Форсунка для двухступенчатого впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, в частности форсунки для впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания, работающий в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузки. Сущность изобретения: форсунка содержит закрытый распылитель 6, игла (И) 8 которого нагружена пружиной 4 и соосно размещена в гильзе (Г) 9, имеющей прецизионное сопряжение с И 8 и корпусом 1 распылителя 6. Имеются упоры максимального перемещения И 8 и Г 9 в сторону пружины 4, причем величина хода Г 9 выполнена меньшей, чем величина хода И 8. Упор максимального перемещения И 8 размещен на упомянутой Г 9, а на И 8 выполнен соосный с ней цилиндрический бурт 12, внешний диаметр которого меньше диаметра сопряжения Г 9 с корпусом 1 распылителя 6. Даны частичные случаи исполнения. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к форсункам для впрыскивания топлива, например, в двигатель внутреннего сгорания, работающий в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузки.

Известны форсунки для двухступенчатого впрыскивания топлива, у которых начальная фаза впрыскивания топлива осуществляется при частичном подъеме иглы распылителя, а основная фаза впрыскивания осуществляется при полном подъеме иглы распылителя (см. заявку ЕР N 279528, кл. F 02 M 45/08, 61/16).

Известная форсунка содержит корпус распылителя, гильзу, размещенную в корпусе прецизионно с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, подпружиненную иглу, установленную соосно в гильзе прецизионно с возможностью осевого перемещения. Перемещение иглы и гильзы в сторону пружины ограничено упорами, а величина хода гильзы выполнена меньшей, чем величина хода иглы. Упор максимального перемещения иглы размещен на шайбе, установленной между торцом гильзы и пружиной. Поскольку ударные нагрузки при посадке иглы на упор воспринимает указанная шайба, они не приводят к ускоренному износу корпуса форсунки, чем обеспечивается ее надежность.

Недостатком известной форсунки является то, что ее функционирование обеспечивается только при положительной дифференциальности иглы, т. е. когда диаметр сопряжения иглы с гильзой больше диаметра линии контакта запирающего конуса иглы. При этом давление топлива, действующее на дифференциальную площадку, отрывает иглу от седла в начале впрыскивания. При нулевой или отрицательной дифференциальности (т. е. когда диаметр сопряжения иглы с гильзой выполнен равным или меньшим линии контакта запирающего конуса иглы) отсутствует усилие, отрывающее иглу от седла, и впрыскивание топлива становится невозможным. Этот недостаток сужает возможности варьирования продолжительностью первой и второй ступеней процесса впрыскивания и ограничивает возможность оптимизации форсунки применительно к конкретному двигателю.

Указанный недостаток устранен в конструкции форсунки для двухступенчатого впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащей корпус распылителя, гильзу, размещенную в корпусе прецизионно с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, подпружиненную иглу, установленную соосно в гильзе прецизионно с возможностью осевого перемещения. Форсунка имеет упоры максимального перемещения гильзы и иглы в сторону пружины, причем величина максимального перемещения гильзы выполнена меньшей, чем величина максимального перемещения иглы. В прототипе отрыв иглы от седла осуществляется в результате взаимодействия уступа на гильзе с кольцом, установленным в канавке иглы, что обеспечивает функционирование форсунки как при положительной, так и при отрицательной дифференциальности иглы.

Недостатком прототипа является пониженная надежность вследствие больших удельных ударных нагрузок, действующих при посадке иглы с большой скоростью на упор, ограничивающий максимальную величину ее подъема и при посадке кольца на гильзу в конце впрыскивания. Возможности снижения ударных нагрузок путем увеличения площади контактирующих поверхностей ограничены, т. к. при этом необходимо увеличение диаметров иглы, гильзы и распылителя, что не всегда возможно, т. к. увеличиваются габариты форсунки. Кроме того, увеличение диаметра иглы приводит к увеличению ее массы и необходимости увеличения усилия пружины, а, следовательно, к возрастанию энергии удара при посадке иглы на упор и седло, что может свести к нулю эффект от увеличения площади контакта. Поскольку упор перемещения иглы в прототипе размещен на корпусе форсунки, ускоренный износ упора приводит к необходимости частой замены всей форсунки.

Целью изобретения является повышение надежности форсунки для двухступенчатого впрыскивания топлива.

Указанная цель достигается тем, что форсунка для двухступенчатого впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания содержит корпус распылителя, гильзу, размещенную в корпусе прецизионно, с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, подпружиненную иглу, установленную соосно в гильзе прецизионно, с возможностью осевого перемещения. Форсунка содержит также упоры максимального перемещения иглы и гильзы в сторону пружины, причем, величина хода гильзы выполнена меньшей, чем величина хода иглы. Согласно изобретению упор максимального перемещения иглы размещен на гильзе, а на игле выполнен соосный с ней цилиндрический бурт, внешний диаметр которого меньше диаметра сопряжения гильзы с корпусом распылителя.

Частным случаем исполнения форсунки является выполнение на внутренней поверхности гильзы кольцевой канавки, в которой размещен бурт иглы, причем, ширина канавки больше ширины бурта на величину разницы максимального хода иглы и максимального хода гильзы. На внешней поверхности бурта иглы выполнены две взаимопараллельные плоскости, а на торце гильзы, обращенном к запирающему конусу иглы, выполнен паз, поверхности которого перпендикулярны параллельным плоскостям бурта.

Другим частным случаем исполнения форсунки является выполнение гильзы из двух частей, сопряженных по плоскости, перпендикулярной оси иглы, причем кольцевая канавка выполнена на торце одной из частей, а бурт иглы размещен между этими торцами.

Другим частным случаем исполнения форсунки является выполнение гильзы из двух частей, сопряженных по плоскости перпендикулярной оси иглы, при этом кольцевая канавка выполнена на обоих сопряженных торцах этих частей.

На фиг. 1 изображена форсунка, общий вид в разрезе; на фиг. 2 и 4 представлены частные случаи исполнения форсунки; на фиг. 3 - разрез, поясняющий частный случай, изображенный на фиг. 2.

В корпусе 1 с топливоподводящим 2 и дренажным 3 каналами (см. фиг. 1) размещена пружина 4 и винт 5 для регулировки ее затяжки. Распылитель 6 закреплен на корпусе 1 с помощью гайки 7. Игла 8 соосно размещена в гильзе 9 и прижата пружиной 4 с помощью штока 10 своим запирающим конусом 11 к седлу в корпусе распылителя 6. Гильза 9 имеет подвижное прецизионное сопряжение с корпусом распылителя 6 и с иглой 8. На игле 8 выполнен бурт 12 и установлено кольцо 13. Распылитель 6 прижат к плоскому торцу 14 корпуса 1. Торец 14 является упором, ограничивающим величину S₁ максимального хода гильзы 9. Зазор S₂ между торцами бурта 12 и гильзы 9 равен h - S₁, где h - максимальный ход иглы 8. Диаметр линии контакта запирающего конуса иглы равен d, наружный диаметр гильзы 9 равен D. В конкретном примере форсунки, изображенной на фиг. 1, диаметр прецизионного сопряжения иглы 8 и гильзы 9 выполнен равным диаметру d линии контакта запирающего конуса иглы, т. е. дифференциальность иглы 8 δ = 0. Возможны и другие варианты, при которых диаметр этого сопряжения больше d (δ> 0) и меньше d (δ < 0).

На фиг. 2 представлен частный случай исполнения форсунки, при котором на внутренней поверхности гильзы выполнена канавка 15, в которой размещен бурт 12. Ширина А канавки 15 выполнена большей ширины В бурта 12 на величину h - S₁. Вариант размещения бурта 12 в канавке 15 (см. фиг. 3) предусматривает выполнение на внешней поверхности бурта двух взаимно параллельных плоскостей 16, а на торце гильзы 9, обращенном к запирающему конусу 11, - паза 17, поверхности которого перпендикулярны плоскостям 16. Расстояние между плоскостями 16 выполнено меньшим ширины паза 17. При сборке плоскости 16 бурта 12 совмещаются с пазом 17, бурт 12 вдвигается в паз 17 до совмещения с канавкой 15, после чего разворачивается на 90^о.

В частном случае исполнения, представленном на фиг. 4, гильза выполнена составной из двух частей 18 и 19, сопряженных по плоскости 20, перпендикулярной оси иглы 8, кольцевая канавка 15 выполнена на одном или обоих сопряженных торцах этих частей, а бурт 12 иглы 8 размещен между ними.

Форсунка для двухступенчатого впрыскивания работает следующим образом. Импульс давления, создаваемый топливным насосом двигателя (не показан), поступает в полость 21 распылителя 6 и, воздействуя на торец 22 гильзы 9, прижимает ее к кольцу 13 или к торцу бурта 12 иглы 8. Когда усилие от давления топлива в полости 21, воздействующее на торец 22, превысит усилие предварительной затяжки пружины 4, отрегулированное винтом 5, гильза 9 перемещается до упора в торец 14 на величину S₁, поднимая при этом иглу 8, которая таким образом, на первой стадии процесса впрыскивания поднимается на величину S₁, открывая доступ топлива к распыливающим отверстиям распылителя 6 и далее - в камеру сгорания двигателя. Поскольку S₁ меньше максимального хода h иглы 8, дросселирование потока топлива в запирающем конусе иглы велико и впрыскивание топлива в начальной фазе топливоподачи происходит с пониженной интенсивностью.

Вследствие того, что осевое усилие от давления топлива, действующее на иглу 8 меньше, чем усилие от такого же давления топлива, действующее на гильзу 9 (в соответствии с соотношением их площадей), то дальнейший (сверх S₁ ход иглы 8 возможен лишь тогда, когда давление топлива возрастет и усилие, действующее на иглу 8, превысит усилие пружины 4. При этом игла 8 поднимается дополнительно на величину S₂ до упора в торец 22 (т. е. максимальный ход иглы 8: h = S₁ + S₂, проходное сечение распылителя достигает своего максимального значения и происходит впрыскивание основной порции топлива.

После отсечки подачи топлива насосом высокого давления и снижения давления в плоскости 21 посадка иглы 8 на седле происходит в обратном порядке: сначала игла 8 опускается до упора кольца 13 или ее бурта 12 в торец гильзы 9, затем при соответствующем снижении давления происходит совместное опускание иглы 8 и гильзы 9 и запирание распылителя.

Размещение упора максимального перемещения иглы распылителя на гильзе и выполнение на игле соосно с ней цилиндрического бурта, внешний диаметр которого меньше диаметра сопряжения гильзы с корпусом, повышает надежность форсунки, при этом увеличивается срок службы форсунки.

(56) Заявка ФРГ N 3803749, кл. F 02 M 61/16, опубл. 1988.

Формула изобретения

1. ФОРСУНКА ДЛЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая корпус распылителя, гильзу, размещенную в корпусе прецизионно с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, подпружиненную иглу, установленную соосно в гильзе прецизионно с возможностью осевого перемещения, упоры максимального перемещения иглы и гильзы в сторону пружины, причем величина хода гильзы выполнена меньшей, чем величина хода иглы, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, упор максимального перемещения иглы размещен на гильзе, на игле выполнен соосный с ней цилиндрический бурт, внешний диаметр которого меньше диаметра сопряжения гильзы с корпусом.

2. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности гильзы выполнена кольцевая канавка с размещенным в последней буртом иглы, причем ширина канавки больше ширины бурта на величину разницы максимального хода иглы и максимального хода гильзы.

3. Форсунка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что на внешней поверхности бурта иглы выполнены две взаимопараллельные симметричные плоскости, а на торце гильзы, обращенном к запирающему конусу иглы, выполнен паз, поверхности которого перпендикулярны параллельным плоскостям бурта.

4. Форсунка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что гильза выполнена из двух частей, сопряженных по плоскости, перпендикулярной оси иглы, кольцевая канавка выполнена на торце одной из частей, а бурт иглы размещен между этими торцами.

5. Форсунка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что гильза выполнена из двух частей, сопряженных по плоскости перпендикулярной оси иглы, а кольцевая канавка выполнена на обоих сопряженных торцах этих частей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4