Управляемая клапанная форсунка для двигателя внутреннего сгорания
Номер патента: U 7206
Опубликовано: 30.04.2011
Авторы: Дробышевский Чеслав Брониславович, Тихомиров Василий Леонтевич, Марковский Анатолий Борисович, Маньшин Геральд Григорьевич, Стародетко Константин Евгеньевич
Текст
(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УПРАВЛЯЕМАЯ КЛАПАННАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Маньшин Геральд Григорьевич Марковский Анатолий Борисович Дробышевский Чеслав Брониславович Стародетко Константин Евгеньевич Тихомиров Василий Леонтьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Управляемая клапанная форсунка для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус со штуцером для подачи топлива, распылитель топлива с конической поверхностью,конусный клапан, состоящий из тарелки и штанги, гидробустер с приводным поршнем,гидрораспределитель сопло-заслонка, поляризованный электромагнит, отличающаяся тем, что форсунка дополнительно снабжена аккумуляторной системой подачи с прерывистым впрыском и электрогидравлическим клапаном с дроссельной поверхностью на его штанге. 72062011.04.30 2. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит дополнительно разгрузочный дроссель для подачи топлива высокого давления на тарелку клапана. 3. Форсунка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит тарельчатую пружину для предварительного поджима тарелки клапана к конической поверхности седла распылителя. 4. Форсунка по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что содержит вторую тарельчатую пружину с большей толщиной, чем первая пружина, для закрытия кольцевой полости высокого давления в исходном состоянии.(56) 1. Патент 102519324, 2007.07.12. Устройство для впрыска топлива при использовании встроенного усилителя давления. 2. Патент 2029129, МПК 02 51/00, 1995. Управляемая форсунка для двигателя внутреннего сгорания. 3. Патент 2005/069719, МПК 02 45/10, 2005.08.04(Способ подачи топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания и форсунка). РСТ/ЕА 2005/000001. Полезная модель относится к двигателестроению, она предназначена для использования в топливной аппаратуре дизелей, в частности в аккумуляторной системе топливоподачи с прерывистым впрыском. Известна топливная система 1, в которой в устройстве для впрыска используется встроенный усилитель давления. В устройстве между топливной форсункой и источником топлива высокого давления расположен усилитель с поршнем, который разграничивает соединенную с источником топлива камеру, камеру высокого давления и камеру перепада давления. Усилитель работает от клапана, соединенного с камерой перепада давления. Гидравлически управляемые обратные клапаны поддерживают поступление топлива в камеру перепада давления и в камеру высокого давления. При сбросе давления из камеры перепада давления осуществляется выпуск текучей среды из камеры высокого давления. Недостаток описанной топливной системы впрыска состоит в том, что в ней используется игольчатая форсунка, которая имеет распыляющие отверстия в распылителе и их количество всегда ограничено возможностью размещения по окружности носика распылителя. Такие форсунки 1, 2 не могут создать сплошной конус распыла по образующей конуса, что снижает эффективность их работы и ограничивает возможность создания гомогенного сгорания топлива в камере сгорания дизеля. Большой ход иглы распылителя резко усложняет решение задачи прерывистого впрыска и снижает долговечность работы из-за разбивания посадочных поверхностей конуса. Известна также топливная система для дизеля, являющаяся наиболее близким аналогом, в состав которой входит источник топлива высокого давления, усилитель давления и топливная форсунка с клапанным распылителем топлива 3. Для улучшения впрыска и распыла топлива его подают в камеру сгорания в виде сплошного полого конуса с углом распыла более 50 через кольцевую щель, образованную конической поверхностью клапана и коническим седлом в корпусе. Исследования показали, что конус распыла с углом раскрытия менее 50 выполнять нецелесообразно, поскольку в этом случае не получается качественное смесеобразование и сгорание топлива. Топливо подают симметрично, со смещением или под углом к оси камеры сгорания и тем, что на одну из поверхностей, образующих кольцевую щель при впрыске топлива, накладывают вибрацию, и кольцевая щель может периодически перекрываться. 2 72062011.04.30 Подача топлива в камеру сгорания дизеля в виде полого конуса с углом распыла большим, чем 50, через кольцевую щель, образованную седлом клапана, позволяет впрыскивать топливо в камеру сгорания существенно более однородным и мелкораспыленным. При этом щель распыла и гнездо клапана совмещены в одном элементе, и поэтому при необходимости увеличения подачи топлива клапан открывают с большим зазором. Одновременно с этим увеличивается количество подаваемого в камеру сгорания топлива. В состав клапанной форсунки входят корпус, распылитель топлива и выполненный в них канал подачи топлива. Корпус распылителя крепится к корпусу форсунки посредством резьбового стакана. В торце корпуса распылителя выполнено седло, соответствующее конусу, выполненному на тарелке клапана. Клапан имеет длинный упруго деформируемый шток. Со стороны, противоположной тарелке клапана, на штоке выполнена резьба и расположены гайки для создания предварительного натяга между тарелкой и седлом клапана. Между штоком и корпусом распылителя выполнен зазор для пропускания топлива к седлу и тарелке клапана. Для центрирования клапана на штоке выполнены центровочные крылья. Седло клапана может быть выполнено с расширением к выходу для обеспечения заданных гидродинамических свойств. Для электромагнитного управления вокруг штока может быть выполнена обмотка электромагнита. Недостатком топливной форсунки, выбранной в качестве прототипа, является недостаточная надежность и стабильность работы форсунки, так как на шток (штангу) клапана и его тарелки постоянно действуют большие силы растяжения (натяжения) как в рабочем,так и в нерабочем состояниях. К тому же долговечность форсунки в рабочем состоянии снижается из-за цикличности работы, прерывания впрыска и вибраций. Задачей изобретения является качественное улучшение впрыска топлива и его распыла, а также повышение надежности функционирования и долговечности работы форсунки. Поставленная задача решается тем, что управляемая клапанная форсунка для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус со штуцером для подачи топлива, распылитель топлива с конической поверхностью, конусный клапан, состоящий из тарелки и штанги, гидробустер с приводным поршнем, гидрораспределитель сопло-заслонка, поляризованный электромагнит, дополнительно снабжена аккумуляторной системой подачи с прерывистым впрыском и электрогидравлическим клапаном с дроссельной поверхностью на его штанге содержит дополнительно разгрузочный дроссель для подачи топлива высокого давления на тарелку клапана тарельчатую пружину для предварительного поджима тарелки клапана к конической поверхности седла распылителя вторую тарельчатую пружину с большей толщиной, чем первая пружина, для закрытия кольцевой полости высокого давления в исходном состоянии. Использование тарельчатых пружин в управляемой клапанной форсунке обеспечивает уменьшение ударной нагрузки на клапан, на тарелку и торец штанги при его закрывании. Подача топлива в камеру сгорания в виде полого конуса с углом распыла от 50 до 180 через кольцевую щель, образованную конической поверхностью клапана и коническим седлом распылителя, с использованием электрогидравлического управления клапаном с дроссельной поверхностью на его штанге и двух тарельчатых пружин позволяет впрыскивать топливо в камеру сгорания существенно более гомогенным и обеспечить высокую надежность функционирования и долговечность работы управляемой клапанной форсунки. Эта задача не разрешалась в аналогах и прототипе. Полезная модель поясняется тремя чертежами управляемой клапанной форсунки для двигателя внутреннего сгорания, на которых изображены на фиг. 1 - сечение конструкции управляемой клапанной форсунки на фиг. 2 - сечение конструкции гидрораспределителя сопло-заслонка на фиг. 3 - сечение конструкции штанги совместно с дросселем и клапаном впрыска. Конструкция клапанной форсунки состоит из следующих деталей корпуса 1 (фиг. 1) штуцера высокого давления 2 распылителя топлива 3 штанги клапана 4 диаметром 1 3 72062011.04.30 совместно с дроссельной частью на штанге и конусным клапаном 5 для впрыска топлива в камеру сгорания гидробустера 6 с приводным поршнем 7 резьбового соединения 8(фиг. 2) со штангой 4 тарельчатых пружин 9, 10, прижимающих клапан 5 штанги 4 к седлу 18 (фиг. 3) распылителя 3 гидрораспределителя сопло-заслонка 21 в составе нагнетательного сопла 11, сливного сопла 12 и заслонки 13. Заслонка 13 закреплена на оси 14 поляризованного электромагнита 15 и работает между соплами 11 и 12 с зазором 4050 мкм. Внутри корпуса распылителя 3 выполнена камера 22 для подачи топлива высокого давления из штуцера 2 в камеру сгорания двигателя и размещения в ней штанги 4 совместно с дросселем и клапаном впрыска 5. Таким образом, в камере 22 с размещенной в ней штангой создается область постоянного высокого давления топлива, объем которой формируется полостью высокого давления 16, цилиндрической областью, создаваемой внутренним диаметром 2 канала распылителя 3 и цилиндрической поверхностью штанги 17 с диаметром 12 - 21, где 1 зазор между цилиндрическими поверхностями штанги и камеры распылителя на участке от полости высокого давления 16 до дросселя на штанге клапана 5. Полость высокого давления 16 герметизируется сверху корпусом распылителя 3 и штангой 4, а снизу - конической поверхностью 18 на клапане 5 и конической поверхностью распылителя 3. В области 23 штанга клапана 5 содержит поверхность 19 (фиг. 3) с кольцевыми канавками 20, входящую с зазором 25 мкм в распылитель 3. К нагнетательному соплу 11 (фиг. 2) подводится давление управления упр 520 МПа от нагнетательного трубопровода. Тарельчатая пружина 9 создает предварительный поджим клапана 5 в штанге 4 по конической поверхности 18 к распылителю 3, а усилие предварительного поджима при этом регулируется с помощью резьбового соединения 8 штанги 4 с поршнем 7. Тарельчатая пружина 10 имеет большую толщину, чем пружина 9, и предназначена для закрытия штангой 4 кольцевой полости высокого давления 16. В исходном положении (при отсутствии впрыска топлива через форсунку) штанга 4 запирает кольцевую полость 16 с находящимся в ней под высоким давлением 200 МПа топливом с усилием предварительно сжатой пружины 10. При этом давление в гидробустере 6, сообщаемом со сливным соплом 12, отсутствует, а давление управления упр 20 МПа в нагнетательном сопле 11 является недостаточным для отрыва от него заслонки 13, так как этому противодействует усилие Рэ 1 поляризованного электромагнита 15. При смене направления тока в катушке управления электромагнита 15 с положительного на отрицательное (- упр) изменяется направление магнитного потока в этой катушке. Тогда на якорь заслонки 13 воздействует усилие Рэ 2 Рэ 1 в направлении по часовой стрелке, притягивающее его к правому магнитопроводу 15. В результате заслонка 13 отрывается от нагнетательного сопла 11, перекрывая сливное сопло 12 под воздействием суммы двух усилий Рг от давления упр по площади среза сопла 11 и электромагнитной Рэ 2. При этом в гидробустере 6 устанавливается давление управления упр 20 МПа. Под воздействием давления упр приводной поршень 7, деформируя тарельчатую пружину 10, перемещает штангу 4 вместе с клапаном 5 на величину 3540 мкм, соответствующую зазору 3035 мкм между клапаном 5 и конической поверхностью 18 распылителя 3. Через этот зазор топливо из кольцевой камеры 16 распылителя 3 впрыскивается в камеру сгорания двигателя. В процессе впрыска происходит частичное дросселирование топлива с перепадом давления 100 МПа при прохождении его через зазор 2 по поверхности 19 дросселя клапана 5 с кольцевыми канавками 20. Перемещение 3540 мкм штанги 4 ограничивается усилием Р 10 максимальной деформации тарельчатой пружины 10, при котором наступает равенство 10 упр 7( - )18,где 7 и 18 - площади приводного поршня 7 в гидробустере 6 и конической поверхности 18 в распылителе 3 соответственно. 4 72062011.04.30 Давление упр в гидробустере 6 удерживается во время прижатия заслонки 13 к сливному соплу 12 с усилием 12 упр 12, где 12 - площадь среза отверстия сопла 12. В момент времени смены направления тока (на положительный сигнал ) в катушке управления поляризованного электромагнита 15 заслонка 13 отрывается от сливного сопла 12 из-за неравенства сил э 11 упр 122,где 1 и 2 - радиусы приложения сил на якоре 12.1 и заслонке 13 соответственно. В результате происходит сброс давления упр в гидробустере 6 и штанга 4 вместе с клапаном 5 запирают кольцевую полость 16 с высоким давлением 200 МПа, выбирая зазор между клапаном 5 и конической поверхностью 18. Частота вынужденных колебаний штанги 4 в клапанной форсунке определяется частотой колебаний давления управления упр в гидробустере 6, которое может изменяться отдо 0,25 в течение периода впрыска, равного времени закрытия заслонкой 13 сливного сопла 12. Таким образом, предлагаемая конструкция управляемой клапанной форсунки для двигателя внутреннего сгорания решает поставленную задачу по улучшению качества впрыска топлива и его распыла, а также повышения надежности функционирования и долговечности работы форсунки. Совместно с Минским моторным заводом ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию конкурентоспособной топливной аппаратуры. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5
МПК / Метки
МПК: F02M 51/00
Метки: внутреннего, форсунка, клапанная, двигателя, сгорания, управляемая
Код ссылки
<a href="https://by.patents.su/5-u7206-upravlyaemaya-klapannaya-forsunka-dlya-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Управляемая клапанная форсунка для двигателя внутреннего сгорания</a>
Предыдущий патент: Звено многозвенного автопоезда
Следующий патент: Информационно-управляющая система транспортного средства
Случайный патент: Производные аминокислот и их кислотно-аддитивные соли