НАСОС-ФОРСУНКА

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности, к системам топливоподачи дизельных двигателей.
Известно устройство для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания (патент RU 2120055 МПК F02M 57/02, 59/36, опубл. 10.10.1998), снабженное поршнем насоса, ограничивающим в цилиндрическом отверстии рабочую камеру насоса, и с помощью привода совершает возвратно-поступательные движения и с нагнетательным трубопроводом, соединяющим рабочую камеру насоса с клапанной форсункой, клапанный элемент которой под воздействием давления впрыска подаваемого рабочей камеры насоса по нагнетательному трубопроводу топлива открывается против направления действия усилия закрывания, и с ведущим от рабочей камеры через электрически управляемый клапан к находящемуся под более низким давлением, чем давление впрыскивания, резервуару для запаса топлива топливным каналом, при этом топливный канал в частичной зоне на части его периферийной стенки соединен с воспринимающей рабочую камеру насоса частью цилиндрического отверстия, которая в зоне соединения с топливным каналом постоянно соединена с рабочей камерой насоса с помощью постоянно образующегося между этой частью цилиндрического отверстия и боковой поверхностью поршня насоса промежуточного пространства, и управление входом в соединенную с цилиндром насоса частью топливного канала осуществляется с помощью клапанного элемента электрически управляемого клапана.
Рассматриваемое устройство конструктивно сложно, в частности за счет исполнения клапанного элемента.
В качестве прототипа принята насос-форсунка по патенту RU 2314431 МПК F02M 57/02, опубл. 10.01.2008. Насос-форсунка содержит механизм привода, плунжер, плунжерную втулку и иглу, при этом механизм привода выполнен в виде гидропривода, состоящего из гидроцилиндра и гидропоршня, плунжер имеет сквозное центральное отверстие с седлом для игольчатого клапана, нижний конец плунжерной втулки оснащен иглой с дифференциальной площадкой и размещен в цилиндрическом наконечнике, во внутренней полости цилиндрического наконечника сделано седло для иглы плунжерной втулки, плунжерная втулка нагружена тарельчатыми пружинами, корпус насос-форсунки снабжен двумя штуцерами для крепления гибких топливопроводов, обеспечивающих циркуляцию топлива и охлаждение деталей насос-форсунки. Гидропривод оснащен поворотным устройством корпуса гидропривода, как по часовой стрелке, так и обратно, гидропривод может иметь блочную конструкцию или отдельную для каждого цилиндра.
Этому устройству свойственны те же недостатки, что и аналогу - конструктивная сложность. За счет двух гидравлических цепей имеется множество точных сопряжений.
Техническим результатом предлагаемого решения является упрощение конструкции насос-форсунки.
Указанный результат достигается тем, что в насос-форсунке, содержащей корпус, распылитель с запорной иглой и пружиной, подпружиненный плунжер с плунжерной втулкой с образованием под плунжером нагнетательной полости, сообщающейся с магистралью низкого давления, и привод плунжера, при этом привод плунжера выполнен в виде магнитострикционного стержня, который размещен внутри электрической катушки, его один торец неподвижен, а второй опирается на подпружинный плунжер, запорная игла снабжена наружной кольцевой проточкой в зоне направляющей части, осевым каналом, который сообщается с ее первым поперечным отверстием в подигольной полости и заглушен со стороны надигольной полости, второе поперечное отверстие соединяет осевой канал с наружной кольцевой проточкой, распылитель снабжен наружной кольцевой проточкой, имеющей первые поперечные отверстия, сообщающие ее с надигольной полостью, вторые поперечные отверстия распылителя расположены в зоне наружной кольцевой проточки иглы, корпус выполнен с внутренней кольцевой проточкой в зоне поперечных отверстий кольцевой наружной проточки иглы, с группой отверстий, соединяющих его внутреннюю кольцевую проточку с нагнетательной камерой и группой радиальных сквозных отверстий напротив наружной кольцевой проточки распылителя, при этом распылитель, игла, плунжерная втулка, плунжер, магнитострикционный стержень и электрическая катушка расположены по осевой линии корпуса.
Конструкция насос-форсунки представлена чертежами: фиг. 1 - осевой разрез насос-форсунки; фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1; фиг. 3 - разрез Б-Б по фиг. 1.
Принятые обозначения
1 - корпус
2 - резьбовое отверстие корпуса для подвода топлива
3 - распылитель
4 - запорная игла
5 - наружная кольцевая проточка иглы в направляющей части
6 - осевой канал иглы
7 - поперечное отверстие иглы в направляющей части
8 - поперечное отверстие иглы в подигольной полости
9 - подигольная полость
10 - резьбовая пробка осевого канала иглы
11 - распыливающие отверстия распылителя
12 - пружина иглы
13 - резьбовая заглушка распылителя
14 - наружная кольцевая проточка распылителя
15 - отверстия кольцевой проточки распылителя
16 - надигольная полость
17 - плунжерная втулка
18 - плунжер
19 - нагнетательная камера
20 - отверстия корпуса, соединяющие нагнетательную камеру с его кольцевой проточкой
21 - внутренняя кольцевая проточка корпуса
21 - поперечные отверстия распылителя
23 - радиальные сквозные отверстия корпуса, расположенные напротив кольцевой проточки распылителя
24 - магнитострикционный стержень
25 - каркас электрической катушки
26 - электрическая катушка
27 - винты крепления каркаса
28 - втулка привода
29 - электрический разъем
30 - пружина плунжера
31 - дренажное отверстие втулки привода
Насос-форсунка устроена следующим образом. Имеется корпус 1 с резьбовым отверстием 2 для подключения магистрали низкого давления топлива от подкачивающего насоса, причем штуцер (на фиг. 1 не показан) магистрали, закручиваемый в отверстие 2 должен содержать обратный клапан. Такое расположение обратного клапана обусловлено удобством обслуживания системы топливоподачи дизеля. Снизу (здесь и далее ориентация чертежа) в корпусе с помощью резьбы закреплен распылитель 3, внутри которого расположена игла 4. Игла имеет кольцевую проточку 5, осевой канал 6, при этом осевой канал сообщается поперечным отверстием 7 с кольцевой проточкой 5 и поперечным отверстием 8 с подигольной полостью 9. Осевой канал иглы сверху заглушен резьбовой пробкой 10. Игла поджата к посадочному конусу распылителя с распыливающими отверстиями 11 пружиной 12. Упорным элементом этой пружины служит резьбовая заглушка 13 распылителя. В распылителе имеется наружная кольцевая проточка 14, соединенная отверстием 15 с надигольной полостью 16, в которой расположена пружина иглы.
Сверху в корпусе с помощью резьбы установлена плунжерная втулка 17 с плунжером 18. Пространство, ограниченное корпусом, плунжерной втулкой и плунжером образует нагнетательную камеру 19. Нагнетательная камера соединена группой отверстий 20 корпуса с внутренней кольцевой проточкой 21, которая соединяется отверстиями 22 в распылителе с кольцевой проточкой 5 иглы 4. Для исключения поршневого эффекта иглы предусмотрен дренажный канал, который представлен внешней кольцевой проточкой 14 распылителя с отверстиями 15, соединяющими эту проточку с надигольной полостью, а в корпусе имеется минимум одно сквозное отверстие 23, расположенное напротив проточки распылителя.
В верхней части насос-форсунки имеется привод плунжера. Основу привода образуют магнитострикционный стержень 24 помещенный в каркас 25 электрической катушки 26. Каркас закреплен винтами 27 на втулке 28, которая с помощью резьбы соединена с плунжерной втулкой 17. Концы моточного провода катушки подпаяны к электрическому разъему 29. Плунжер 18 поджат к магнитострикционному стержню пружиной 30. Во втулке 28 привода плунжера имеется дренажное отверстие 31.
Заметим, что в предлагаемой конструкции привода плунжера не предъявляется высоких требований по точности как к каркасу катушки, так и магнитострикционному стержню 24. Осевая длина стержня 24 не лимитируется, поскольку он находится в силовом замыкании за счет пружины 30 плунжера 18. Радиальные зазоры стержня 24 с каркасом 25 и с гнездом в плунжере могут иметь широкие поля допусков, т.к. под действием магнитного поля катушки стержень 24 удлиняется, а за счет коэффициента Пуассона магнитострикционного материала сечение стержня уменьшается. Необходимо отметить высокое быстродействие магнитострикционных материалов - задержка по деформации отстает от магнитного поля на доли микросекунды. Кроме того, стержень 24 целиком не перемещается, т.е. фактически в движении участвует треть его массы. В конструктивной реализации насос-форсунки для быстроходных дизелей плунжер следует выполнять с юбкой по типу поршня в цилиндре двигателя, что дополнительно повысит быстродействие.
Работа насос-форсунки. Топливо под низким давлением от подкачивающего насоса через обратный клапан на входе насос-форсунки заполняет ее внутренний объем. На угле поворота коленчатого вала дизеля, соответствующем углу опережения впрыска, электронный блок системы топливоподачи формирует электрический импульс на катушку 26. Возникающее магнитное поле катушки удлиняет магнитострикционный стержень 24. Удлинение магнитострикционного стержня обеспечивает перемещение плунжера 18. Объем нагнетательной камеры 19 сокращается, следовательно, давление топлива в ней возрастает, что приводит к закрытию обратного клапана магистрали низкого давления на входе насос-форсунки.
Высокое давление топлива из нагнетательной камеры 19 по отверстиям 20, внутренней кольцевой проточке корпуса 21, отверстиям 22 распылителя поступает в кольцевую проточку 5 иглы 4. Далее волна давления распространяется по отверстиям иглы - поперечному отверстию 7, осевому каналу 6, поперечному отверстию 8 - и достигает подигольной полости 9. Высокое давление топлива в подигольной полости поднимает иглу 4, сжимая ее пружину 12. При подъеме иглы освобождаются отверстия 11 распылителя, и происходит впрыск топлива в камеру сгорания дизеля. Величина цикловой подачи определяется параметрами электрического импульса, подаваемого в катушку 26 - длительностью и амплитудой. После окончания впрыска происходит сброс давления, и игла 4 под действием сжатой пружины 12 возвращается в исходное положение. На сбросе давления открывается обратный клапан магистрали низкого давления на входе насос-форсунки и топливо из этой магистрали заполняет (дополняет) нагнетательную камеру 19. При этом за счет сжатой пружины 30 плунжер 18 возвращается в исходное положение.
Таким образом, конструкция насос-форсунки проста и высокотехнологична. Основные детали токарной группы. Насос-форсунка имеет высокое быстродействие, т.к. время срабатывания магнитострикционного стержня составляет доли микросекунд, следовательно, возможно применение для быстроходных дизелей. Магнитострикционный элемент имеет простейшую форму, требования к точности его изготовления минимальны. Это особенно важно с учетом высокой твердости магнитострикционных материалов.