Форсунка для дизеля

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к форсункам для подачи топлива в дизель. Изобретение позволяет оптимизировать процесс впрыскивания и снизить ударные нагрузки в запорной части распылителя. Форсунка для дизеля содержит полый корпус с топливоподводящим каналом, распылитель, размещенный в корпусе распылителя игольчатый клапан, проставку, размещенную между корпусом форсунки и распылителем и нагружающий узел, состоящий из стальной винтовой пружины и нажимной штанги. Нажимная штанга состоит из опорной чашки, сопряженной со стальной винтовой пружиной форсунки и корпуса нажимной штанги, сопряженного с хвостовиком игольчатого клапана распылителя. Между опорной чашкой и корпусом нажимной штанги размещена тарельчатая стальная пружина Бельвиля, осадка которой ограничена упором опорной чашки. 2 ил.

 

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

Известна форсунка для двигателя внутреннего сгорания, в которой упругий элемент нагружающего узла представляет собой тарелочную стальную пружину (А.С. СССР № 717388, кл. F 02 М 61/20, заявл. 29.03.84, опубл. 01.09.85, БИ №33).

Недостатком известной форсунки является ее низкая надежность и долговечность в связи с тем, что усилия, действующие на пружину во время работы форсунки для обеспечения необходимого давления впрыскивания, оказываются значительными и полностью воспринимаются пружиной.

Из известных наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является форсунка для дизеля, содержащая полый корпус с топливоподводящим каналом, полый распылитель с сопловыми отверстиями, цилиндрическую винтовую пружину, воздействующую через нажимную штангу на игольчатый клапан распылителя, причем нажимная штанга снабжена внутренней полостью, в которой с радиальным зазором установлен стержень, а упругий элемент из эластомера 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, опубл. БИ № 26, 20.09.98, прототип).

Недостатком известной форсунки является значительная масса штанги и стержня, а также в данной конструкции упругий элемент из эластомера воспринимает полное усилие пружины при работе форсунки. Кроме того, вся ударная нагрузка от массы подвижных деталей форсунки целиком воспринимается запорной частью распылителя в процессе окончания впрыскивания со всеми негативными при этом последствиями.

Технической задачей заявляемого изобретения является оптимизация процесса впрыскивания за счет снижения массы подвижной системы форсунки в процессе окончания впрыскивания и существенное снижение ударной нагрузки в запорной части распылителя.

Техническая задача решается за счет того, что в форсунке для дизеля, содержащей полый корпус с топливоподводящим каналом, распылитель, размещенный в корпусе распылителя игольчатый клапан, проставку, размещенную между корпусом форсунки и распылителем, и нагружающий узел, состоящий из стальной винтовой пружины и нажимной штанги, согласно изобретению нажимная штанга состоит из опорной чашки, сопряженной со стальной винтовой пружиной форсунки и корпуса нажимной штанги, сопряженного с хвостовиком игольчатого клапана распылителя, а между опорной чашкой и корпусом нажимной штанги размещена тарельчатая стальная пружина Бельвиля, осадка которой ограничена упором опорной чашки.

Изобретение поясняется графическими материалами, где

- фиг. 1 - заявляемая форсунка для дизеля, продольный разрез;

- фиг. 2 - узел I фиг. 1 в увеличенном виде.

Заявляемая форсунка для дизеля содержит корпус распылителя 1 с игольчатым клапаном 2, гайку 3, которой корпус распылителя прижимается к корпусу форсунки 4 через проставку 5, фиксируемую установочными штифтами 6, топливоподводящий штуцер 7 с фильтром 8 и уплотнительной втулкой 9. Стальная винтовая пружина 10 через штангу 11 взаимодействует с хвостовиком 12 игольчатого клапана 2 с одной стороны, а с другой стороны пружины 10 расположены регулировочные шайбы 13 и 14. Штанга 11 состоит из опорной чашки 15, воспринимающей усилие от пружины 10, и корпуса штанги 16, сопряженного с хвостовиком 12 игольчатого клапана 2 распылителя, а между опорной чашкой 15 и корпусом штанги 16 размещена тарельчатая стальная пружина Бельвиля 17, деформация (осадка) которой при нагружении подвижной системы форсунки ограничивается упором 18 опорной чашки 15.

Размеры опорной чашки 15, корпуса нажимной штанги 16 и пружины Бельвиля 17 подбираются такими, которые при сборке нажимной штанги 11 обеспечивают напряженное состояние пружины 17 при небольшой ее осадке. После сборки форсунки и регулирования давления начала впрыскивания осадка пружины 17 увеличивается на величину зазора h_II, так как упор 18 опорной чашки 15 соприкасается при этом с торцовой поверхностью корпуса штанги 16, причем суммарная осадка пружины 17 составляет не более 1/3 предельного значения для данного типа пружин. Это обеспечивает значительный запас прочности пружины, а следовательно, надежность и долговечность работы нажимной штанги. Зазор h_II между упором 18 опорной чашки 15 и торцовой поверхностью нажимной штанги в ненагруженном состоянии выбирается немного меньше, чем зазор h_I между торцом игольчатого клапана 2 и проставкой 5, ограничивающий максимальный подъем игольчатого клапана при впрыскивании топлива.

Заявляемая форсунка для дизеля работает следующим образом. Топливо подается по топливоподводящему каналу в подыгольную полость распылителя. При достижении давления топлива уровня начала впрыскивания игольчатый клапан 2, преодолевая усилие упругой деформации стальной винтовой пружины 10, поднимается, открывая доступ топлива к сопловым отверстиям распылителя 1, происходит впрыскивание топлива в цилиндр дизеля. До начала впрыскивания и в момент впрыскивания упор 18 опорной чашки 15 плотно прижат к торцовой поверхности корпуса нажимной штанги 16, то есть зазор h_II отсутствует, а пружина Бельвиля 17 испытывает напряжение сжатия в допустимых пределах с достаточным запасом прочности.

При прекращении подачи топлива топливным насосом давление топлива на дифференциальную площадку игольчатого клапана 2 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. Суммарная масса игольчатого клапана, корпуса нажимной штанги и половины массы пружины Бельвиля меньше суммарной массы опорной чашки нажимной штанги, половины массы стальной винтовой пружины форсунки и половины массы пружины Бельвиля. В самом начале движения подвижных деталей форсунки в сторону ее закрытия срабатывает упругая деформация тарельчатой пружины Бельвиля, разъединяя подвижную систему форсунки на две части, причем этому разъединению также способствует разность сил инерции разделяющихся масс. Поэтому игольчатый клапан с корпусом нажимной штанги перемещается с большим ускорением по сравнению с остальными подвижными деталями форсунки. Между упором 18 опорной чашки 15 и торцовой поверхностью корпуса нажимной штанги 16 образуется зазор h_II. В момент касания запорной конической части игольчатого клапана с гнездом распылителя сила удара зависит от суммарной массы игольчатого клапана, корпуса нажимной штанги и половины массы пружины Бельвиля. Эта суммарная масса в несколько раз меньше суммарной массы всех подвижных деталей аналогичной штатной форсунки, соответственно и сила удара будет значительно меньше. В следующий момент времени происходит удар между упором 18 опорной чашки 15 и торцовой поверхностью корпуса нажимной штанги 16. Сила этого удара будет больше силы удара в запорной части распылителя в связи с большей массой ударяющих деталей. Поверхности запорной части распылителя в момент этого удара находятся в контакте и испытывают только увеличение контактного напряжения сжатия.

В результате удара при окончании процесса впрыскивания (при отсечке) возможна кратковременная потеря контакта в запорной части распылителя (подскок игольчатого клапана), а также в результате удара возникают местные остаточные деформации (наклеп), что приводит к закоксовыванию распылителей и потере герметичности, ухудшению качества распыливания топлива и дымлению дизеля. Для благоприятного протекания рабочего процесса дизеля необходимо резкое окончание процесса впрыскивания, но при этом возрастает вероятность указанных выше негативных последствий от большой ударной нагрузки.

Предложенная конструкция форсунки позволяет разделить силу удара при окончании впрыскивания на две части, причем меньшая часть ударной нагрузки приходится на запорную часть распылителя, а большая часть - на поверхность упора опорной чашки нажимной штанги и торцовую поверхность корпуса нажимной штанги, где последствия удара не будут иметь практически никаких негативных последствий для нормальной работы форсунки, даже в случае наличия подскока. Кроме того, в предлагаемой конструкции форсунки есть возможность значительно повысить жесткость основной винтовой пружины без снижения надежности и долговечности конструкции, что существенно улучшит процесс окончания впрыскивания и окажет большое положительное влияние на рабочий процесс дизеля.

Так как тарелочная пружина Бельвиля нажимной штанги не участвует в передаче усилий, действующих в нагружающем узле форсунки, а вступает в работу только в процессе окончания впрыскивания, ее характеристики выбираются независимо от усилий нагружающего узла форсунки.

Форсунка для дизеля, содержащая полый корпус с топливоподводящим каналом, распылитель, размещенный в корпусе распылителя игольчатый клапан, проставку, размещенную между корпусом форсунки и распылителем, и нагружающий узел, состоящий из стальной винтовой пружины и нажимной штанги, отличающаяся тем, что нажимная штанга состоит из опорной чашки, сопряженной со стальной винтовой пружиной форсунки, и корпуса нажимной штанги, сопряженного с хвостовиком игольчатого клапана распылителя, а между опорной чашкой и корпусом нажимной штанги размещена тарельчатая стальная пружина Бельвиля, осадка которой ограничена упором опорной чашки.