Насос-форсунка для двигуна внутрішнього згорання

Корисна модель відноситься до машинобудування, а саме - до двигунобудування і може бути використана в паливоподавальній апаратурі двигунів внутрішнього згорання. Відома насос-форсунка для двигуна внутрішнього згорання, що містить порожнистий корпус з нагнітальною камерою, в яку встановлений робочий плунжер з механічним приводом його переміщення або безпосередньо від кулачкового вала двигуна (пат. США №507279909, F02M59/02, 1991), або від кулачкового вала через коромисло (пат. Великобританії №2274885, F02M59/10, 1993). Недоліком даних насосів-форсунок є залежність їх роботи від частоти коливань колінчастого вала двигуна, що негативно позначається на їх надійності роботи. Відомі насос-форсунки для двигуна внутрішнього згорання з гідравлічним приводом переміщення робочого плунжера, що керується електромагнітним клапаном, який з'єднує надплунжерну порожнину з каналом нагнітання до неї палива (а.с. СРСР №1737144, F02M57/02, 1992), або мастила (пат. США №5392749, F02M37/04, 1995). Недоліком відомих насос-форсунок є низька їх швидкодія за рахунок повільного наростання тиску рідини (палива або мастила), а, отже, низька ефективність їх використання. Відома насос-форсунка з електрогідравлічним приводом переміщення робочого плунжера у вигляді електрода, що знаходиться в робочій рідині і підключений до генератора імпульсів струму високої напруги (а.с. СРСР №1550201, F02M57/06, 1990). Недоліком даної насос-форсунки є низька керованість та нестабільність її роботи. Найбільш близьким по технічній суті та результату, який досягається, до технічного рішення, що пропонується, є насос-форсунка для двигуна внутрішнього згорання, що містить порожнистий корпус з каналом підведення палива і нагнітальною камерою, сполученою за допомогою з'єднувального каналу з камерою розпилення палива, яка перекривається запірним клапаном, а також встановлений в нагнітальній камері робочий плунжер з електричним приводом його переміщення, що включає розташовану в корпусі електричну котушку, підключену до генератора імпульсів струму, і магнітозв'язаний з котушкою рухомий диск, з'єднаний з плунжером (пат. ФРН №4322546, F02M45/04, 1993). Електрична котушка в даній насос-форсунці розташована на магнітному осерді, а диск виконаний із феромагнітного матеріалу зі значним питомим омічним опором (5-6·10-8 Ом·м і більш) і розташований з проміжком 0,1-0,15мм відносно осердя при відсутності на котушці імпульсу стр уму. Даний електропривод плунжера відноситься до високоіндуктивних систем, що працюють за принципом притягання диску до осердя при наданні напруги на котушк у, де перехідні процеси (зростання струму в котушці при поданні до неї напруги і зниження струму при знятті напруги) здійснюються край повільно. Відповідно до цього переміщення диска і зв'язаного з ним робочого плунжера здійснюється здвигнутим по фазі на значний час в порівнянні з необхідним часом для вприскування палива в циліндри двигуна, що негативно позначається на швидкодії, а, отже, надійності її роботи. Крім того, величина імпульсу сили на плунжер, який створюється даним електроприводом, а також швидкодія насос-форсунки в значній мірі визначається величиною проміжку та однорідністю його по кільцевому периметру між диском і осердям. При наявності зазначеного проміжку більш ніж 0,1мм імпульс сили, що діє на плунжер, зменшується більш ніж в два рази в порівнянні з відсутністю зазначеного проміжку. Також негативно позначається на величину імпульсу сили на плунжер, що створюється електроприводом, і нестабільність його роботи перекіс диска відносно осердя. При цьому за рахунок перекосу диска відносно осердя швидкодія насос-форсунки може досягати 0,5мс і більше, в той час, як для нормальної роботи двигуна зазначена швидкодія не мусить перевищува ти 0,2-0,3мс. Це обмежує функціональні можливості насос-форсунки, так як вона придатна тільки для двигуна з незначним тиском вприскування палива і потребує при цьому високої точності обробки деталей електропривода і високотехнологічного обладнання та устаткування, що збільшує, відповідно, витрати на її виго товлення. Завдання цієї корисної моделі полягає у створенні насос-форсунки для двигуна внутрішнього згорання, яка підвищує швидкодію відповідно до керуючого сигналу (імпульсу стр уму), що подається на електричний привід переміщення її робочого плунжера, а, також посилює імпульс сил, що діють на плунжер і спрощує технологію її виготовлення, а, отже, підвищує надійність роботи і функціональні можливості та знижує витрати на її виготовлення. Поставлене завдання вирішується тим, що в насос-форсунці для двигуна вн утрішнього згорання, що містить порожнистий корпус з каналом підведення палива і нагнітальною камерою, сполученою за допомогою з'єднувального каналу з камерою розпилення палива, яка перекривається запірним клапаном, а також встановлений в нагнітальній камері робочий плунжер з електричним приводом його переміщення, що включає розташовану в корпусі електричну котушк у, підключену до генератора імпульсів струму, і магнітозв'язаний з котушкою рухомий диск, з'єднаний з плунжером, відповідно до винаходу диск виконаний із немагнітного матеріалу з питомим омічним опором менш ніж 1,5·10-8 Ом·м, що забезпечує індукування в ньому вихрових стр умів. Диск з'єднаний з плунжером через підкладку, виконану з феромагнітного матеріалу, що забезпечує потрібну механічну міцність на згин диска, при цьому товщина зазначеного диска обрана за умови запобігання проникнення вихрових струмів в підкладку. Плунжер виконаний при цьому з глухою внутрішньою порожниною. Порівняльний аналіз технічного рішення, що пропонується, з відомим (прототипом) показує, що новими ознаками та їх сполуками тат є такі: 1. Виконання рухомого диска електричного привода переміщення робочого плунжера із немагнітного матеріалу з питомим омічним опором менш ніж 1,5·10-8 Ом·м, що забезпечує індукування в ньому вихрових струмів. 2. Наявність підкладки для диска і виконання неї із феромагнітного матеріалу, що забезпечує потрібну механічну міцність на згин диска, товщина якого обрана за умови запобігання проникнення вихрових стр умів в підкладку. 3. Виконання робочого плунжера з глухою внутрішньою порожниною. Виконання рухомого диска електроприводу плунжера із немагнітного матеріалу з високою електропровідністю, тобто з низьким питомим омічним опором, що складає менш ніж 1,5·10-8 Ом·м, забезпечує індукування в ньому вихрових стр умів з високою швидкістю. За рахунок низької індуктивності системи даного електроприводу перехідні процеси в ньому здійснюються з високою швидкістю, що перевищує швидкість аналогічних процесів в електромагнітному приводу плунжера в 10 і більше разів, а це суттєвим чином збільшує швидкодію насос-форсунки. При цьому, внаслідок великої швидкості зміни магнітного потоку в р ухомому диску наводяться високі значення електрорушійної сили (ерс), а так як омічний опір його матеріалу дуже малий, імпульс струму, а, отже, імпульс сили, що діє на плунжер, значно збільшується, що суттєвим чином поширює функціональні можливості насос-форсунки для створення нею вприскування палива під більш високим тиском. Перехідні процеси в такому приводі в значно меншому ступені визначаються проміжком і однорідністю його по периметру диска, а, отже, до деталей цього приводу не пред'являються високі вимоги щодо точності їх обробки. Це спрощує те хнологію їх виго товлення і не потребує при цьому наявності високоточного обладнання, що, в свою чергу, знижує витрати на виготовлення насос-форсунки. Наявність підкладки для диска і виконання неї із феромагнітного матеріалу, що забезпечує потрібну механічну міцність на згин диска, дозволяє підвищити опір диска навантаженню, яке діє на нього у вигляді імпульсів сили, що є суттєво важливим в процесі роботи насос-форсунки під високим тиском вприскуванням палива в циліндри двигуна. Виконання товщини диска з величиною, що попереджує проникнення вихрових струмів, які протидіють переміщенню плунжера і не зніжують, таким чином, величину імпульсу ци х сил, а, отже, функціональні можливості насос-форсунки при роботі її під високим тиском вприскування палива. Виконання робочого плунжера з глухою вн утрішньою порожниною зменшує загальну масу р ухливих за рахунок імпульсу сил деталей насос-форсунки, а, отже, сприяє більш прискореному переміщенню плунжера, що підвищує швидкодію насос-форсунки. Аналогічних технічних рішень зі схожими ознаками в процесі патентно-інформаційного пошуку не виявлено. Це дозволяє зробити висновок, що те хнічне рішення, що пропонується, є новим і промислово придатним. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на фіг.1 зображена принципова схема насос-форсунки для двигуна вн утрішнього згорання; на фіг.2 - залежність імпульсів сил f, які створюються різними електричними приводами і діють на робочий плунжер, від часу їх дії: а) в насос-форсунці, що пропонується, б) у відомій насосфорсунці з електромагнітним приводом переміщення плунжера. Насос-форсунка для двигуна внутрішнього згорання містить порожнистий корпус 1 з каналом 2 підведення палива і нагнітальною камерою 3, сполученою за допомогою з'єднувального каналу 4 з камерою 5 розпилення палива, яка перекривається запірним клапаном 6, а також встановлений в нагнітальній камері робочий плунжер 7 з електричним приводом його переміщення. Останній включає розташовану в корпусі електричну котушку 8, підключену до генератора 9 імпульсів струму, і магнітозв'язаний з котушкою рухомий диск 10, з'єднаний з плунжером 7 через підкладку 11. Запірний клапан 6 розташований на нижньому кінці підпружиненого за допомогою циліндричної 12 штока 13, на верхньому кінці якого виконаний обтічник 14. Канал 2 підведення палива до нагнітальної камери 3 з'єднаний зі штуцером 15, що зв'язаний з помпою підкачування палива (на фіг. не позначений). В штуцері встановлений зворотний клапан 16. Насос-форсунка має також штуцер 17 для відведення надлишку палива з корпуса. Рухомий диск 10 підпружинений за допомогою пружини 18 відносно корпуса 1 і виконаний із немагнітного високопровідного матеріалу, наприклад алюмінію або міді, з питомим омічним опором менш ніж 1,5·10-8 Ом·м, що забезпечує індукування в ньому вихрових стр умів при наданні на електричну котушку 8 от генератора 9 імпульсів струму. Підкладка 11 виконана з феромагнітного матеріалу, наприклад конструкційної сталі, що забезпечує потрібну механічну міцність на згин диска 10, товщина "a" якого обрана за умови запобігання проникнення вихрови х стр умів в підкладку. Робочий плунжер 7 виконаний з глухою вн утрішньою порожниною 19, яка перекривається пробкою 20. Насос-форсунка працює наступним чином При роботі двигуна в момент відсутності надання імпульсу стр уму від генератора 9 на електричну котушку 8 диск 10 разом з підкладкою 11 і робочим плунжером 7 знаходяться в верхньому їх положенні. Нижня кромка плунжера при цьому не перекриває канал 2 підведення палива, а зворотний клапан 16 штуцера 17 відкритий під тиском палива, що подається до нагнітальної камери 7 помпою для підкачування палива через зазначений канал. При наданні керуючого сигналу на генератор 9 останній виробляє імпульс струму високої напруги на електричну котушку 8. За рахунок виконання диска із високопровідного немагнітного матеріалу з питомим омічним опором менш 1,5·10-8 Ом·м в ньому забезпечується індукування вихрових струмів з високою швидкістю. За рахунок низької індуктивності системи електричного приводу (електрична котушка і диск) наростання струму в котушці здійснюється з високою швидкістю, що перевищує аналогічну швидкість наростання струму у відомому, тобто електромагнітному приводі (фіг.2) в 10 і більш разів, що позитивно позначається на швидкодії роботи електропривода, а, отже, насос-форсунки. Імпульс сили "f", що створюється електроприводом і діє на плунжер 7, практично співпадає по фазі з керованим сигналом, що надається на генератор 9 і по тривалості дії не перевищує 0,1мс. При виконанні диска із матеріалу з омічним питомим опором більш ніж 1,5·10-8 Ом·м вихрові струми індукуються в ньому значно з меншою швидкістю, що негативно позначається на швидкодії насос-форсунки. Внаслідок високої швидкості зростання струму в електричній котушці 8, а, отже, швидкого змінювання магнітного потоку, в диску 10 електропривода наводяться високі значення електрорушійної сили (ерс), а так як омічний опір його матеріалу дуже малий, імпульс струму, а, отже імпульс сили "f", що діє на плунжер 7, значно збільшується. Це дозволяє використовувати насос-форсунку для створення значно більшого тиску палива і поширити, таким чином, її функціональні можливості. Для цього, диск 10 розміщується на підставі 11, яка виконана з феромагнітного матеріалу, що забезпечує потрібну механічну міцність на згин диска і попереджує його руйнування при дії на нього високого значення імпульсів сили "f". Крім того, виконання товщини "а" диска за умови запобігання проникнення вихрових стр умів в підкладку виключає виникнення, таким чином, сил, що протидіють силам переміщення плунжера і не знижує при цьому величину "f" імпульсу сил, що діють на плунжер. Як правило, товщина "a" диска не менш ніж 1,0мм. Виконання робочого плунжера 7 з глухою внутрішньою порожниною 19, що перекрита пробкою 20, знижує загальну масу рухливи х за рахунок імпульсу "f" сил деталей насос-форсунки (диска з підкладкою і плунжера), а, отже, сприяє більш прискореному переміщенню плунжера і підвищує, таким чином, швидкодію насос-форсунки. В той же час, міцність плунжера при цьому зменшується незначно (на 5-7%), що не знижує функціональні можливості насос-форсунки при створенні високого тиску вприскування палива. Під дією імпульсу сили "f", що виробляється електроприводом, диск 10 переміщується вниз і відходить від електричної котушки 8 на розрахункову величину переміщення плунжера, що складає, як правило 0,1-0,2мм. Плунжер при своєму переміщенні вниз створює тиск палива, яке знаходиться в нагнітальній камері 3. Паливо при цьому через з'єднальний канал 4 поступає до камери 5 розпилення, обминаючи обтічник 14, який знижує опір перетіканню палива. Пружина 12 при цьому стискується, запірний клапан 6 відкриває вихідний отвір камери розпилення палива і останнє під тиском подається в циліндр двигуна. Після завершення вприскування палива генератор 9 імпульсів струму припиняє надання току до електричної котушки. Процес зниження імпульсу струму, а, отже, сили "f" тут також здійснюється майже миттєво (фіг.2, а) і під дією енергії пружини 18 диск 10 разом з підкладкою та плунжером переміщується до верхнього його стану. Зворотній клапан 16 при цьому під дією своєї пружини перекриває наступний доступ палива до каналу 2. Таким чином, таке конструктивне виконання насос-форсунки для двигуна внутрішнього згорання забезпечує високу її швидкодію відповідно до керованого нею сигналу, що подається на електричний привід переміщення робочого плунжера і значно підвищує імпульс сил, що діють на плунжер. Швидкодія насос-форсунки при цьому збільшується в 2,5-3,0 рази в порівнянні з відомою, що має електромагнітний привід переміщення плунжера, а робочий тиск вприскування палива може бути збільшений в 7-8 разів. Витрати на виготовлення її скорочуються на 27-32%. Дана насос-форсунка пропонується для використання як для бензинових, так і дизельних двигунів.