Недостатками прототипа являются недлительный срок службы распылителя из-за его расположенности в условиях высокой температуры в камере сгорания, сравнительно большой расход топлива и недостаточность обеспечения высокой эффективности работы двигателя.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая насос-форсунка, является повышение КПД, ресурса и эффективности работы двигателя в целом.
Поставленная задача решается при реализации полезной модели за счет достижения технического результата, заключающегося в обеспечении охлаждения распылителя и всего двигателя, а также в увеличении массы рабочей смеси в рабочем цикле без увеличения расхода топлива.
Данный технический результат достигается тем, что насос-форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащая механически связанный через винт с шаровой головкой и коромысло с приводным кулачком распределительного вала оснащенный пружиной плунжер с функцией создания при движении в направлении камеры сгорания избыточного давления топлива, подключенный к выходу блока управления электромагнитный клапан подачи топлива от питающей топливной магистрали в топливоподводящий канал и распылитель с подвижным запорным органом в форме иглы, предназначенной для отпирания и запирания поступления топлива из соединенной с топливоподводящим каналом напорной полости топлива по кольцеобразной оконечной части этого канала снаружи иглы к выходным распыляющим отверстиям, согласно полезной модели, оснащена подключенным к другому выходу блока управления электромагнитным клапаном подачи воды от питающей водяной магистрали через полость в плунжере, в которую помещен с возможностью движения по его осевому стержню подпружиненный со стороны распылителя цилиндр с осевым отверстием, и водоподводящий канал в дополнительно созданную в распылителе напорную полость воды. Игла снабжена оконечной внутренней частью водоподводящего канала от напорной полости воды к выходным распыляющим отверстиям, состоящей из соединенных между собой поперечной и осевой секций. При этом поперечная секция установлена внутри напорной полости воды с возможностью выхода из нее при отпирании топливоподводящего канала. Местонахождение напорной полости воды внутри распылителя по сравнению с местонахождением напорной полости топлива может быть отдалено от распыляющих отверстий, а поперечная секция внутренней части водоподводящего канала установлена внутри напорной полости воды параллельно отдаленному от выходных распыляющих отверстий ее краю в непосредственной близости от него или с перекрытием части входных отверстий этой секции. Электромагнитный клапан подачи воды является клапаном плунжерного типа, а отношение площади поперечного сечения топливоподводящего канала - Sт к площади поперечного сечения водопроводящего канала - S в удовлетворяет условию: 40<Sт/Sв <45.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. 1 представлена схема предлагаемой насос - форсунки с помещенным в камеру сгорания распылителем, который изображен на фиг. 2.
Устройство (фиг. 1) состоит из плунжера 1 с пружиной 2, механически связанного с приводным кулачком 3 распределительного вала через винт 4 с шаровой головкой и коромысло 5. Плунжер 1 выполнен с полостью 6, в которую помещен соосно с осевым стержнем 7 подпружиненный пружиной 8 цилиндр 9 с соответствующим стержню 7 отверстием. Электромагнитный клапан подачи топлива 10 из питающей топливной магистрали 11 в топливоподводящий канал 12 подключен к выходу блока управления (на фиг. не показан), к другому выходу которого также подключен электромагнитный клапан плунжерного типа 13 для подачи воды от питающей водной магистрали 14 в водоподводящий канал 15. Каналы 12 и 15 присоединены, соответственно, к напорной полости топлива 16 (фиг. 2) и к напорной полости воды 17 распылителя 18 с подвижным запорным органом в форме иглы 19 и выходными распыляющими отверстиями 20. Напорная полость топлива 16 соединена с выходными распыляющими отверстиями 20 кольцеобразной оконечной частью 21 топливоподводящего канала 12 окаймляющей наружную поверхность иглы 19, а напорная полость воды 17 соединена с выходными распыляющими отверстиями 20 посредством расположенной внутри иглы 19 части водоподводящего канала, которая состоит из соединенных между собой поперечной секции 22 и осевой секции 23. Поперечная секция 22 расположена внутри напорной полости воды 17 параллельно отдаленному от выходных распыляющих отверстий 20 ее краю в непосредственной близости от него или, как показано на фиг. 2, с перекрытием части входных отверстий. В опытных образцах перекрыта седьмая доля диаметра входных отверстий секции 22.
Устройство работает следующим образом. Посредством коромысла 5 усилие от приводного кулачка 3 через винт 4 передается на плунжер 1. При подъеме коромысла 5 плунжер 1 опускается, создавая при закрытом клапане 10 повышенное давление топлива в камере 24, поступившего туда из магистрали 11. Благодаря наличию цилиндра 9 с пружиной 8 повышенное давление будет также создаваться при закрытом плунжерном клапане 13 в полости 6 заполненной водой из питающей водяной магистрали 14 под действием водяного насоса (на фиг. не показан). Топливо по топливоподводящему каналу 12 поступает в напорную его полость 16, а затем по кольцеобразной оконечной части 21 канала 12 к выходным распыляющим отверстиям 20 отталкивая от них иглу 19. В результате отхода иглы 19 поперечная секция 22 выходит из напорной полости воды 17. Входные отверстия секции 22 закрываются, что исключает доступ воды в секцию 23, и соответственно к отверстиям 20. Происходит впрыск топлива, который прекращается при подаче напряжения с выхода блока управления на клапан 10 и его открытии. Остатки топлива сливаются в сливную магистраль 25. С прекращением впрыска топлива игла 19 под действием пружины 26 продвигается к отверстиям 20, а соединение между полостью 16 и частью 21 канала 12, благодаря утолщению 27 иглы 19, прерывается. В это время поперечная секция 22 оказывается в полости 17, открывая доступ воды через секцию 23 к выходным распыляющим отверстиям 20. С подачей в этот момент напряжения с выхода блока управления на плунжерный клапан 13 водоподводящий канал 15 замыкается, вода под повышенным давлением поступает в напорную полость 17. а затем по секциям 22 и 23 к выходным отверстиям 20. Игла 19 отходит, происходит впрыск воды, а секция 22 покидает полость 17. Впрыск воды прекращается.
Многочисленные испытания и расчет показали, что оптимальный режим работы двигателя достигается, когда топливоподводящий канал 12 и его часть 21 шире водоподводящего канала 15 и его секций 22 и 23, а точнее, когда отношение площади поперечного сечения топливоподводящего канала - Sт к площади поперечного сечения водоподводящего канала - S в удовлетворяет условию: 40<Sт/Sв <45.
По результатам испытаний средний расход топлива при побеге седельного тягача Cummins N217 с установленной предлагаемой насос-форсункой 110000 км уменьшился на 13 процентов, мощность двигателя по результатам измерений на тормозном стенде выросла на 11 процентов, а сажевая эмиссия снизилась на 48 процентов.
1. Насос-форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащая механически связанный через винт с шаровой головкой и коромысло с приводным кулачком распределительного вала оснащенный пружиной плунжер с функцией создания при движении в направлении камеры сгорания избыточного давления топлива, подключенный к выходу блока управления электромагнитный клапан подачи топлива от питающей топливной магистрали в топливоподводящий канал и распылитель с подвижным запорным органом в форме иглы, предназначенной для отпирания и запирания поступления топлива из соединенной с топливоподводящим каналом напорной полости топлива по кольцеобразной оконечной части этого канала снаружи иглы к выходным распыляющим отверстиям, отличающаяся тем, что она оснащена подключенным к другому выходу блока управления электромагнитным клапаном подачи воды от питающей водяной магистрали через полость в плунжере, в которую помещен с возможностью движения по его осевому стержню подпружиненный со стороны распылителя цилиндр с осевым отверстием, и водоподводящий канал в дополнительно созданную в распылителе напорную полость воды, а игла снабжена оконечной внутренней частью водоподводящего канала от напорной полости воды к выходным распыляющим отверстиям, состоящей из соединенных между собой поперечной и осевой секций, причем поперечная секция установлена внутри напорной полости воды с возможностью выхода из нее при отпирании топливоподводящего канала.
2. Насос-форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что местонахождение напорной полости воды внутри распылителя по сравнению с местонахождением напорной полости топлива отдалено от распыляющих отверстий, а поперечная секция внутренней части водоподводящего канала установлена внутри напорной полости воды параллельно отдаленному от выходных распыляющих отверстий ее краю в непосредственной близости от него или с перекрытием части входных отверстий этой секции.
3. Насос-форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что электромагнитный клапан подачи воды является клапаном плунжерного типа, а отношение площади поперечного сечения топливоподводящего канала - Sт к площади поперечного сечения водопроводящего канала - Sв удовлетворяет условию: 40< Sт/Sв<45.
