RU2156891C1

RU2156891C1 - Electric-pulse operated injector unit

Info

Publication number: RU2156891C1
Application number: RU99107500/06A
Authority: RU
Inventors: Г.Л. Козлов; П.А. Регель; А.В. Леошко
Original assignee: Козлов Георгий Леонидович
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2000-09-27
Also published as: WO2000060242A1; AU3848200A

Abstract

FIELD: mechanical engineering and other industries; pumping and spraying various liquids. SUBSTANCE: injector unit has nozzle and working chamber with annular drilling on its inner surface provided with tangential ducts for injecting working fluid. Chamber incorporates parabolic reflector with axial bypass channel communicating with supply main. Installed in bypass channel is electromagnetic valve whose working element is needle. Working chamber cavity crossing reflector focus accommodates electrodes connected to power supply whose control circuit is connected through electronic delay unit to electromagnetic valve. Injector unit provides for controlling high-pressure fuel injection dispensing with precision pairs. EFFECT: provision for injecting any liquid hydrocarbon fuel including that with suspended particles. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области насосостроения, касается электроимпульсных насосов и может найти применение в различных отраслях техники как средство для перекачки и распыления жидкостей. В частности, изобретение может найти применение при подаче топлива в двигатель внутреннего сгорания. The invention relates to the field of pump engineering, relates to electric pulse pumps and can find application in various fields of technology as a means for pumping and spraying liquids. In particular, the invention may find application in the supply of fuel to an internal combustion engine.

Известно устройство для подачи и распыления топлива в двигатели внутреннего сгорания [Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект. - М.: Машгиз 1955 г., стр. 39]. В цилиндрическом корпусе устройства расположены встречно направленные электроды, общая ось которых совпадает с осью корпуса. Выходной и входной штуцеры закреплены на корпусе радиально, на выходной штуцер надет распылитель. При подаче напряжения на электроды возникающий искровой разряд вызывает электрогидравлический удар. Ударная волна резко повышает давление жидкости, что приводит к ее выбросу через распылитель. Следствием того, что в устройстве не предусмотрены средства, организующие ориентацию фронта распространения ударной волны, оно является не эффективным. A device for feeding and spraying fuel into internal combustion engines [Yutkin L.A. Electro-hydraulic effect. - M .: Mashgiz 1955, p. 39]. Opposite electrodes are located in the cylindrical body of the device, the common axis of which coincides with the axis of the body. The outlet and inlet fittings are mounted radially on the body, and a spray gun is mounted on the outlet fitting. When voltage is applied to the electrodes, the resulting spark discharge causes an electro-hydraulic shock. The shock wave dramatically increases the pressure of the liquid, which leads to its ejection through the atomizer. Due to the fact that the device does not provide means for organizing the orientation of the shock wave propagation front, it is not effective.

Известен электрогидравлический насос [АС СССР 775408, МКИ F 04 F 1/16, опубл. 30.10.80] , предназначенный для перекачки жидкости и выброса ее из сопла под большим давлением, насос включает выполненную в корпусе рабочую камеру, снабженную всасывающим клапаном и параболическим отражателем, в полости которого перпендикулярно оси насоса размещены электроды электроразрядника. В корпусе устройства дополнительно выполнен газоотводный канал, выведенный в верхнюю часть рабочей камеры и снабженный нормально закрытым обратным клапаном, кинематически связанным с всасывавшим клапаном. Быстродействие и повышение производительности насоса обеспечиваются за счет удаления несконденсировавшихся паров перекачиваемой жидкости на каждом такте всасывания через газоотводный канал с обратным клапаном. Это же повышает степень заполнения рабочей камеры перекачиваемой жидкостью и снижает вероятность попадания газовых пузырей в зону электроразряда. Однако ввиду того, что клапанный механизм находится внутри корпуса и подвергается воздействию гидравлического удара, то такие повышенные нагрузки выводят клапанный механизм из строя. Known electro-hydraulic pump [AS USSR 775408, MKI F 04 F 1/16, publ. 30.10.80], designed to pump liquid and eject it from the nozzle under high pressure, the pump includes a working chamber made in the housing, equipped with a suction valve and a parabolic reflector, in the cavity of which electrodischarge electrodes are placed perpendicular to the pump axis. An exhaust channel is additionally made in the device casing, which is led out to the upper part of the working chamber and is equipped with a normally closed non-return valve kinematically connected to the suction valve. The speed and productivity of the pump are ensured by removing non-condensing vapors of the pumped liquid at each suction stroke through a gas outlet channel with a check valve. This also increases the degree of filling of the working chamber with pumped liquid and reduces the likelihood of gas bubbles entering the electric discharge zone. However, due to the fact that the valve mechanism is located inside the body and is exposed to water hammer, such increased loads disable the valve mechanism.

В качестве прототипа выбран электроимпульсный насос [АС СССР 781399, МКИ F 04 F 1/16, опубл. 23.11.80]. Насос содержит сопло, соединенное с рабочей камерой, в которой имеется параболический отражатель и электроды, соединенные с источником питания, установленные в плоскости, проходящей через фокус отражателя. Подводы рабочей жидкости выполнены в виде тангенциальных каналов, расположенных в зоне цилиндрической проточки, имеющейся на внутренней поверхности рабочей камеры. На выходе из сопла устройства установлен датчик давления. Конструктивное выполнение узла подвода жидкости препятствует выбросу жидкости из рабочей камеры в момент гидравлического удара, что позволяет отказаться от клапанов и повышает надежность конструкции. Датчик давления обеспечивает цикличность работы насоса, т.к. по его сигналу в момент прекращения истечения жидкости из сопла подается новый импульс напряжения на электроды и процесс выброса жидкости повторяется. An electropulse pump was chosen as a prototype [AS USSR 781399, MKI F 04 F 1/16, publ. 11.23.80]. The pump contains a nozzle connected to the working chamber, in which there is a parabolic reflector and electrodes connected to a power source, mounted in a plane passing through the focus of the reflector. The supply of working fluid is made in the form of tangential channels located in the area of the cylindrical grooves on the inner surface of the working chamber. At the outlet of the nozzle of the device, a pressure sensor is installed. The structural design of the fluid supply unit prevents the ejection of fluid from the working chamber at the time of the hydraulic shock, which eliminates the need for valves and increases the reliability of the structure. The pressure sensor provides cyclic operation of the pump, as according to his signal, at the moment of termination of the outflow of fluid from the nozzle, a new voltage pulse is applied to the electrodes and the process of ejecting the fluid is repeated.

Однако в прототипе сложно осуществлять регулирования объема подачи жидкости за цикл в широких пределах, т.к. это регулирование может осуществляться только путем изменения параметров электрического разряда, что может привести к срыву процесса. However, in the prototype it is difficult to regulate the volume of fluid supply per cycle over a wide range, because this regulation can be carried out only by changing the parameters of the electric discharge, which can lead to disruption of the process.

Техническая задача, поставленная в основу изобретения, - обеспечение регулирования объема подаваемой насосом жидкости за один электрический разряд при неизменных параметрах разряда. The technical problem, which is the basis of the invention, is the provision of regulation of the volume of fluid supplied by the pump for one electric discharge with constant discharge parameters.

Поставленная задача решается тем, что в электроимпульсном насосе-форсунке, включающем сопло, соединенное с рабочей камерой, на внутренней поверхности стенки которой имеется цилиндрическая проточка, в зоне которой выполнены тангенциальные каналы подачи рабочей жидкости, соединяемые с подводящей магистралью, и установленные в камере параболический отражатель и электроды, оси которых находятся в плоскости, проходящей через фокус отражателя, согласно изобретению в центральной части отражателя дополнительно выполнен осевой отводной канал, соединяемый с подводящей магистралью и снабженный устройством изменения его проходного сечения, которое выполнено в виде, обеспечивающем его быстродействие, соизмеримое с периодом электрического разряда. В качестве такого устройства могут быть использованы различные конструкции, удовлетворяющие указанным требованиям, которые изменяют проходное сечение канала от минимального, не равного нулю значения, до максимального, т. е. устройство не должно перекрывать проходное сечение канала. Целесообразно выполнение устройства изменения проходного сечения отводного канала в виде электромагнитного клапана с рабочим органом в форме иглы, установленной соосно отводному каналу. The problem is solved in that in an electric impulse pump nozzle, including a nozzle connected to the working chamber, on the inner surface of the wall of which there is a cylindrical groove, in the area of which there are tangential channels for supplying the working fluid connected to the supply line and a parabolic reflector installed in the chamber and electrodes, the axes of which are in the plane passing through the focus of the reflector, according to the invention, in the central part of the reflector an axial outlet channel is additionally made l, connectable to a supply line and provided with a device changes its flow cross section, which is configured as providing its speed commensurate with the period of the electrical discharge. As such a device, various designs can be used that satisfy the specified requirements, which change the channel cross-section from a minimum, non-zero value, to a maximum, i.e., the device should not overlap the channel cross-section. It is advisable to implement a device for changing the bore of the outlet channel in the form of an electromagnetic valve with a working body in the form of a needle mounted coaxially with the outlet channel.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлен осевой разрез устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows an axial section of the device.

Электроимпульсный насос-форсунка включает сопло 1 и соединенную с ним в единое целое рабочую камеру 2. На внутренней поверхности стенки рабочей камеры 2 выполнена кольцевая проточка 3 с тангенциальными каналами 4 подачи рабочей жидкости, соединенными с первым штуцером 5 подводящей магистрали. В камере 2 имеется параболический отражатель 6 с осевым отводным каналом 7, который соединен со вторым штуцером 8 подводящей магистрали. В осевом отводном канале 7 установлен электромагнитный клапан 9 с рабочим органом - иглой 10, соосной осевому отводному каналу. The electric impulse pump nozzle includes a nozzle 1 and a working chamber 2 connected to it in a single unit 2. An annular groove 3 is made on the inner surface of the wall of the working chamber 2 with tangential channels 4 for supplying the working fluid connected to the first fitting 5 of the supply line. In the chamber 2 there is a parabolic reflector 6 with an axial outlet channel 7, which is connected to the second fitting 8 of the supply line. In the axial outlet channel 7, an electromagnetic valve 9 is installed with a working body - a needle 10, coaxial to the axial outlet channel.

В плоскости, проходящей через фокус отражателя 6, находятся встречно ориентированные электроды 11, подсоединенные к источнику питания (не показан). Управляющая цепь 12 источника питания через электронный блок задержки 13 соединена с электромагнитным клапаном. In a plane passing through the focus of the reflector 6, there are counter-oriented electrodes 11 connected to a power source (not shown). The control circuit 12 of the power source through an electronic delay unit 13 is connected to an electromagnetic valve.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии игла 10 находится в положении, при котором проходное сечение отводного канала 7 является минимальным. Путем нагнетания рабочей жидкости через первый штуцер 5 подводящей магистрали происходит заполнение рабочей камеры 2. При подаче напряжения на электроды 11 между ними происходит электрический разряд, вызывающий электрогидравлический удар. Ударная волна фокусируется отражателем 6, который направляет волну в сторону сопла. В этот момент через блок задержки 13 подается сигнал на клапан 9 и игла 10 осуществляет движение, увеличивая проходное сечение отводного канала 7. Под воздействием ударной волны перекачиваемая жидкость выбрасывается из сопла. При этом одновременно часть жидкости из камеры 2 поступает под давлением в отводной канал 7 и далее по второму штуцеру 8 в подводящую магистраль. Таким образом, отводной канал позволяет часть жидкости, находящейся в камере, отводить обратно в подводящую магистраль и тем самым уменьшать количество жидкости, выбрасываемой через сопло. Изменение проходного сечения отводного канала за счет изменения момента начала движения иглы (что осуществляется при помощи электронного блока задержки 13) обеспечивает возможность регулирования количества жидкости, сбрасываемой обратно в подводящую магистраль. Это позволяет изменять количество выбрасываемой из сопла жидкости за один электрический разряд при неизменных параметрах разряда. In the initial state, the needle 10 is in a position in which the passage section of the outlet channel 7 is minimal. By pumping the working fluid through the first fitting 5 of the supply line, the working chamber 2 is filled. When voltage is applied to the electrodes 11, an electric discharge occurs between them, causing an electro-hydraulic shock. The shock wave is focused by a reflector 6, which directs the wave toward the nozzle. At this moment, a signal is sent to the valve 9 through the delay unit 13 and the needle 10 carries out movement, increasing the passage section of the outlet channel 7. Under the influence of the shock wave, the pumped liquid is ejected from the nozzle. In this case, at the same time, part of the liquid from the chamber 2 enters under pressure into the outlet channel 7 and then through the second fitting 8 to the supply line. Thus, the outlet channel allows part of the liquid in the chamber to be diverted back to the supply line and thereby reduce the amount of liquid ejected through the nozzle. Changing the bore of the outlet channel by changing the moment the needle begins to move (which is done using the electronic delay unit 13) provides the ability to control the amount of fluid discharged back into the supply line. This allows you to change the amount of liquid ejected from the nozzle during one electric discharge with constant discharge parameters.

При прекращении разряда между электродами 11 на электромагнитный клапан 9 также прекращается подача напряжения и игла 10 возвращается в исходное положение, затем цикл повторяется. When the discharge between the electrodes 11 is stopped, the voltage supply to the electromagnetic valve 9 also stops and the needle 10 returns to its original position, then the cycle repeats.

В процессе работы электроимпульсного насоса-форсунки тангенциальные каналы препятствуют выбросу жидкости из камеры 2 через первый штуцер 5 в подводящую магистраль в момент гидравлического удара. During operation of the electric pulse pump nozzle, the tangential channels prevent the ejection of liquid from the chamber 2 through the first fitting 5 into the supply line at the time of the hydraulic shock.

Регулирование объема подачи жидкости за один разряд позволяет применять насос-форсунку для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, сверхвысокое давление впрыска и отсутствие прецензионных пар позволяют подавать в двигатель любое жидкое углеводородное топливо, в том числе со взвешенными частицами. Regulation of the volume of fluid supply in one discharge allows the use of a pump nozzle for supplying fuel to an internal combustion engine, ultra-high injection pressure and the absence of precision pairs allow any liquid hydrocarbon fuel to be supplied to the engine, including with suspended particles.

Claims

1. Electropulse pump nozzle, comprising a nozzle connected to the working chamber, on the inner surface of the chamber wall there is a cylindrical groove, in the area of which there are tangential channels for supplying working fluid connected to the supply line, and a parabolic reflector and electrodes installed in the chamber, whose axes are are located in a plane passing through the focus of the reflector, characterized in that in the central part of the reflector an axial outlet channel is additionally made, connected to the supply line and equipped with a device for changing its flow area, which is made in a form that ensures its speed, commensurate with the period of the electric discharge.

2. Electropulse pump nozzle according to claim 1, characterized in that the device for changing the orifice of the outlet channel is made in the form of an electromagnetic valve with a working body in the form of a needle mounted coaxially with the outlet channel.