Форсунка

Форсунка для двигуна внутрішнього згоряння, що містить корпус з розташованою в ньому елект 43252 До недоліків прототипу відноситься: - наявність у блоці керування двох блоків формування імпульсів струму ускладнює електричну схему керування, що знижує надійність роботи приводу форсунки; - наявність у приводі форсунки двох електричних котушок ускладнює конструкцію форсунки і приводить до збільшення енергоємності приводу, що негативно позначається на паливній економічності і надійності роботи пристрою. Метою пропонованого винаходу є поліпшення паливної економічності двигуна шляхом зменшення енергоємності приводу форсунок і підвищення надійності його роботи. Поставлена мета здійснюється такими ознаками. Ознаки загальні з прототипом: - корпус форсунки, з розташованою в ньому електричною котушкою, запірна голка, обмежник ходу голки в обоймі, з'єднаної з корпусом і встановленої в неї котушці, у зазорі між останньою й обоймою встановлений якір. Ознаки нові в порівнянні з прототипом: - відбивач, виконаний з немагнітного матеріалу з високою питомою електропровідністю, розміщений в обоймі, з'єднаної з корпусом і встановленої по осі електричної котушки; - якір встановлений у зазорі між відбивачем і електричною котушкою; - відстань між обмежником ходу запірної голки і її вер хньою торцевою поверхнею не менша максимального ходу голки. Істотні відмінності: - авторам не відомі конструкції форсунок, споряджені відбивачем з немагнітного матеріалу з високою питомою електропровідністю, і з якорем, розміщеним у зазорі між відбивачем і електричною котушкою. Сукупність вищевказаних ознак дозволяє забрати одну електричну котушк у і блок формування імпульсів струму з блока керування, що приводить до зниження енергоємності приводу форсунки, спрощенню її конструкції, підвищенню надійності роботи пристрою і, в остаточному підсумку, до поліпшення паливної економічності двигуна. У форсунці, що пропонується, використаний ефект протитиску на якір з боку відбивача, викликаного електродинамічною силою, що утворюється при взаємодії вдруге наведених вихрови х стр умів з магнітним полем первинно наведених ви хрових струмів у якорі (см. Справочник по магнитноимпульсной обработке металлов. Белый И.В., Фертик С.М., Хименко Л.Т., Харков, изд. объединение "Вища школа", 1977. С. 2). Це протитиск на якір сприяє динамічному руху запірної голки при її посадці. Для забезпечення заданого протитиску на якір з боку відбивача необхідно домагатися еквідистантного положення поверхні якоря і поверхні відбивача при відкритому положенні голки, а також визначеної товщини якоря і величини його питомої електропровідності. У кожній конкретній конструкції форсунки ця задача вирішується шляхом підбора радіусу сферичної поверхні відбивача радіусу прогину якоря при заданих матеріалі якоря і його товщині. На фіг. 1 показаний загальний вид форсунки в момент, коли імпульс струму в котушці відсутній, голка форсунки знаходиться в закритому положенні. На фіг. 2 представлені схеми електричні принципові блока керування /БК/, що складає з блока підвищення напруги /БН/, модуля формування імпульсів струму /МФІ/, електронного пристрою зсуву імпульсів струму /ПЗІ/ і задатчика керуючих сигналів /ЗС/. На фіг. 3 представлені графіки струму і, що протікає через обмотку електричної котушки електродинамічної сили Fд, що діє на якір для випадку, коли відсутній протитиск на нього з боку відбивача. На фіг. 4а схематично представлені струми, що протікають в обмотці котушки, у якорі й у відбивачі, і зв'язані з ними магнітні потоки. На фіг. 4б представлені графіки електродинамічних сил, що діють на якір як з боку котушки, так і з боку відбивача. Форсунка для двигуна внутрішнього згоряння містить корпус 1 з розташованим у ньому жиклерами 2 і 3, каналом 4 підведення і каналом 5 відводу палива, закріплений на корпусі 1 розпилювач 6 з розпилювальним отвором 7, електричну котушку 8, якір 9, виконаний у вигляді диска з немагнітного матеріалу з високою питомою електричною провідністю, запірну голку 10 із запірною і направляючою частинами і блок керування 11, який має електричний зв'язок з котушкою 8, причому запірна голка 10 прецизійно сполучена з направляючою частиною в корпусі 1 форсунки і роз'єднує порожнину корпусу 1 на підголкову і надголкову камери, запірна частина голки 10 взаємодіє з розпилювачем 6, а канал 4 підведення палива через жиклер 2 з'єднаний з підголковою камерою, відбивач 12, виконаний з немагнітного матеріалу з високою питомою електричною провідністю, розміщений в обоймі 13, з'єднаної з корпусом 1 і встановлений із зазором щодо котушки 8, в обоймі 13 розміщений обмежник 14 ходу запірної голки 10, якір 9 жорстко зв'язаний із запірною голкою 10 і встановлений у зазорі між котушкою 8 і відбивачем 12 з попереднім натягом, що забезпечує закрите положення запірної голки 10 при відсутності керуючого сигналу на електричній котушці 8, якір 9 своєю периферійною частиною взаємодіє з кільцевим упором 15, виконаним на обоймі 13, блок керування 11 має електричний зв'язок з датчиком ВМТ 16, що взаємодіє з відмітником ВМТ 17, установленим на колінчастому валу 18. Підбором сполучення жиклерів 2 і 3 можна регулювати рівномірність подачі палива по окремих циліндрах при регулюванні на стенді. Форсунка працює в такий спосіб. При подачі від блока керування 11 імпульсу струму через обмотку котушки 8 в області котушка 8 - якір 9 - відбивач 12 виникає імпульс магнітного потоку Фк /див. фіг. 4а/. Цей потік Фк перетинає якір 9, наводячи в ньому ви хровий стр ум і ВТЯ=f(Фк) і проникає частково у відбивач 12, наводячи в ньому вихровий струм іВТ1=f(Фк). При взаємодії вихрових струмів іВТЯ й іВТ1 з магнітним полем котушки Фк відповідно виникають імпульси електродинамічних сил FД1К и FД2К, що діють на якір 9 /див. фіг. 4б/. Тому що величина магнітного потоку Фк, зчепленого з відбивачем 12 істотно менше, ніж потоку Фк, зчеп 2 43252 леного з диском 9, то і величина імпульсу електродинамічної сили FД2К істотно менше, ніж величина імпульсу електродинамічної сили FД1К. Під дією сумарної електродинамічної сили FДК, коли величина FДК перевищить величину сили пружності якоря 9, запірна голка 10 починає рух і відкриє розпилювальний отвір 7 у розпилювачі 6. При цьому починається впорскування палива, що надходить через жиклер 2 з каналу 4 підведення палива. При цьому запірна голка 10, пройшовши відстань, що відповідає її підйому, своєю верхньою торцевою частиною упреться в обмежник 14. При підході якоря 9 до відбивача 12 більш помітним стає відштовхуюча дія електродинамічної сили FД2К, тобто відбувається більш "м'яке" зіткнення запірної голки 10 з обмежником 12 без помітного збільшення часу руху запірної голки на відкриття. При підйомі сегментний виступ на запірній голці 8 перекриє жиклер 3 і припиниться перепуск палива через канал 5 відводу палива. Вихровий стр ум і ВТЯ в якорі 9 створює свій імпульс магнітного потоку ФЯ, зчеплений з відбивачем 12. Отже, у відбивачі наводиться вихровий струм іВТ2=f(ФЯ), протилежний за знаком вихровому стр уму іВТ1, і зсун утий щодо останнього на інтервал Dt2 . При взаємодії вихрового стр уму і ВТЯ з магнітним полем якоря ФЯ виникає імпульс електродинамічної сили FДО, протилежний за знаком імпульсу електродинамічної сили FДК і зсунутий щодо останнього на інтервал Dt2. Графіки імпульсів електродинамічних сил показані на фіг. 4б (на фіг. 4б не показані відповідні цим електродинамічним силам вихрові струми і ВТ1, іВТ2 , іВТЯ). Амплітудні значення імпульсів електродинамічних сил FДmax, FДmax, тривалість цих імпульсів DtUK, DtUo, час зрушення Dt2 визначаються: - індуктивністю й активним опором обмотки електричної котушки 8; - ємністю і напругою заряду конденсатора С1 /див. фіг. 2/; - товщиною і питомою електропровідністю матеріалу, з якого виготовлений якір 9; - питомою електропровідністю матеріалу, з якого виготовлений відбивач 12; - початковим положенням якоря 9 у зазорі між котушкою 8 і відбивачем 12. Розрахунок електродинамічних зусиль приведений в (см. Электродинамические усилия в токоведущи х частя х электрических аппаратов и токопроводах. - И.Ф. Кузнецов, Г.Н. Цицикян. - Л.: "Энергоатомиздат", 1989. С. 153-156). Під дією негативної напівхвилі імпульсу електродинамічного зусилля FДК запірна голка 10 рухається на закриття. При цьому закривається розпилювальний отвір 7 і припиняється впорскування палива. Відкривається жиклер 3 і відбувається перепуск палива через канал 5 відводу палива. Форсунка залишатиметься в закритому положенні до наступного імпульсу струму через обмотку котушки 8. Тому що тривалість імпульсу стр уму, а отже й імпульсу електродинамічної сили FДК, є величиною постійної (див. фіг. 3, 4а, 4б) і не залежить від режиму роботи двигуна, то регулювання циклової подачі забезпечується шляхом зміни тиску палива в каналі, що підводить паливо до форсунки і зміною ефективного прохідного перетину дроселя в цьому каналі (Вихерт М.М., Мазинг М.В. Топливная аппаратура автомобильных дизелей: Конструкция и параметры. – М.: Ма шиностроение, 1978. С. 58-61). Розглянемо як функціонує блок керування /БК/ (див. фіг. 2). Структурно блок керування /БК/ складається з блока підвищення напруги /БПН/, модуля формування імпульсів струму /МФІ/, пристрою зсуву імпульсів струму /ПЗІ/ і задатчика керуючих сигналів /ЗС/. Блок підвищення напруги /БПН/ містить: Tp1 - силовий підвищувальний трансформатор; R1 - нерегульований резистор; Д1 - напівпровідниковий діод. Модуль формування імпульсів струму /МФІ/ містить: С1 – імпульсний конденсатор; Т1 - силовий тиристор. Електронний пристрій зсуву імпульсів струм у /ПЗІ/ містить: Тр2 - розділовий імпульсний трансформатор; ОПТ - одноперехідний транзистор; СТ - стабілітрон; С2 - оксидно-напівпровідниковий /танталовий/ конденсатор; Д2 - напівпровідниковий діод; R2¸R6 - нерегульовані резистори; R7 - регульований резистор. Задатчик керуючих сигналів /ЗС/, що включає в себе датчик 16 і відмітчик 17 ВМТ, може мати різні принципові і конструктивні виконання. У блоці керування /БК/ показана одна з найпростіших можливих конструкцій ЗС на основі обертового кулачкового механізму, механічно зв'язаного з колінчастим валом двигуна внутрішнього згоряння. При включенні БПН на перемінну напругу за допомогою трансформатора Тр1 відбувається підвищення напруги до заданої величини. Випрямна за допомогою діода Д1 напруга подається на конденсатор С1 модуля формування імпульсу стр уму МФІ. Резистор R1 необхідний для обмеження зарядного струму конденсатора С1. При цьому конденсатор С1 заряджається до напруги, рівної амплітудному значенню напруги на вторинній обмотці трансформатора Тр1. Після заряду конденсатора С1 до заданої напруги МФІ гото вий до роботи. Електронний пристрій зсуву імпульсів струм у /ПЗІ/ працює в такий спосіб. При спрацьовуванні задатчика керуючих сигналів /ЗС/ у заданий момент часу постійна напруга подається на ПЗІ і починає заряджатися конденсатор С2. Час заряду конденсатора С2 визначається величинами опору резисторів R5¸R7. Коли напруга на С2 досягне максимальної напруги на емітері транзистора ОПТ останній відмикається і подає керуючий імпульс струму на керуючий електрод тиристора Т2 і відкриває його. Через навантаження (трансформатор Тр2, резистор R2 і керуючий електрод тиристора Т1) починає протікати струм відкриття тиристора Т1. Тиристор Т1 відкривається і через обмотку електричної котушки 8 починає протікати імпульс розрядного струму і конденсатора С1 (фіг. 3). Час протікання цього синусоїдального імпульсу стр уму дорівнює DtU і визначається параметрами розрядного контур у (ємністю і напругою заряду конденсатора С1, індуктивністю й омічним опором обмотки електричної котушки 8). Як було 3 43252 показано, при протіканні імпульсу струм у в обмотці електричної котушки 8 на якір 9 діє електродинамічна сила FД, що має форму, близьку до синусоїди і діє в той же часовий проміжок, що й імпульс струму i. Коли тиристор Т2 відмикається, напруга на ОПТ швидко знижується менш, ніж до 2В. При цьому так само швидко знижується напруга на конденсаторі С2, замикаючи при цьому ОПТ і припиняючи протікання керуючого імпульсу струму через тиристор Т2. Таким чином, вибираючи визначені співвідношення між величинами ємності конденсатора С2 і опору резисторів R5¸R7 можна регулювати витримку часу Dt1 (фіг. 3) від моменту спрацьовування задатчика керуючих сигналів /ЗС/ до відкриття тиристора Т1, тобто до моменту включення електричної котушки 8. При зміні частоти обертання двигуна відбувається зміна інтервалу часу Dt1 . Це здійснюється механічним зв'язком реохорди або повзуна регульованого резистора R7 з органом керування час тотою обертання колінчастого валу двигуна і відповідним підбором величини опору резистора R7. Розрахунок кулачкового механізму задатчика керуючих сигналів /ЗС/ визначається такими основними умовами: - замикання контактів ЗС відбувається в той момент, починаючи від якого за інтервал часу Dt1 колінчастий вал двигуна провернеться на заданий кут від моменту ВМТ; - мінімальний час замкнутого стану контактів ЗС забезпечить надійне спрацьовування тиристора Т2 і, відповідно, тиристора Т1; - максимальний час замкнутого стану контактів ЗС не більше проміжку часу, при якому ПЗІ надійно знеструмлюється до моменту наступного включення електричної котушки 8 на максимальній частоті обертання режиму роботи двигуна. Застосування в БК пристрою зсуву імпульсів /ПЗІ/ дозволяє змінювати, в залежності від режиму роботи двигуна, момент початку впорскування палива. 4 43252 Фіг. 1 5 43252 Фіг. 2 6 43252 Фіг. 3 Фіг. 4а 7 43252 Фіг. 4б __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано додруку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 8