Электрогидравлическая форсунка

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Марковский Александр Борисович Маньшин Геральд Григорьевич Дробышевский Чеслав Брониславович Тихомиров Василий Леонтьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Электрогидравлическая форсунка, содержащая корпус, смонтированный на аккумуляторном трубопроводе с размещенным в корпусе электрогидравлическим механизмом,включающем электромагнит и клапан, управляемый им распылитель с кольцевым карманом и подпружиненной запорной иглой, один конец которой снабжен уплотняющей частью,а другой выполнен конусным, отличающаяся тем, что электромагнит установлен на поворотной оси, на которой укреплена спица и шарик, взаимодействующие с дополнительно введенными подпружиненным разгрузочным плунжером с одной стороны и с подводящим соплом регулирования высокого давления и соплом слива - с другой, при этом подводящее и сливное сопла снабжены центральными отверстиями, связанными с дополнительно введенной отводной полостью, а между корпусом форсунки и распылителем установлена дисковая пружина с разгрузочной камерой под ней, связанной с упомянутой отводной полостью, причем уплотняющая часть запорной иглы снабжена кольцевой канавкой, взаимодействующей с аккумуляторным трубопроводом и кольцевым карманом распылителя. 16172. Электрогидравлическая форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что диаметры центральных отверстий подводного и сливного сопел выполнены в пределах 0,8-1 мм. 3. Электрогидравлическая форсунка по пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве электромагнита использован поляризованный электромагнит. 4. Электрогидравлическая форсунка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что между дисковой пружиной и корпусом форсунки предусмотрен зазор, равный величине прогиба упомянутой пружины. 5. Электрогидравлическая форсунка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что конусная часть запорной иглы снабжена хвостовиком и соответствующим ему углублением в распылителе.(56) 1. Железко Б.Е. и др. Термодинамика, теплопередача и двигатели внутреннего сгорания. - Минск Выш. школа. 1985 - С. 220. 2. Топливная аппаратура дизелей нового поколения // За рулем. - 2002. -10. - С. 66. Предлагаемая полезная модель относится к топливным форсункам с непосредственным впрыскиванием жидкого топлива в камеру сгорания, в частности к электрогидравлическим форсункам, которые применяются в аккумуляторных системах топливоподачи дизельных двигателей внутреннего сгорания и обеспечивают управление давлением впрыска. Известны топливные форсунки дизельных двигателей 1, в которых топливо впрыскивается в камеру сгорания за время, соответствующее углу поворота коленчатого вала(цикловая подача). В связи с тем, что при этом происходит задержка воспламенения топлива, значительная часть цикловой подачи топлива перед началом сгорания скапливается в камере сгорания. Дальнейшее сгорание этой части топлива приводит к резкому повышению давления в цилиндре двигателя, что приводит к значительным нагрузкам на детали кривошипно-шатунного механизма при работе дизельного двигателя. Кроме того, дальнейшее догорание оставшейся части цикловой подачи топлива происходит при ограниченном доступе кислорода к последнему из-за накопившихся продуктов сгорания, что приводит к неполному сгоранию топлива и образованию вредных компонентов в выхлопных газах. Для того, чтобы добиться более полного сгорания топлива и снижения нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма, применяются форсунки со ступенчатым впрыском, при котором цикловая подача топлива разбивается на несколько впрысков. Ближайшим техническим решением (прототип) является именно такая форсунка с электрогидравлическим приводом, применяемая в аккумуляторной системе топливоподачи типа коммон рейл фирмы Бош 2. Форсунка содержит корпус, смонтированный на аккумуляторном трубопроводе высокого давления с центральным подводным каналом,электрогидравлический механизм, расположенный в корпусе форсунки, распылитель с кольцевым карманом, каналом высокого давления и подпружиненной запорной иглой с уплотняющей частью на одном ее конце и конусной частью на другой. Распылительная игла находится под воздействующим на нее поршнем, расположенным в приводном цилиндре в верхней части запорной иглы. Приводной цилиндр сообщается или с каналом высокого давления через дроссельное отверстие (жиклер), или со сливом через миниатюрный шариковый клапан, управляемый электрогидравлическим механизмом. Запорная игла опускается и прижимается к распылителю усилием пружины, а также давлением на поршень в приводном цилиндре, возникающим в тот момент, когда шариковый клапан закрывает сообщение со сливом приводного цилиндра, в который это давление поступает из канала высокого давления через жиклер. Подъем запорной иглы происходит в тот момент, когда шариковый клапан открывает выход из приводного цилиндра на слив в результате воздействия давления в кольцевом кармане. 2 1617 Известной электромагнитной форсунке свойственны недостаточно высокое быстродействие подъема и опускания запорной иглы, необходимые для многоступенчатого (импульсного) впрыска топлива и большая чувствительность к загрязнению топлива, связанная с малыми размерами шарикового клапана и жиклера, что приводит к снижению надежности работы форсунки. Задачей полезной модели является повышение надежности электрогидравлической форсунки за счет увеличения быстродействия подъема и опускания запорной иглы и уменьшения чувствительности к загрязнению топлива. Задача решается следующим образом. Известная электрогидравлическая форсунка состоит из корпуса, смонтированного на аккумуляторном трубопроводе, с размещенным в корпусе электрогидравлическим механизмом, который состоит из электромагнита и клапана, управляемого электромагнитом, а также из распылителя с кольцевым карманом, и подпружиненной запорной иглой, один конец которой снабжен уплотняющей частью, а другой конусной. Согласно предлагаемому техническому решению, электромагнит установлен на поворотной оси, на которой закреплена спица с шариком, играющим роль запорного клапана. Спица с шариком взаимодействует соответственно с дополнительно введенными подпружиненным разгрузочным плунжером с одной стороны и с подводящим соплом регулирования высокого давления и соплом слива - с другой. Причем подводящее и сливное сопла снабжены центральными отверстиями, связанными с дополнительно введенной отводной полостью. Между корпусом форсунки и распылителем установлена дисковая пружина,под которой расположена разгрузочная камера, связанная с упомянутой отводной полостью, а уплотнительная часть запорной иглы снабжена кольцевой канавкой, взаимодействующей с кольцевым карманом распылителя и через систему каналов с центральным каналом аккумуляторного трубопровода. Кроме того, в предлагаемой форсунке диаметры каналов подводного и сливного сопел составляют 0,8-1 мм. Это обусловлено тем, что выполнение диаметров каналов больше указанного предела в 1 мм требует больших усилий электромагнита, что приводит к снижению быстродействия подъема и опускания запорной иглы, а при выполнении упомянутых диаметров меньше указанного предела 0,8 мм возникает вероятность их засорения. Для усиления быстродействия подъема и опускания запорной иглы используют поляризованный электромагнит. Между дисковой пружиной и корпусом форсунки предусмотрен зазор на величину прогиба дисковой пружины, которая работает как диафрагма, а конусная часть запорной иглы снабжена хвостовиком и соответствующим ему углублением в распылителе. Именно такое выполнение конструкции предлагаемой форсунки обеспечивает быстродействие подъема и опускания запорной иглы за счет высокочастотной пульсации давления, так как при работе электрогидравлического механизма происходит быстрая смена циклов топливоподачи, а наличие отверстий в подводящем и сливном соплах определенного диаметра (не менее 0,8 и не более 1 миллиметра) существенно снижает вероятность их засорения. Это повышает надежность работы электрогидравлической форсунки. На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой электромагнитной форсунки в разрезе. На фиг. 2 - вид сбоку общего вида на фиг. 1 в разрезе. На фиг. 3 - электрогидравлический механизм в увеличенном масштабе (вид по стрелке А). На фиг. 4 - уплотняющий участок запорной иглы с кольцевой канавкой в увеличенном масштабе (вид по стрелке Б). На фиг. 5 - коническая часть с хвостовиком запорной иглы в увеличенном масштабе(вид по стрелке В). Предлагаемая электрогидравлическая форсунка состоит из распылителя 1, выполненного за одно целое с фланцем 2, запорной иглы 3, прижимаемой к распылителю 1 дисковой пружиной 4. В корпусе 5 форсунки, закрепленной на аккумуляторном трубопроводе 6,3 1617 расположен электрогидравлический механизм 7, состоящий из электромагнита 8, на поворотной оси 9 которого закреплена спица 10 с шариком 11, выполняющим функцию запорного клапана. Шарик 11 (фиг. 3) взаимодействует с подводящим соплом 12, с соплом,подводящим давление управления и снабженным центральным отверстием 13, а также со сливным соплом 14, снабженным центральным отверстием 15. Спица 10 взаимодействует с возвратной пружиной 16 разгрузочного плунжера 17, который расположен на противоположном шарику конце спицы 10. Кольцевой карман 18, имеющийся в распылителе 1,сообщается с центральным каналом 19 аккумуляторного трубопровода 6 через питающее отверстие 20 и канал 21 (фиг. 4). Для этого на имеющемся уплотняющем участке 22 запорной иглы 3 выполнена кольцевая канавка 23 с внутренним каналом 24. Запорная игла 3 снабжена конической частью 25 и хвостовиком 26 (фиг. 5), которые взаимодействуют с соответствующими им конической поверхностью и углублением, расположенными в распылителе 1, перекрывая (герметизируя) усилием дисковой пружины 4 микроотверстия 27,расположенные на конической поверхности распылителя 1. В распылителе 1 под дисковой пружиной 4 имеется разгрузочная камера 28, сообщающаяся с отводной полостью 29,расположенной в электрогидравлическом механизме (фиг. 3) и взаимодействующей с центральным отверстием 13 подводящего сопла 12 и центральным отверстием 15 сливного сопла 14. Форсунка работает следующим образом. В исходном положении при обесточенном электромагните 8 центральное отверстие 13 подводного сопла 12, подводящего давление управления, заперто шариком 11, выполняющим функцию запорного клапана, усилием возвратной пружины 16 разгрузочного плунжера 17, воздействующей на него посредством спицы 10. В этом положении отводная полость 29 сообщена со сливом с помощью центрального отверстия 15 сливного сопла 14. При работе аккумуляторной системы топливоподачи постоянно поддерживается высокое давление (порядка Р 120-200 Мпа) в центральном канале 19 аккумуляторного трубопровода 6, в канале 21 и в питающем отверстии 20, а в центральном отверстии 13 подводящего сопла 12 постоянно поддерживается давление управления (порядка Р 12-20 Мпа). При этом величина высокого давления, действующего по площади кольцевого кармана 18 запорной иглы 3, определяется, исходя из разности диаметров уплотняющего участка 22 запорной иглы 3 и диаметра последней у основания ее конической части 25. Величина давления управления, действуя по площади центрального отверстия 13 подводящего сопла 12, создает усилие, передаваемое на шарик 11, выполняющий функцию запорного клапана. При подаче электрического сигнала на поляризованный электромагнит 8 на его оси 9 возникает электромагнитный момент, действующий по направлению часовой стрелки. Усилие электромагнитного момента распространяется на шарик 11 и помогает ему оторваться от подводящего сопла 12 за счет того, что это усилие суммируется с усилием давления управления, действующим по площади канала 13, указанного сопла. В момент времени отрыва шарика 11 от подводящего сопла 12 на шарик 11 действует давление управления по всей его сферической площади, ускоряя движение шарика 11 и захлопывая им центральное отверстие 15 сливного сопла 14. В результате в отводную полость 29 и разгрузочную камеру 28 поступает давление управления (Р 12-20 Мпа), которое прогибает (подобно диафрагме) дисковую пружину 4 на величину зазора , предусмотренного между ней и корпусом 5 форсунки. Вслед за дисковой пружиной 4 поднимается запорная игла 3, отрываясь от конусной поверхности распылителя 1 под воздействием усилия высокого давления, действующего по площади кольцевого кармана 18. При этом на дисковой пружине 4 усилие упругой деформации последней достигает максимальной величины. В отводной полости 29 давление управления сопла 12 действует также и на разгрузочный плунжер 16, площадь которого превышает сферическую площадь шарика 11, в результате чего разгрузочный плунжер 16 перемещается влево, так как он сообщается со сливным соплом 15. В результате чего шарик 11 отрывается с помощью спицы 10 от сливного со 4 1617 пла 12 и вновь перекрывает центральное отверстие 13 подводящего сопла 12, одновременно соединяя отводную полость 29 со сливом. При подъеме запорной иглы 3 топливо впрыскивается в камеру сгорания двигателя (на чертежах не показан) под высоким давлением через микроотверстия 27, расположенные на конической части 25 распылителя 1. Тогда в результате того, что проходное сечение питающего отверстия 20 ограничено кромкой кольцевой канавки 23 на уплотняющей части 22, гидравлическое сопротивление течению топлива в кольцевом кармане 18 распылителя 1 возрастает и давление в нем падает. Однако опускание запорной иглы 3, находящейся под максимальным усилием давления дисковой пружины 4, происходит только после падения давления в отводной полости 29 и сообщающейся с ней разгрузочной камере 28 с давления управления 12-20 Мпа до сливного нулевого давления. Затем запорная игла 3 опускается, перекрывая микроотверстия 27 под действием усилия дисковой пружины 4, которому противодействует низкое давление, возникающее в кольцевом кармане 18, обеспечиваемое разностью диаметров уплотняющей части 22 и части у основания конуса запорной иглы 3. На этом заканчивается первый импульс впрыска топлива в камеру сгорания двигателя. В связи с тем, что в период окончания впрыска топлива продолжается воздействие электромагнитного момента при отсутствии давления управления в отводной полости 29, шарик 11 вновь отрывается от отверстия 13 подводящего сопла 12, после чего в отводной полости 29 и разгрузочной камере 28 давление управления восстанавливается. Это совпадает по времени с восстановлением высокого давления в кольцевом кармане 18, запорная игла 3 поднимается и следует второй импульс давления впрыска топлива в камеру сгорания двигателя. Хвостовик 26 запорной иглы 3 служит для предотвращения удара конусной части 25 о конусную поверхность распылителя 1. Это происходит за счет дросселирования топлива, выходящего из соответствующего углубления при вхождении в него хвостовика 26. Таким образом, предлагаемая конструкция электрогидравлической форсунки обеспечивает быстродействие подъема и опускания запорной иглы за счет высокочастотной пульсации давления, обеспечиваемой работой электрогидравлического механизма, а наличие отверстий в подводящем и сливном соплах определенного диаметра (не менее 0,8 и не более одного миллиметра) существенно снижает вероятность их засорения, что значительно увеличивает надежность ее работы. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.