Насос-форсунка для двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, в частности топливоподающая аппаратура двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Сущность изобретения: насос-форунка для ДВС содержит корпус, распылитель с размещенной в нем запорной иглой с образованием надыгольной и подыгольной полостей, плунжер, снабженный передней и отсечной управляющими кромками, имеющей возможность перемещения в осевом и тангенциальном направлениях, втулку плунжера с впускным и отсечным окнами и окном зарядки, образованную верхним торцем плунжера и втулкой плунжера полость нагнетания, сообщенную с подыгольной полостью, а окно зарядки сообщено соединительным каналом с надыгольной полостью, окно зарядки сообщено с надыгольной полостью форсунки через обратный клапан, а плунжер снабжен передней управляющей кромкой, имеющей наклон, противоположный отсечной кромки. Предложены различные варианты выполнения насос-форсунки. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к топливоподающей аппаратуре двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известна насос-форсунка, содержащая плунжер с косыми управляющими кромками, приводимый в движение от кулачка распределительного вала, а также втулку плунжера с впускным и отсечными окнами, причем впускные и отсечные окна гильзы смещены относительно друг друга в осевом направлении. Закономерность распределения подачи топлива по фазам достигается соответствующим профилированием двух ветвей кромки. Рабочий ход впрыскивания начинается от перекрытия впускного окна торцем плунжера и заканчивается при открытии кромкой отсечного окна (Авторское свидетельство СССР N 74510 кл. F02 M 57/02, опубл. 30.12.49г.).

К недостаткам насос-форсунок такого типа можно отнести то, что давление впрыскивания находится в сильной зависимости от нагрузочных и скоростных режимов. Причем на пониженных цикловых подачах и частотах вращения падает давление впрыскивания, ухудшается качество распыливания и смесеобразования, что приводит к ухудшению экономических и экологических показателей ДВС.

Известен прототип насос-форсунка, содержащая плунжер с управляющими кромками, втулку плунжера с впускным и отсечным окнами, а также окнами предварительной зарядки, разгрузки и конечной зарядки, сообщенные между собой и с надыгольной полостью. Через эти окна игла форсунки гидравлически догружается в начале и в конце подачи и разгружается в период впрыскивания. Процесс, осуществляемый в данной насос-форсунке, характеризуется крутым передним и задним фронтами характеристики впрыскивания и высоким средним давлением впрыскивания, приближающимся к максимальному. (Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей. Под общей ред.Орлика А. С. Круглова М.Г. и др. -М. Машиностроение, 1985, стр.177).

К недостаткам этой насос-форсунки можно отнести еще большую, чем у разделенных систем зависимость давления и продолжительности впрыскивания от режимов работы дизеля. Это, в частности, приводит к резкому ухудшению распыливания на малых нагрузках и особенно на малых частотах вращения вала двигателя. Рассмотренная конструкция прототип в этом отношении имеет несколько лучшие показатели, однако не устраняет их, особенно на малых частотах вращения.

Задача изобретения: увеличение интенсивности впрыскивания на пониженных цикловых подачах и частотах вращения, улучшения качества смесеобразования.

Задача достигается тем, что в насос-форсунке для двигателя внутреннего сгорания, содержащей корпус, распылитель с размещенной в нем запорной иглой с образованием надыгольной и подыгольной полостей; плунжер, снабженный передней и отсечной управляющими кромками, имеющей возможность перемещения в осевом и тангенциальном направлениях, втулку плунжера с впускным и отсечным окнами и окном зарядки, образованную верхним торцем плунжера и втулкой плунжера полость нагнетания, сообщенную с подыгольной полостью, а окно зарядки сообщено соединительным каналом с надыгольной полостью согласно изобретению окно зарядки сообщено с надыгольной полость форсунки через обратный клапан, а плунжер снабжен передней управляющей кромкой, имеющий наклон противоположный отсечной кромке.

Задача достигается также тем, что обратный клапан расположен в месте сообщения соединительного канала с надыгольной полостью.

Задача достигается также тем, что соединительный канал снабжен жиклером.

Указанная цель достигается также тем, что жиклер установлен параллельно обратному клапану.

На фиг. 1 показан продольный разрез насос-форсунки для подачи топлива в ДВС, имеющей насосный элемент золотникового типа и распылитель клапанно-соплового типа, причем обратный клапан расположен в надыгольной полости.

На фиг. 2 показана статическая гидравлическая характеристики насос-форсунки для ДВС, на фиг.3 график зависимости Qф от времени впрыска.

На фиг.4 показан узел обратного клапана, в котором параллельно обратному клапану установлен жиклер.

Насос-форсунка для двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус форсунки, распылитель 1 с размещенной в нем запорной иглой 2, прижимающей иглу к посадочному конусу пружину 3 с образованием надыгольной 4 и подыгольной 5 полостей. Распылитель 1 присоединяется к торцу втулки плунжера через промежуточные пластины 6. Плунжер 7 снабженный передней 8 и отсечной 9 управляющими кромками, имеющий возможность перемещения в осевом и тангенциальном направлениях, размещенный во втулке 10 плунжер с впускным 11, и отсечным (на фиг. не показано) окнами и окном зарядки 12. Верхний торец плунжера 7 и втулки 10 плунжера образуют полость нагнетания 13, сообщенную с подыгольной полостью 5 каналом 14, а окно зарядки 12 сообщено соединительным каналом 15 с надыгольной полостью 4 насос-форсунки. В первом варианте выполнения насос-форсунки соединительный канал 15 снабжен обратным клапаном 16, поджатым к посадочному конусу пружиной 17, т.е. окно зарядки 12 сообщено с надыгольной полостью 4 через обратный клапан 16. Причем, обратный клапан 16, в вариантах выполнения, м. б. размещен в различных местах соединительного канала 15: в начале (т.е. во втулке плунжера), в середине (т.е. в промежуточной пластине 6) или в месте сообщения (выхода) соединительного канала 15 с надыгольной полостью 4, как показано на фиг.1. Вариант выполнения, в котором обратный клапан 16 размещен в надыгольной полости 4 насос-форсунки (фиг.1), и прижат к седлу пружиной 17, нижний конец которой упирается в промежуточную шайбу 18 с отверстием для прохождения топлива, размещенную в надыгольной полости 4 между промежуточными пластинами 6. Верхний конец пружины 3 иглы упирается также в промежуточную шайбу 18. В варианте выполнения насос-форсунки (на фиг. показан) обратный клапан снабжен жиклером, включенным последовательно, что позволяет регулировать величину давления гидродогружения, в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов, а следовательно, величину давления и продолжительности впрыскивания. Возможен вариант выполнения насос-форсунки, в которой первая управляющая кромка 8 выполнена на плунжере со стороны впускного окна 11, но направление наклона обратное.

В данном варианте выполнения, жиклер 19 (фиг.1) может быть размещен в соединительном канале 15 и включен последовательно с обратным клапаном 16. При наличии жиклера в соединительном канале, включенного последовательно с обратным клапаном, при увеличении частоты вращения уменьшается выполнение полости топливом за счет уменьшения времени соответственно уменьшается давление гидродогружения, что приводит к снижению давлений впрыскивания, а при уменьшении n-наполнение надыгольной полости топливом увеличивается, что приводит к увеличению давлений гидродогружения иглы и соответственно к увеличению давлений впрыскивания.

Кроме того, зарядка надыгольной полости повышает давление начала впрыскивания. Это изменяет статистическую гидравлическую характеристику форсунки, как показано на фиг.2. При этом на малых частотах в области относительно низких объемных подач топлива: Qф=Qх. При малом давлении в надыгольной полости Pф (что наблюдается в простейшей насос-форсунке или насос-форсунке фирмы GMC (прототип) с разгрузкой на время впрыска) имеет малоинтенсивное впрыскивание при малых давлениях. Если имеем зарядку полости на время впрыскивания (кривая 2), то в области Qx, как известно, устойчивая работа форсунки невозможна (Pф/dQф<0) происходит дробящее впрыскивание. Причем, чем больше поднимаем давление гидродогружения Pфо, тем больше будет скважность относительное время "молчания" форсунки. Накапливание топлива между впрысками и подъем давления способствует более форсированному впрыскиванию в то время, когда оно оказывается возможным. Расчеты показывают, что замен непрерывного впрыскивания дробящим, приводит к уменьшению среднего давления впрыскивания, если его относить к периоду времени от его начала до его конца _o.. Однако такое вычисление среднего давления впрыскивания Pвпр. Формально не отражает его физического смысла. Для оценки качества распыливания (например, среднего диаметра капель) следует среднее давление впрыскивания относить ко времени, в течение которого фактически происходит этот процесс т.к. видно из фиг.3 =₁+₂+₃+... В этом случае для дробящего впрыскивания среднее давление впрыскивания излучаем более высоким, чем для непрерывного впрыскивания. Таким образом предложенная насос-форсунка обеспечивает более высокое качество смесеобразования на частичных режимах двигателя.

Дроссель позволяет усиливать этот эффект именно на малых частотах вращения, а на больших в этом нет такой необходимости.

Насос-форсунка для ДВС работает следующим образом. Топливо от топливоподкачивающего насоса проходит через штуцер и предохранительный фильтр по каналам подвода (на фиг. не показано) в полость вокруг втулки плунжера. Механизм привода плунжера 7 (например, кулачок распределительного вала) действуя на толкатель, приводит в действие плунжер 7, на который также действует возвратная пружина (на фиг. не показаны), возвращающая плунжер в исходное (верхнее) положение. Когда плунжер 7 движется вверх, топливо поступает через впускное окно 11 в подплунжерную полость полость нагнетания 13. Во время движения плунжера вниз, когда перекрытия впускного окна 11 прямой кромкой плунжера, происходит более позднее закрытие окна предварительной зарядки 12 первой наклонной управляющей кромкой 8 плунжера при уменьшении цикловой подачи. Это обеспечивается самим углом наклона первой управляющей кромки: причем, угол наклона кромки 8 имеет противоположное направление наклона отсечной кромки 9, т.е. по мере уменьшения цикловой подачи, происходит более позднее закрытие окна зарядки 12 больше дозарядка топливом полости 4, что приводит к более высокому давлению топлива в надыгольной полости 4, что проводит к увеличению давления и сокращению продолжительности впрыскивания на пониженных цикловых подачах.

При снижении частоты вращения n зарядка надыгольной полости 4 топливом увеличивается, т.к. большее количество топлива успевает перетечь через наполнительный клапан и дроссель, за счет времени впрыск начинается позже (с запаздыванием) и при большем давлении. При увеличении n, при постоянном положении рейки, зарядка надыгольной полости 4 топливом меньше, т.к. меньшее количество топлива успевает перетечь через обратный (наполнительный) клапан дроссель в полость 4, меньше давление топлива в надыгольной полости и уменьшается давление впрыскивания при сокращении его продолжительности.

При увеличении цикловой подачи, при постоянной частоте вращения происходит более раннее закрытие окна зарядки 12 за счет увеличения угла наклона кромки 8, меньше дозарядки топливом полости 4 через обратный клапан 16, меньше давление топлива в надыгольной полости, а следовательно, и меньше давление впрыскивания. Установка обратного клапана 16, в соединительном канале способствует разобщению полости нагнетания 13 и надыгольной полости 4 в промежутке между впрыском топлива. При этом в надыгольной полости 4 остается повышенное остаточное давление топлива, что способствует повышению давления начала впрыскивания. Причем это также изменяет статическую гидравлическую характеристику форсунки.

Наличие обратного клапана 16, размещенного в соединительном канале или надыгольной полости, необходимо для гарантированного нагружения надыгольного пространства за счет подачи в него относительно малых дополнительных порций топлива. Последнее достаточно ввиду сохранения давления в надыгольном объеме между впрыскиваниями. Получить большие дополнительные дозы дозарядки на частичных режимах не удается ввиду значительного роста утечки, а увеличить эти дозы расширением разницы фаз закрытия окон зарядки и впускного недопустимо из-за возникающей при этом перегрузки надыгольной полости на номинальном режиме.

Наличие обратного клапана 16, размещенного в соединительном канале или надыгольной полости, необходимо для гарантированного нагружения надыгольного пространства за счет подачи в него относительно малых дополнительных порций топлива. Последнее достаточно ввиду сохранения давления в надыгольном объеме в период между впрыскиваниями. Получить большие дополнительные дозы дозарядки на частичных режимах не удается ввиду значительного роста утечек, а увеличить эти дозы расширением разницы фаз закрытия окон зарядки и впускного недопустимо из-за возникающей при этом перегрузки надыгольной полости на номинальном режиме.

В варианте выполнения насос-форсунки, в которой узел обратного клапана (фиг. 4) снабжен жиклером установленным параллельно обратному клапану. В данном случае после отсечки подачи топлива происходит медленная разгрузка надыгольной полости 4 через жиклер, установленный параллельно обратному клапану. Причем, чем больше диаметр жиклера, тем больше разгрузка надыгольной полости и меньше давление топлива на иглу форсунки, что приводит к уменьшению интенсивности впрыскивания.

Следовательно, технико-экономический эффект от применения насос-форсунки заключается в том, что при незначительном конструктивном изменении, (установка в соединительном канале обратного клапана и выполнение на плунжере передней управляющей винтовой кромки) обеспечивается увеличение интенсивности впрыскивания на пониженных цикловых подачах и частотах вращения при улучшении качества процессов смесеобразования и сгорания, что способствует улучшению экономических и экологических показателей двигателя.

Формула изобретения

1. Насос-форсунка для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус с соединительным каналом, распылитель с размещенной в нем запорной иглой с образованием надыгольной и подыгольной полостей, плунжер, снабженный передней и отсечной управляющими кромками, имеющий возможность перемещения в осевом и тангенциальном направлениях, втулку плунжера с впускным и отсечным окнами и окном зарядки, образованную верхним торцом плунжера и втулкой плунжера полость нагнетания, сообщенную с подыгольной полостью, причем окно зарядки сообщено соединительным каналом с надыгольной полостью, отличающаяся тем, что она снабжена обратным клапаном и жиклером, причем окно зарядки сообщено с надыгольной полостью форсунки через обратный канал, а плунжер снабжен передней управляющей кромкой, имеющей наклон противоположный отсечной кромке.

2. Насос-форсунка по п.1, отличающаяся тем, что жиклер усталовлен параллельно обратному клапану.

3. Насос-форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что жиклер установлен в соединительном канале.

4. Насос-форсунка по пп. 1-З, отличающаяся тем, что обратный канал расположен в месте сообщения соединительного канала с надыгольной полостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4