RU100144U1

RU100144U1 - PUMP NOZZLE

Info

Publication number: RU100144U1
Application number: RU2010127698/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Гаваза; Лев Николаевич Шарыгин
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2010-12-10

Abstract

Насос-форсунка, содержащая полый курс с топливоподводящим каналом и соплом с запорным элементом, установленный в корпусе электрод, изолированный от корпуса втулкой из электроизоляционного материала с образованием испарительной камеры, размещенной со стороны сопла, затвор, сообщающий испарительную камеру с каналом подвода топлива, отличающаяся тем, что она снабжена кольцевой соосной электрической катушкой, которая размещена в неподвижной втулке из электроизоляционного материала, при этом запорный элемент выполнен в виде консольного стержня из магнитострикционного материала с наконечником на одном конце со стороны сопла, размещен с зазором внутри электрода и жестко связан с последним вторым концом, электрод снабжен игольчатыми элементами, которые установлены радиально в испарительной камере, а полый корпус выполнен с коническими кольцевыми выступами по внутренней поверхности испарительной камеры, которые расположены в плоскостях игольчатых элементов электрода с образованием разрядных промежутков. A nozzle pump containing a hollow course with a fuel supply channel and a nozzle with a shut-off element, an electrode installed in the housing, insulated from the housing by a sleeve of electrical insulating material with the formation of an evaporation chamber located on the nozzle side, a shutter communicating with the vaporization chamber with a fuel supply channel, characterized in that it is equipped with a coaxial annular electric coil, which is placed in a fixed sleeve of electrical insulating material, while the locking element is made in the form of a cantilever a rod of magnetostrictive material with a tip at one end from the nozzle side, placed with a gap inside the electrode and rigidly connected to the last second end, the electrode is equipped with needle elements that are installed radially in the evaporation chamber, and the hollow body is made with conical ring protrusions on the inner surface of the evaporative chambers that are located in the planes of the needle elements of the electrode with the formation of discharge gaps.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре дизелей с электрическим управлением.The invention relates to engine building, in particular to fuel equipment of diesel engines with electric control.

Электрофикация топливной аппаратуры идет по разным направлениям - электрическое управление входной магистралью форсунки [2], применение пьезоэлементов в форсунке [3], создание высокого давления в насос-форсунке путем электрического разряда [5, 6, 7]. Важно для снижения уровня шума двигателя и снижения токсичности отработавших газов обеспечить ступенчатое впрыскивание топлива [1, 4].The electrification of fuel equipment goes in different directions - electrical control of the nozzle inlet line [2], the use of piezoelectric elements in the nozzle [3], the creation of high pressure in the pump nozzle by electric discharge [5, 6, 7]. It is important to provide step-by-step fuel injection to reduce engine noise and reduce exhaust toxicity [1, 4].

Известна насос-форсунка [6], содержащая полый корпус с топливоподводящим каналом и соплом, соосно установленный в корпусе трубчатый электрод, изолированный от корпуса втулкой из электроизолированного материала и жестко связанный с последней с образованием испарительной камеры, размещенной со стороны сопла, затвор, сообщающий испарительную камеру с топливоподводящим каналом, и кольцеобразный разрядный теплообменник, установленный в испарительной камере, в центральном отверстии которого размещен с радиальным зазором нижний конец трубчатого электрода. Форсунка снабжена дополнительным электродом, проходящим внутри трубчатого электрода и изолированным от последнего. Сопло выполнено центрально. Нижний конец дополнительного электрода размещен с кольцевым зазором в сопле.A known pump nozzle [6], comprising a hollow body with a fuel supply channel and a nozzle, a tubular electrode coaxially mounted in the body, insulated from the body by a sleeve of electrically insulated material and rigidly connected to the latter with the formation of an evaporation chamber located on the nozzle side, a shutter communicating with an evaporative a chamber with a fuel supply channel, and an annular discharge heat exchanger installed in the evaporation chamber, in the central opening of which the lower end of the pipes is placed with a radial clearance atogo electrode. The nozzle is equipped with an additional electrode passing inside the tubular electrode and isolated from the latter. The nozzle is made centrally. The lower end of the additional electrode is placed with an annular gap in the nozzle.

Такое исполнение электроразрядного промежутка предполагает очень высокое напряжение управляющего электрического импульса. Кроме того, имеет место неопределенность положения плазменных каналов разряда по объему испарительной камеры, что создает нестабильность величины цикловой подачи топлива. Незапираемое сопло не позволяет организовать подвпрыск (дробление впрыска).This embodiment of the electric discharge gap involves a very high voltage control electric pulse. In addition, there is an uncertainty in the position of the plasma discharge channels over the volume of the evaporation chamber, which creates instability of the magnitude of the cyclic fuel supply. A non-locking nozzle does not allow sub-injection (crushing injection).

Известна насос-форсунка [5], в которой по отношению к предыдущей увеличено количество управляющих электродов, при этом сопловые отверстия остаются открытыми, т.е. не запираемыми. Поэтому этой конструкции сопутствуют те же недостатки, что и предыдущей.A pump nozzle is known [5], in which the number of control electrodes is increased relative to the previous one, while the nozzle openings remain open, i.e. not lockable. Therefore, this design is accompanied by the same disadvantages as the previous one.

Прототипом является насос-форсунка [7], содержащая полый корпус с топливоподводящим каналом и соплом, установленный в корпусе электрод, изолированный от корпуса втулкой из электроизоляционного материала, жестко связанной с последним с образованием испарительной камеры, размещенной со стороны сопла и надвтулочной полости. Нижний конец электрода размещен в испарительной камере, а верхней - в надвтулочной полости. Имеется кольцеобразный разрядный теплообменник из пористого керамического материала с электропроводными включениями. Втулка из электроизоляционного материала с электродом установлена в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Нижний конец электрода снабжен запорным элементом, а верхний - соединен с возвратной пружиной. Имеется затвор сообщающий испарительную камеру с каналом подвода топлива.The prototype is a pump nozzle [7], containing a hollow housing with a fuel supply channel and a nozzle, an electrode installed in the housing, isolated from the housing by a sleeve of electrical insulation material, rigidly connected to the latter with the formation of an evaporation chamber located on the side of the nozzle and the supra-sleeve cavity. The lower end of the electrode is placed in the evaporation chamber, and the upper end is in the supra-muzzle cavity. There is an annular discharge heat exchanger made of porous ceramic material with electrically conductive inclusions. A sleeve of insulating material with an electrode is installed in the housing with the possibility of reciprocating movement. The lower end of the electrode is equipped with a locking element, and the upper end is connected to the return spring. There is a shutter communicating the evaporation chamber with a fuel supply channel.

Этому устройству свойственны те же недостатки, что и аналогам. Разрядный теплообменник по причине случайного распределения электропроводных включений создает неопределенность пространственного положения в испарительной камере плазменных каналов разряда. По этой причине возникает нестабильность величины цикловой подачи топлива.This device has the same disadvantages as its counterparts. The discharge heat exchanger due to the random distribution of electrically conductive inclusions creates an uncertainty of the spatial position in the evaporation chamber of the plasma discharge channels. For this reason, instability of the cyclic fuel supply occurs.

Запорный элемент совмещен с электродом (и втулкой), т.е. со сравнительно большой массой. Наличие большой перемещающейся на впрыске массы снижает быстродействие. Этот эффект усиливается за счет возвратной пружины. Указанные явления не позволяют реализовать подвпрыск или дробление впрыска.The locking element is aligned with the electrode (and sleeve), i.e. with a relatively large mass. The presence of a large mass moving at the injection reduces the speed. This effect is enhanced by the return spring. These phenomena do not allow the injection or crushing of the injection.

Целью изобретения является обеспечение режима подвпрыска, стабилизации величины цикловой подачи топлива и снижения электрического импульсного напряжения управления насос-форсункой.The aim of the invention is to provide injection mode, stabilize the magnitude of the cyclic fuel supply and reduce the electrical pulse voltage control of the pump injector.

Указанная цель достигается тем, что насос-форсунка, содержащая полый корпус с топливоподводящим каналом и соплом с запорным элементом, установленный в корпусе электрод, изолированный от корпуса втулкой из электроизоляционного материала с образованием испарительной камеры, размещенный со стороны сопла, затвор, сообщающий испарительную камеру с каналом подвода топлива, снабжена кольцевой электрической катушкой, которая размещена во втулке, при этом запорный элемент выполнен в виде консольного стержня из магнитострикционного материала с наконечником на одном конце со стороны сопла, размещен с зазором внутри электрода и жестко связан с последним вторым концом, электрод снабжен игольчатыми элементами, которые установлены радиально в испарительной камере, а полый корпус выполнен с коническими кольцевыми выступами по внутренней поверхности испарительной камеры, которые расположены в плоскостях игольчатых элементов электрода с образованием разрядных промежутков.This goal is achieved by the fact that the pump nozzle, comprising a hollow body with a fuel supply channel and a nozzle with a locking element, an electrode installed in the body, isolated from the body by a sleeve of electrical insulation material with the formation of an evaporation chamber, located on the nozzle side, a shutter communicating with the vaporization chamber with the fuel supply channel is equipped with an annular electric coil, which is placed in the sleeve, while the locking element is made in the form of a cantilever rod of magnetostrictive material with a tip at one end on the nozzle side, placed with a gap inside the electrode and rigidly connected to the last second end, the electrode is equipped with needle elements that are installed radially in the evaporation chamber, and the hollow body is made with conical ring protrusions along the inner surface of the evaporation chamber, which are located in the planes of the needle elements of the electrode with the formation of discharge gaps.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении разрядные промежутки локализованы, их количество распределено по объему испарительной камеры и равно количеству игольчатых элементов электрода. Малое сечение концов игольчатых элементов совместно с коническими выступами корпуса обеспечивает высокую напряженность электрического поля в разрядных промежутках, что позволяет снизить амплитуду электрического импульса для обеспечения развития разряда. Фиксация пространственного положения разрядных промежутков по объему испарительной камеры стабилизирует энергию подводимую к топливу в испарительной камере, чем достигается постоянство цикловой подачи при заданной энергии управляющего электрического импульса на электроде.Thus, in the proposed technical solution, the discharge gaps are localized, their number is distributed over the volume of the evaporation chamber and is equal to the number of needle elements of the electrode. The small cross section of the ends of the needle elements together with the conical protrusions of the housing provides a high electric field strength in the discharge gaps, which reduces the amplitude of the electric pulse to ensure the development of the discharge. Fixing the spatial position of the discharge gaps throughout the volume of the evaporation chamber stabilizes the energy supplied to the fuel in the evaporation chamber, thereby achieving a constant cyclic supply at a given energy of the control electric pulse on the electrode.

Запорный элемент в виде консольного стержня из магнитострикционного материала изменяет свою длину под действием магнитного поля электрической катушки относительно защемленного конца т.е. весь стержень не перемещается. Это дает малую постоянную времени переходного процесса, следовательно, высокое быстродействие процесса управления соплом.The locking element in the form of a cantilever rod of magnetostrictive material changes its length under the action of the magnetic field of the electric coil relative to the clamped end i.e. the entire rod does not move. This gives a small time constant of the transient process, therefore, a high speed operation of the nozzle control process.

На фиг. изображена конструктивная схема предлагаемой насос-форсунки.In FIG. shows a structural diagram of the proposed pump nozzle.

Основу насос-форсунки составляет полый корпус 1 преимущественно цилиндрической формы. Соосно с корпусом по его внутренней поверхности закреплена втулка 2 из электроизоляционного материала. Одним из вариантов закрепления этой втулки является резьбовое соединение с применением контргайки 3. В нижней части корпуса имеется сопло в виде конической поверхности 4 и ряда сопловых отверстий 5. Внутренний объем корпуса между его нижней частью и втулкой образует испарительную камеру 6. В центральном отверстии втулки неподвижно, например за счет посадки с натягом, закреплен латунный электрод 7 с клеммником 8 для подключения генератора импульсов (принадлежит системе управления и на фиг. не показан). Та часть электрода, которая находится в испарительной камере, содержит группу радиально расположенных стальных игольчатых элементов 9. В плоскостях расположения игольчатых элементов на внутренней поверхности испарительной камеры (корпусной поверхности) выполнены кольцевые конические выступы 10. Таким образом, игольчатые элементы совместно с коническими выступами образуют разрядные промежутки.The basis of the pump nozzle is a hollow body 1 of predominantly cylindrical shape. Coaxially with the housing on its inner surface is fixed sleeve 2 of an insulating material. One of the options for securing this sleeve is a threaded connection using a lock nut 3. In the lower part of the body there is a nozzle in the form of a conical surface 4 and a number of nozzle holes 5. The internal volume of the body between its lower part and the sleeve forms an evaporation chamber 6. In the central hole of the sleeve , for example, due to an interference fit, a brass electrode 7 is fixed with a terminal block 8 for connecting a pulse generator (belongs to the control system and is not shown in Fig.). That part of the electrode, which is located in the evaporation chamber, contains a group of radially arranged steel needle elements 9. In the planes for the arrangement of needle elements on the inner surface of the evaporation chamber (housing surface), annular conical protrusions are made 10. Thus, the needle elements together with the conical protrusions form discharge intervals.

Имеется запорный элемент 11, состоящий из стержня 12 со стальным наконечником 13. Стержень выполнен из магнитострикционного материала, установлен соосно с зазором в средней части и закреплен верхним концом на электроде. Наконечник электрода имеет переднюю коническую поверхность такую же, как поверхность седла.There is a locking element 11, consisting of a rod 12 with a steel tip 13. The rod is made of magnetostrictive material, mounted coaxially with a gap in the middle part and is fixed with the upper end to the electrode. The tip of the electrode has a front conical surface the same as the surface of the saddle.

Для управления запорным элементом имеется электрическая катушка 14. Катушка намотана в соосной расточке втулки из электроизоляционного материала, ее выводы 15, 16 оформлены, в верхней части втулки.To control the locking element there is an electric coil 14. The coil is wound in a coaxial bore of the sleeve of electrical insulating material, its findings 15, 16 are decorated in the upper part of the sleeve.

Подача топлива в насос-форсунку из магистрали низкого давления двигателя осуществляется через канал 17, который имеет затвор, представленный на фиг. закрепленным на корпусе штуцером 18 с запорным шариком 19 и пружиной 20.The fuel is supplied to the pump injector from the low-pressure line of the engine through a channel 17, which has a shutter shown in FIG. fixed on the body fitting 18 with a locking ball 19 and a spring 20.

Работает насос-форсунка следующим образом. В исходном положении запорный элемент 11 перекрывает сопловые отверстия 5, т.е. конические поверхности седла 4 и наконечника 13 совмещены. Топливо из магистрали низкого давления двигателя (обычно около 2 МПа) преодолевая сопротивление пружины 20, смещает шарик 19 и по каналу 17 заполняет испарительную камеру 6.The pump nozzle operates as follows. In the initial position, the locking element 11 overlaps the nozzle holes 5, i.e. the conical surfaces of the saddle 4 and tip 13 are combined. Fuel from the low-pressure line of the engine (usually about 2 MPa), overcoming the resistance of the spring 20, displaces the ball 19 and fills the evaporation chamber 6 along the channel 17.

При классическом режиме топливоподачи возможны два варианта алгоритма управления: первый - подается импульс тока в катушку 14, ее магнитное поле укорачивает магнитострикционный стержень 12, наконечник 13 открывает сопловые отверстия 5, далее подается высоковольтный импульс (несколько киловольт) на электрод 7 через клеммник 8 (относительно корпуса 1), происходит электрический заряд между игольчатыми элементами 9 и кольцевыми выступами 10, развивающееся давление в испарительной камере 6 обеспечивает подачу топлива через сопловые отверстия 5. Величина цикловой подачи будет определяться параметрами высоковольтного импульса на электроде. При этом можно использовать несколько импульсов. Второй вариант алгоритма управления - сначала обеспечивается высоковольтный разряд, тем самым создается высокое давление в испарительной камере, затем подается импульс тока в катушку, чем обеспечивается открытие сопловых отверстий и впрыск топлива.In the classical fuel supply mode, two variants of the control algorithm are possible: the first - a current pulse is supplied to the coil 14, its magnetic field shortens the magnetostrictive rod 12, the tip 13 opens the nozzle holes 5, then a high-voltage pulse (several kilovolts) is supplied to the electrode 7 through the terminal block 8 (relatively case 1), an electric charge occurs between the needle elements 9 and the annular protrusions 10, the developing pressure in the evaporation chamber 6 provides fuel supply through the nozzle openings 5. The magnitude of the cyclic feed will be determined by the parameters of the high-voltage pulse on the electrode. In this case, several pulses can be used. The second version of the control algorithm - first, a high-voltage discharge is provided, thereby creating a high pressure in the evaporation chamber, then a current pulse is supplied to the coil, which ensures the opening of nozzle openings and fuel injection.

Если организуется режим топливоподачи с подвпрыском, то сначала подается высоковольтный разрядный импульс на электрод, который обеспечит высокое давление в испарительной камере. Затем первый импульс тока в катушку, причем энергия этого импульса должна быть такова, чтобы подъем наконечника был небольшим (реально около 0,06 мм). После окончания первого импульса катушки сопло закрывается, подвпрыск закончится. Далее на катушку подается импульс большой энергии, который обеспечивает подъем наконечника на большую величину (около 0,25 мм), происходит впрыск основной части цикловой подачи. Величина цикловой подачи определяется параметрами импульсов разряда и катушки.If a fuel supply mode with injection is organized, then a high-voltage discharge pulse is first applied to the electrode, which will provide high pressure in the evaporation chamber. Then the first pulse of current into the coil, and the energy of this pulse should be such that the tip rise is small (actually about 0.06 mm). After the end of the first pulse of the coil, the nozzle closes, the injection stops. Next, a large energy pulse is supplied to the coil, which provides a tip rise by a large amount (about 0.25 mm), the main part of the cyclic feed is injected. The magnitude of the cyclic feed is determined by the parameters of the pulses of the discharge and the coil.

Таким образом, предлагаемая насос-форсунка многофункциональна. Она позволяет организовать разные режимы топливоподачи, обеспечивает стабильность величины цикловой подачи, при сравнительно низкой амплитуде высоковольтного импульса. Конструкция насос-форсунки проста и технологична.Thus, the proposed pump nozzle is multifunctional. It allows you to organize different modes of fuel supply, provides stability of the magnitude of the cyclic feed, with a relatively low amplitude of the high voltage pulse. The design of the pump nozzle is simple and technological.

Список документов, цитированных в заявкеList of documents cited in the application

1. Современные подходы к созданию дизелей для легковых автомобилей малотоннажных грузовиков / А.Д.Блинов, П.А.Голубев, Ю.Е.Драган и др. Под. ред. B.C.Папонова и A.M.Минеева. - М.: НИЦ «Инженер», 2000.-332 с.1. Modern approaches to the creation of diesel engines for passenger cars of light-duty trucks / A.D. Blinov, P.A. Golubev, Yu.E. Dragan and others. Under. ed. B.C. Paponova and A.M. Mineeva. - M.: Research Center "Engineer", 2000.-332 p.

2. Инжектор. Патент США US №6908040 МПК F02D 1/06 от 21.06-2005.2. Injector. US patent US No. 6908040 IPC F02D 1/06 dated 06/21/2005.

3. Инжектор. Патент США US №4976245 МПК F02M 57/00 от 11.12-1990.3. Injector. US patent US No. 4976245 IPC F02M 57/00 from 11.12-1990.

4. Инжектор. Патент США US №4984738 МПК F02M 45/08, 57/02 от 15.01-1991.4. Injector. US patent US No. 4984738 IPC F02M 45/08, 57/02 from 15.01-1991.

5. Насос-форсунка. Патент России RU №2157913 МПК F02M 57/02 опубл. 20.10-2000.5. The pump nozzle. Patent of Russia RU №2157913 IPC F02M 57/02 publ. 10.20-2000.

6. Насос-форсунка. Авт. свид. СССР SU №1719704 МПК F02M 57/02 опубл. 15.03-1992, бюл. №10.6. The nozzle pump. Auth. testimonial. USSR SU No. 1719704 IPC F02M 57/02 publ. March 15-1992, bull. No. 10.

7. Насос-форсунка. Авт. свид. СССР SU №1550201 МПК F02M 57/06 опубл. 15.03-1990, бюл. №10 - прототип.7. The pump nozzle. Auth. testimonial. USSR SU №1550201 IPC F02M 57/06 publ. March 15-1990, bull. No. 10 is a prototype.

Claims

A nozzle pump containing a hollow course with a fuel supply channel and a nozzle with a shut-off element, an electrode installed in the housing, insulated from the housing by a sleeve of electrical insulation material to form an evaporation chamber located on the nozzle side, a shutter communicating with the vaporization chamber with a fuel supply channel, characterized in that it is equipped with an annular coaxial electric coil, which is placed in a fixed sleeve of electrical insulating material, while the locking element is made in the form of a cantilever a rod of magnetostrictive material with a tip at one end from the nozzle side, placed with a gap inside the electrode and rigidly connected to the last second end, the electrode is equipped with needle elements that are installed radially in the evaporation chamber, and the hollow body is made with conical ring protrusions on the inner surface of the evaporative chambers that are located in the planes of the needle elements of the electrode with the formation of discharge gaps.