ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ ДИЗЕЛЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания.
Известны электрогидравлические форсунки для дизеля, содержащие корпус с каналами, по одному из которых подводят топливо в подыгольное пространство распылителя, а другой сообщен с гидрозапорной камерой, ограниченной поршнем, сопряженным с иглой распылителя, гидрозапорная камера снабжена сливным каналом со встроенным в нем неразгруженным от давления топлива клапаном с электромагнитным управлением, а также дросселирующим узлом с жиклером, размещенным или в сливном канале [Системы управления дизельными двигателями. Перевод с немецкого. Первое издание. - М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2004. стр 296…299] или в дополнительном канале [Патент RU 2193103 C2 7 F02M 47/02, опубл. 20.11.2002. Бюл. №32]. Для снижения расхода топлива на управление между гидрозапорной камерой и сливным каналом выполнен дросселирующий узел, регулирующий элемент которого жестко связан с поршнем и иглой распылителя. Недостатки указанных форсунок заключаются в использовании неразгруженных от давления топлива клапанов с электромагнитным управлением, которые требуют усилия электропривода в несколько раз больше по сравнению с разгруженными управляющими клапанами [Грехов Л.В. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: учебник для вузов / Л.В.Грехов, Н.А.Иващенко, А.В.Марков. - М: Легион-Автодата. 2004. - 344 с.], что особенно важно при реализации высоких и сверхвысоких (до 350…400 МПа) давлений впрыскивания топлива.
Известна также электрогидравлическая форсунка с разгруженным от давления топлива управляющим клапаном с электромагнитным приводом, содержащая корпус с каналами, по одному из которых через дросселирующий узел с жиклером топливо подводят в подыгольное пространство распылителя, а другой сообщен при помощи дросселя с гидрозапорной камерой, снабженной сливным каналом со встроенным в нем клапаном, имеющим электромагнитное управление, между гидрозапорной камерой и сливным каналом выполнен дросселирующий узел, регулирующий элемент которого жестко связан с иглой, и, для увеличения стабильности малых цикловых подач между гидрозапорной камерой и сливным каналом установлен дополнительный канал с дросселем [А.С. СССР №909262 кл F02M 47/2 / Опубл. 28.02.1982. Бюл. №8.]. Описанная электрогидравлическая форсунка принята в качестве прототипа.
Однако в рассматриваемой форсунке эффективное проходное сечение дросселя в дополнительном канале подбирается по заданным давлениям на входе в форсунку и установившемуся давлению впрыска, что не позволяет использовать запатентованный метод подбора дросселя в дополнительном канале при условии широкого изменения давления в форсунке. Дроссель, установленный в канале подвода топлива в подыгольное пространство, заметно снижает давление впрыскивания топлива, что также нежелательно. При работе дизеля на малых цикловых подачах слив топлива производится не только через дополнительный канал с калиброванным дросселем (жиклером), но и через дроссель с регулирующим элементом, не имеющим калиброванного жиклера, что приводит к нестабильности работы форсунки на указанных режимах.
3
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение возможности впрыскивания топлива в широком диапазоне давлений, включающих высокие и сверхвысокие давления впрыскивания (до 350…400 МПа), при сохранении управляемости топливоподачей (монотонном возрастании цикловых подач начиная с самых малых (1…2 мм) при увеличении времени управляющего импульса).
3
1
2
3
1
3
2
Технический результат достигается тем, что электрогидравлическая форсунка для дизеля с разгруженным от давления управляющим клапаном с электромагнитным приводом содержит корпус с каналами, один из которых сообщен с подыгольным пространством распылителя, а другой сообщен посредством наполнительного дросселя с гидрозапорной камерой, снабженной сливным каналом со встроенным в нем клапаном, имеющим электромагнитное управление. Между гидрозапорной камерой и сливным каналом установлен перепускной узел, регулирующий элемент которого жестко связан с иглой, и установлен дополнительный канал со сливным дросселем, при этом перед проходным сечением управляющего клапана в нем выполнен вспомогательный дроссель, проходное сечение которого f связано с проходным сечением f наполнительного дросселя, подводящего топливо в гидрозапорную камеру, и с проходным сечением f сливного дросселя, установленного в дополнительном канале между гидрозапорной камерой и сливным каналом, следующими соотношениями 1,2≥f/f≥1,1, 0,5≥f/f≥0,45, при этом игла распылителя выполнена подпружиненной с предварительной деформацией, обеспечивающей силу, отнесенную к площади поперечного сечения иглы, в пределах 7…11 МПа.
Выполнение в управляющем клапане перед проходным сечением вспомогательного дросселя позволяет стабилизировать количество топлива на управления и сохранить управляемость топливоподачей на частичных режимах, при которых игла не достигает упора и, следовательно, перепускной узел открыт для слива топлива. В сочетании с предложенными сочетаниями проходных сечений всех трех дросселей и пределов относительной силы пружины иглы распылителя вспомогательный дроссель позволяет расширить диапазон стабильных цикловых подач и давлений впрыскивания топлива.
3
2
3
1
Конструктивное выполнение подпружиненной иглы распылителя с регулирующим элементом и реализация предложенных соотношений проходных сечений вспомогательного дросселя f и сливного дросселя, установленного в дополнительном канале, f, а также проходных сечений f и наполнительного дросселя, подводящего топливо в гидрозапорную камеру f, обеспечивает стабильное впрыскивание и возможность обеспечения управляемости топливоподачей начиная от самых малых цикловых подач в широком диапазоне давлений впрыскивания включающем сверхвысокие давления (до 350-400 МПа), а также минимизацию расходов топлива на управление.
3
Предварительная деформация пружины и соотношение дросселей выбраны расчетным путем с использованием ЭВМ из условий обеспечения стабильной работы форсунки в диапазоне давлений на входе 40…400 МПа и монотонного возрастания цикловых подач начиная от 1…2 мм при увеличении управляющего импульса и минимизации расходов на управление.
1
2
3
а
упр
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 - изображена схема конкретного выполнения электрогидравлической форсунки, на Фиг.2 - зависимость цикловой подачи топлива от продолжительности управляющего импульса. На чертеже (Фиг.1) использованы следующие условные обозначения: f, f, f - проходные сечения дросселей 4, 10 и 11; ЭМ - электромагнит управляющего клапана 6; p - давление на входе в форсунки; q - расход топлива на управление.
3
1
2
3
1
3
2
В корпусе электрогидравлической форсунки находится канал 1, подводящий топливо в подыгольное пространство 2 распылителя и канал 3 с наполнительным дросселем 4, питающий гидрозапорную камеру 5, снабженную сливным каналом 6 со встроенным в нем управляющим клапаном 7, имеющим электромагнитное управление и пружину 13, между гидрозапорной камерой и сливным каналом выполнен перепускной узел, регулирующий элемент 8 которого жестко связан с иглой 9, и установлен дополнительный канал со сливным дросселем 10. Перед проходным сечением управляющего клапана в клапане 7 выполнен вспомогательный дроссель 11. Проходное сечение f вспомогательного дросселя 11 связано с проходными сечениями f - наполнительного дросселя 4 и f - сливного дросселя 10 следующими соотношениями 1,2≥f/f≥1,1, 0,5≥f/f≥0,45. При этом предварительная деформация пружины 12, обеспечивает силу, отнесенную к площади поперечного сечения иглы 9, в пределах 7…11 МПа.
Электрогидравлическая форсунка работает следующим образом.
а
1
2
3
При отсутствии управляющего импульса, подаваемого на обмотку электромагнита (ЭМ) пружина 13 удерживает управляющий клапан 7 в закрытом состоянии. Причем клапан 7 является разгруженным от давления топлива, так как при нахождении клапана в закрытом состоянии силы действующие в сторону открытия и удержания клапана равны вследствии равенства соответствующих площадей. Это обстоятельство позволяет при сверхвысоких давлениях топлива осуществлять управление, используя сравнительно небольшие усилия электропривода и, следовательно, приемлемые компоновочные параметры электромагнита и его пружины. При закрытом управляющем клапане 7 давление во всех полостях электрогидравлической форсунки одинаково и равно давлению p в гидроаккумуляторе (не показан). Силы, действующие на иглу распылителя со стороны гидрозапорной камеры 5, поддерживают иглу распылителя в нижнем положении и, следовательно, распылитель закрыт. При подаче управляющего импульса на обмотку электромагнита (ЭМ) клапан 7 преодолевая сопротивление пружины поднимается и сообщает гидрозапорную камеру 5 со сливом. Давление в гидрозапорной камере падает и игла 9 под действием давления топлива в полости 2 распылителя, которое не уменьшается за счет дросселирования в канале 1, преодолевает силы пружины 12 и давления топлива на иглу 9 со стороны гидрозапорной камеры 5. В период пока игла 9 распылителя на достигнет упора давление топлива в гидрозапорной камере 5 определяется соотношением между расходом топлива подаваемого через наполнительный дроссель 4 с проходным сечением f и расходом топлива сливаемого из гидрозапорной камеры через перепускной узел частично перекрываемый регулирующим элементом 8 и через сливной дроссель 10 с проходным сечением f. Важно, что расход сливаемого топлива определяется также вспомогательным дросселем 11 с проходным сечением f, который стабилизирует поток сливаемого топлива и обеспечивает устойчивую работу электрогидравлической форсунки при малы цикловых подачах, при которых игла 9 не достигает упора.
1
2
3
а
1
2
3
После того как игла 9 распылителя достигнет упора регулирующий элемент закроет слив, давление гидрозапорной камере будет определяться соотношением между расходом топлива, подаваемого через наполнительный дроссель 4 с проходным сечением f и, учитывая сравнительно большое проходное сечение управляющего клапана 7, расходом топлива через последовательно установленные дроссели 10 и 11 с проходными сечениями f и f соответственно. Как при низких, так и при высоких давлениях топлива p, подаваемого из гидроаккумулятора, устойчивость работы электрогидравлической форсунки определяют не только подобранные соотношения площадей f, f и f, но и пределы изменения силы пружины 12.
После прекращения подачи управляющего импульса на обмотку электромагнита (ЭМ) управляющего импульса клапан 7 под действием пружины 13 закрывается, давление в гидрозапорной камере 5 и сливном канале 6 восстанавливается и игла 9 под действием перепада давлений топлива и пружины 12 опускается и впрыскивание топлива прекращается.
ц
им
а
а
На фиг.2 показаны зависимости цикловой подачи топлива V от продолжительности управляющего импульса τ при давлении на входе в электрогидравлическую форсунку p=40 МПа (в - на фиг.2), которое типично для малых нагрузок и холостого хода дизеля, и давлении p=400 МПа (a - на фиг 2), которое является в настоящее время максимальным из прогнозируемых в будущем давлениях в аккумуляторной топливной системе типа Common Rail. Результаты, приведенные на фиг.2, как и обоснованные соотношения параметров электрогидравлической форсунки получены с помощью расчетного исследования.
3
Как видно из фиг.2 управляемость топливоподачей (монотонное возрастание цикловых подач при увеличении управляющего импульса) сохраняется во всем диапазоне цикловых подач, включая подачи, соответствующие предвпрыску (1…2 мм).
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет обеспечить возможность стабильного впрыскивания топлива в широком диапазоне давлений топлива включая сверхвысокие давления (до 350-400 МПа).