распылитель форсунки для впрыскивания топлива методом соударяющихся струй

Формула изобретения

Распылитель форсунки двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, запорную иглу, сопловые отверстия, расположенные попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие в запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя, и обеспечивающий впрыскивание топлива методом соударяющихся струй, отличающийся тем, что он снабжен пружиной, регулировочным винтом и дифференциальным клапаном с запорной конической поверхностью, корпус распылителя имеет компенсационную полость с запорной конической поверхностью для дифференциального клапана, выполненную параллельно оси запорной иглы и сообщающуюся с топливоподводящим каналом, при этом запорная игла имеет кольцевую проточку, соединенную каналом с компенсационной полостью дифференциального клапана, который размещен в компенсационной полости и удерживается в нижнем положении пружиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

В современных силовых установках транспортных средств, в частности в дизелях, наиболее широко распространены форсунки для впрыскивания топлива с гидравлическим управлением подъема запорной иглы и многосопловыми распылителями. Как правило, применяют распылители с радиально расходящимися сопловыми отверстиями. Топливо, впрыскиваемое такими распылителями, распространяется вдоль оси сопловых отверстий, что влечет за собой образование зон с высокой неравномерностью концентрации топлива и воздуха. Известна также форсунка для двигателя внутреннего сгорания, распылитель которой имеет в своем корпусе компенсационную полость, сообщающуюся с топливоподводящим каналом, поршень, пружину и запорную иглу форсунки, но данный распылитель не удовлетворяет требованиям впрыскивания топлива методом соударяющихся струй, так как поршень не может выполнять роль дифференциального клапана, а в сочетании с пружиной не обеспечивает условия открытия при давлении, превосходящем давление подъема запорной иглы форсунки.

Кроме того, известны распылители, обеспечивающие впрыскивание топлива методом соударяющихся струй. При асинхронном изменении параметров струй распространение происходит в общем случае по эллиптическому полому конусу с изменяющимся углом при вершине. Применение данных распылителей позволяет значительно увеличить использование объема камеры сгорания, снизить неравномерность концентрации топлива, что позволяет в целом улучшить показатели дизеля. Однако при гидравлическом управлении подъемом иглы указанное изменение параметров происходит только на этапах подъема и опускания запорной иглы форсунки, когда изменяется разность давлений топлива у соплового отверстия в седле и у отверстия в носике распылителя. Экспериментальные исследования показали высокую эффективность данных распылителей на режимах работы дизеля, обусловливающих незначительное время нахождения запорной иглы на упоре в сравнении с общим временем впрыскивания (режимы малых подач топлива). Недостатки, связанные с отсутствием всережимного управления развитием топливного факела, снижают эффективность применения данного способа впрыскивания на режимах средних и высоких нагрузок.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является распылитель форсунки, обеспечивающий впрыскивание топлива методом соударяющихся струй. Однако данный распылитель работает неэффективно на режимах средних и высоких нагрузок, обусловливающих значительное время нахождения запорной иглы на упоре в сравнении с общим временем впрыскивания.

Настоящее изобретение направлено на повышение эффективности рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания при впрыскивании топлива в камеру сгорания методом соударяющихся струй.

Решение поставленной задачи достигается тем, что распылитель снабжен пружиной, регулировочным винтом и дифференциальным клапаном с запорной конической поверхностью, корпус распылителя имеет компенсационную полость с запорной конической поверхностью для дифференциального клапана, выполненную параллельно оси запорной иглы и сообщающуюся с топливоподводящим каналом, при этом запорная игла имеет кольцевую проточку, соединенную каналом с компенсационной полостью дифференциального клапана, который размещен в компенсационной полости и удерживается в нижнем положении пружиной.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемые мероприятия позволяют увеличить долю времени, в течение которого происходит изменение параметров струй за период впрыскивания, а следовательно, увеличивается временной диапазон, в течение которого факел изменяет свою форму, а также позволяют определять момент промежуточной посадки запорной иглы и ее подъема за один ход плунжера топливного насоса высокого давления (ТНВД) в зависимости от режима работы дизеля, обеспечивая тем самым эффективность рабочего процесса дизеля при впрыскивании топлива методом соударяющихся струй.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что распылитель форсунки для впрыскивания топлива методом соударяющихся струй в камеру сгорания снабжен пружиной, регулировочным винтом и дифференциальным клапаном с запорной конической поверхностью, корпус распылителя имеет компенсационную полость с запорной конической поверхностью для дифференциального клапана, выполненную параллельно оси запорной иглы и сообщающуюся с топливоподводящим каналом, при этом запорная игла имеет кольцевую проточку, соединенную каналом с компенсационной полостью дифференциального клапана, который размещен в компенсационной полости и удерживается в нижнем положении пружиной, жесткость которой обеспечивает открытие клапана при давлении топлива, превосходящем давление подъема запорной иглы форсунки.

Таким образом, отличия, связанные с наличием в распылителе пружины, регулировочного винта и дифференциального клапана с запорной конической поверхностью, компенсационной полости в корпусе распылителя с запорной конической поверхностью для дифференциального клапана, выполненной параллельно оси запорной иглы и сообщающейся с топливоподводящим каналом, наличие кольцевой проточки на запорной игле, соединенной каналом с компенсационной полостью дифференциального клапана, а также отличия, связанные с жесткостью пружины, обеспечивающей открытие клапана только при давлении, превышающем давление подъема запорной иглы, позволяют сделать вывод с соответствии заявляемого решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен общий вид распылителя, на фиг. 2 - осциллограмма процесса топливоподачи: зависимость давления P_f топлива в кармане распылителя и величины подъема иглы Y от угла поворота кулачкового вала насоса.

Распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания состоит из регулировочного винта 1, пружины клапана 2, дифференциального клапана 5, корпуса 6, запорной иглы 7. Запорная игла 7 имеет кольцевую проточку 4, соединенную каналом 3 в корпусе распылителя 6 с полостью над дифференциальным клапаном. В корпусе распылителя 6 имеются компенсационная полость 8, соединенная с топливоподводящим каналом, в которой дифференциальный клапан 5 под действием пружины 2 прижимается к запорной конической поверхности, образуя герметичное соединение, а также сопловые отверстия 9, расположенные попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие в запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя, что обеспечивает впрыскивание топлива методом соударяющихся струй.

Устройство работает следующим образом.

1. При впрыскивании топлива методом соударяющихся струй изменение формы топливного факела, а именно "раскрытие" и "схлопывание" полого конуса топливного факела, происходит на этапах подъема и опускания запорной иглы, когда существует изменение разности давлений топлива на входе во встречные сопловые отверстия. Данное устройство обеспечивает минимум два этапа подъема и опускания иглы (фиг. 1). В исходном положении дифференциальный клапан 5 закрыт. В начале процесса топливоподачи движение плунжера топливного насоса создает давление в кармане распылителя, необходимое для подъема иглы (фиг. 2), при этом некоторая часть топлива проникает между корпусом распылителя и запорной иглой через кольцевую проточку 4 в игле и канал 3 в корпусе распылителя в полость над дифференциальным клапаном 8 под определенным давлением, величина которого зависит от режима работы дизеля. Увеличивающееся давление топлива после выхода иглы на упор заставляет открыться дифференциальный клапан 5. Появившийся дополнительный объем разгружает топливную магистраль, давление в кармане распылителя падает и игла 7 опускается в седло. Высокая скорость движения плунжера 5 обеспечивает быстрое восстановление давления топлива и вторичный подъем иглы. В связи с тем, что давление открытия дифференциального клапана значительно превосходит давление закрытия, он остается открытым до окончания процесса впрыскивания. С увеличением числа оборотов вала ТНВД увеличивается давление в кармане распылителя. При этом возрастает давление в полости над дифференциальным клапаном, которое приводит к увеличению давления его открытия. Тем самым осуществляется изменение момента начала вторичного подъема иглы за период впрыскивания в зависимости от режима работы дизеля.

2. При посадке запорной иглы форсунки в седло дифференциальный клапан выполняет демпфирование возникающих волн давления в системе, так как в этот момент он находится в промежуточном положении, а значение давления, при котором происходит посадка его в седло, меньше давления посадки запорной иглы форсунки.

3. При поддержании остаточного давления в системе топливо из компенсационной полости под воздействием пружины 2 вытесняется дифференциальным клапаном 5, тем самым создавая необходимое остаточное давление в трубопроводе высокого давления.

Применение данной конструкции распылителя позволит эффективно использовать преимущества впрыскивания топлива методом соударяющихся струй на всех режимах работы дизеля, повысить экономичность и его энергетические показатели.