Пристрій для упорскування палива в дизель і газодизель

Устройство для впрыскивания топлива в дизель и в газодизель, содержащее топливный насос с плунжером и нагнетательным клапаном, соединенный при помощи топливопровода с форсункой, снабженной запорной иглой, которая установлена на пружине с предварительным натяжением и оснащена дифференциальной площадкой, и модулятор импульсов давления, включающий присоединенную к промежуточному сечению топливопровода цилиндрическую полость, размещенный в этой полости поршень, установленный на пружине с предварительным натяжением, и упоры - ограничители максимального хода этого поршня, отличающееся тем, что площадь проходного сечения топливопровода выполнена равной 0,8... 1,6- а- р- fn- [fnfl/(huo- zn)]- Cn, его промежуточное сечение, к которому присоединена полость модулятора, отстоит от насоса на расстоянии 0,5...0,75 (a/Cn)- q/fn, величина предварительной деформации пружины поршня модулятора устанавливается равной 0,3...0,75 fnop- huO* Zn/(fMfl- Znop), максимальный ход этого поршня между упорамиограничителями составляет 0,5...1,5- q/fnop, а нагнетательный клапан снабжен разгружающим пояском, высота которого выполнена равной 1...3- q/fitn, где а - скорость звука в дизельном топливе; р - плотность топлива; fn - площадь плунжера; f Mfl - площадь дифференциальной площадки иглы форсунки; zn, huo - коэффициент жесткости и величина предварительной деформации пружины этой иглы, С п - средняя скорость плунжера на режиме холостого хода дизеля; q - объемная цикловая подача топлива на том же режиме; fnop - площадь поршня модулятора; Znop - коэффициент жесткости пружины модулятора; I™ - площадь нагнетательного клапана по разгружающему пояску. см О ной деформации пружины модулятора максимальным ходом поршня модулятора между упорами-ограничителями и остальными конструктивными и регулировочными параметрами топливной аппаратуры, в соответствии с приведенными в формуле выражениями для диапазонов изменения указанных величин, обеспечивает формирование в топливной аппаратуре на холостом ходу работы дизеля прямоугольного импульса давления подачи топлива Выбор проходного сечения топливопровода в соответствии с приведенным в формуле выражением обеспечит высокую амплитуду этого импульса подачи, достаточную для выхода запорной иглы форсунки на упор и, как следствие, обеспечение качественного распыливания топлива на холостом ходу работы дизеля Нагнетательный клапан, снабженный разгружающим лояском, высота которого выполнена в соответствии с указанным в формуле изобретения соотношением, обеспечивает к началу очередного впрыска разгрузку топливной системы от лишнего топлива, находящегося, в том числе, и под поршнем модулятора, гарантируя тем самым стабильную работу топливной аппаратуры На фиг 1 показаны кривые изменения давления в, волне подачи топлива F и подъема иглы форсунки п и для устройства • аналога при работе его на режиме холостого хода дизеля при оптимальном значении затяжки пружины форсунки F np i, на фиг 2 - то же для меньшего значения FnP2, фиг 3 объясняет характер протекания процесса подачи топлива F=f(t) в устройстве прототипе для номинального режима, фиг 4 - то же для режима холостого хода, на фиг 5 представлена схема устройства для впрыскивания топлива в дизель, на фиг 6-8 показаны кривые, поясняющие характер изменения давления в полостях насоса (фиг 6), модулятора (фиг 7) и форсунки (фиг 8) в импульсах прямых и отраженных волн давления, распространяющихся между этими полостями на холостом ходу работы дизеля Устройство содержит секцию топливного насоса 1 (см фиг 5) с плунжером 2 и полостью высокого давления, разделенной нагнетательным клапаном 3, имеющим разгружающий поясок 4, пружину 5 и седло 6, на надплунжерную полость 7, имеющую всасывающие 8 и отсечные 9 окна, и штуцерную полость 10, топливопровод 11, соединяющий насос с распылителем 12 форсунки 13, имеющей запорную иглу 14 и пружину иглы 15, модулятор импульсов давления, включающий корпус 16, поршень 17, разделяющий цилиндрическую полость модулятора на две части 18 и 19, связанные соответственно с топливопроводом и с полостью для слива просочившегося топлива 20, а также пружину поршня 21, установленную в полости 19 между корпусом и поршнем, и упоры 22 и 23 в корпусе, ограничивающие крайние положения поршня в канале для отвода части топлива Распылитель* 12 имеет сопловые отверстия 24 Устройство для* впрыскивания топлива в дизель и в газодизель работает следующим образом К началу впрыскивания всасывающие окна 8 открыты, отсечные окна 9 закрыты, нагнетательный клапан 3 прижат пружиной 5 к седлу 6, а. поршень 17 прижат пружиной 21 к упору 22, плунжер 2 движется по направлению стрелки на фиг 5 и выталкивает топливо из надплунжерной полости 7 через всасывающие окна 8, топливопровод 11, штуцерная полость 10, распылитель 12 и полость 18 в канале для отвода части топлива заполнены покоящимся топливом при незначительной величине ОСТатОЧНОГО Давления (Рост) После частичного, а затем полного перекрытия плунжером 2 всасывающих окон 8 повышение давления в надплунжерной полости 7 приводит к отходу клапана 3 от седла 6 и сжатию топлива в штуцерной полости 10, что в свою очередь вызывает распространение по топливопроводу 1 1 с топливом волн сжатия F Эти волны распространяются по топливопроводу 11 со скоростью звука а и за время Т доходят до модулятора, а в момент времени Т + ДТ - до фррсунки и отражаются от ее объема в виде волн сжатия W той же амплитуды До прихода к насосу отражённых волн W давление в полости насоса Р н и в прямой волне FH связаны известным соотношением ~ Рн ~ (1) При этом давление Рн возрастает, экспоненциально приближаясь к равновесному значению давления Ро, определяемому формулой Ро=а р fn (2) где р - плотность топлива, fn - площадь плунжера, С п - средняя скорость плунжера при закрытых всасывающих 8 и отсечных 9 окнах, U - площадь внутреннего сечения топливопровода 11 При равенстве давлений FH = Ро объёмная подача топлива плунжером 2 совпадает с объемной скоростью вытекания топлива из полости насоса 10 в топливопровод 11 fn Cn=fT U T где Uj = 1 (3) FH - линейная скорость вытекания а р топлива из полости 10 в топливопровод 11 22446 Характер изменения давлений Р и F, а также отраженной волны W, показан на фиг. 6-8. После прихода отраженной волны W, являющейся на данном промежутке времени Аі Аг волной сжатия, скорость UT понижается, рост давления FH в прямой волне замедляется, а давление Р н увеличивается. В сечении у модулятора давление топлива Рм определяется следующей известной формулой: Рм (t)=F(t-T)+W(t-AT)+Pocr. (4) При условии P M (t)

0,5 Рф0 (11) С учетом уравнения (2) и необходимого 20%-го запаса при выполнении условия (11), это условие можно записать в виде такого неравенства: FT < 1,6- а- р- f n W Сп, (12) где f n - площадь плунжера; !ид - площадь дифференциальной площадки иглы форсунки; FHO - усилие предварительного натяжения пружины этой иглы, Сп - средняя скорость плунжера на режиме холостого хода дизеля. При этом, чем меньше выбирается диаметр нагнетательного топливопровода, тем интенсивней будет впрыск топлива на холостом ходу работы дизеля. Однако при этом уменьшении диаметра возрастают давления не только на холостом ходу, но и на номинале. Так, при уменьшении U до уровня FT < 0,8 а- р ид Сп. 22446 давление в импульсе впрыскивания на холостом ходу составит 30...35 МПа, а на номинальном режиме максимальное давление топлива в насосе достигнет 90... 100 МПа, что является предельно допустимой величиной для конструкции плунжерных топливных насосов. Поэтому площадь проходного сечения нагнетательного топливопровода должна принимать значения в диапазоне: 0,8...1,6- а- р- f n (13) При соблюдении данного условия волна подачи FM, распространяющаяся от модулятора на участке В 3 В 4 , через промежуток времени ЛТ приходит к форсунке и, преодолевая усилие FMo- предварительной затяжки пружины, поднимает запорную иглу 14 и производит впрыскивание топлива через сопловые отверстия распылителя 24 (участок времени С3С4). При этом импульс подачи F M имеет на данном участке времени В3В4 не только практически вертикальный передний фронт, но и столь же крутой задний фронт. Для объяснения этой особенности укажем, что в момент времени Вз, когда прекращается отвод топлива из нагнетательного топливопровода 11 в полость 18 под поршнем модулятора, происходит скачкообразное изменение не только прямой волны FM, но и отраженной волны W M , распространяющейся от модулятора в сторону насоса. Действительно, на участке ВгВз эта волна, как указывалось выше, являлась волной расширения; в то же время волна \Л/ф, приходящая к модулятору со стороны форсунки, является волной сжатия. После момента времени Вз, модулятор прекращает оказывать воздействие на распространение волн давления по топливопроводу 11 и начинает выполняться соотношение (14) К этому времени, когда волна сжатия W M приходит к топливному насосу, в нём на холостом ходу работы дизеля активный ход плунжера уже завершен, и с момента времени А'з з открываются отсечные окна 9 и происходит плавное понижение давления топлива Р и в полости насоса 10 и в прямой волне сжатия FH. Интенсивная волна сжатия W M приводит к уменьшению скорости U T вытекания топлива в топливопровод 11 и (см. зависимости (7), (8)) вызывает скачкообразное снижение давления в прямой волне F H и повышение (несмотря на приоткрытые отсечные окна) давления топлива Рн. Через промежуток времени Т скачкообразное снижение давления в импульсе подачи F M наблюдается в сечении топливопровода у модулятора, а еще через промежуток времени ДТ снижается давление топлива в объёме форсунки, и запорная игла 14 начинает закрываться (промежуток времени С4С5). Как это следует из графиков фиг. 7, продолжительность прямоугольного импульса волны подачи F M равняется 2- Т, где Т - время распространения звуковой волны по топливопроводу от топливного насоса до модулятора, ч (15) где L - длина данного участка топливопровода 11. За промежуток времени 2- Т через распыливающие отверстия 24 впрыскивается 80...90% цикловой подачи холостого хода, остальное топливо впрыскивается за время закрытия иглы 14. При этом давление впрыскивания Рф и объёмная скорость подачи топлива Цф на промежутке времени СзСд (при полностью открытой неподвижной игле) удовлетворяют следующим известным соотношениям: ар ( 2 р м FM. (17) Откуда с учетом приближенного равенства F M » Ро и формул (2) и (15), получаем зависимость величины L от величины подачи топлива q на холостом ходу, площади плунжера f n и его скорости С п на этом режиме, а также скорости звука а в топливопроводе L=0,5...0,75- (a/Cn)- q/!n. (18) Скачкообразное снижение давления F M в импульсе подачи в момент времени В 4 приводит не только к началу закрытия иглы форсунки 14, но и к снижению давления в полости модулятора 18. Давление определяется как ранее, зависимостью (14) На участке В 4 В 5 сумма прямой и отраженной волн оказывается достаточной для того, чтобы сила давления топлива на поршень модулятора 17 превосходила силу пружины модулятора 2 1 ; поэтому поршень модулятора 17 остается неподвижным, и крутой фронт снижения давления в волне подачи FM без искажений распространяется к форсунке и приводит к резкому запиранию иглы. В дальнейшем, после дополнительного снижения давления в волне подачи FH. вызванного влиянием отраженной волны W