Патент на изобретение №2253033

(54) ФОРСУНКА ДЛЯ ДИЗЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к форсункам для впрыскивания топлива в дизель. Изобретение позволяет оптимизировать процесс впрыскивания и демпфировать ударные нагрузки между запорным конусом игольчатого клапана и корпусом распылителя форсунки. Форсунка для дизеля содержит полый корпус с топливоподводящим каналом, распылитель, размещенный в корпусе распылителя игольчатый клапан и нагружающий узел, состоящий из стальной пружины и нажимной штанги. В игольчатом клапане распылителя выполнена цилиндрическая полость, в которой коаксиально размещен стержень, взаимодействующий с нажимной штангой с одной стороны и с корпусом игольчатого клапана с другой стороны. Между стержнем и корпусом игольчатого клапана размещен коаксиально цилиндр из эластомера, жестко связанный с боковой поверхностью стержня и внутренней боковой поверхностью корпуса игольчатого клапана. Между дном цилиндрической полости игольчатого клапана и торцевой поверхностью стержня в ненагруженном состоянии предусмотрен зазор. 1 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в системах подачи топлива дизельных двигателей.

Известна форсунка для дизеля с распылителем, содержащая корпус форсунки, распылитель с запорной иглой, запорную пружину, между торцом которой и тарелкой пружины установлена демпфирующая прокладка из эластомера, например из полиамида. Прокладка гасит собственные колебания запорной пружины, возникающие при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя, и снижает возможность подскакивания запорной иглы на седле и подвпрыска топлива (заявка ФРГ №3332858, F 02 М 61/08, 12.09.83, публ.1985).

Недостатком известной форсунки является ограниченная площадь взаимодействия прокладки из эластомера с торцом запорной пружины и с тарелкой пружины, что связано с необходимостью использования эластомера с повышенной твердостью. Из-за повышенной твердости эластомера теряется эластичность прокладки и сводится к минимуму демпфирующий эффект. Большие удельные давления между прокладкой из эластомера, торцом запорной пружины и тарелкой пружины приводят к повышенным износам соприкасающихся поверхностей и к снижению стабильности регулировки давления начала впрыскивания форсунки.

Известна форсунка для дизеля с распылителем, содержащим полый корпус, в котором размещена подпружиненная запорная игла с цилиндрической направляющей и запорной поверхностями, между цилиндрической направляющей поверхностью запорной иглы и внутренней поверхностью корпуса выполнен кольцевой зазор, в который залит уплотняющий элемент из эластомера, жестко связанный с цилиндрической направляющей поверхностью запорной иглы и внутренней поверхностью корпуса, цилиндрическая направляющая поверхность запорной иглы и внутренняя поверхность корпуса снабжены насечкой и поясками (А.С.СССР №1543109, F 02 М 61/00, 11.03.88, публ. Б.И. №6, 1990).

Недостатком известного распылителя форсунки является отсутствие возможности его разборки для проведения технического обслуживания. Кроме того, наличие одного цилиндрического пояска в нижней части распылителя не обеспечивает центрацию посадочного конуса запорной иглы относительно корпуса распылителя при значительном осевом биении. Кроме того, подвижная система форсунки имеет значительную массу, что ухудшает динамику процесса впрыскивания.

Из известных наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является форсунка для дизеля, содержащая полый корпус с топливоподводящим и топливосливным каналами, полый распылитель с сопловыми отверстиями, подпружиненую через штангу запорную иглу, размещенную в полости распылителя с кольцевым зазором между цилиндрической направляющей частью иглы и внутренней поверхностью распылителя, и упругий элемент из эластомера, причем штанга снабжена внутренней полостью, в которой с радиальным зазором установлен стержень, а упругий элемент размещен в радиальном зазоре и жестко связан с поверхностью стержня и внутренней поверхностью полости штанги, при этом между торцовой поверхностью стержня и донной поверхностью полости штанги выполнен зазор (патент РФ №2119088, F 02 М 61/20, 22.07.96, публ. Б.И. №26 20.09.98, прототип).

Такая конструкция улучшает оптимизацию процессов впрыскивания и повышает надежность и долговечность форсунки за счет разделения массы подвижных деталей форсунки на две части и введения между ними демпфирующего упругого элемента, но в процессе отсечки при окончании процесса впрыскивания массы подвижных деталей остаются значительными, что не способствует улучшению отсечки. Кроме того, упругий элемент из эластомера воспринимает полную нагрузку, действующую в подвижной системе форсунки.

Технической задачей заявляемого изобретения является оптимизация процесса впрыскивания за счет снижения массы игольчатого клапана распылителя форсунки и демпфирования ударной нагрузки между запорным конусом игольчатого клапана и корпусом распылителя форсунки во время отсечки.

Техническая задача решается за счет того, что в форсунке для дизеля, содержащей полый корпус с топливоподводящим каналом, распылитель, размещенный в корпусе распылителя игольчатый клапан и нагружающий узел, состоящий из стальной пружины и нажимной штанги, причем в игольчатом клапане распылителя выполнена цилиндрическая полость, в которой коаксиально размещен стержень, взаимодействующий с нажимной штангой с одной стороны и с корпусом игольчатого клапана с другой стороны, а между стержнем и корпусом игольчатого клапана размещен коаксиально цилиндр из эластомера, жестко связанный с боковой поверхностью стержня и внутренней боковой поверхностью корпуса игольчатого клапана, причем между дном цилиндрической полости игольчатого клапана и торцевой поверхностью стержня в ненагруженном состоянии предусмотрен зазор.

На чертеже изображен общий вид форсунки для дизеля. Форсунка для дизеля содержит корпус 1 с топливоподводящим каналом 2, корпус распылителя 3 с сопловыми отверстиями 4, игольчатый клапан 5, стержень 6, размещенный в цилиндрической полости игольчатого клапана коаксиально и сопряженный с нажимной штангой 7 с одной стороны и с корпусом игольчатого клапана 5 с другой стороны в нагруженном состоянии, а между стержнем 6 и корпусом игольчатого клапана 5 коаксиально размещен упругий цилиндр из эластомера 8, жестко связанный с внутренней поверхностью цилиндрической полости игольчатого и внешней поверхностью стержня 6 в результате адгезионного сцепления эластомера с этими поверхностями, причем между дном цилиндрической полости игольчатого клапана 5 и торцовой поверхностью стержня 6 в ненагруженном состоянии предусмотрен зазор h_II, а между корпусом игольчатого клапана 5 и корпусом форсунки предусмотрен зазор h_I, определяющий величину максимального перемещения игольчатого клапана 5 при впрыскивании топлива.

Корпус распылителя 3 к корпусу форсунки 1 прижимается гайкой 9.

Нагруженный узел форсунки включает нажимную штангу 7, стержень 6, упругий цилиндр из эластомера 8, корпус игольчатого клапана 5 и стальную пружину (на чертеже не показана) с возможностью регулирования ее сжатия.

Топливоподводящий канал 2 соединен с подыгольной полостью 10 распылителя, а запорная коническая часть игольчатого клапана 11 сопрягается с коническим гнездом 12 корпуса распылителя.

Заявляемая форсунка для дизеля работает следующим образом. Топливо подается по топливоподводящему каналу 2 в подыгольную полость 10. При достижении давления топлива в корпусе форсунки 1 уровня начала впрыскивания игольчатый клапан 5, преодолевая усилие упругой деформации стальной пружины форсунки (на чертеже не показана), поднимается, открывая доступ топлива к сопловым отверстиям 4 происходит впрыскивание топлива в цилиндр дизеля. До начала впрыскивания и в момент впрыскивания торцевая поверхность стержня 6 плотно прижата ко дну цилиндрической полости игольчатого клапана 5, то есть зазор h_II отсутствует, а упругий цилиндр из эластомера 8 находится в напряженном состоянии, испытывая напряжения на сдвиг в допустимых пределах для материала эластомера.

При прекращении подачи топлива топливным насосом давление топлива на дифференциальную площадку игольчатого клапана 5 снижается, нагружающий узел форсунки приходит в движение в сторону ее закрытия. Начинается процесс окончания впрыскивания (отсечки). Детали нагружающего узла форсунки имеют различные массы, а следовательно, обладают различной инерцией. Масса игольчатого клапана и половина массы упругого цилиндра из эластомера в несколько раз меньше суммарной массы половины массы упругого элемента, массы стержня 6, массы нажимной штанги и половины массы стальной пружины форсунки. Поэтому в самом начале движения подвижных деталей форсунки в сторону ее закрытия игольчатый клапан перемещается с большим ускорением по сравнению с остальными деталями. Этому способствуют также и касательные напряжения в упругом цилиндре из эластомера, увеличивая ускорение игольчатого клапана. Между торцевой поверхностью стержня 6 и дном цилиндрической полости игольчатого клапана 5 образуется в этот момент зазор h_II. В момент касания запорной конической части игольчатого клапана 11 с коническим гнездом 12 корпуса распылителя все остальные детали нагружающего узла форсунки будут продолжать движение в сторону закрытия форсунки до момента исчезновения зазора h_II. Удар в этот момент происходит между торцевой поверхностью стержня 6 и дном цилиндрической полости игольчатого клапана 5, а не на поверхностях запорной части распылителя, которые в момент удара уже находятся в контакте и испытывают только увеличение контактного напряжения сжатия. В результате удара возможна кратковременная потеря контакта между контактирующими поверхностями (подскок) и, если он будет иметь место в данной конструкции форсунки, то не приведет к ее разгерметизации. Кроме того, в результате ударов возникают местные остаточные деформации (наклеп), которые в данной конструкции форсунки не будут иметь никаких негативных последствий, так как основной удар при отсечке в данной конструкции форсунки перемещается из запорной части распылителя в место соприкосновения стержня и с дном цилиндрической полости игольчатого клапана. После прекращения впрыскивания зазор h_II отсутствует, а упругий цилиндр из эластомера испытывает напряжение сдвига. Величина зазора h_II в ненагруженном состоянии распылителя при его изготовлении определяется в зависимости от толщины стенки упругого цилиндра из эластомера с таким расчетом, чтобы в нагруженном состоянии распылителя в форсунке относительная деформация сдвига не превышала допустимого значения при динамической знакопеременной нагрузке для материала эластомера. К преимуществу данного технического решения можно отнести и то обстоятельство, что упругий цилиндр из эластомера не воспринимает полного усилия, действующего в нагружающем узле, и в процессе отсечки обладает значительным демпфирующим эффектом.

Таким образом, предлагаемая конструкция форсунки позволяет снизить ударную нагрузку в запорной части распылителя в несколько раз, что исключит подскоки игольчатого клапана после отсечки, повысит долговечность и надежность распылителя форсунки, существенно снизится закоксовывание распылителя в процессе эксплуатации, а все негативные последствия удара при отсечке перемещаются с запорной части распылителя в место соприкосновения торца стержня с дном цилиндрической полости игольчатого клапана, где возможный подскок и наклеп не будут иметь никаких негативных последствий для работы форсунки. Кроме того, в предлагаемой конструкции форсунки можно повысить жесткость пружины без снижения надежности конструкции, что дополнительно улучшает отсечку.

Существенное увеличение скорости отсечки благоприятно отразится на закоксовывании распылителя при эксплуатации, а также улучшит качество распыливания топлива в конечной фазе процесса впрыскивания – при отсечке, что окажет благоприятное влияние на весь рабочий процесс дизеля.

Формула изобретения

Форсунка для дизеля, содержащая полый корпус с топливоподводящим каналом, распылитель, размещенный в корпусе распылителя игольчатый клапан и нагружающий узел, состоящий из стальной пружины и нажимной штанги, отличающаяся тем, что в игольчатом клапане распылителя выполнена цилиндрическая полость, в которой коаксиально размещен стержень, взаимодействующий с нажимной штангой с одной стороны и с корпусом игольчатого клапана с другой стороны, а между стержнем и корпусом игольчатого клапана размещен коаксиально цилиндр из эластомера, жестко связанный с боковой поверхностью стержня и внутренней боковой поверхностью корпуса игольчатого клапана, причем между дном цилиндрической полости игольчатого клапана и торцевой поверхностью стержня в ненагруженном состоянии предусмотрен зазор.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 23.12.2005

Извещение опубликовано: 20.08.2007 БИ: 23/2007