ЭЛЕКТРОГИДРОУПРАВЛЯЕМАЯ ФОРСУНКА ПОДАЧИ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к системам подачи топлива двигателей внутреннего сгорания, точнее к топливоподающей аппаратуре двигателей, работающих на газообразном топливе, и может быть использована для улучшения эксплуатационных параметров двигателей внутреннего сгорания при работе их на газообразном топливе с внутренним смесеобразованием.
Из предшествующего уровня техники известна конструкция гидроуправляемой форсунки газового двигателя с внутренним смесеобразованием для подачи газообразного топлива в начале такта сжатия (Г.А. Щербаков, С.Б. Сафонов, Н.А. Шевченко, A.M. Левтеров, В.П. Мараховский, А.А. Кайдалов. Гидроуправляемая форсунка для газового двигателя с внутренним смесеобразованием // Двигатели внутреннего сгорания // Научно-технический журнал. Харьков: НТУ «ХПИ». - 2004, №2 (5). - С. 35-38.) которая содержит корпус, клапан, штуцер подвода газа, штуцер подачи гидравлической жидкости, золотник, пружину.
Недостатком данного технического решения являются работа форсунки при относительно невысоких давлениях газообразного топлива 0,5…1,0 МПа и возможность возникновения колебаний иглы, вызванных волновыми процессами в системе гидропривода, которые не позволяют получить расходную характеристику подачи газообразного топлива близкой к линейной, что ведет к усложнению системы управления двигателем как при использовании в качестве гидропривода топливного насоса высокого давления (ТНВД) дизеля прямого действия, когда длительность открытия и высота подъема иглы, которые при заданном давлении газообразного топлива перед форсункой определяют цикловую подачу газа, зависят от величины активного хода плунжера ТНВД, так и при использовании в качестве гидропривода аккумуляторной системы с постоянным давлением в аккумуляторе с электронным управлением.
Известна гидроуправляемая газовая форсунка содержащая корпус форсунки, с размещенными в нем штангой, возвратной пружиной, каналами слива, гидропривода и подвода газового топлива, корпус распылителя с сопловыми отверстиями и кольцевой проточкой, внутри которого установлена игла с дифференциальной площадкой (А.П. Кудряш, В.В. Пашков, B.C. Маринин, Д.А. Москаленко. Природный газ в двигателях // Киев, Наукова Думка, 1990 г. С. 175-177). Описанная форсунка принята в качестве прототипа.
К недостаткам рассматриваемой конструкции форсунки следует отнести возможность возникновения колебаний иглы вызванных волновыми процессами в системе гидропривода, которые не позволят получить расходную характеристику подачи газообразного топлива близкой к линейной, что ведет к усложнению системы управления двигателем при использовании в качестве гидропривода топливного насоса высокого давления (ТНВД) дизеля прямого действия, когда длительность открытия и высота подъема иглы, определяющие цикловую подачу газа, определяются количеством поступающей в гидрополость форсунки жидкости, зависящей от величины активного хода плунжера ТНВД и невозможность обеспечения точного и стабильного дозирования последовательных малых цикловых подач газа вследствие большой неравномерности количества жидкости поступающей в гидрополость форсунки при малых величинах активного хода плунжера ТНВД.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель является разработка форсунки, исключающей недостатки прототипа.
Техническим результатом, обеспечиваемым разработанной конструкцией форсунки является, обеспечение точного и стабильного дозирования последовательных малых цикловых подач газового топлива с близкой к линейной характеристикой впрыскивания.
Технический результат достигается тем, что электрогидроуправляемая форсунка подачи газового топлива содержит корпус форсунки, с размещенными в нем штангой, возвратной пружиной, каналами слива, гидропривода и подвода газового топлива, корпус распылителя с сопловыми отверстиями и кольцевой проточкой, внутри которого установлена игла с дифференциальной площадкой, при этом форсунка снабжена размешенными в корпусе клапаном гидрозапора и жиклером. Между корпусом клапана и верхней торцевой поверхностью штанги образована гидрополость запирания, а на корпусе клапана закреплена крышка с каналом сброса и электромагнитом, внутри которого размещены с возможностью обеспечения управления клапаном гидрозапора пружина и стержень, при этом корпус клапана снабжен ограничителем фиксированного подъема иглы, и каналом гидрозапора, обеспечивающим подвод управляющей гидравлической жидкости в гидрополость запирания.
Наличие клапана гидрозапора и жиклера позволяет точно дозировать малые цикловые подачи газового топлива формированием близко к прямоугольной форме фронтов дифференциальной характеристики впрыскивания цикловой порции газового топлива обеспечением надежной герметизации полости гидрозапирания.
Полость гидрозапирания обеспечивает точное дозирование малых цикловых подач газового топлива формированием близко к прямоугольной форме фронтов дифференциальной характеристики впрыскивания цикловой порции газового топлива и надежным удержанием иглы в закрытом положении.
Установка на корпусе клапана крышки с каналом сброса и электромагнитом позволяет точно дозировать малые цикловые подачи газового топлива обеспечением надлежащей герметичности полости гидрозапирания надежным прижатием клапана гидрозапора к жиклеру.
Ограничитель фиксированного подъема иглы обеспечивает точное и стабильное дозирование последовательных малых цикловых подач газового топлива с близкой к линейной характеристикой впрыскивания, величины которых, при фиксированном значении максимальном подъеме иглы, зависят только от длительности управляющего электрического импульса.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема электрогидроуправляемой форсунки подачи газового топлива.
Электрогидроуправляемая форсунка подачи газового топлива включает в себя корпус форсунки 1 с размещенными в нем штангой 2, возвратной пружиной 3, каналами слива 4, гидропривода 5 и подвода газового топлива 6, корпус распылителя 7 с сопловыми отверстиями 8 и кольцевой проточкой 9, внутри которого установлена игла 10 с дифференциальной площадкой 11, при этом электрогидроуправляемая форсунка подачи газообразного топлива снабжена размешенными в корпусе клапана 12 клапаном гидрозапора 13 и жиклером 14, при этом между корпусом клапана 12 и верхней торцевой поверхностью штанги 2 образована гидрополость запирания 15, а на корпусе клапана 12 закреплена крышка 16 с каналом сброса 17 и электромагнитом 18, внутри которого размещены с возможностью обеспечения управления клапаном гидрозапора 13 пружина 19 и стержень 20, при этом корпус клапана 12 снабжен ограничителем фиксированного подъема иглы 21, и каналом гидрозапора 22, обеспечивающим подвод управляющей гидравлической жидкости в гидрополость запирания 15.
Предлагаемая полезная модель функционирует следующим образом: в исходном положении герметичность форсунки обеспечивает возвратная пружина 3, которая прижимает иглу 10, через штангу 2, к корпусу распылителя 7. При этом кольцевая проточка 9 через канал гидропривода 5 соединена с линией высокого давления, а через канал слива 4 соединена с линией низкого давления (слива). При этом гидрополость запирания 15, образованная корпусом клапана 12 и верхней торцевой поверхностью штанги 2, через канал гидрозапора 22 также соединена с линией высокого давления, а клапан гидрозапора 13, прижатый пружиной 19 через стержень 20 к жиклеру 14, перекрывает канал сброса 17, соединяющий гидрополость запирания 15 с линией низкого давления (слива).
При подаче управляющей гидравлической жидкости постоянного давления из аккумулятора, часть гидравлической жидкости через канал гидрозапора 22 заполняется гидрополость запирания 15, а другая часть, по каналу гидропривода 5, поступает в кольцевую проточку 9, из которой часть гидравлической жидкости по каналу слива 4 отводится в линию слива. Так как клапан гидрозапора 13, прижатый пружиной 19 через стержень 20 к жиклеру 14, препятствует истечению гидравлической жидкости из гидрополости запирания 15, соответственно давление гидравлической жидкости в гидрополости запирания 15 значительно превышает давление гидравлической жидкости в кольцевой проточке 12, из которой, через канал слива 4, происходит постоянной истечение гидравлической жидкости в линию слива. За счет разности давлений гидравлической жидкости, воздействующих на верхний торец штанги 2 и дифференциальную площадку 11, игла 10 надежно удерживается в закрытом положении и препятствует истечению газового топлива, подводимого по каналу подвода газового топлива 6 к игле 10.
При подаче управляющего электрического сигнала на электромагнит 18 стержень 20, сжимая пружину 19, освобождает клапан гидрозапора 13, при этом гидрополость запирания 15, через канал сброс 17, соединяется с линией низкого давления (слива). Так как сечение жиклера 14 и сечение канала сброса 17 больше сечения канала слива 4, в то время как сечения каналов гидрозапора 22, гидропривода 5 и слива 4 равны между собой, то, давление гидравлической жидкости в кольцевой проточке 12, вследствие меньшего ее истечения, оказывается больше давления гидравлической жидкости в гидрополости запирания 20. За счет разности этих давлений, воздействующих на верхний торец штанги 2 и дифференциальную пложадку 11, игла 10 поднимается и частично перекрывает канал слива 4. Давление гидравлической жидкости в кольцевой проточке 9 возрастает, игла 10, преодолевая усилие возвратной пружины 3, поднимается и перемещает штангу 2 до ограничителя 21, размещенного в корпусе клапана 12. Сопловые отверстия 8 открываются, и газовое топливо подается в камеру сгорания двигателя.
После снятия управляющего электрического сигнала с электромагнита 18 стержень 20, под действием пружины 19, прижимает клапан гидрозапора 13 к жиклеру 14 и полностью перекрывает истечение гидравлической жидкости из гидрополости запирания 15. Давление в гидрополости запирания 15 резко возрастает. При этом усилие от давления гидравлической жидкости в гидрополости запирания 15, воздействующее на верхней торцевой поверхности штанги 2, и усилие возвратной пружины 3 преодолевают усилия создаваемые давлением гидравлической жидкости на дифференциальную площадку 11 иглы 10 и давлением газового топлива на иглу 10, что приводит к перемещению иглу 10 вниз. При этом канал слива 4, соединяющий кольцевую проточку 9 с линией низкого давления (сливом), полностью открывается, давление в кольцевой проточке 9 уменьшается, игла 10 опускается вниз до соприкосновения с корпусом распылителя 7, и перекрывает сопловые отверстия 8, прекращая подачу газового топлива.