НАСОС-ФОРСУНКА
PUMP-JET

Изобретение относится к области двигателестроения и предназначено для подачи топлива в камеру сгорания дизельных двигателей.
Известна топливовпрыскивающая система аккумулирующего типа для двигателя внутреннего сгорания (см. а.с. 1671938 A1, F02M 41/02, опубл. 23.08.91 г.). Топливовпрыскивающая система содержит источник постоянного давления топлива (аккумулятор), корпус, подводящую и сливную гидролинии (каналы), размещенные в корпусе, гидроуправляемый, установленный в управляющей полости, дифференциальный клапан с дроссельным отверстием, усилитель давления (мультипликатор), выполненный со ступенчатым плунжером в виде приводного и рабочего цилиндров с приводной и рабочей полостями, обратный (наполнительный) клапан, вход которого сообщен подводящей гидролинией (подводящим каналом) с источником постоянного давления, форсунку с гидрозапираемой подпружиненной иглой распылителя, надыгольной запорной и подыгольной камерами и сопловыми отверстиями. Система содержит орган управления впрыском, выполненный в виде управляемого запорного элемента с электромагнитным приводом, установленного в линии связи управляющей полости дифференциального клапана со сливным каналом, при этом мультипликатор подключен приводной полостью через гидроуправляемый дифференциальный клапан и гидролинию к источнику постоянного давления топлива (к аккумулятору). Рабочая полость сообщена с выходом обратного клапана и подыгольной камерой. Дифференциальный клапан выполнен с возможностью открытия в сторону приводной полости в виде тарельчатого запорного элемента с направляющей и конической запорной поверхностями с дифференциальной площадкой, размещенной на конической запорной поверхности. Приводная полость сообщена через дроссельное отверстие с управляющей полостью, а надыгольная запорная камера и рабочая полость сообщены между собой каналами с возможностью перекрытия этих каналов при рабочем и наполнительном ходах плунжера. Каналы сообщаются друг с другом при помощи кольцевой проточки, размещенной на наружной поверхности рабочего цилиндра. Под приводным цилиндром выполнена выточка, являющаяся продолжением рабочей полости и сообщенная со сливной гидролинией (каналом) выше уровня упорной поверхности.
К недостаткам известной конструкции можно отнести ее сложность, в частности наличие гидроуправляемого дифференциального клапана и сложность выполнения технологических операций при его изготовлении, наличие высокой вероятности разрушения корпуса усилителя давления (мультипликатора) из-за утонения стенок в зоне наполнительного клапана и сложность алгоритма управления временем начала подачи топлива, учитывая его непрямолинейную зависимость от цикловой подачи топлива.
Известно более совершенное устройство аналогичного назначения - прототип - «Электроуправляемая форсунка для двигателя внутреннего сгорания», а.с. №1260551, F02M 51/00, опубл. 30.09.86 г. Топливная система содержит насос высокого давления, связанный с аккумулятором, к которому присоединена форсунка, управляемая при помощи электромагнитного клапана. Электроуправляемая форсунка содержит корпус, в котором соосно расположены камера управления и камера нагнетания, выполненные в виде цилиндрических каналов, рабочий и нагнетательный плунжеры, размещенные в соответствующих цилиндрических каналах камер управления и нагнетания.
Насос-форсунка включает также линию подвода топлива с дросселем, связанную с аккумулятором, линию слива, присоединенную к камере управления, и электромагнитный клапан, установленный в линии слива. Электроуправляемая форсунка содержит также распылитель с иглой, разделяющей надыгольную и подыгольную полости, связанные соответствующими каналами с камерой управления и камерой нагнетания. Форсунка снабжена впускным клапаном, нагруженным пружиной и установленным в линии подвода топлива. Впускной клапан выполнен в виде запорного органа с первым и вторым противоположно расположенными уплотнительными элементами и размещен в камере нагнетания. Рабочий и нагнетательный плунжеры выполнены заодно, нагружены пружиной и снабжены сквозным осевым каналом, связанным с линией подвода топлива, выведенным на торец нагнетательного плунжера со стороны камеры нагнетания и запираемым при нагнетании первым уплотнительным элементом впускного клапана. Камера управления связана с гидролинией аккумулятора через дроссель, который выполнен в виде радиального отверстия в стенке нагнетательного плунжера. Соединительный канал между камерой нагнетания и подыгольной полостью размещен напротив второго уплотнительного элемента впускного клапана, запирающего соединительный канал при зависании иглы распылителя. Увеличение давления впрыска топлива по отношению к давлению топлива в аккумуляторе происходит пропорционально отношению площадей рабочего и нагнетательного плунжеров.
К недостаткам прототипа можно отнести трудности изготовления и согласования работы отдельных элементов форсунки, таких как рабочего и нагнетательного плунжеров, выполненных как одна деталь, впускного клапана с двумя противоположно расположенными уплотнительными элементами, и сложности с получением оптимальной характеристики впрыска из-за гидравлического запирания иглы распылителя давлением топлива из камеры управления.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности улучшение характеристик впрыскивания топлива и повышение надежности работы насоса-форсунки.
Поставленная изобретением техническая задача достигается тем, что насос-форсунка снабжена дополнительным средством распределения потоков топлива, выполненным в виде трех промежуточных проставок, смонтированных между мультипликатором давления с поршнем и плунжером и распылителем, с выполненными в них каналами подвода и отвода топлива, при этом в средней проставке выполнен мультипликатор гидрозапирания иглы распылителя, в верхней проставке смонтирован подпружиненный наполнительный клапан, при этом полость нагнетания и надпоршневая полость мультипликатора гидрозапирания верхней проставки связаны соединительными каналами с гидролинией аккумулятора, в нижней проставке выполнена совмещенная надыгольная, она же подпоршневая полость мультипликатора гидрозапирания, связанная с каналом слива топлива, выходящим в полость слива после электромагнитного клапана.
Каналы, связывающие камеру нагнетания с наполнительным клапаном и с подыгольной полостью, выполнены в верхней проставке под углом друг к другу, обеспечивая преимущественно встречное направление потоков по этим каналам.
Надыгольная полость нижней проставки по конфигурации ее внутреннего объема выполнена аналогично конфигурации объема нижней части поршня мультипликатора гидрозапирания.
Поршень мультипликатора гидрозапирания снабжен пружиной, удерживающей поршень в контакте с иглой распылителя.
В средней проставке смонтирована пружина запирания иглы распылителя вместо мультипликатора гидрозапирания.
Новизной в предложенном устройстве является то, что в конструкцию насоса-форсунки введен дополнительный узел - средство распределения потоков топлива, причем в дополнительном узле, состоящем из трех проставок, смонтированных между мультипликатором давления с поршнем и плунжером и распылителем, с выполненными в них каналами подвода и слива топлива, и корпусом распылителя, при этом в средней проставке выполнен мультипликатор гидрозапирания, в верхней проставке выполнен канал подвода топлива, на котором смонтирован подпружиненный шариковый наполнительный клапан, и выполнен дополнительный топливный канал из надпоршневой полости мультипликатора гидрозапирания, при этом оба топливных канала верхней проставки связаны с гидролинией аккумулятора, в нижней проставке выполнена совмещенная надыгольная, она же подпоршневая полость мультипликатора гидрозапирания, связанная с каналом слива топлива, выходящим в полость слива после электромагнитного клапана. Указанные признаки являются новыми, существенными, неочевидными и промышленно выполнимыми и направлены на достижение поставленной изобретением технической задачи.
Признаки выполнения каналов, связывающих камеру нагнетания с наполнительным клапаном и с подыгольной полостью, выполненных в верхней проставке под углом друг к другу и обеспечивающих преимущественно встречное направление потоков по этим каналам, а также выполнение надыгольной полости нижней проставки по конфигурации ее внутреннего объема, соответствующей конфигурации объема нижней части поршня мультипликатора гидрозапирания, и наличие пружины мультипликатора гидрозапирания, удерживающей поршень в контакте с иглой распылителя, а также возможная установка в средней проставке пружины запирания иглы распылителя вместо мультипликатора гидрозапирания являются признаками дополнительными, способствующими достижению поставленной изобретением технической задачи.
Такое выполнение насоса-форсунки позволяет получать оптимальные характеристики впрыска топлива с высоким уровнем давления и сжатыми начальной и конечной фазами. Энергичность впрыска, в частности, обеспечивается за счет непосредственной связи поршня мультипликатора гидрозапирания с гидролинией аккумулятора.
На фиг.1 представлена предлагаемая насос-форсунка в разрезе, не проходящем через электромагнитный клапан. А - детализированный разрез клапана с каналами, Б - детализированный разрез с дополнительным каналом слива топлива и надыгольной полостью.
На фиг.2 представлена предлагаемая насос-форсунка в разрезе через электромагнитный клапан.
Насос-форсунка состоит из корпуса 1, гайки 2, корпуса 3 электромагнитного клапана 4, поршня 5 и плунжера 6. Поршень 5 и плунжер 6 под действием пружины 7 находятся в постоянном соприкосновении друг с другом. Наполнительный клапан 8 смонтирован в верхней проставке. Поршень 9 мультипликатора гидрозапирания поджимает иглу 10 к корпусу 11 распылителя. Нижняя проставка 12 смонтирована между проставкой 13 мультипликатора гидрозапирания и корпусом 11 распылителя. Топливо по каналу 14 постоянно, под давлением, равным давлению топлива в гидравлической системе аккумулятора (на чертеже не показана), подается в приводную полость 15, расположенную над поршнем 5. Через отверстие 16 в поршне 5 приводная полость 15 соединяется с полостью управления 17 и через наполнительный клапан 8 с полостью нагнетания 18 под плунжером 6. Дополнительный канал 19 слива (отвода) просочившегося через неплотности прецизионных соединений топлива смонтирован в проставке 13 мультипликатора гидрозапирания и связан с каналом 20, проходящим через проставку 13 мультипликатора гидрозапирания, через проставку наполнительного клапана 8, через корпус 21 плунжера 6 и корпус 1. Канал 19 через канал 20 соединяет надыгольную полость 22 с отводным каналом 23, связанным с топливной полостью 24 гидравлической системой слива, выполненной после электромагнитного клапана 4. Полость слива 24 электромагнитного клапана 4 соединена каналом 25 слива топлива с полостью управления 17 при помощи кольцевой проточки 26. Полость нагнетания 18 под плунжером 6 связана с подыгольной полостью корпуса 11 распылителя при помощи канала 27, выполненного в проставке наполнительного клапана 8, и каналов в проставке 13 мультипликатора гидрозапирания, в промежуточной проставке 12 и в корпусе 11 распылителя. Приводная полость 15 связана каналом 28 через наполнительный клапан 8 с полостью нагнетания 18, выполненной над поршнем 6, и при помощи фасонного канала 29 - с полостью 30 над поршнем 9 мультипликатора гидрозапирания. Между электромагнитом 31 и якорем 32 выполнен зазор 33. В электромагните 31 установлена пружина 34, постоянно возвращающая электромагнитный клапан 4 в исходное положение. Возможна также другая конструкция запирающего устройства иглы распылителя между впрысками топлива. В этом случае в средней проставке 13 вместо поршня мультипликатора гидрозапирания 9 устанавливается пружина 35.
Предлагаемое устройство - насос-форсунка - работает следующим образом.
В исходном положении - перед подачей управляющего импульса - мультипликатор (поршень 5 и плунжер 6) находится в крайнем верхнем положении. При подаче управляющего импульса на электромагнит 31 якорь 32 притягивается к электромагниту 31, выбирая зазор 33 и преодолевая сопротивление пружины 34. При этом электромагнитный клапан 4, перемещаясь вверх, соединяет при помощи канала слива топлива 25 и кольцевой проточки 26 полость управления 17 с полостью слива 24. При этом давление в полости управления 17 снижается. Как только сила давления топлива в приводной полости 15, постоянно связанной с гидравлической линией аккумулятора, превысит суммарное усилие трех составляющих давлений (давление в полости управления 17, давление в полости нагнетания 18 и сопротивление пружины 7 плунжера 6) поршень 5 и плунжер 6 начнут перемещаться вниз в сторону корпуса 11 распылителя. Когда при перемещении поршня 5 и плунжера 6 вниз давление в полости нагнетания 18 превысит давление в приводной полости 15, наполнительный клапан 8 закрывается. При этом давление топлива из полости нагнетания 18 по каналу 27 передается в подыгольную полость иглы 10 корпуса 11 распылителя.
Как только усилие давления топлива, действующего на иглу 10 распылителя снизу, превысит суммарное усилие, действующее на иглу сверху от поршня 9 мультипликатора гидрозапирания, происходит подъем поршня 9 мультипликатора гидрозапирания и иглы 10 корпуса 11 распылителя. При этом начинается впрыск топлива. На поршень 9 мультипликатора гидрозапирания сверху, через каналы 28 и 29 постоянно действует давление топлива, равное давлению топлива в гидросистеме аккумулятора.
По окончании управляющего импульса электромагнитный клапан 4 разгружается от сил притяжения, действующих в магнитном поле, и возвращается в исходное положение под действием пружины 34, перекрывая слив топлива из полости управления 17. Окончание впрыска происходит при закрытии иглы 10 корпуса 11 распылителя под действием поршня 9 мультипликатора гидрозапирания, так как надпоршневая полость 30 мультипликатора гидрозапирания при помощи фасонного канала 29 и канала 28 постоянно соединена с гидролинией аккумулятора, поэтому при уменьшении давления в подыгольной полости распылителя начинается посадка иглы 10 на гнездо корпуса 11 распылителя - впрыск топлива прекращается.
За счет постоянного поступления топлива в полость управления 17 через отверстие 16 в поршне 5 и прекращения слива топлива через канал 25, а также за счет поступления топлива в полость нагнетания 18 через открытый наполнительный клапан 8 давление в полостях управления 17 и нагнетания 18 увеличивается до величины аккумуляторного давления в системе. Поршень 5 и плунжер 6 становятся гидравлически уравновешенными и начинают подниматься в исходное положение под действием пружины 7 плунжера 6.
В полость нагнетания 18 топливо поступает периодически из гидролинии аккумулятора через приводную полость 15 при помощи канала 28 через наполнительный клапан 8 при движении плунжера 6 вверх.
В случае установки пружины 35 в проставку 13, пружина 35 совместно с давлением топлива прижимает иглу 10 к гнезду корпуса 11 распылителя.
При поступлении последующего управляющего сигнала на электромагнитный клапан взаимодействие частей и механизмов насоса-форсунки повторяется.
В настоящее время на предприятии изготовлено несколько опытных образцов предлагаемой насоса-форсунки, которые проходят испытания на двигателях. Предварительные результаты испытаний подтверждают улучшение характеристик впрыскивания топлива, повышение надежности работы насоса-форсунки, экологических и экономических показателей работы дизелей по сравнению с традиционной топливной аппаратурой.
По окончании испытаний будет принято решение об организации производства предлагаемых насосов-форсунок.