Способ подачи топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания и форсунка

1 Изобретение относится к двигателестроению, а именно к топливоподающей аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Известен способ подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания полой конической струей с использованием штифтовых форсунок[1, 2]. Известный способ не позволяет создать конус распыления с оптимальным углом распыла, например, 100 и небольшой толщиной стенки факела, поскольку регулировка конуса зависит от положения иглы клапана в момент открытия. Поскольку конструктивное исполнение штифтовых форсунок позволяет сделать только большие проходные сечения, то давление впрыскивания существенно меньше, чем в обычных способах впрыска, и качество распыливания заметно хуже. Кроме того, в известных форсунках нельзя исключить подтекание топлива после закрытия клапана. Известна топливная система для дизеля, в состав которой входит источник постоянного давления топлива - гидронасос и аккумулятор,соединенные последовательно и подключенные к приводной полости усилителя давления со ступенчатым плунжером, форсунка с гидрозапираемой подпружиненной иглой с надыгольной и подыгольной камерами, клапаны обратный, электромагнитный управляющий и гидроуправляемый с дроссельным отверстием. Последние выполнены подпружиненными, причем обе пружины способствуют закрытию клапанов. При этом приводная полость усилителя давления топлива связана с источником постоянного давления топлива через гидроуправляемый клапан, у которого управляющая полость подключена к сливу через электромагнитный управляющий клапан, вход обратного клапана связан с источником постоянного давления, а выход с рабочей полостью плунжера и подыгольной камерой [3]. Недостаток описанной топливной системы состоит в том, что малые цикловые подачи впрыскиваются в камеру сгорания с существенно меньшими подачами, чем большие, поскольку в устройстве осуществлен принцип дозирования, при котором усилитель давления при наполнении совершает полный подъем и под плунжером по окончании подачи остается большой объем сжатого топлива под давлением,не использованного при впрыскивании, и являющийся, кроме того, возможным источником возникновения колебаний давления, что ведет систему к неустойчивости в работе в целом. Другой недостаток состоит в том, что в системе не предусмотрено четкое окончание впрыскивания, что не позволяет проводить впрыскивание оптимальным образом, а именно без затягивания конечной фазы впрыскивания. Еще один недостаток известной форсунки это форма отверстий впрыска, которая способствует тому, что часть топлива остается в отверстии 2 и при сгорании его остатков вне камеры сгорания в отверстиях форсунки образуется нагар,ухудшающий работу форсунок. Кардинальным противоречием известных форсунок является то, что они имеют распыливающие отверстия в распылителе и их количество всегда ограничено возможностью размещения по окружности носика распылителя. В любых случаях эти форсунки не могут создать сплошной конус распыла по образующей конуса. Кроме того, форсунки при любом конструктивном исполнении имеют не закрытые иглой распылителя объемы: центральный колодец,непосредственно распыливающие отверстия. Именно это обстоятельство способствует закоксовыванию распыливающих отверстий. Большой ход иглы распылителя резко усложняет решение задачи прерывистого впрыска и снижает долговечность работы из-за разбивания посадочных поверхностей конуса. Известна также топливная система для дизеля, являющаяся наиболее близким аналогом, в состав которой входит источник постоянного давления топлива в виде соединенных последовательно гидронасоса и аккумулятора, подключенных к корпусу, в котором размещены усилитель давления, имеющий поршень и плунжер,гидроуправляемый клапан, с помощью которого приводная полость усилителя давления связана с источником постоянного давления, форсунка с гидрозапираемой подпружиненной иглой, подыгольной и надыгольной камерами, обратный клапан, подключенный между источником постоянного давления и напорной камерами, а также управляющий электромагнитный клапан, сообщающий управляющую камеру со сливом. В гидроуправляемом клапане выполнено дроссельное отверстие, которое соединяет приводную полость усилителя давления с управляющей камерой. При этом в усилителе предусмотрены каналы, которые циклически сообщают подыгольную камеру и рабочую полость усилителя давления [4]. Недостатком топливной системы, принятой в качестве прототипа, является недостаточное быстродействие, так как велик и нестабилен период запаздывания впрыскивания от момента закрытия управляющего электромагнитного клапана до начала впрыскивания. Задачей изобретения является качественное улучшение впрыска топлива, его распыла и существенное упрощение конструкции форсунки, повышение долговечности работы форсунки. Поставленная задача решается тем, что в известном способе подачи топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, по которому топливо под давлением подают через отверстия распыла, согласно изобретению, топливо подают в виде сплошного полого конуса с углом распыла более 50 через кольцевую щель, 3 образованную конической поверхностью клапана и коническим седлом в корпусе. Поставленная задача решается также и тем, что топливо подают симметрично относительно оси камеры сгорания. Поставленная задача решается также и тем, что топливо подают со смещением относительно оси камеры сгорания и/или под углом к оси камеры сгорания. Поставленная задача решается также и тем, что на одну из поверхностей, образующих кольцевую щель при впрыске топлива накладывают вибрацию. Поставленная задача решается также и тем, что амплитуду вибраций задают такой, что кольцевая щель во время подачи топлива периодически перекрывается. Поставленная задача решается тем, что в известной форсунке для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащей корпус с выполненным в нем каналом для подачи топлива, конический клапан, прижатый к седлу,для периодического впрыска топлива в цилиндр, распылитель, а также средство для импульсного открытия клапана, согласно изобретению, клапан выполнен тарельчатым, обращенным торцом тарелки в цилиндр двигателя, а конической посадочной поверхностью к седлу корпуса распылителя, распыливающее отверстие выполнено в виде кольцевой щели между седлом корпуса распылителя и конической поверхностью тарелки клапана, возникающей при открытии клапана за счет упругой деформации штока клапана, с противоположной стороны тарелки клапана смонтировано средство для создания предварительного упругого натяга штока. Поставленная задача решается также и тем, что часть седла корпуса клапана, образующая стенку кольцевой щели распыла, выполнена с углом раскрытия конуса большим, чем угол конуса клапана. Поставленная задача решается также и тем, что форсунка снабжена устройством для создания вибраций тарелки клапана. Подача топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания в виде полого конуса с углом распыла большим, чем 50, через кольцевую щель, образованную седлом клапана, позволяет впрыскивать топливо в камеру сгорания существенно более гомогенным. При этом щель распыла и гнездо клапана совмещены в одном элементе и поэтому, при необходимости увеличения подачи топлива, клапан открывают с большим зазором, одновременно с этим увеличивается количество подаваемого в камеру сгорания топлива. Эта задача не разрешалась в аналогах и прототипе. Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема реализации способа с осесимметричной подачей конуса в камеру сгорания. На фиг. 2 - схема реализации 4 способа с асимметричной подачей конуса в камеру сгорания. На фиг. 3 изображена схема форсунки для подачи топлива в камеру сгорания. На фиг. 4 - увеличенный участок I фиг. 3. Топливо подают через форсунку 1 факелом 2 в виде конуса в камеру сгорания, выполненную, например, в днище поршня 3. Форсунка 1 закреплена в головке блока 4. Топливо подают по каналу 5, выполненному в корпусе форсунки. Форсунка снабжена корпусом распылителя 6, в котором также выполнено продолжение канала 5 для топлива. Для того, чтобы каналы совпали,предусмотрен штифт 7. Корпус распылителя 6 крепится к корпусу форсунки 1 посредством резьбового стакана 8. В торце корпуса распылителя выполнено седло 9, соответствующее конусу, выполненному на тарелке клапана 10. Клапан имеет длинный, упруго деформируемый шток 11. Со стороны, противоположной тарелке клапана 10, на штоке выполнена резьба и расположены гайки 12 для создания предварительного натяга между тарелкой и седлом клапана. Между штоком 11 и корпусом распылителя 6 выполнен зазор 13 для пропускания топлива к седлу 9 и тарелке клапана 10. Для центрирования клапана 10 на штоке 11 выполнены центровочные крылья 14. Седло клапана 9 может быть выполнено с расширением к выходу 15 для обеспечения заданных гидродинамических свойств. Для электромагнитного управления вокруг штока 11 может быть выполнена обмотка электромагнита 16. Способ реализуют следующим образом. В форсунку 1 под заданным давлением подают топливо, предназначенное для впрыска в двигатель внутреннего сгорания. Поскольку тарелка клапана 10 под действием средства 12 для создания натяга плотно прижата к седлу клапана 9,топливо не вытекает и заполняет полости форсунки. При необходимости подачи топлива в цилиндр с помощью известных средств создают дополнительное давление внутри форсунки, при этом за счет давления топлива на плечики тарелки на шток 11 клапана начинает действовать растягивающее усилие, которое может упруго деформировать - растянуть шток, обеспечив открытие зазора между клапаном и седлом в пределах 0,01-0,20 мм. Этого достаточно, чтобы обеспечить кольцевую щель 15 для впрыска топлива. Сброс части объема жидкости уменьшает давление в форсунке, и шток под действием упругой деформации возвращает тарелку к седлу корпуса распылителя, закрывая выход топливу. Для открытия клапана можно также использовать магнитострикционный материал штока клапана, в этом случае управление открытием клапана проще осуществлять с использованием электромагнитной обмотки 16 или иных подобных средств. Исследования показали, что конус распыла с углом раскрытия менее 50 выполнять нецеле 5 сообразно, поскольку в этом случае не получается хорошее смесеобразование и неполное сгорание топлива. Характеристики материала штока клапана и предварительный натяг тарелки клапана к седлу корпуса распылителя можно выбрать таким, чтобы обеспечить условия резонансных колебаний тарелки клапана относительно седла корпуса. Кроме того, можно добиться таких условий, что в процессе колебаний зазор между тарелкой клапана и седлом может замыкаться. Это позволит обеспечить впрыск с разбивкой на большее число частиц жидкости, что положительно влияет на процесс сгорания. Кроме того,наложение вибраций позволяет повысить точность регулирования доз топлива, подаваемых в двигатель. Вибрации можно накладывать на магнитострикционный шток с помощью электромагнитной обмотки 16. Еще одним преимуществом заявляемого способа и устройства является отсутствие перемещаемых масс материала, а, следовательно,инерционных сопротивлений, что позволяет применять его на скоростных и высоко оборотистых двигателях. Кроме того, этот способ легко поддается автоматизации управления, как по количеству, так и по степени дисперсности подаваемого топлива, поскольку, управляя параметрами вибрации тарелки клапана, можно точно дозировать топливо. Изобретение, охарактеризованное всей совокупностью существенных признаков, является новым, так как предложенная совокупность существенных признаков не описана в известных источниках информации, использованных для определения уровня техники. Кроме того, предлагаемая совокупность существенных признаков не является очевидной, поскольку не следует непосредственно из уровня техники. Предлагаемое техническое решение осуществимо в промышленных условиях. В настоящее время инициативная группа ведет разработку опытной форсунки с присоединительными размерами и габаритами обычных серийных форсунок. Кроме того, проводятся теоретические исследования, и ведется создание методик расчета новых форсунок. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Двигатели внутреннего сгорания 3-е изд. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова, Москва,Машиностроение, 1985 г., стр. 170. 2. Дизели. Справочное пособие конструктора. Под ред. В.А. Ваншейдта. МоскваЛенинград, Машгиз, 1957, стр. 287. 6 3. Патент РФ 2029129, кл. F02 М 51/00,1995. 4. Патент РФ 2059865, кл. F02 М 47/00,1996 - прототип. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ подачи топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, по которому топливо под давлением подают через отверстия распыла, отличающийся тем, что топливо подают в виде сплошного полого конуса с углом распыла более 50 через кольцевую щель,образованную конической поверхностью клапана и коническим седлом в корпусе распылителя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо подают симметрично относительно оси камеры сгорания. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо подают со смещением относительно оси камеры сгорания и/или под углом к оси камеры сгорания. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на одну из поверхностей, образующих кольцевую щель, при впрыске топлива накладывают вибрацию. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что амплитуду вибраций задают такой, что кольцевая щель во время подачи топлива периодически перекрывается. 6. Форсунка для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая корпус с выполненным в нем каналом для подачи топлива, конический подпружиненный клапан для периодического впрыска топлива в цилиндр,распылитель, а также средство для импульсного открытия клапана, отличающаяся тем, что клапан выполнен тарельчатым, обращенным торцом тарелки в цилиндр двигателя, а конической посадочной поверхностью к седлу корпуса распылителя, распыливающее отверстие выполнено в виде кольцевой щели между седлом корпуса распылителя и конической поверхностью тарелки клапана, возникающей при открытии клапана за счет упругой деформации штока клапана, с противоположной стороны тарелки клапана смонтировано средство для создания предварительного упругого натяга штока. 7. Форсунка по п.6, отличающаяся тем, что часть седла корпуса клапана, образующая стенку кольцевой щели распыла, выполнена с углом раскрытия конуса большим, чем угол конуса клапана. 8. Форсунка по п.6, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для создания вибраций тарелки клапана.