ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА

Полезная модель относится к системам подачи топлива в двигатели внутреннего сгорания, в том числе к топливным форсункам.
Основным типом топливных форсунок, применяемых в двигателях внутреннего сгорания различных типов, являются форсунки, в которых доступ топлива к сопловым отверстиям распылителя и, соответственно, впрыск в камеру сгорания двигателя возможны только при отходе иглы распылителя (далее - иглы) от седла распылителя (далее - седла). В периоды между впрысками игла прижата к седлу пружиной. Давление начала подъема иглы и давление, при котором она возвращается на седло, зависят от усилия затяжки пружины. Регулирование величины усилия затяжки пружины выполняют при сборке форсунки изменением предварительной деформации пружины.
Известна форсунка двигателя Д100, в которой пружина передает давление на иглу через тарелку, толкатель и ограничитель подъема иглы (Тепловоз 2ТЭ10Л. - М.: Транспорт, 1974. - 320 с. С. 28). Усилие затяжки пружины регулируют пробкой, которую вворачивают в верхнюю часть стакана пружины и фиксируют контргайкой. Стакан пружины устанавливают по резьбе в корпус, где также размещены распылитель и прокладки. Распылитель, по известному решению, включает корпус распылителя, иглу, ограничитель подъема иглы и сопловой наконечник так, что седло располагается в корпусе распылителя, а сопловые отверстия - в сопловом наконечнике.
К недостаткам известного решения относится наличие большое подыгольного объема - пространства между седлом и сопловыми отверстиями, а также большие суммарные массы подвижных деталей - иглы, ограничителя хода иглы, толкателя и пружины. Большой подыгольный объем в распылителе ухудшает экологические показатели двигателя из-за неполного сгорания топлива, находящегося в этом объеме. А большие суммарные массы подвижных деталей форсунки повышают ударные нагрузки в распылителе и, соответственно, его износ, что приводит к уменьшению ресурса форсунки и двигателя в целом. Выполнение посадочного места под пружину в отдельной детали - стакане пружины - ухудшает технологичность конструкции из-за необходимости соблюдения точной соосности пружины относительно иглы распылителя во избежание перекоса последней и требует установки дополнительных уплотнительных элементов для предотвращения протечек топлива по соединению стакана пружины с корпусом.
Известна форсунка ФД-22, включающая корпус и закрепленный на нем распылитель с иглой, нагруженной пружиной через штангу (URL:/ http://tractor-mtz82.ru/dvigatel_d-240/forsunka_fd_22_dvigatelya_d_240.html. Дата обращения: 27.05.2020). По известному решению, седло и сопловые отверстия выполнены в одной детали. Пружина, прижимающая иглу к седлу, расположена в верхней части форсунки, воздействует на иглу через штангу, а регулировку усилия затяжки выполняют винтом, размещенным в отдельной детали - гайке пружины - и фиксируемым контргайкой, причем гайку пружины устанавливают по резьбе в корпус форсунки и закрывают колпаком с отверстием для отвода топлива.
К недостаткам известного решения относится применение длинной штанги и, связанная с этим большая величина масс подвижных деталей.
Наиболее близки по совокупности существенных признаков - прототипом -заявляемой полезной модели является топливная форсунка для двигателя внутреннего сгорания, включающая корпус форсунки, распылитель, в корпусе которого выполнено седло и сопловые отверстия, иглу, прижимаемую в периоды между впрысками к седлу пружиной, расположенной в нижней половине корпуса форсунки и передающей давление на иглу через промежуточную деталь и устройство для регулировки затяжки пружины (пат. SU №1144623, опубл. 07.03.1985. Бюл. №9). В качестве промежуточной детали, по известному решению, используется толкатель, полная длина которого составляет четверть длины иглы, В верхней части толкателя выполнен конструктивный элемент, играющий роль штанги пружины. По известному решению, устройство для регулировки затяжки пружины включает регулировочный винт, снабженный ведомой шестерней, а в корпусе форсунки установлен с возможностью вращения управляющий шток с ведущей шестерней для зацепления с ведомой шестерней. Регулировка затяжки пружины происходит за счет поворота управляющего штока, ведущая шестерня которого при этом поворачивает регулировочный винт. Через полость в корпусе форсунки, где находится пружина, происходит отвод дренажного топлива по кольцевому каналу от распылителя. Кольцевой канал образован зазором между поверхностями Отверстия в корпусе форсунки и управляющего штока, установленного в этом отверстии. За счет размещения седла и сопловых отверстий в одной детали - корпусе распылителя - обеспечивается небольшой подыгольный объем, а за счет приближения пружины к распылителю и выполнения толкателя малой длины - небольшая суммарная масса подвижных деталей.
К недостаткам известного решения относится сложность конструкции устройства для регулировки затяжки пружины, обусловленная наличием двух зубчатых колес -шестерен.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, является устранение недостатков прототипа - упрощение конструкции устройства для регулировки затяжки пружины при одновременном выполнении требований к форсунке по уменьшению подыгольного объема и суммарной массы подвижных деталей.
Поставленная задача решается за счет совместного применения следующих конструктивных решений:
- придание регулировочному винту специального продольного профиля и его установка по резьбе в корпус форсунки так, что верхний торец регулировочного винта выступает над корпусом форсунки;
- выполнения на регулировочном винте отверстий для протока топлива;
- выполнения детали, передающей давление от пружины на иглу распылителя и называемой в дальнейшем штангой, в виде тела вращения с относительными размерами, связанными с длиной иглы распылителя и имеющими определенные значения.
Новизной в предлагаемой топливной форсунке является:
- выполнение регулировочного винта в виде ступенчатой детали с глухими осевыми отверстиями на торцах, пересекаемыми сквозными радиальными отверстиями для протока топлива;
- установка регулировочного винта по резьбе в корпус форсунки с выступанием верхнего торца регулировочного винта над корпусом форсунки;
- выполнения штанги со следующими относительными размерами: расстоянием от опорного торца под пружину до опорного торца под иглу - от 5% до 7% от длины иглы распылителя, общей высотой - от 1.5% до 16% от длины иглы распылителя.
Согласно полезной модели предложена топливная форсунка, включающая корпус форсунки, распылитель, в корпусе которого выполнено седло и сопловые отверстия, иглу, прижимаемую в периоды между впрысками к седлу пружиной, расположенной в нижней половине корпуса форсунки и передающей давление на иглу через промежуточную деталь, устройство для регулировки затяжки иглы. Устройство для регулировки затяжки иглы выполнено в виде регулировочного винта ступенчатой формы, установленного по резьбе в корпус форсунки с выступанием своей верхней частью над корпусом форсунки, имеющего на обоих концах отверстия для протока топлива и центрируемого в корпусе форсунки в своей нижней части. Диаметральный зазор в зоне центрирования составляет от 0,05 до 0,20 мм, а промежуточная деталь, через которую на иглу передается усилие пружины, выполнена в виде тела вращения с относительными линейными размерами, связанными с длиной иглы так, что расстояние на указанной детали от опорного торца под пружину до опорного торца под иглу составляет от 5% до 7% от длины иглы, а общая высота промежуточной детали - от 15% до 16% от длины иглы.
Указанные признаки являются новыми, существенными и промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной полезной моделью технической задачи.
Предлагаемая в качестве полезной модели топливная форсунка поясняется чертежом (фиг. 1) и включает корпус 1, корпус распылителя 2, иглу 3, штангу 4, пружину 5, регулировочный винт 6, контргайку 7, уплотнительные кольца 8, колпак 9.
В корпусе 1 выполнено сквозное ступенчатое осевое отверстие 12, включающее несколько участков различного диаметра. На участке 121 отверстия 12 выполнена резьба. Между участком 121 и участком 123, имеющим минимальный из всех участков отверстия 12 диаметр, выполнена кольцевая полость 122, имеющая диаметр, больше диаметра впадин резьбы на участке 121. Ближний, по отношению к корпусу распылителя 2, участок 124 выполнен гладким, имеет диаметр, больший, чем диаметр участка 123 и представляет собой полость для размещения пружины 5.
Штанга 4 выполнена в виде тела вращения, имеющего центрирующий цилиндрический выступ для пружины 5 на одной стороне и глухое центральное отверстие с плоским опорным торцом под иглу 3 на другой стороне. Расстояние от опорного торца штанги 4 под пружину 5 до опорного торца под иглу 3 составляет от 5% до 7% от длины иглы 3.
Преимущественным является выполнение штанги 4 с расстоянием от опорного торца под пружину 5 до опорного торца под иглу, равным 5,8% от длины иглы 3.
Общая высота штанги 4 должна составлять от 15% до 16% от длины иглы 3.
Преимущественным является выполнение штанги 4 с общей высотой, равной 15,3% от длины иглы 3.
Регулировочный винта 6 выполнен в ступенчатой детали и включает, по крайней мере, три цилиндрических части различного наружного диаметра и коническую переходную поверхность. На верхнем торце части 61 регулировочного винта 6, имеющей больший диаметр, выполнен шлиц 68 для инструмента, используемого при регулировке затяжке пружины 5 во время сборки форсунки, а на боковой поверхности части 61 выполнена наружная резьба, по которой регулировочный винт 6 устанавливается в корпус 1 с возможностью осевого перемещения при вращении по резьбе. Регулировочный винт 6 установлен в корпус 1 соосно пружине 5 с зазором по части 62 и центрируется в корпусе 1 для обеспечения соосности пружине 5 по части 63. Диаметральный зазор в зоне части 62 регулировочного винта 6 и соответствующего участка 123 отверстия 12 составляет от 1,5 до 2,5 мм.
Преимущественным выполнением регулировочного винта 6 в части 62 является такое, которое обеспечивает диаметральный зазор в зоне части 62 после установки регулировочного винта 6 в корпус 1, равный 2 мм.
Диаметральный зазор в сопряжении части 63 регулировочного винта 6 с отверстием 12 составляет от 0,05 до 0,20 мм, что обеспечивает, с одной стороны, хорошую подвижность регулировочного винта 6 в корпусе 1 и, с другой стороны, достаточную соосность регулировочного винта 6 относительно пружины 5.
Нижний торец части 63 регулировочного винта 6 является опорным для пружины 5, а верхний торец части 61 регулировочного винта 6 выступает над корпусом 1.
На обоих торцах регулировочного винта 6 выполнены глухие осевые отверстия 64 и 66. Отверстие 64 пересекается сквозными радиальными отверстиями 65, выполненными в количестве, не менее двух. Отверстие 66 пересекают сквозные радиальные отверстия 67, выполненные в количестве не менее двух. Сквозные радиальные отверстия 65 выполнены вблизи переходной конической части регулировочного винта 6 и выходят в полость 122 отверстия 12.
Регулировочный винт 6 фиксируется от самопроизвольного вращения контргайкой 7. На регулировочный винт установлен по резьбе колпак 9. К колпаку 9 после установки форсунки на двигатель подключают трубопровод для отвода дренажного топлива (на фиг.1 не показан). Для предотвращения протечек топлива между контргайкой 7 и корпусом 1, а также между контргайкой 7 и колпаком 9 установлены уплотнительные кольца 8.
Топливная форсунка работает следующим образом.
Вращением регулировочного винта 6 устанавливают предварительную деформацию пружины 5, соответствующую заданному давлению начала подъема иглы 3, интерпретируемому обычно, как давление начала впрыска. Подают топливо от источника высокого давления, в качестве которого могут быть использованы, например, ручной подкачивающий насос или насос высокого давления с электроприводом на вход в топливную форсунку. По каналам 13 и 14 в корпусе 1 топливо поступает в корпус распылителя 2. Когда давление в корпусе распылителя 2 превысит давление, оказываемое на иглу 3 пружиной 5, произойдет подъем иглы 3 от седла, начнется впрыск топлива через сопловые отверстия в корпусе распылителя 2. Если давление начала впрыска соответствует заданному, регулировочный винт 6 фиксируют контргайкой 7, устанавливают колпак 9 и подключают к нему трубопровод для отвода дренажного топлива (на фиг.1 не показан). Дренажное топливо, просачивающееся по зазору между корпусом распылителя 2 и иглой 3, попадает в полость 124 в корпусе 1. Так как пропускная способность зазора между частью 63 регулировочного винта 6 и поверхностью отверстия 12 на участке 123 меньше, чем пропускная способность отверстия 66 и отверстий 67, основная часть дренажного топлива проходит по отверстиям 66 и 67 и попадает в зазор на участке 62. Двигаясь по зазору, дренажное топливо попадает в полость 122 и далее - через отверстия 65 и 64 - в колпак 9 и трубопровод для отвода дренажного топлива.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение технологичности конструкции топливной форсунки в части устройства для регулировки усилия затяжки пружины при одновременном обеспечении малого подыгольного объема в распылителе и малой суммарной массы подвижных деталей топливной форсунки.
Предлагаемая конструкция топливной форсунки внедрена в серийное производство на Алтайском заводе прецизионных изделий.