Распылитель форсунки для одноциклового трёхфазного впрыска топлива

Техническое решение относится к двигателестроению.
Целью технического решения является упрощение конструкции, улучшение характеристик ступенчатой подачи топлива, увеличение ресурса распылителя форсунки.
Известны форсунки обеспечивающие ступенчатый впрыск топлива: SU 1815400 A1 и SU 1539368 A1. Наиболее близкий аналог к заявляемой полезной модели - это форсунка SU 1815400 A1 так же снабжена кольцевыми канавками и продольной лыской для распределения поступающего объема топлива имеет недостаток в виде разделительно-запорного механического клапана с нерегулируемой пружиной малой жесткости, что в условиях больших давлений топливоподачи в современных двигателях вызывает вопросы по надежности и эффективности действия. Форсунка SU 1539368 A1 так же имеет два ряда сопловых отверстий с различной площадью проходных сечений имеет недостаток в виде механического авторегулируемого клапана, а также не обеспечивает изменение распределения топлива по камере сгорания в различные фазы впрыска.
Объем впрыскиваемого топлива регулируется длительностью или давлением впрыска, поскольку впрыскивание всех порций топлива осуществляется через один уровень отверстий, выбор диаметров которых является трудной задачей. При относительно большом диаметре отверстий очень сложно дозировать малые объемы. Электрогидравлическое управление клапанами форсунок не справляется с этой функцией, так как не открывшийся до конца вследствие электромагнитных переходных процессов клапан необходимо закрывать для точного дозирования порции топлива. В этот период времени клапан не поддается управлению. При относительно малом диаметре отверстий гораздо сложнее реализовать основной впрыск по объему подаваемого топлива. Для этого нужно увеличивать по времени основной впрыск и выходить за границы оптимального впрыска по условиям экологии или повышать давление впрыска. Повышение давления впрыска также ограничено утечками и технологическими возможностями при изготовлении форсунок [1].
Данные положения указывают на необходимость управления законом подачи топлива по времени, учитывающим аспекты изменения, условий протекания рабочего процесса двигателя.
Предварительный впрыск топлива, первая фаза, позволяет получить более плавную, менее резкую кривую увеличения давления сгорания. При наличии предварительного впрыска топлива в камеру сгорания подается небольшая доза топлива через центральное отверстие более длительный период, чем в традиционных схемах, что уменьшает период задержки воспламенения при основном впрыске.
Основной впрыск, вторая фаза, благодаря более длительной первой фазе, продолжительность основного впрыска может быть сокращена, ввиду того, что более длительным предварительным впрыском удается достигнуть более гомогенной смеси в цилиндре, снизив суммарный коэффициент избытка воздуха, топливо подается через боковые отверстия, количеством 4, длительность определяется нагрузкой двигателя посредством широтной модуляции импульса.
Также, сокращение длительности основного впрыска, позволит осуществлять процесс сгорания вблизи верхней мертвой точки, при максимально постоянном давлении.
Вторичный впрыск в умеренно малых дозах, непосредственно за основным, через центральное отверстие позволяет наиболее эффективно реализовывать процесс догорания, вне зависимости от нагрузки двигателя.
Реализация данного алгоритма впрыска позволит повысить надежность форсунок и позволит осуществлять однозначную воспроизводимость циклов на неустановившихся и переходных режимах работы двигателя [2].
Существенные признаки полезной модели: распылитель форсунки состоит из двух основных частей (фиг. 1) 1 - корпуса и 11 - иглы прецизионно сопряженной с корпусом.
Конструктивное выполнение корпуса 1 (фиг. 1), характеризуемое наличием 2 - канала для подвода топлива, 3 - нагнетательной полость, 4 - подводящих распределительных каналов, 5 - распределительных полостей, 6 - каналов для подвода топлива к подыгольной полости, для осуществления предварительного и вторичного впрыска, 7 - канала подвода топлива к полости 8 для осуществления основного впрыска, 8 - полости для осуществления основного впрыска, 9 - центрального отверстия в распылителе для осуществления предварительного и вторичного впрыска, 10 - отверстия для осуществления основного впрыска, расположенных в виде проточек различного профиля и формы на внутренней поверхности корпуса.
Конструктивное выполнение иглы 11 (фиг. 1), характеризуемое наличием 12 - нажимного штифта, 13 - секторального выреза в 100° для отсечения подачи топлива в канал 6, 14 - секторального выреза 14 в 100° для отсечения подачи топлива в канал 7, 15 - подыгольной полости для осуществления предварительного и вторичного впрыска, 16 - проточки для подачи топлива в подыгольную полость, расположенных в виде проточек различного профиля и формы на наружной поверхности иглы.
Образующейся в процессе сопряжение двух деталей каналы, обеспечивают заданное функциональное назначение устройства, а именно, распределение топлива во время впрыска в соответствии с заявленным алгоритмом.
Краткое описание распылителя форсунки (фиг. 1) 1 - корпус, 2 - канал для подвода топлива, 3 - нагнетательная полость, 4 - подводящие распределительные каналы, 5 - распределительные полости, 6 - каналы для подвода топлива к подыгольной полости для осуществления предварительного и вторичного впрыска, 7 - канал подвода топлива к полости 8 для осуществления основного впрыска, 8 - полость для осуществления основного впрыска, 9 - центральное отверстия в распылителе для осуществления предварительного и вторичного впрыска, 10 - отверстия для осуществления основного впрыска, 11 - игла, 12 - нажимной штифт, 13 - секторальный вырез в 100° для отсечения подачи топлива в канал 6, 14 - секторального выреза 14 в 100° для отсечения подачи топлива в канал 7, 15 - подыгольной полость для осуществления предварительного и вторичного впрыска, 16 - проточка для подачи топлива в подыгольную полость.
Разрез А-А (фиг. 2) 1 - корпус, 6 - каналы для подвода топлива к подыгольной полости для осуществления предварительного и вторичного впрыска, 8 - полость для осуществления основного впрыска, 10 - отверстия для осуществления основного впрыска, 11 - игла.
Разрез В-В (фиг. 3) 1 - корпус, 5 - распределительные полости, 6 - каналы для подвода топлива к подыгольной полости для осуществления предварительного и вторичного впрыска, 7 - канал подвода топлива к полости 8 для осуществления основного впрыска, 11 - игла, 13 - секторальный вырез в 100° для отсечения подачи топлива в канал 6, 14 -секторального выреза 14 в 100° для отсечения подачи топлива в канал 7.
Разрез С-С (фиг. 4) 4 - подводящие распределительные каналы, 5 - распределительные полости, 8 - полость для осуществления основного впрыска, 9 - центральное отверстия в распылителе для осуществления предварительного и вторичного впрыска, 10 - отверстия для осуществления основного впрыска, 13 - секторальный вырез в 100° для отсечения подачи топлива в канал 6, 16 - проточка для подачи топлива в подыгольную полость.
Вид D (фиг. 5) 1 - корпус, 2 - канал для подвода топлива, 11 - игла, 12 - нажимной штифт с лысками для предотвращения прокручивания иглы и смещения ориентации секторального выреза 13, и секторального выреза 14 в 100° для отсечения подачи топлива в канал 7.
(фиг. 6) Распылитель форсунки для одноциклового трехфазного впрыска топлива в фазе предварительного и вторичного впрыска.
(фиг. 7) Распылитель форсунки для одноциклового трехфазного впрыска топлива в фазе основного впрыска
Распылитель форсунки работает следующим образом.
Топливо подаваемое из магистрали высокого давления либо плунжерным, либо распределительным с электромагнитным управлением по каналу для подвода топлива 2 поступает в нагнетательную полость 3. По подводящим распределительным каналам 4 топливо заполняет распределительные полости 5 расположенные симметрично относительно иглы 11 для предотвращения возникновения боковых сил способных заклинить иглу и вызвать непропорциональный износ прецизионных поверхностей, в этот момент секторальный вырез 13 совпадает с распределительной полостью 5, через него по каналу 6 топливо поступает в подыгольную полость 15 через проточку 16. Ввиду повышения давления игла начинает подниматься открывая центральное отверстие в распылителе 9. Осуществляется предварительный впрыск топлива (фиг. 6), первая фаза, позволяет получить более плавную, менее резкую кривую увеличения давления сгорания. При наличии предварительного впрыска топлива в камеру сгорания подается небольшая доза топлива через центральное отверстие 9 более длительный период, чем в традиционных схемах, что уменьшает период задержки воспламенения при основном впрыске. Учитывая, что поршень находится ниже верхней мертвой точки, компактный топливный факел направлен в днище поршня, частично топливо перемешивается в объеме камеры сгорания благодаря турбулизации заряда, частично оседает в виде пленки на поверхности поршня внося элемент пленочного смесеобразования.
По мере подъема иглы распылителя, определяемой максимальной величиной , площадь контакта секторального выреза 13 с распределительной полостью 5 уменьшается вплоть до полного прекращения поступления топлива по каналу 6 в подыгольную полость 15. В тоже время площадь контакта секторального выреза 14 с распределительной полостью 5 увеличивается и топливо по каналу 7 поступает к полости 8 для осуществления основного впрыска, через отверстия. Основной впрыск (фиг. 7), вторая фаза. Благодаря более длительной первой фазе, продолжительность основного впрыска может быть сокращена, ввиду того, что более длительным предварительным впрыском удается достигнуть более гомогенной смеси в цилиндре, снизив суммарный коэффициент избытка воздуха. Топливо подается через боковые отверстия, количеством 4, длительность подачи топлива определяется нагрузкой двигателя посредством широтной модуляции импульса в случае электронного управления или положением отсечной кромки плунжера в случае традиционной системы подачи топлива.
Также, сокращение длительности основного впрыска, позволит осуществлять процесс сгорания вблизи верхней мертвой точки, при максимально постоянном давлении.
После окончания фазы основного впрыска, и отсечения подачи топлива в канал для подвода топлива 2, игла опускается в исходное положение. При этом площадь контакта секторального выреза 14 с распределительной полостью 5 уменьшается вплоть до полного прекращения поступления топлива по каналу 7 к полости 8, в тоже время площадь контакта секторального выреза 13 с распределительной полостью 5 увеличивается а избыточное давление топлива сбрасывается через канал 6 в подыгольную полость 15 осуществляя вторичный впрыск (фиг. 6) в умеренно малых дозах, непосредственно за основным, через центральное отверстие 9, что позволяет наиболее эффективно реализовывать процесс догорания, вне зависимости от нагрузки двигателя.
Реализация данного алгоритма впрыска позволит повысить надежность форсунок и осуществлять однозначную воспроизводимость циклов на неустановившихся и переходных режимах работы двигателя.
Список литературы
1. Субботенко Д.И. Математическая модель процесса топливоподачи системой Common Rail с электро-гидравлической форсункой. Технические науки: проблемы и перспективы: материалы II междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, апрель 2014 г.). - СПб.: Заневская площадь, 2014, с. 58-60.
2. Калашников А.С., Вохмин Д.М. Обоснование возможности применения трехфазной одноцикловой подачи топлива в дизельных двигателях В сборнике: Транспортные и транспортно-технологические системы. Материалы Международной научно-технической конференции. Ответственный редактор Н.С. Захаров. 2016, с. 154-158.