Насос-форсунка для форсированной подачи топлива в дизель

 

Использование: двигателестроение, в частности топливоподающая аппаратура двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: насос-форсунка для форсированной подачи топлива в дизель содержит корпус, распылитель с размещенной в нем запорной иглой с образованием надыгольной и подыгольной полостей, подвижный в осевом и тангенциальном направлении 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, образованную плунжером и втулкой плунжера полость нагнетания, сообщенную с подыгольной полостью. При этом окно предварительной зарядки сообщено с надыгольной полостью через дроссель, а из двух окон втулки плунжера впускное или предварительной зарядки одно имеет возможность закрытия наклонной кромкой плунжера, имеющей одинаковое направление наклона с отсечной кромкой, а другое - прямой кромкой таким образом, что в положении плунжера, соответствующем его максимальному активному ходу и полному закрытию впускного окна, величина открытой части окна предварительной зарядки превышает эту величину при положении плунжера, соответствующем минимальному активному ходу. 1 ил.

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

Известна насос-форсунка, содержащая плунжер с управляющими кромками, который приводится в действие от кулачка распределительного вала через специальный рычаг, а также втулку плунжера с впускным и отсечным окном, топливо через фильтр поступает под плунжер и в процессе рабочего хода плунжера через систему обратных клапанов к распылителю. Цикловая производительность регулируется осевым поворотом плунжера по началу и концу подачи. Во избежание кавитационной эрозии установлен отражатель из закаленной стали (Дизели. Справочник. Под общей ред. В. А.Коллерова, Н.Н.Иванченко. Л. Машиностроение, 1977, с.264).

Недостатком этого типа насос-форсунок является то, что с увеличением частоты вращения вала двигателя, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к топливным системам, насос-форсунка не обеспечивает роста опережения подачи топлива.

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 (в традиционных системах топливоподачи это отношение 0,6.0,7, что ведет к ухудшению распыливания и затягиванию подачи топлива) (Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей. Под общей ред. Орлина А.С.Круглова М.Г. и др. М. Машиностроение, 1985, с.177).

Использование насос-форсунок позволяет до минимума уменьшить вредное запаздывание впрыскивания с ростом числа оборотов коленчатого вала, характерное для разделенных систем топливоподачи, в том числе и с гидродогружением иглы форсунки. Однако, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к топливным системам, последние должны обеспечить рост опережения подачи топлива с ростом скоростного режима дизеля (см. там же, с. 126). Известная насос-форсунка не может обеспечить выполнение этого требования.

Задача изобретения автоматическое регулирование опережения впрыскивания в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.

Задача достигается тем, что в насос-форсунке для форсированной подачи топлива в дизель, содержащей корпус, распылитель с размещенной в нем запорной иглой с образованием надыгольной и подыгольной полостей, подвижный в осевом и тангенциальном направлении 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, образованную плунжером и втулкой плунжера полость нагнетания, сообщенную с подыгольной полостью, согласно изобретению, окно предварительной зарядки сообщено с надыгольной полостью через дроссель, а из двух окон втулки плунжера впускное или предварительной зарядки одно имеет возможность закрытия наклонной кромкой плунжера, а другое прямой кромкой таким образом, что в положении плунжера, соответствующем его максимальному активному ходу и полному закрытию впускного окна, величина открытой части окна предварительной зарядки превышает эту величину при положении плунжера, соответствующем минимальному активному ходу.

Задача достигается также тем, что дроссель расположен в соединительном канале, на его выходе в надыгольную полость.

На фиг.1 показан продольный разрез насос-форсунки для форсированной подачи топлива в дизель, имеющей насосный элемент золотникового типа и распылитель клапанно-соплового типа.

Насос-форсунка для форсированной подачи топлива в дизель (фиг.1) содержит корпус 1 форсунки, распылитель 2 с размещенной в нем запорной иглой 3, нагруженной пружиной 4, прижимающей иглу к посадочному конусу с образованием надыгольной 5 и подыгольной 6 полостей. Распылитель 2 присоединяется к торцу втулки плунжера через промежуточную пластину 7, снабженную соединительными каналами 8. Плунжер 9 с управляющими кромками 10, подвижный в осевом и тангенциальном направлениях, размещенный во втулке 11 плунжера с впускными 12 и отсечными окнами, а также окнами предварительной 13, конечной 14 зарядки и окном разгрузки 15, сообщенные между собой соединительным каналом и с надыгольной полостью. Плунжер 9 и втулка 11 плунжера образуют полость нагнетания 16, сообщенную с подыгольной 6 полостью. Окно предварительной зарядки 13 сообщено с надыгольной полостью 5 через дроссель 17, размещенный, как показано на фиг.1, на входе соединительного канала 8 в полость нагнетания 16 (вариант выполнения), а из двух окон втулки 11 плунжера впускное 12 или предварительной зарядки 13 одно имеет возможность закрытия наклонной управляющей кромкой 10 плунжера (в данном случае окно предварительной 13 и конечной зарядки 14), а другое прямой кромкой (в данном случае впускное окно 12), таким образом, что в положении плунжера 9, соответствующем его максимальному активному ходу и полному закрытию впускного 12 окна, величина открытой части окна предварительной зарядки 13 превышает эту величину при положении плунжера 9, соответствующем его минимальному активному ходу. Это значит, что за счет нижней управляющей косой кромки 10, имеющей одинаковое направление наклона с отсечной кромкой, происходит более позднее закрытие окна предварительной зарядки 13 при увеличении цикловой подачи и соответственно большее количество топлива поступит по соединительному каналу 8 в надыгольную полость. При увеличении частоты вращения n из-за дросселирования поступления топлива зарядка топливом надыгольной полости уменьшается, что способствует снижению давления гидродогружения при постоянном усилии затяжки пружины Рфо, следовательно, меньше активный ход плунжера затрачивается на создание давления впрыскивания (меньше гидравлическая составляющая усилия давлений топлива в надыгольной полости 5). Поэтому впрыскивание топлива начинается раньше.

При уменьшении цикловой подачи меньше запаздывание закрытия окна 13 предварительной зарядки относительно закрытия впускного 12 окна, т.е. происходит меньше зарядка надыгольной полости, впрыскивание происходит раньше.

Насос-форсунка для форсирования подачи топлива в дизель работает следующим образом. Топливо от топливоподкачивающего насоса проходит через штуцер и предохранительный фильтр по каналам подвода (на фиг. не показаны) в полость вокруг втулки плунжера. Механизм привода плунжера 9 (например, кулачок распределительного вала), действуя на толкатель, приводит в действие плунжер 9, на который также действует возвратная пружина (на фиг. не показаны). Когда плунжер 9 движется вверх, топливо поступает через впускное окно 12 в подплунжерную полость полость нагнетания 16. Во время движения плунжера вниз, после перекрытия впускного окна 12 прямой кромкой плунжера, происходит более позднее закрытие окна предварительной зарядки 13 первой наклонной управляющей кромкой 10 плунжера (в зависимости от величины цикловой подачи, т.е. угла поворота плунжера, чем меньше цикловая подача qц, тем меньше запаздывание закрытия, тем меньше зарядка надыгольной полости, более раннее впрыскивание, и наоборот, чем больше qц, тем больше дозарядка топливом через дроссель, тем больше давление топлива в надыгольной полости, тем больше запаздывание впрыскивания топлива). При снижении частоты вращения n зарядка надыгольной полости 5 топливом увеличивается, т.к. большее количество топлива успевает перетечь через дроссель, впрыск начинается позже (с запаздыванием). При увеличении n, при постоянном положении рейки, зарядка надыгольной полости 6 топливом меньше, так как меньшее количество топлива успевает перетечь через дроссель в полость 6, меньше давление, раньше начинается впрыскивание. То есть происходит автоматическая оптимизация опережения впрыскивания топлива в зависимости от режимов работы (цикловой подачи и частоты вращения), позволяющая оптимизировать рабочий процесс ДВС, улучшить качество процессов смесеобразования и сгорания, что снижает удельный расход топлива ее, дымность и токсичность отработавших газов, снижает максимальное давление сгорания без применения специальных устройств и механических средств регулирования.

Диаметр отверстий дросселя 17 существенным образом влияет на параметры процесса впрыскивания и на опережение или запаздывание впрыскивания. При уменьшении диаметра дросселя отверстия меньше зарядка надыгольной полости, меньше давление Рфо, раньше начинается впрыскивание топлива.

После зарядки топливом надыгольной полости 5 через окно предварительной зарядки 13 плунжер перекрывает последнее и продолжает движение вниз, создавая давление в подыгольной полости 6. Давление в подыгольной полости будет повышаться до тех пор, пока окно разгрузки 15 не сообщится с кольцевой проточкой на плунжере, при этом давление в надыгольной полости 5 резко падает (впрыскивание "разрешается"), происходит мгновенный подъем иглы 3 насос-форсунки и начало подачи топлива в цилиндр двигателя.

При дальнейшем движении плунжера 9 вниз происходит (кольцевая проточка выходит из области (зоны) взаимодействия с окном разгрузки) перекрытие прямой кромкой плунжера окна разгрузки 15: давление топлива в подыгольной полости 6 возрастает (при частично разгруженной от давления топлива надыгольной полости 5) и осуществляется впрыскивание топлива в цилиндр дизеля до момента открытия отсечной кромкой отсечного окна (на фиг. не показано). При этом открывается окно конечной зарядки 14 и импульс давления отсечного топлива направляется со скоростью распространения звука в топливе через окно конечной зарядки 14 по соединительному каналу 8 (при закрытых окнах предварительной зарядки 13 и разгрузки 15) в надыгольную полость 5 насос-форсунки. При этом устраняется конечная фаза впрыскивания при низких давлениях распыливания, сокращается продолжительность впрыскивания.

Изменение цикловой подачи топлива, т.е. количества топлива, подаваемого через насос-форсунку за один ход плунжера, осуществляется поворотом плунжера при перемещении рейки под действием регулятора (на фиг. не показаны).

Аналогичные результаты по автоматическому регулированию опережения впрыскивания (в зависимости от цикловой подачи и частоты вращения) могут быть достигнуты в варианте выполнения, когда дроссель расположен на выходе соединительного канала в надыгольную полость, т.е. при установке дросселя в промежуточной пластине (на фиг. не показаны), и происходит рост опережения впрыскивания с ростом скоростного режима двигателя и др.

Следовательно, технико-экономический эффект от применения насоса-форсунки заключается в том, что при незначительном конструктивном изменении достигается автоматическое регулирование опережения впрыскивания топлива в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов, что способствует улучшению экономических и экологических показателей двигателя внутреннего сгорания.

Формула изобретения

1. Насос-форсунка для форсированной подачи топлива в дизель, содержащая корпус с соединительным клапаном, распылитель с размещенной в в нем запорной иглой с образованием надыгольной и подыгольной полостей, подвижный в осевом и тангенциальном направлении плунжер с управляющими кромками, втулку плунжера с впускным и отсечным окнами, а также окнами предварительной зарядки, разгрузки и конечной зарядки, сообщенные между собой соединительным каналом и с надыгольной полостью, образованную плунжером и втулкой плунжера полость нагнетания, сообщенную с подыгольной полостью, отличающаяся тем, что она снабжена дросселем, окно предварительной зарядки сообщено с надыгольной полостью через дроссель, а из двух окон втулки плунжера впускное или предварительной зарядки, одно имеет возможность закрытия управляющей наклонной кромкой плунжера, а другое управляющей прямой кромкой таким образом, что в положении плунжера, соответствующем его максимальному активному ходу и полному закрытию впускного окна, величина открытой части окна предварительной зарядки превышает эту величину при положении плунжера, соответствующему его минимальному активному ходу.

2. Hacoc-форсунка по п.1, отличающаяся тем, что дроссель расположен на выходе соединительного канала в надыгольную полость.

РИСУНКИ

Рисунок 1