RU2191285C2

RU2191285C2 - Valve-type nozzle

Info

Publication number: RU2191285C2
Application number: RU99115392A
Authority: RU
Inventors: А.В. Голубев; О.А. Сибекина; В.П. Кубышкин; А.П. Макейкин
Original assignee: Голубев Алексей Витальевич; Кубышкин Владимир Павлович
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2002-10-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: invention relates to fuel devices of internal combustion engine and can used in automotive industry. Proposed nozzle has working space, locking member with valve and plunger part, valve seat in form of box, locking member drive and mechanism for tuning locking member around longitudinal axis. Plunger sleeve is secured on valve stem. Sleeve rests against valve head and it provided with semiblind slots whose open end is pointed to valve head. Box enclosing plunger sleeve is provided with semiblind slots pointed with open end to working space. Slots of plunger sleeve can be connected with slots of box at turning of locking member. EFFECT: increased economy in operation at partial loads by changing optimum injection of fuel into combustion chamber to suit operating conditions. 2 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в автомобилестроении. The invention relates to the field of engineering, in particular to internal combustion engines, and can be used in the automotive industry.

Аналогом заявляемого изобретения является нормально закрытая форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая распылитель топлива с подпружиненной иглой. Открытие иглы происходит под действием давления топлива, проталкиваемого в камеру сгорания, при снятии усилия пружины электромагнитом (а.с. СССР 1332061, М.кл. F 02 М 51/00, 1987). An analogue of the claimed invention is a normally closed injector for injecting fuel into an internal combustion engine containing a fuel atomizer with a spring-loaded needle. The opening of the needle occurs under the influence of the pressure of the fuel pushed into the combustion chamber, when the spring force is removed by the electromagnet (AS USSR 1332061, M.cl. F 02 M 51/00, 1987).

Недостаток данной форсунки состоит в независимости сечения сопловых отверстий распылителя от величины порции топлива, что предопределяет низкое качество распыла топлива при работе двигателя на частичных режимах. The disadvantage of this nozzle is that the nozzle orifice cross-section is independent of the amount of fuel portion, which determines the low quality of fuel atomization when the engine is operating in partial modes.

Наиболее близкий аналог предлагаемого технического решения - форсунка клапанного типа, включающая рабочую полость, запорный элемент, имеющий клапан и плунжерную часть, седло клапана и привод запорного элемента (заявка PCT/SU 91/00167, М. кл. F 02 M 61/00, 1993). В этой форсунке имеет место зависимость между проходным сечением клапана и величиной отдозированной порции топлива, в результате чего качество распыла топлива на частичных режимах равноценно качеству при номинальном режиме. The closest analogue of the proposed technical solution is a valve-type nozzle including a working cavity, a shut-off element having a valve and a plunger part, a valve seat and a shut-off element drive (application PCT / SU 91/00167, M. class F 02 M 61/00, 1993). In this nozzle, there is a relationship between the valve bore and the size of the metered portion of the fuel, as a result of which the quality of the fuel atomization in partial modes is equivalent to the quality in the nominal mode.

Существенные признаки наиболее близкого аналога - "рабочая полость", "запорный элемент, имеющий клапан и плунжерную часть", "седло клапана" и "привод запорного элемента" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения. The essential features of the closest analogue are “working cavity”, “locking element having a valve and a plunger part”, “valve seat” and “locking element drive” coincide with the essential features of the claimed invention.

Однако это известное устройство неспособно изменять схему впрыска топлива в камеру сгорания при изменении режимов работы двигателя, что отрицательно сказывается на его экономичности. However, this known device is unable to change the scheme of fuel injection into the combustion chamber when changing engine operating conditions, which negatively affects its efficiency.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение экономичности двигателя при работе на частичных режимах путем изменения оптимальной схемы впрыска топлива в камеру сгорания по режимам его работы. The problem to which the invention is directed is to increase engine efficiency when operating in partial modes by changing the optimal scheme of fuel injection into the combustion chamber according to its operating modes.

Для достижения указанного технического результата форсунка содержит рабочую полость, запорный элемент, имеющий клапан и плунжерную часть, седло клапана, привод запорного элемента и механизм его поворота вокруг продольной оси, при этом на стержне клапана закреплена опертая на головку клапана плунжерная втулка по меньшей мере с одним полуглухим пазом, обращенным открытым концом к головке клапана, а седло клапана выполнено в виде охватывающей плунжерную втулку буксы по меньшей мере с одним полуглухим пазом, обращенным открытым концом к рабочей полости, причем паз плунжерной втулки имеет возможность соединения с пазом буксы при повороте запорного элемента. To achieve the specified technical result, the nozzle contains a working cavity, a locking element having a valve and a plunger part, a valve seat, a locking element actuator and a mechanism for its rotation around the longitudinal axis, while a plunger sleeve supported by at least one a half-deaf groove facing the open end of the valve head, and the valve seat is made in the form of a box covering the plunger sleeve with at least one half-blind groove facing the open end to the cavity, and the groove of the plunger sleeve has the ability to connect with the groove of the axle box when turning the locking element.

Существенные отличительные от прототипа признаки предлагаемого устройства - "на стержне клапана закреплена опертая на головку клапана плунжерная втулка по меньшей мере с одним полуглухим пазом, обращенным открытым концом к головке клапана", "седло клапана выполнено в виде охватывающей плунжерную втулку буксы по меньшей мере с одним полуглухим пазом, обращенным открытым концом к рабочей полости" и "пазы плунжерной втулки и буксы имеют возможность соединения при повороте запорного элемента". Significant distinguishing features of the prototype of the proposed device are: “a plunger sleeve supported by a valve head mounted on a valve head with at least one half-blind groove facing the valve head with its open end”, “the valve seat is made in the form of a box with at least one axle box covering the plunger sleeve a half-deaf groove facing the working cavity with its open end "and" the grooves of the plunger sleeve and axle boxes have the ability to connect when the locking element is rotated. "

Для улучшения технического результата пазы имеют переменное сечение. To improve the technical result, the grooves have a variable section.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез форсунки; на фиг.2 - клапан в открытом состоянии с плунжерной втулкой и буксой, продольный разрез; пазы втулки и буксы прямые; на фиг.3 - разрез А-А на фиг. 2, один паз плунжерной втулки соединен с одним пазом буксы; на фиг, 4 - схема впрыска топлива, соответствующая положению запорного элемента на фиг. 3 (крапленое кольцо - полый конус распыливаемого топлива, крапленая зона - коническая струя распыливаемого топлива); на фиг.5 - разрез А-А на фиг. 2, совпадают две пары пазов плунжерной втулки и буксы; на фиг.6 - схема впрыска топлива, соответствующая положению запорного элемента на фиг.5; на фиг. 7 - разрез А-А на фиг.2, совпадают три пары пазов плунжерной втулки и буксы; на фиг.8 - схема впрыска топлива, соответствующая положению запорного элемента на фиг.7; на фиг.9 - клапан в открытом состоянии с плунжерной втулкой и буксой, продольный разрез, соединена одна пара наклонных пазов плунжерной втулки и буксы; на фиг.10 - разрез А-А на фиг.9 и направление струи распыливаемого топлива при повороте запорного элемента на угол α₁; на фиг.11 - клапан в открытом состоянии с плунжерной втулкой и буксой, продольный разрез, при угловом смещении запорного элемента относительно положения на фиг. 9; на фиг.12 - разрез А-А на фиг.11 и направление струи распыливаемого топлива при повороте запорного элемента на угол α₂.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of a nozzle; figure 2 - valve in the open state with a plunger sleeve and axle box, a longitudinal section; sleeve grooves and axle boxes; figure 3 - section aa in fig. 2, one groove of the plunger sleeve is connected to one groove of the axle box; FIG. 4 is a fuel injection diagram corresponding to the position of the locking element in FIG. 3 (the marked ring is the hollow cone of the atomized fuel, the marked region is the conical stream of atomized fuel); 5 is a section aa in FIG. 2, two pairs of grooves of the plunger sleeve and the axle box coincide; Fig.6 is a diagram of the fuel injection corresponding to the position of the locking element in Fig.5; in FIG. 7 - section AA in FIG. 2, three pairs of grooves of the plunger sleeve and axle boxes coincide; on Fig is a diagram of the fuel injection corresponding to the position of the locking element in Fig.7; figure 9 - valve in the open state with the plunger sleeve and the axle box, a longitudinal section, one pair of inclined grooves of the plunger sleeve and the axle box is connected; figure 10 is a section aa in figure 9 and the direction of the jet of sprayed fuel when the shut-off element is rotated through an angle α ₁ ; 11 is a valve in the open state with a plunger sleeve and axle box, a longitudinal section, with an angular displacement of the locking element relative to the position in FIG. 9; on Fig - section aa in Fig.11 and the direction of the jet of sprayed fuel when the shut-off element is rotated through an angle α ₂ .

Форсунка клапанного типа включает корпус 1, центральную втулку 2 с помещенной в нее плунжерной частью 3 запорного элемента 3, 4, имеющего клапан 4, и распылитель 5 с неподвижно установленным седлом клапана 4. Распылитель 5 и центральная втулка 2 поджаты к корпусу 1 накладной гайкой 6. На стержне клапана 4 закреплена плунжерная втулка 7, опертая на головку клапана 4 и изготовленная с полуглухими пазами 8, обращенными открытыми концами к головке клапана 4. Седло клапана 4 выполнено в виде буксы 9, которая охватывает плунжерную втулку 7 и имеет полуглухие пазы 10, обращенные открытыми концами к рабочей полости 11. Пружина 12 поджимает запорный элемент 3, 4 в сторону посадки головки клапана 4 на кромку буксы 9. The valve-type nozzle includes a housing 1, a central sleeve 2 with a plunger part 3 of a locking element 3, 4 having a valve 4 placed therein, and a spray gun 5 with a fixed valve seat 4. The spray gun 5 and the central sleeve 2 are pressed against the housing 1 by a nut 6 A plunger sleeve 7 is mounted on the valve stem 4, supported on the valve head 4 and made with half-blind grooves 8, open ends facing the valve head 4. The valve seat 4 is made in the form of an axle box 9, which covers the plunger sleeve 7 and has a half-blind grooves 10, open ends facing the working cavity 11. The spring 12 compresses the locking element 3, 4 towards the landing of the valve head 4 on the edge of the axle box 9.

Конец плунжерной части 3 запорного элемента 3, 4 сделан в виде зубчатой шестерни 13, в зацеплении с которой находится зубчатый сектор 14, вал которого 15 выходит наружу форсунки. Шестерня 13, зубчатый сектор 14 с валом 15 и блок управления (не показан) представляют собой механизм поворота запорного элемента 3, 4 вокруг продольной оси. При повороте запорного элемента 3, 4 пазы 8 плунжерной втулки 7 имеют возможность соединения с пазами 10 буксы 9. Пазы 8 и 10 могут быть прямыми, наклонными или винтовыми, а также переменного сечения. The end of the plunger part 3 of the locking element 3, 4 is made in the form of a gear gear 13, in engagement with which is the gear sector 14, the shaft of which 15 extends outside the nozzle. The gear 13, the gear sector 14 with the shaft 15 and the control unit (not shown) are a rotation mechanism of the locking element 3, 4 around the longitudinal axis. When the locking element 3, 4 is rotated, the grooves 8 of the plunger sleeve 7 are able to connect to the grooves 10 of the axle box 9. The grooves 8 and 10 can be straight, inclined or screw, as well as of variable cross-section.

Через отверстие 16 корпуса 1 пропущен привод 17 запорного элемента 3, 4. Канал 18 в корпусе 1 соединен с каналом 19 центральной втулки 2, а последний выходит в рабочую полость 11. The drive 17 of the locking element 3, 4 is passed through the hole 16 of the housing 1. The channel 18 in the housing 1 is connected to the channel 19 of the central sleeve 2, and the latter enters the working cavity 11.

Форсунка работает следующим образом. Под давлением Р_Н топливо от насоса подается по каналам 18 и 19 в рабочую полость 11, затем в пазы 10 буксы 9 и те пазы 8 плунжерной втулки 7, которые в данном положении запорного элемента 3, 4 соединены с пазами 10 буксы 9. Благодаря положительной дифференциальной площади запорного элемента 3, 4 давление топлива вместе с пружиной 12 удерживает клапан 4 в закрытом положении. Топливо в камеру сгорания двигателя не поступает. По сигналу извне привод 17 воздействует на запорный элемент 3, 4. При малых его перемещениях возникающая между клапаном 4 и буксой 9 кольцевая щель представляет собой основное гидравлическое сопротивление в ряду каналов, по которым подается топливо в камеру сгорания. Поэтому распыл топлива имеет вид полого конуса (крапленое кольцо на схемах впрыска топлива на фиг. 4, 6 и 8). По мере дальнейшего открытия клапана 4 гидравлическое сопротивление перераспределяется между кольцевой щелью и подводящими пазами 8, которые становятся самостоятельно распыливающими. В результате вместе с распылом топлива в виде полого конуса появляется и все более превалирует струйный распыл из тех пазов 8, которые оказываются открытыми в данный момент (крапленые зоны на фиг.4, 6 и 8). Число пазов 8 и 10, взаимное расположение относительно друг друга и расположение пазов 8 плунжерной втулки 7 относительно камеры сгорания закладываются в конструкцию форсунки, исходя из оптимальных схем впрыска топлива по режимам работы двигателя. Оптимальной является та схема впрыска, при которой на данном режиме получается наилучшая экономичность. Обеспечение необходимой схемы впрыска топлива осуществляется механизмом поворота 13, 14, 15 запорного элемента 3, 4, действующим по запрограммированному сигналу. Поворот запорного элемента 3, 4 производится между цикловыми подачами.The nozzle works as follows. Under pressure Р _{Н the} fuel from the pump is fed through channels 18 and 19 to the working cavity 11, then into the grooves 10 of the axle box 9 and those grooves 8 of the plunger sleeve 7, which in this position of the locking element 3, 4 are connected to the grooves 10 of the axle box 9. Due to the positive the differential area of the locking element 3, 4, the fuel pressure together with the spring 12 holds the valve 4 in the closed position. Fuel does not enter the combustion chamber of the engine. By a signal from the outside, the actuator 17 acts on the locking element 3, 4. With small movements, the annular gap between the valve 4 and the axle box 9 represents the main hydraulic resistance in a series of channels through which fuel is supplied to the combustion chamber. Therefore, the fuel atomization has the form of a hollow cone (the speckled ring in the fuel injection circuits in Figs. 4, 6 and 8). With the further opening of the valve 4, the hydraulic resistance is redistributed between the annular gap and the supply grooves 8, which become self-spraying. As a result, together with the spray of fuel in the form of a hollow cone, the spray pattern of those grooves 8 that are currently open (the speckled zones in FIGS. 4, 6 and 8) appears and more prevails. The number of grooves 8 and 10, the relative position relative to each other and the location of the grooves 8 of the plunger sleeve 7 relative to the combustion chamber are laid in the nozzle design, based on the optimal fuel injection schemes for engine operating modes. Optimum is the injection scheme in which the best economy is obtained in this mode. The necessary fuel injection scheme is provided by the turning mechanism 13, 14, 15 of the locking element 3, 4, acting on the programmed signal. The rotation of the locking element 3, 4 is made between cyclic feeds.

По окончании действия привода 17 запорный элемент 3, 4 под действием пружины 12 и давления топлива Р_Н на его дифференциальную площадь в сторону закрытия клапана 4 перекрывает кольцевую щель между головкой клапана 4 и буксой 9. Подача топлива в камеру сгорания прекращается.At the end of the action of the actuator 17, the locking element 3, 4 under the action of the spring 12 and the fuel pressure P _N on its differential area towards the closing side of the valve 4 overlaps the annular gap between the valve head 4 and the axle box 9. The fuel supply to the combustion chamber is stopped.

В дальнейшем цикл работы устройства повторяется. In the future, the cycle of the device is repeated.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет улучшить приспособляемость двигателя к изменению внешних условий, нагрузок и скоростных режимов его работы и, как следствие, улучшить экономические, экологические и динамические показатели. Thus, the proposed device can improve the adaptability of the engine to changes in external conditions, loads and high-speed modes of its operation and, as a result, improve economic, environmental and dynamic indicators.

Claims

1. A valve-type nozzle containing a working cavity, a locking element including a valve and a plunger part, a valve seat and a locking element drive, characterized in that it is provided with a mechanism for turning the locking element around a longitudinal axis, and a plunger sleeve supported on the valve stem is supported the valve head and having at least one half-blind groove facing the valve head with its open end, the seat being made in the form of a box covering the plunger bush of the at least one half-blind groove facing m open end to the working chamber, wherein the plunger sleeve has a groove connectable to the groove of the journal box when rotating the locking element.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that the grooves have a variable cross-section.