PL170382B1 - Pompa wtryskowa - Google Patents

Abstract

1. Pompa wtryskowa przeznaczona do silników dwu lub czterosuwowych o zapłonie samoczynnym wyposażonych w dowolną komorę spalania, do której doprowadza się paliwo z rozpuszczonym w nim gazem, znamienna tym, że sekcja tłocząca składa się z wysokociśnieniowego tłoczka (4) i niskociśnieniowego tłoczka (5) o zróżnicowanych średnicach, połączonych na stałe tłoczkiem (3).

Description

Przedmiotem wynalazkuj est pompa wtryskowaprzeznaczona do zasilania paliwem wszystkich rodzajów silników wysokoprężnych.

W silnikach wysokoprężnych znalazły zastosowanie dwa podstawowe typy układów wtryskowych: akumulatorowy i wyporowy. Pompy wtryskowe tych układów posiadają parę precyzyjną, składającą się z cylinderka i tłoczka. Nad tłoczkiem znajduje się przestrzeń robocza pompy. W fazie tłoczenia, tłoczek poruszanyjest krzywkąumieszczonąna wale pompy sprzęgniętym z wałem korbowym silnika. Ruch powrotny tłoczka, w fazie napełniania cylinderka paliwem następuj e pod działaniem sprężyny w pompach z pokrętnym tłoczkiem lub ciśnienia paliwa działającego na powierzchnię tłoczka w pompach rotacyjnych. Przestrzeń robocza pompy połączona jest z wtryskiwaczem za pomocą przewodu wysokiego ciśnienia. Zadaniem wtryskiwaczajest ustalenie ciśnienia, przy którym rozpoczyna się wytrysk i rozpylenie paliwa.

W fazie tłoczenia, ruch tłoczka powoduje wytłoczenie paliwa z cylinderka i przetłaczanie przez otworki rozpylacza. Ponieważ powierzchnia tłoczka jest wielokrotnie większa od powierzchni przepływowej otworków, przepływ paliwa przez otworki odbywa się z dużą prędkością, która jest niezbędna do jego rozpylenia. Paliwo, poza energią kinetyczną nie zawiera w sobie elementu wspomagającego rozpad strugi. Jest czynnikiem biernym, a aktywnym - otoczenie. Stan taki wywołuje wiele wad układu wtryskowego. Każda zmiana czynników aktywnych w rozpadzie strugi wywołuje pogorszenie procesu rozpylenia. Czynniki te zmieniają się w czasie eksploatacji silnika. Czynnikiem takim jest np. spadek prędkości przepływu paliwa w otworach rozpylacza w końcowej fazie wtrysku, podczas zamykania iglicy rozpylacza, który jest nieunikniony i wynika z dynamiki pracy układu wtryskowego. Ze spadkiem tym związane jest nie tylko zmniejszenie sił energii kinetycznej strugi, a więc i zmniejszenie się oddziaływania otoczenia na jego rozpad, lecz również zmniejszenie turbulentnego oddziaływania ścianek otworu rozpylacza. W konsekwencji prowadzi to do nadmiernego wzrostu średnicy kropel paliwa, przewlekłego spalania, spadku sprawności silnika i wzrostu zadymienia spalin.

Celem wynalazku było skonstruowanie pompy wtryskowej, za pomocą której wprowadza się do paliwa dodatkową energię w postaci energii potencjalnej i wykorzystanie jej jako dodatkowego czynnika wspomagającego istniejący mechanizm rozpadu strugi.

Cel ten osiągnięto przez skonstruowanie pompy wtryskowej przeznaczonej do silników dwu lub czterosuwowych o zapłonie samoczynnym wyposażonych w dowolną komorę spalania, w której sekcja tłocząca składa się z dwóch tłoczków wysokociśnieniowego i niskociśnieniowego o zróżnicowanych średnicach połączonych na stałe tłoczkiem. Wzdłuz osi tłoczka o mniejszej średnicy (wysokociśnieniowego) usytuowany jest kanał IV połączony z jednej strony poprzez

170 382 zawór zwrotny ze sprężyną z otworem rozpylającym, a z drugiej strony z kanałami V. Tłoczek o większej średnicy (niskociśnieniowy) ma na całej długości co najmniej jeden kanał I, a po obwodzie zjednej strony rowek. Pompa wtryskowa ułatwia wprowadzenie do paliwa dodatkowej energii, w postaci energii potencjalnej i wykorzystanie jej jako dodatkowy czynnik wspomagający istniejący mechanizm rozpadu strugi.

Nośnikiem energii potencjalnej jest gaz rozpuszczony równomiernie w całej objętości wtryskiwanego paliwa. Gaz doprowadzany jest do przestrzeni roboczej pompy wtryskowej przed fazą tłoczenia paliwa. W czasie tłoczenia gaz i paliwo sprężane są do ciśnienia jakie panuje w czasie wtrysku. Zatem praca sprężania zamieniana jest na energię potencjalną. Ponieważ w całej objętości układu wtryskowego panuje wysokie ciśnienie, energia potencjalna pozostaje uwięziona w gazie rozpuszczonym w paliwie. Uwolnienie energii następuj e dopiero poza rozpylaczem. W komorze spalania silnika panuje zdecydowanie niższe ciśnienie niż w przewodzie wysokiego ciśnienia i paliwo wypływa z otworków rozpylacza z bardzo dużą prędkością. Po wypłynięciu z rozpylacza w każdej elementarnej cząstce paliwa następuje gwałtowny spadek ciśnienia. Spadek ten pozwala na równie gwałtowne uwolnienie się energii potencjalnej, zgromadzonej w gazie. Energia ta przejęta zostaje przez otoczenie, a więc również przez cząsteczki paliwa otaczające cząsteczki rozprężającego się gazu. Proces rozpręzania gazu ma charakter eksplozyjny. Jeżeli cząsteczka gazu znajdować się będzie w kropli paliwa, to jej eksplozja spowoduje rozerwanie kropli.

Pompa wtryskowa umożliwiająca wprowadzenie energii potencjalnej do strugi wtryskiwanego paliwa posiada dwie sekcje tłoczące: niskociśnieniową i wysokociśnieniową. Sekcje te tworzy para precyzyjna składająca się z dwuczęściowego cylinderka i dwuczęściowego tłoczka, połączonych w jedną całość, różniących się średnicą. Część o średnicy mniejszej stanowi sekcję wysokociśnieniową, natomiast część o średnicy większej - sekcję niskociśnieniową. Część wysokociśnieniowa połączona jest, identycznie jak w przypadku układu konwencjonalnego, poprzez zawór zwrotny z przewodem wysokiego ciśnienia. Do części wysokociśnieniowej doprowadzany jest gaz. Na wejściu do cylinderka znajduje się zawór jednokierunkowy, umożliwiający doprowadzenie gazu do części wysokociśnieniowej sekcji w czasie ruchu rozprężającego tłoczka. Przy ruchu powrotnym zawór zamyka się i część wysokociśnieniowa działa jak konwencjonalna sekcja tłocząca, tzn. w początkowej fazie tłoczenia następuje sprężanie medium znajdującego się nad tłoczkiem, następnie uniesienie zaworka zwrotnego i tłoczenie do przewodu wysokiego ciśnienia. Cylinderki obu sekcji połączone są ze sobą kanałem wykonanym w osi tłoczka, zamkniętym otworem rozpylającym. W kanale tym umieszczony jest zawór jednokierunkowy umożliwiający przepływ paliwa z części niskociśnieniowej do części wysokociśnieniowej i uniemożliwiający przepływ w kierunku odwrotnym. Grzybek zaworu dociskany jest do gniazda sprężyną ustalającą ciśnienie otwarcia zaworu. Otwór rozpylający ma za zadanie wstępne rozpylenie porcji paliwa przetłoczonej z części niskociśnieniowej sekcji do części wysokociśnieniowej. Długość trzonka tłoczącego tłoczka jest tak dobrana, że tłoczek części niskociśnieniowej pod koniec ruchu zasysania wysuwa się z cylinderka. Dzięki temu komora niskociśnieniowa łączy się z przestrzenią wypełnioną paliwem. Na tłoczku części niskociśnieniowej, w odpowiedniej odległości od jego górnej krawędzi, wykonano podtoczenie tworzące rowek. Wzdłuż tłoczka części niskociśnieniowej wykonano co najmniej jeden kanał łączący sekcję niskociśnieniową pompy z tym rowkiem. Na tłoczku części niskociśnieniowej, na wysokości rowka, znajduje się tuleja, przesuwająca się wzdłuż tłoczka i przesłaniająca lub odsłaniająca wspomniany rowek. Jej położenie ustalane jest przez mechanizm zewnętrzny: dźwignię podania paliwa i regulatora prędkości obrotowej, ustalający wartość wtryskiwanej dawki paliwa.

Pompa wtryskowa według wynalazku różni się od pomp konwencjonalnych ii

7eVr wm /-d tiohim ζΊ ζτΗo+knunti αηονπιι npliwc—aianAi nrdrtAO γλομ;

VY|J1 v vVciW.ZuVl.LLVIII KJ.L7 OllUgl pUllłłU UUUUUVUV»VJ Ι^χνννο zastosowaniajest bardzo zbliżony do zakresu stosowania konwencjonalnych pomp wtryskowych o działaniu wyporowym. Są to wszystkie silniki wysokoprężne. Do kumulowania energii potencjalnej można użyć dowolnego gazu, nieaktywnego chemicznie, korzystnie dwutlenku węgla.

170 382

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładzie realizacji pokazanym na rysunku, na którym fig. 1 uwidacznia przekrój pompy wtryskowej w fazie tłoczenia, natomiast fig. 2 - przekrój szczegółu pokazanego na fig. 1. W korpusie 1 pompy usytuowany jest cylinderek 2, w którym umieszczony jest tłoczek 3 z dwoma częściami: wysokociśnieniowy tłoczek 4 i niskociśnieniowy tłoczek 5 różniącymi się średnicami, gdzie wysokociśnieniowy tłoczek 4 ma średnicą mniejszą, a niskociśnieniowy tłoczek 5 - większą, połączonymi ze sobą trzonem 6. W niskociśnieniowym tłoczku 5 wykonany jest rowek 7 połączony kanałem I 8 z komorą niskociśnieniowego tłoczka 5 pompy. Na tłoczku 3 umieszczona jest tuleja 9 z przytwierdzonymi do niej na stałe trzpieniami 10. Trzpienie 10 połączone są mechanizmem umożliwiającym przemieszczenie tulei 9 wzdłuz tłoczka 3. Tłoczek 3 w dolnej części prowadzony jest w osłonie 11 pompy przytwierdzonej do korpusu 1. Osłona 11 ma otwór 12, przez który następuje zasilanie pompy w paliwo. W korpusie 1 wykonany jest kanał Π 13, w którym znajduje się jednokierunkowy zawór 14, dociskany sprężyną 15, która opiera się o śrubę 16. Kanał II 13 łączy przestrzeń wysokociśnieniową nad wysokociśnieniowym tłoczkiem 4 z przestrzenią, w której usytuowany jest zawór zwrotny 14 odcinający dopływ gazu i poprzez kanał III 25 z przewodem wysokiego ciśnienia. W wysokociśnieniowym tłoczku 4 wzdłuz osi wykonany jest kanał IV 18 z jednej strony połączony z kanałami V 19, a z drugiej z zaworem 20 ze sprężyną 21 umieszczoną we wnętrzu tłoczka 3 i otworem 22.

W pierwszej fazie tłoczenia część 5 tłoczka 3 wysunięta jest z cylinderka 2, a tuleja 9 znajduje się na wysokości rowka 7. W przestrzeni nad wysokociśnieniowym tłoczkiem 4 zawory 14 i 20 są zamknięte i następuje sprężanie znajdującego się tam medium. Jest to gaz i paliwo pozostałe w tej przestrzeni po poprzednim cyklu. Po wykonaniu pewnego przemieszczenia część niskociśnieniowego tłoczka 5 wchodzi w cylinderek 2. Tuleja 9 w dalszym ciągu przesłania rowek 7, przez co kanał I 8 jest zamknięty. Tym samym zamknięta jest przestrzeń między wysokociśnieniowym tłoczkiem 4 i niskociśnieniowym tłoczkiem 5. Że względu na różnicę średnic przy dalszym ruchu tłoczka 3, następuje wzrost ciśnienia w tej przestrzeni i po uniesieniu zaworu 20 przetłaczanie paliwa kanałami V 19, kanałem IV 18 i otworem rozpylającym 22 do przestrzeni nad wysokociśnieniowym tłoczkiem 4. Przetłaczanie paliwa przez otwór rozpylający 22 powoduje jego wstępne rozpylenie. Dzięki temu zwiększa się powierzchnia styku paliwa z gazem, ułatwiając proces rozpuszczania gazu wpaliwie. Ze względu na obecność gazu, ciśnienie w wysokociśnieniowej przestrzeni jest znacznie niższe od ciśnienia w przestrzeni nad niskociśnieniowym tłoczkiem 5. Przetłaczanie paliwa trwa do momentu, gdy krawędź 23 niskociśnieniowego tłoczka 5 minie krawędź 24 tulei 9 i rowek 7 połączony zostanie z przestrzenią w osłonie 11 pompy. Przy dalszym ruchu tłoczka 3 zawór 20 zamyka się pod wpływem działania ciśnienia nad wysokociśnieniowym tłoczkiem 4 i sprężyny 21.

Paliwo z przestrzeni niskociśnieniowej odsłoniętym kanałem I 8, przetłaczane jest do przestrzeni w osłonie 11. W przestrzeni wysokociśnieniowej, nad wysokociśnieniowym tłoczkiem 4, w tym czasie, trwa sprężanie. Przy właściwym doborze skoku tłoczka 3 po wykonaniu dostatecznego przemieszczenia, ciśnienia nad wysokociśnieniowym tłoczkiem 4 wzroście do takiego poziomu, ze nastąpi otwarcie iglicy wtryskiwacza i wtrysk paliwa do komory spalania silnika. Przy ruchu powrotnym tłoczka 3, jest to suw zasysania, nad wysokociśnieniowym tłoczkiem 4 powstaje podciśnienie, pod wpływem której zawór 14 otwiera się i do cylinderka zasysany jest gaz, doprowadzany kanałem VI 17. Po skończeniu ssania zawór 14 zamyka się pod działaniem sprężyny 15 i w przestrzeni wysokociśnieniowej pompy przebiega opisany proces.

170 382

Szczegół A

fig. 2

170 382

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Pompa wtryskowa przeznaczona do silników dwu lub czterosuwowych o zapłonie samoczynnym wyposażonych w dowolną komorę spalania, do której doprowadza się paliwo z rozpuszczonym w nim gazem, znamienna tym, ze sekcja tłocząca składa się z wysokociśnieniowego tłoczka (4) i niskociśnieniowego tłoczka (5) o zróżnicowanych średnicach, połączonych na stałe tłoczkiem (3).
2. 2. Pompa wtryskowa według zastrz. 1, znamienna tym, że wzdłuż osi w wysokociśnieniowym tłoczku (4) usytuowany jest kanał IV (18) połączony z jednej strony poprzez zawór zwrotny (20) ze sp:r<^;^2^iną(21) z otworem rozpylającym (22), a z drugiej strony z kanałami V (19).
3. 3. Pompa wtryskowa według zastrz. 1, znamienna tym, ze niskociśnieniowy tłoczek (5) na całej długości ma co najmniej jeden kanał I (8), a po obwodzie z jednej strony rowek (7).

   * * *