Многоструйная форсунка с регулируемым поперечным сечением

Многоструйная форсунка с регулируемым поперечным сечением

Реферат

 

Использование: двигателестроение, в частности топливная аппаратура дизелей. Сущность изобретения: многоструйная форсунка с регулируемым поперечным сечением содержит корпус, корпус распылителя с подыгольной полостью, подпружиненную распределительную иглу, конусообразное седло, распределительная игла снабжена штифтовой головкой с радиальными пазами с возможностью взаимодействия последней с конусообразным седлом. Форсунка дополнительно снабжена регулирующим устройством, размещенным в корпусе форсунки и кинематически связанным с конечной частью иглы, противоположной штифтовой головке. Конусообразная поверхность седла выполнена в виде клинообразных зубьев, расположенных в радиальных пазах, выполненных в штифтовой головке. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение касается многоструйной форсунки с регулируемым поперечным сечением, в соответствии с ограничительной частью формулы изобретения.

Из выложенной заявки ФРГ N 2949596 известно, что форсуночная игла открывает в направлении камеры сгорания. Плотная посадка при этом образована конусообразной и одновременно представляет собой выходное отверстие. Причем выходное отверстие образует поперечное сечение на выходе горючего. С помощью подобной форсунки невозможно поддерживать постоянно высоким давление горючего во всем рабочем диапазоне. Так как выходящая полая коническая струя не разделяется, образование смеси затрудняется, так как большой периметр кольцевого зазора находится в неблагоприятном соотношении с поперечным сечением впрыска, благодаря чему сказывается неблагоприятное влияние на подготовку топлива и образование смеси.

Благодаря заявке ФРГ N 2710138 далее известно, что предусматривают полую иглу и перемещающуюся в ней коаксиально форсуночную иглу. Полую иглу можно нагружать давлением топлива с помощью Cinem Druck-schulter от нагнетательной камеры. Начиная от заданного давления топлива, полая игла открывает (ход) под усилием первой пружины сжатия и освобождает путь горючему к форсуночной игле и первому отверстию для впрыска. Форсуночная игла открывает (ход) при высокой нагрузке двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и получающемся отсюда повышенном давлении топлива от впрыскивающего насоса, а затем под усилием второй пружины сжатия, и впрыскивание топлива в камеру сгорания осуществляется через вторые отверстия для впрыска, пока, благодаря снижения давления топлива, форсуночная игла не закроет (ход), и впрыск заканчивается. Благодаря подобной форсунке, достигается ступенчатого распределения впрыснутого количества топлива по направлению и виду струи горючего. Отрицательным является еще недостаточное постоянство высокого давления горючего перед отверстиями для впрыска по всему диапазону характеристик. Другой недостаток следует видеть в применении многих отверстий для впрыска. Если в области частичной нагрузки поток идет лишь через одно отверстие, то не используемое второе отверстие, которое сохраняется для области полной нагрузки, коксуется.

Исходя из форсунки в соответствии с ограничительной части формулы изобретения, в основе изобретения лежит задача, распределить впрыскиваемое количество горючего на несколько струй с благоприятным соотношением поперечного сечения впрыска по периметру поперечного сечения прохождения струй и одновременно поддерживать приблизительно постоянное давление впрыска перед каналами впрыскивания по всей характеристической области.

По изобретению, эта задача решается с помощью отличительных признаков п. 1 формулы изобретения.

Благодаря приданию специальной формы поверхности уплотнения (седла) распределительной иглы, можно изменять поперечные сечения распределительной иглы таким образом, чтобы во всех рабочих состояниях двигателя внутреннего сгорания всегда устанавливалось достаточно высокое давление горючего перед каналами для впрыскивания, которое обеспечивает высокую степень распыления при разделенном воздухом впрыске, для оптимального образования смеси. В первом приближении при этом в нижнем диапазоне чисел оборота и нагрузки максимальное давление впрыска будет иметь такую же величину, как и в верхнем диапазоне числа оборотов и нагрузки.

Предпочтительное исполнение регулирующего устройства отличается признаками п. 2 формулы изобретения.

Автоматическое регулирование давления топлива можно осуществить очень просто с помощью соответствующим образом настроенных пружин, которые при повышенном давлении освобождают большее поперечное сечение на выходе и наоборот. Для компенсации эффективной площади давления, добавляемой при открытии форсунки, предусмотрена вторая пружина сжатия.

Первая пружина сжатия освобождает выходное поперечное сечение для холостого хода двигателя, т.е. для нижнего диапазона числа оборотов и нагрузки, в то время, как, благодаря усилию параллельно подключенной второй пружины сжатия, выходное отверстие подгоняется к повышающему числу оборотов и нагрузке. Ограничение поперечного сечения впрыска при полной нагрузке и номинальном числе оборотов осуществляется с помощью жесткого упора.

Другой вариант изобретения отличается признаками п. 3 формулы.

Регулирование хода распределительной иглы осуществляется путем управления с помощью электроники, управляемой характеристикой. В качестве пригодного механического исполнительного элемента для ограничения хода распределительной иглы может служить клинообразный элемент, который непосредственно или косвенно управляется с помощью электроники и ограничивает ее ход с возможностью ступенчатого регулирования.

Другие предпочтительные признаки выражены с помощью п. 4 формулы изобретения.

Полая игла, в дополнение к клинообразным зубьям, обеспечивает уплотнение, так что исключается просачивание горючего, если клинообразные зубья не являются абсолютно герметичными.

На фиг. 1 показан продольный разрез форсунки; на фиг. 2 - детальное изображение в продольном разрезе форсунки со стороны конца у камеры сгорания; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - продольное сечение форсунки в области регулирования; на фиг. 5 - продольный разрез форсунки с полой иглой, расположенной соосно относительно распределительной иглы; на фиг. 6 - детальное изображение фиг. 5 в продольном разрезе форсунки у ее конца, находящегося на стороне камеры сгорания.

Форсунка состоит из держателя форсунки 1, корпуса форсунки 2 и движущейся по оси в корпусе форсунки распределительной иглы 3. Распределительная игла 3 на конце со стороны камеры сгорания имеет конусообразную поверхность уплотнения 4, которая, по изобретению, выполнена в виде клинообразных зубьев 5. Распределительная игла 3 у своего конца со стороны камеры сгорания поддерживается в конечном положении с помощью предварительно нагруженной первой пружины сжатия 6. Первая пружина сжатия 6 при этом опирается, с одной стороны, на держатель форсунки 1, а с другой стороны, - на соединенный с распределительной иглой 3 упор 7.

Для ограничения хода распределительной иглы 3 предусмотрен кольцеобразный упор 8, который взаимодействует с упором 7. Этот упор 8 с помощью второй предварительно нагруженной пружины сжатия 9 поддерживается в исходном положении, причем кольцевой упор 8 опирается на держатель форсунки 1. Между упором 7 и кольцевым упором 8 предусмотрен зазор толщиной h1. Вторая пружина сжатия расположена соосно с распределительной иглой 3 и окружающей ее первой пружиной сжатия 6.

В камеру сжатия 9а форсунки через входное отверстие 10 с помощью впрыскивающего насоса подается топливо. Под давлением топлива открывает (ход) распределительная игла 3 в направлении камеры сгорания, при этом преодолевается усилие предварительно нагруженной первой пружины сжатия 6. Топливо впрыскивается затем в камеру сгорания в множестве струй, в соответствии с формой описанного более подробно с помощью рис. 2 и 3 клинообразного зубчатого колеса 5. Поперечное сечение впрыска может изменяться ступенчато с помощью хода распределительной иглы 3.

При холостом ходе или в нижнем диапазоне числа оборотов и нагрузки ДВС ход распределительной иглы 3 в начале ограничивается с помощью кольцеобразного упора 8, если ход использовал путь п 1.

При возрастающей нагрузке уже, благодаря относительно легко поднимающемуся давлению топлива, ход распределительной иглы увеличивается с помощью наложения усилия второй пружины сжатия 9, подключенной параллельно первой пружине сжатия 6, пока максимальный ход распределительной иглы 9 при полной нагрузке после использования пути п 2 не ограничится жестким упором 11, к которому подходит кольцевой упор 8. Постоянная пружина второй пружины сжатия 9 при этом должна выбираться значительно меньше, чем постоянная пружина первой пружины сжатия 6. Жесткий упор 11 выполнен в держателе форсунки 1 в виде кольцевой поверхности. Для отвода утечки предусмотрено отверстие 10 а.

Детальное изображение форсунки в продольном разрезе со стороны конца, обращенного к камере сгорания, показано на фиг. 2. Левая половина показывает форсунку в закрытом состоянии, в то время, как правая половина воспроизводит ее в открытом состоянии.

Распределительная игла 3 имеет направленные по оси и в радиальном направлении зубья клиновой формы 5, которые расчленены на конусообразные поверхности уплотнения 4 и фланцы пазов 13.

Впрыскивание топлива - как показано на правой половине рис. - включается благодаря тому, что с помощью воздействия давления топлива на разницу в поперечном сечении большей первой поверхности 14 и меньшей второй поверхности 15 распределительная игла 3 открывает (путь топливу) в направлении камеры сгорания, как это показано на правой половине рис. 2. Топливо подается к клинообразным зубьям 5 через паз 17 и кольцевое пространство 18. Одно из поперечных сечений впрыска 16, которое получается при открытии распределительной иглы 3, показано в вынесенном виде.

Сечение А-А на фиг. 2 показано на фиг. 3. Топливо попадает в начале через паз 17 распределительной иглы 3 (в пространство) перед видимой из рис. 2 поверхностью уплотнения 4, которая по представленному примеру выполнена конусообразной. После открытия распределительной иглы 3 топливо впрыскивается через поперечное сечение для впрыска 16. Поперечное сечение для впрыска 16 ограничено конусообразной поверхностью уплотнения 4 (фиг. 2) и фланцами паза 13. Поперечные сечения 16 могут быть разного размера. Сектор 19 показан на рис. 3 в общем виде, т.е. не в сечении.

Альтернативное по отношению к рис. 1 решение регулирования распределительной иглы 3 можно видеть из фиг. 4. Ход распределительной иглы 3 ограничивается клинообразным элементом 20, который в движении, заданном направлением стрелки, контактирует с конечным упором 21, так что ход распределительной иглы 3 может ограничиваться ступенчато в соответствии с зазором h. Клинообразный элемент 20 приводится в действие исполнительным элементом 22, причем он может нагружаться с помощью электроники с характеристическим управлением.

Вариант форсунки, показанной на фиг. 1, представлен на рис. 5. В отклонение от варианта по рис. 1, параллельно распределительной игле 3 подключена движущаяся соосно ей полая игла 23. Полая игла 23 поддерживается с помощью предварительно нагруженной третьей пружины сжатия 24 в исходном положении и обеспечивает дополнительное уплотнение клинообразных зубьев 5 относительно камеры сгорания 9а, аб. Когда топливо с помощью топливного насоса через входное отверстие 10 и камеру сгорания 9а подвергается давлению, то в начале против усилия третьей пружины сжатия 24 открывает (проход) полая игла 23. В качестве эффективной поверхности давления функционирует разница между поверхностями выступа давления (Druchxhulter) 26 и не подверженной давлению жидкости в конечном положении конической поверхности 25. После открытия с помощью полой иглы 23 топливо через пазы 17 подает в полое пространство 18 и, наконец, открытие производит - как описано для рис. 1 - распределительная игла 3. Преимущество такого варианта использования следует видеть в том, что клинообразные зубья освобождаются от каких-либо функций уплотнения.

Фиг. 6 показывает в деталях конечную часть форсунки со стороны камеры сгорания в варианте по рис. 5. Распределительная игла 3 окружена полой иглой 23, которая с помощью конической поверхности 25 уплотняет дополнительно клинообразные зубья 5 относительно нагнетательной камеры 9а (рис. 5), как это изображено в левой половине рисунка. При повышении давления топлива в начале полая игла 23 приподнимается от конической поверхности 25, как это показано на правой половине рисунка. Находящееся под давлением топливо устремляется после этого через пазы 17 в кольцевое пространство перед клинообразными зубьями 5. Вопреки усилию пружин сжатия 6 и 9, распределительная игла 3 производит открывание, как описано при рис. 1.

Далее кратко вернемся еще раз к способу работы.

В начале впрыска в первую очередь, в соответствии с рис. 5 и 6, открывает (проход) полая игла 23, или, по рис. 1 и 2 - непосредственно распределительная игла 3 и освобождает требуемое поперечное сечение впрыска 16. Регулирование поперечного сечения впрыска можно осуществлять с помощью давления топлива и соответствующих рабочих поверхностей известным образом в сочетании с распределенными по ступеням пружинами сжатия 6, 9 и 24 или с помощью устройства ограничения хода (фиг. 4), управляемого предпочтительно с помощью электроники, зависящей от характеристики. Давление впрыска и продолжительность впрыска можно таким образом согласовать друг с другом.

В конце процесса впрыска после закрытия полой иглы 23 каналы впрыска закрываются, благодаря движению в обратном направлении распределительной иглы 3. При этом еще имеющееся в каналах впрыскивания топливо вытесняется под давлением и образование капель в конце процесса впрыска исключается. Кроме того, объем топлива, уже оказавшийся за полой иглой, может бесконтрольно протекать в камеру сгорания. Продолжительное движение распределительной иглы 3 по оси с меняющейся в каждом случае высотой хода, в зависимости от режима работы двигателя, обеспечивает, что, несмотря на склонность к коксованию зубьев, подверженных воздействию пламени, предлагаемое регулирование поперечного сечения впрыска сохраняется.

Формула изобретения

1. МНОГОСТРУЙНАЯ ФОРСУНКА С РЕГУЛИРУЕМЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ, содержащая корпус форсунки, корпус распылителя с подыгольной полостью, подпружиненную распределительную иглу, установленную в корпусе форсунки и корпусе распылителя с возможностью осевого перемещения и открытия в направлении, противоположном подыгольной полости, конусообразное седло, причем распределительная игла снабжена штифтовой головкой с радиальными пазами с возможностью взаимодействия последней с конусообразным седлом, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности в работе, она снабжена регулирующим устройством, размещенным в корпусе форсунки и кинематически связанным с конечной частью иглы, противоположной штифтовой головке, конусообразная поверхность седла выполнена в виде клинообразных зубьев, расположенных в радиальных пазах, выполненных в штифтовой головке.

2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что регулирующее устройство выполнено по меньшей мере из двух упоров, ограничивающих рабочий ход распределительной иглы, конечная часть которой, противоположная штифтовой головке, выполнена с выступом, взаимодействующим с первой пружиной сжатия, причем первый упор выполнен в виде подпружиненного второй пружиной сжатия кольца, а второй упор выполнен во внутреннем теле корпуса форсунки, вторая пружина сжатия установлена параллельно первой пружине сжатия, рабочий ход распределительной иглы h₁ и h₂ равен сумме по меньшей мере двух высот хода иглы, где h₁ - высота хода иглы от выступа до первого упора; h₂ - высота хода распределительной иглы от первого упора до второго упора.

3. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что регулирующее устройство выполнено в виде рейки с клинообразной рабочей частью, кинематически связанной с электронным исполнительным устройством, причем рейка установлена с возможностью прямолинейного перемещения в направлении, перпендикулярном к оси распределительной иглы, конечная часть иглы, противоположная штифтовой головке, выполнена с регулирующим упором, взаимодействующим с клинообразной рабочей частью рейки.

4. Форсунка по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что она снабжена подпружиненной полой иглой с запорным элементом, установленной коаксиально распределительной игле, а в нижней части подыгольной полости перед конусообразным седлом выполнено дополнительное седло под запорный элемент полой иглы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6