Форсунка клапанного типа

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в автомобилестроении. Изобретение повышает экономичность двигателя при работе на частичных режимах путем изменения оптимальной схемы впрыска топлива в камеру сгорания по режимам его работы. Форсунка содержит рабочую полость, запорный элемент с клапаном и плунжерной частью, седло клапана в виде буксы, привод запорного элемента и механизм его поворота вокруг продольной оси. На стержне клапана закреплена плунжерная втулка, опертая на головку клапана и имеющая полуглухие пазы, обращенные открытым концом к головке клапана. Букса охватывает плунжерную втулку и выполнена с полуглухими пазами, обращенными открытым концом к рабочей полости. Пазы плунжерной втулки имеют возможность соединения с пазами буксы при повороте запорного элемента. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в автомобилестроении.

Аналогом заявляемого изобретения является нормально закрытая форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая распылитель топлива с подпружиненной иглой. Открытие иглы происходит под действием давления топлива, проталкиваемого в камеру сгорания, при снятии усилия пружины электромагнитом (а.с. СССР 1332061, М.кл. F 02 М 51/00, 1987).

Недостаток данной форсунки состоит в независимости сечения сопловых отверстий распылителя от величины порции топлива, что предопределяет низкое качество распыла топлива при работе двигателя на частичных режимах.

Наиболее близкий аналог предлагаемого технического решения - форсунка клапанного типа, включающая рабочую полость, запорный элемент, имеющий клапан и плунжерную часть, седло клапана и привод запорного элемента (заявка PCT/SU 91/00167, М. кл. F 02 M 61/00, 1993). В этой форсунке имеет место зависимость между проходным сечением клапана и величиной отдозированной порции топлива, в результате чего качество распыла топлива на частичных режимах равноценно качеству при номинальном режиме.

Существенные признаки наиболее близкого аналога - "рабочая полость", "запорный элемент, имеющий клапан и плунжерную часть", "седло клапана" и "привод запорного элемента" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Однако это известное устройство неспособно изменять схему впрыска топлива в камеру сгорания при изменении режимов работы двигателя, что отрицательно сказывается на его экономичности.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение экономичности двигателя при работе на частичных режимах путем изменения оптимальной схемы впрыска топлива в камеру сгорания по режимам его работы.

Для достижения указанного технического результата форсунка содержит рабочую полость, запорный элемент, имеющий клапан и плунжерную часть, седло клапана, привод запорного элемента и механизм его поворота вокруг продольной оси, при этом на стержне клапана закреплена опертая на головку клапана плунжерная втулка по меньшей мере с одним полуглухим пазом, обращенным открытым концом к головке клапана, а седло клапана выполнено в виде охватывающей плунжерную втулку буксы по меньшей мере с одним полуглухим пазом, обращенным открытым концом к рабочей полости, причем паз плунжерной втулки имеет возможность соединения с пазом буксы при повороте запорного элемента.

Существенные отличительные от прототипа признаки предлагаемого устройства - "на стержне клапана закреплена опертая на головку клапана плунжерная втулка по меньшей мере с одним полуглухим пазом, обращенным открытым концом к головке клапана", "седло клапана выполнено в виде охватывающей плунжерную втулку буксы по меньшей мере с одним полуглухим пазом, обращенным открытым концом к рабочей полости" и "пазы плунжерной втулки и буксы имеют возможность соединения при повороте запорного элемента".

Для улучшения технического результата пазы имеют переменное сечение.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез форсунки; на фиг.2 - клапан в открытом состоянии с плунжерной втулкой и буксой, продольный разрез; пазы втулки и буксы прямые; на фиг.3 - разрез А-А на фиг. 2, один паз плунжерной втулки соединен с одним пазом буксы; на фиг, 4 - схема впрыска топлива, соответствующая положению запорного элемента на фиг. 3 (крапленое кольцо - полый конус распыливаемого топлива, крапленая зона - коническая струя распыливаемого топлива); на фиг.5 - разрез А-А на фиг. 2, совпадают две пары пазов плунжерной втулки и буксы; на фиг.6 - схема впрыска топлива, соответствующая положению запорного элемента на фиг.5; на фиг. 7 - разрез А-А на фиг.2, совпадают три пары пазов плунжерной втулки и буксы; на фиг.8 - схема впрыска топлива, соответствующая положению запорного элемента на фиг. 7; на фиг. 9 - клапан в открытом состоянии с плунжерной втулкой и буксой, продольный разрез, соединена одна пара наклонных пазов плунжерной втулки и буксы; на фиг.10 - разрез А-А на фиг.9 и направление струи распыливаемого топлива при повороте запорного элемента на угол α₁; на фиг. 11 - клапан в открытом состоянии с плунжерной втулкой и буксой, продольный разрез, при угловом смещении запорного элемента относительно положения на фиг. 9; на фиг.12 - разрез А-А на фиг.11 и направление струи распыливаемого топлива при повороте запорного элемента на угол α₂.

Форсунка клапанного типа включает корпус 1, центральную втулку 2 с помещенной в нее плунжерной частью 3 запорного элемента 3, 4, имеющего клапан 4, и распылитель 5 с неподвижно установленным седлом клапана 4. Распылитель 5 и центральная втулка 2 поджаты к корпусу 1 накладной гайкой 6. На стержне клапана 4 закреплена плунжерная втулка 7, опертая на головку клапана 4 и изготовленная с полуглухими пазами 8, обращенными открытыми концами к головке клапана 4. Седло клапана 4 выполнено в виде буксы 9, которая охватывает плунжерную втулку 7 и имеет полуглухие пазы 10, обращенные открытыми концами к рабочей полости 11. Пружина 12 поджимает запорный элемент 3, 4 в сторону посадки головки клапана 4 на кромку буксы 9.

Конец плунжерной части 3 запорного элемента 3, 4 сделан в виде зубчатой шестерни 13, в зацеплении с которой находится зубчатый сектор 14, вал которого 15 выходит наружу форсунки. Шестерня 13, зубчатый сектор 14 с валом 15 и блок управления (не показан) представляют собой механизм поворота запорного элемента 3, 4 вокруг продольной оси. При повороте запорного элемента 3, 4 пазы 8 плунжерной втулки 7 имеют возможность соединения с пазами 10 буксы 9. Пазы 8 и 10 могут быть прямыми, наклонными или винтовыми, а также переменного сечения.

Через отверстие 16 корпуса 1 пропущен привод 17 запорного элемента 3, 4. Канал 18 в корпусе 1 соединен с каналом 19 центральной втулки 2, а последний выходит в рабочую полость 11.

Форсунка работает следующим образом. Под давлением Р_Н топливо от насоса подается по каналам 18 и 19 в рабочую полость 11, затем в пазы 10 буксы 9 и те пазы 8 плунжерной втулки 7, которые в данном положении запорного элемента 3, 4 соединены с пазами 10 буксы 9. Благодаря положительной дифференциальной площади запорного элемента 3, 4 давление топлива вместе с пружиной 12 удерживает клапан 4 в закрытом положении. Топливо в камеру сгорания двигателя не поступает. По сигналу извне привод 17 воздействует на запорный элемент 3, 4. При малых его перемещениях возникающая между клапаном 4 и буксой 9 кольцевая щель представляет собой основное гидравлическое сопротивление в ряду каналов, по которым подается топливо в камеру сгорания. Поэтому распыл топлива имеет вид полого конуса (крапленое кольцо на схемах впрыска топлива на фиг. 4, 6 и 8). По мере дальнейшего открытия клапана 4 гидравлическое сопротивление перераспределяется между кольцевой щелью и подводящими пазами 8, которые становятся самостоятельно распыливающими. В результате вместе с распылом топлива в виде полого конуса появляется и все более превалирует струйный распыл из тех пазов 8, которые оказываются открытыми в данный момент (крапленые зоны на фиг.4, 6 и 8). Число пазов 8 и 10, взаимное расположение относительно друг друга и расположение пазов 8 плунжерной втулки 7 относительно камеры сгорания закладываются в конструкцию форсунки, исходя из оптимальных схем впрыска топлива по режимам работы двигателя. Оптимальной является та схема впрыска, при которой на данном режиме получается наилучшая экономичность. Обеспечение необходимой схемы впрыска топлива осуществляется механизмом поворота 13, 14, 15 запорного элемента 3, 4, действующим по запрограммированному сигналу. Поворот запорного элемента 3, 4 производится между цикловыми подачами.

По окончании действия привода 17 запорный элемент 3, 4 под действием пружины 12 и давления топлива Р_Н на его дифференциальную площадь в сторону закрытия клапана 4 перекрывает кольцевую щель между головкой клапана 4 и буксой 9. Подача топлива в камеру сгорания прекращается.

В дальнейшем цикл работы устройства повторяется.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет улучшить приспособляемость двигателя к изменению внешних условий, нагрузок и скоростных режимов его работы и, как следствие, улучшить экономические, экологические и динамические показатели.

Формула изобретения

1. Форсунка клапанного типа, содержащая рабочую полость, запорный элемент, включающий клапан и плунжерную часть, седло клапана и привод запорного элемента, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом поворота запорного элемента вокруг продольной оси, а на стержне клапана закреплена плунжерная втулка, опертая на головку клапана и имеющая по меньшей мере один полуглухой паз, обращенный открытым концом к головке клапана, при этом седло выполнено в виде охватывающей плунжерную втулку буксы по меньшей мере с одним полуглухим пазом, обращенным открытым концом к рабочей полости, причем паз плунжерной втулки имеет возможность соединения с пазом буксы при повороте запорного элемента.

2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что пазы имеют переменное сечение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12