ИГЛА РАСПЫЛИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОУПРАВЛЯЕМОЙ ФОРСУНКИ
NEEDLE OF SPRAYER OF ELECTRICALLY CONTROLLED NOZZLE

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к системам подачи топлива дизельных двигателей.
В связи с ужесточением экологических требований к выбросам вредных веществ с отработавшими газами, в дизельных двигателях получили широкое распространение аккумуляторные системы подачи топлива, укомплектованные электроуправляемыми форсунками.
В таких форсунках управление моментом подачи и количеством подаваемого топлива осуществляется, как правило, за счет разгрузки иглы распылителя от осевого усилия, действующего от давления топлива в направлении закрытия распылителя. Упомянутая разгрузка может произойти при срабатывании клапана с управляющим поршнем, выполненного и приводимого в действие известным способом, например, с помощью электромагнитного или иного актуатора. Благодаря постоянно действующему на иглу снизу давлению топлива, стремящемуся поднять иглу, то есть открыть распылитель, при снятии запирающего усилия подъемная сила открывает распылитель, и происходит впрыск топлива в камеру сгорания. Закрытие распылителя осуществляется при восстановлении запирающего осевого усилия на иглу распылителя от давления топлива. Для стабильной работы форсунки необходимо постоянное кинематическое и динамическое замыкание силовой цепи «управляющий поршень - игла распылителя». Для гарантированного закрытия распылителя в то время, когда отсутствует давление топлива, в конструкции форсунки предусмотрена пружина сжатия, действующая через упор на иглу распылителя. Упор может быть выполнен в виде конструктивного элемента на управляющем поршне или в виде отдельной детали - штанги.
Известна конструкция электромагнитной форсунки для впрыска топлива в камеру сгорания дизельного двигателя (Пат. DE 4427378 С2, 11.07.1996), в которой кинематическое замыкание поршня с иглой распылителя обеспечивается за счет гильзы, установленной коаксиально на концевые участки управляющего поршня и иглы распылителя. В вариантах исполнения конструкции концевые участки на поршне и игле распылителя выполняются таким образом, что после сборки образуют замковое соединение или шарнирное соединение. Гильза может выполняться в виде детали, состоящей из одной или двух частей, служить опорой для пружины или быть несущей деталью для устанавливаемой коаксиально ей штанги. Недостатком известной конструкции является технологическая сложность выполнения изготовления соединяемых деталей и их сборки, обеспечивающей жесткое беззазорное соединение.
Известна конструкция иглы распылителя для форсунки системы топливоподачи Common Rail (Пат. DE 102009001325 А1, 09.09.2010), в которой управляющий поршень и игла распылителя расположены на расстоянии друг от друга, а компонент, соединяющий их в единое целое, представляет собой цилиндр, заполненный эластичным материалом и предназначенный для компенсирования биения запорного конуса иглы распылителя относительно демпфирования вибраций в процессе работы форсунки. Недостатком известной конструкции является усложнение технологии сборки иглы распылителя с поршнем, связанное с применением специального эластичного материала и возможными ограничениями по методу соединения деталей в неразъемный узел.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению - прототипом - является конструкция бездренажной форсунки с длинной иглой распылителя (Пат. DE 102007043540 А1, 07.05.2009).
Известная конструкция включает иглу распылителя, управляющий поршень и конструктивный элемент, выполненный в виде пальца и предназначенный для соединения между собой иглы распылителя и управляющего поршня, причем упомянутый палец может представлять собой отдельную деталь или составную часть иглы. Если палец выполнен в виде отдельной детали, его устанавливают в отверстия, находящиеся на торцах иглы распылителя и управляющего поршня, с натягом или по резьбе. Роль штанги выполняет управляющий поршень, имеющий кольцевой выступ, на который опирается одним торцом пружина. Недостатком известной конструкции является возможность разрушения соединения при ослаблении натяга в эксплуатации, что может быть обусловлено изменением температурных условий или вибрациями, негативно влияющими на прочность резьбовых соединений.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является устранение недостатков прототипа, а именно - повышение надежности соединения.
Поставленная задача решается за счет исключения натяга и резьбы в соединении и соединения иглы с поршнем с малым зазором с последующей лазерной сваркой круговым швом с перекрытием точек не менее 90%.
Конструкция иглы распылителя электроуправляемой форсунки, обеспечивающая решение поставленной задачи показана на фиг. 1.
Игла распылителя электроуправляемой форсунки включает иглу распылителя 1, управляющий поршень 2, шток 3 и штангу 4. Игла 1, шток 3 и управляющий поршень 2 расположены последовательно и соосно таким образом, что касаются друг друга опорными торцами, образуя кинематически и динамически замкнутую цепь деталей. На торце 11 иглы распылителя 1 и торце 21 управляющего поршня 2, контактирующих со штоком 3, выполнены хвостовики 12 и 22, соответственно. На обоих торцах штока 3 выполнены центральные отверстия 31 и 32 и, диаметр которых обеспечивает в сочетании с размерами хвостовиков 12 и 22 диаметральные зазоры в соединениях. При этом глубина отверстий 31 и 32 достаточна для обеспечения осевого зазора между торцами хвостовиков 12 и 22 и внутренними торцами отверстий 31 и 32, который обеспечивает контакт иглы распылителя 1 со штоком 3 по торцу 1 и контакт управляющего поршня со штоком 3 по торцу 21. Шток 3 имеет ступенчатую конструкцию, выполненную различными диаметрами. В предлагаемой конструкции предпочтительным является количество участков различного диаметра от 3 до 7. Штанга 4 установлена на иглу распылителя 1 с диаметральным зазором, с упором в торец. В собранной конструкции штанга 4 опирается на торец 13 иглы распылителя 1. Игла распылителя 1 и управляющий поршень 2 установлены в шток 3 до упора. После установки иглы распылителя 1 и управляющего поршня 2 наружная кромка стыков соединений проварена лазерной сваркой с перекрытием точек не менее 90%.
Игла распылителя электроуправляемой форсунки может быть изготовлена в различных вариантах исполнения, различающихся особенностями, не изменяющими существо предлагаемого изобретения, например, количеством ступеней штока, имеющих различный диаметр, высотой штанги и т.п.
Игла распылителя электроуправляемой форсунки в вариантном исполнении, установленная в электроуправляемую форсунку, показана на фиг. 2. Игла распылителя электроуправляемой форсунки работает следующим образом.
Игла распылителя 1 устанавливается в корпус распылителя 5 до упора, что соответствует закрытому состоянию распылителя 5. При этом управляющий поршень 2 находится внутри корпуса управляющего клапана 6, в нижнем положении. В полости 61 корпуса управляющего клапана 6 находится топливо под высоким давлением. Отверстие 62 для слива топлива из полости 61 корпуса управляющего клапана 6 закрыто элементом любого типа, известного из практики разработки и производства электроуправляемых форсунок, например, шариком 63, кинематически и динамически связанным с актуатором 7.
При подаче управляющего импульса на актуатор 7 открывается слив топлива из полости 61 корпуса управляющего клапана 6, давление в этой полости уменьшается. За счет разницы в диаметрах иглы распылителя 1 и управляющего поршня 2 создается подъемная сила, действующая на иглу распылителя 1 в направлении движения из корпуса распылителя 5. При этом в распылителе 5 открываются сопловые отверстия (на фиг. 2 не показаны), и происходит впрыск топлива.
При прекращении подачи управляющего импульса на актуатор 7 отверстие 62 слива топлива из полости 61 корпуса управляющего клапана 6 закрывается шариком, давление в полости 61 восстанавливается. Усилие от давления топлива на торец 22 управляющего поршня 2 становится больше подъемной силы, действующей снизу на иглу распылителя 1. Игла распылителя 1 опускается - садится - на упор в корпусе распылителя 5, истечение топлива из корпуса распылителя - впрыск - прекращается.
Наличие участков различного диаметра в предлагаемой конструкции иглы распылителя электроуправляемой форсунки позволяет получить переменную по длине жесткость, что, в свою очередь, позволяет компенсировать такие производственные дефекты, как биение запорной части иглы распылителя 1 относительно боковой поверхности управляющего поршня 2, а также компенсировать вибрации собранной конструкции при работе форсунки.
Прочность соединений в эксплуатации обеспечивается наличием шва лазерной сварки с перекрытием точек не менее 90%. Для особо тяжелых условий эксплуатации, в вариантах исполнения конструкции, может быть применен двойной шов.
Предлагаемая в качестве изобретения конструкция иглы распылителя электроуправляемой форсунки изготовлена и прошла испытания на Алтайском заводе прецизионных изделий. Планируется внедрение конструкции в серийное производство.