Форсунка для двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится К области двигателестроения, к форсункам для двигателей внутреннего сгорания.Известна форсунка (1), которая содержит корпус, закрепленный на нем распылитель с двумя камерами и иглу с направляющей частью и разделителем полостей распылителя, причем площадь поперечного сечения разделителя выполнена большей, чем площадь поперечного сечения направляющей части Иглы, а полости над разделителем И под ним сообщены через дроссель, выполненный в виде шайбы с калиброванным отверстием И установленный между корпусом И распь 1 лИтелем. Топливо перед распыливанием сжимается в двух камерах, а разница между давлениями топлива в этих полостях зависит от угловой частоты вращения, возрастая с увеличением последней, что приводит к снижению давления начала впрыска топлива (Р фа) с увеличением частоты вращения.Недостатком прототипа является сложность конструкции форсунки, нестабильность и неэффективность впрыскивания топлива, так как топливо перед подачей в сопловые отверстия сжимается в двух камерах, уменьшая давление впрыскивания, в особенности на режимах малых частот вращения и цикловых подач снижение Р фа с увеличением угловой частоты вращения, так как для улучшения стабильности и эффективности впрыскивания топлива с увеличением угловой частоты вращения и нагрузки на валу двигателя необходимо увеличивать Рфо, а не уменьшать. Сообщение полостей над и под разделителем через дроссель И усложненная конструкция иглы делают сложной конструкцию форсунки в целом, причем выполнение диаметра утолщения (разделителя) на игле больше диаметра направляющей части иглы делает сложной заготовку иглы и много металла уйдет в стружку, если заготовку выполнять цилиндрической, т.е. ухудшается технологичность иглы. Это утолщение на игле вынуждает также выполнять распылитель составным, т.е. с отъемным сопловым наконечником, так как в противном случае невозможно собрать форсунку.Цель Изобретения - повышение эффективности впрыскивания И упрощение конструкции форсунки.Поставленная цель достигается тем, что в форсунке для двигателя внутреннего сгорания,содержащей корпус с каналом подвода топлива, закрепленный на корпусе распылитель с седлом, сопловыми отверстиями и полостью, разделенной перемычкой, и иглу с дифференциальной площадкой, двухступенчатой направляющей и запорной частями,размещенную в полости распылителя с образованием подыгольной, дополнительной И надыгольной камерами, разобщенных направляющей частью, причем дифференциальная площадка выполнена между направляющей и запорной частями И выходит в подыгольную полость, сообщенную с каналом подвода топлива И сопловыми отверстиями, а кромка,образованная пересечением поверхностей направляющей части И дифференциальной площадки, расположена на уровне перемычки при положении Иглы на седле, согласно изобретению расстояние между подыгольной и дополнительной камерами меньшеМЗКСИМЗЛЬНОГО ХОДЗ ИГЛЫ, а ДИЗМВТр ступени направляющей ЧЗСТИ СО СТОрОНЫ НЗДЫГОЛЬНОЙкамеры составляет 1,02,0 диаметра ступени со стороны надыгольной камеры объемдополнительной камеры равен 0,21,0 объема подь 1 гольной камеры.На фиг. 1-3 приведены принципиальные схемы форсунки с одинаковыми (фиг. 1, 2) и с разными (фиг. 3) диаметрами двух прецизионных участков запорной иглы и распылителя,причем на фиг. 1 дополнительная камера выполнена в распылителе, а на фиг. 2-3 - в распылителе и в запорной игле.Форсунка содержит корпус 1 с топливоподводящим 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 1 1, длина сопряжения х которого меньше, например, равна 0,20,8 максимального хода иглы У шах. Диаметр (12 прецизионного участка 12 равен 1,02,0 диаметрам первого участка а. Запорная игла имеет одну 13 (фиг. 1, 2) или две 13 и 14 (фиг. 3) дифференциальные площадки. Объем 72 камеры 10 равен 0,2-1,0 объема 71 камеры 9. Корпус 1 является для иглы упором, ограничивающим ее давление. Поверхность 15 камеры 72 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 3 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 ух, топливо поступает в камеру 10 через сечение между иглой и распылителем, определяемое диаметром а, и высотой (у-х). Максимальное проходное сечение будет при достижении иглой упора, когда высота сечения будет равна (Ушах-х).На режимах малых нагрузок и частот вращения, включая и режимы холостого хода,сжатие и повышение давления топлива перед распыливанием осуществляют в основном в камере 9. На режимах средних 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 в камере 9, а по мере движения иглы вверх, когда Ух, в двух камерах 9 и 10.Сжатие и повышение давления топлива перед поступлением в колодец на режимах 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 повышенияДЗВЛСНИЯ В НИХ, ЧТО СПОСОбСТВуСТ также ЭффСКТИВНОМу И стабильному впрыскиванию ТОПЛИВЗИ на рСЖИМЗХ СрОДНИХ И бОЛЬШИХ нагрузок И частот вращения. ВЫШУКЗЗЗННОС МОЖНО ОбЪЯСНИТЬ анализом уравнения баланса ТОПЛИВЗ (уравнения СПЛОШНОСТИ ДВИЖСНИЯ ТОПЛИВЗ).ДО начала ДВИЖСНИЯ ИГЛЫ УрЗВНВНИС СПЛОШНОСТИ ДВИЖСНИЯ ТОПЛИВЗ буДбТ СЛСДУЮЩССгде ос - Коэффициент сжимаемости топлива /1 - объем подыгольной Камеры т - площадь проходного сечения канала 5 на выходе в камеру 9 СТ - скорость движения топлива в выходном сечении канала 5 УПЩ - секундный расход перетечек топлива из камеры 9 в камеру 10 через сопряженную поверхность 11 Р ф - давление топлива в камере 9 с - время.Из уравнения (2) видно, что давление Р ф возрастает с уменьшением У при прочих равных условиях. УПЩ тем больше, чем меньше длина сопряженной поверхности 11.Когда Р ф 1 станет равным Р фа, игла начинает двигаться и уравнение сплошности движениятоплива будет следующим ОП 1 цдДСУп 1-2 дсссссс 1 Си(1 где ЦСДСС - секундный расход топлива через сопловые отверстия 117 с(112/ 4 - площадьПОПВРСЧНОГО ССЧСНИЯ ИГЛЫ ПО ПСрВОМУ ПрСЦИЗИОННОМУ участкуСЦ - СКОрОСТЬ ДВИЖСНИЯПо мере увеличения перетечек топлива давление Рф уменьшается. Перетечки будут большими по мере движения иглы вверх, существенно увеличиваются при ух И будут максимальными при уушах.где /2 - объем камеры 10 Р ф 2 - давление топлива в камере 10 УМ - секундный расход перетечек топлива из камеры 10 в надыгольную полость через вторую сопряженную поверхность 12, который определяется давлениями Р ф 2 и давлением топлива в надыгольной полости, например, давлением запирающей жидкости при гидрозапирании форсунок.При движении иглы давление в рабочей полости 10 определяется следующим образома от, где 12 тс 122/4 - площадь поперечного сечения ИГЛЫ по второму прецизионному участку 12.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 72(0,21,0)71 а,(1 о 2,0)а 1. 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.Следует отметить, что предлагаемая форсунка значительно проще в изготовлении, сборке и эксплуатации, а также при ремонте и техобслуживании, не представляет трудностей создание форсунок на существующих серийных производствах и, более того, можно использовать серийные заготовки иглы и распылителя.Преимуществом предлагаемой форсунки является возможность использования на всех типах топливной аппаратуры, например, при гидрозапирании форсунок, форсунках без сливной магистрали, при Широко распространенном пружинном запирании форсунок, в насос-форсунках, в топливных системах с электромагнитным управлением форсунок, в аккумуляторной топливной аппаратуре, причем форсунки могут быть нормально закрытыми,т.е. многодырчатыми, штифтовыми, клапанными, клапанно-сопловыми, с отъемным сопловым наконечником.Таким образом, изобретение позволяет стабильно и эффективно впрыскивать топливо в Широком диапазоне режимов с одновременным упрощением форсунки, не происходитснижения Рфо с увеличением угловой частоты вращения.