Форсунки

14/12/2011 в 16:06

Форсунка предназначена для введения в камеру сгорания и мелкого распыливания топлива, подаваемого насосом. Для распылива-ния топливо должно пройти в камеру дизеля через одно или несколько небольших отверстий (сопл). Чем выше скорость истечения топлива через сопла, тем лучше оно распыливается при впрыске, причем скорость истечения топлива зависит от его давления, создаваемого насосом. Форсунки подразделяют на открытые и закрытые.

Открытые форсунки наиболее просты по конструкции, но имеют существенные недостатки. У этих форсунок между топливным нагнетательным трубопроводом и камерой сгорания нет запорного устройства. Давление впрыска создается только за счет гидравлического сопротивления сопл и скорости движения плунжера топливного насоса. При этом давление в начале впрыска топлива возрастает постепенно и также постепенно уменьшается в конце впрыска, размеры капель топлива в начале и конце впрыска очень крупные, топливо плохо перемешивается с воздухом и неполностью сгорает. Показатели работы дизеля понижаются.

Кроме того, с прекращением подачи вытекающее из форсунки топливо не распыливается, а образует каплю на конце сопла. Происходит так называемое «подтекание» топлива, что вызывает значительное нагарообразование и закоксовывание отверстий сопл. В связи с указанными недостатками форсунки открытого типа имеют ограниченное применение.

Чтобы в начале и конце впрыска распыливание было хорошим, впрыск должен начинаться и кончаться очень резко и при вполне определенном высоком давлении. Это достигается в закрытых форсунках, в которых внутренняя полость отделяется от камеры сжатия иглой распылителя.

У большинства современных дизелей применяют закрытые форсунки с гидравлическим управлением (рис. 67), основными частями которых являются корпус, распылитель, игла распылителя, штанга и пружина. Распылитель 1 плотно прижат к корпусу 3 форсунки. Сопловое отверстие распылителя закрыто иглой 2, прижатой к уплотняющему конусу распылителя при помощи штанги 4 и пружины 5. На нижнем конце иглы имеется штифт. Давление пружины можно изменять с помощью нажимного устройства; величина усилия пружины определяет давление начала открытия иглы.

Форсунки

Рис. 67. Схема действия форсунки закрытого типа: а - до начала распыливания топлива, б - распыливаяие топлива; I - распылитель, 2-игла распылителя, 3 и 4 - корпус и штанга форсунки, 5 - пружина, 6 - топливные каналы, 7 - камера

При работе форсунки по каналам б в ее корпусе и распылителе топливо поступает в камеру 7. При нагнетательном ходе плунжера топливного насоса давление в камере повышается. Когда давление топлива на кольцевую площадку, образованную иглой и уплотняющим конусом, станет достаточным для преодоления упругости пружины, игла поднимется и в камеру сгорания дизеля будет впрыснута необходимая порция топлива.

Топливо впрыскивается через сопло кольцевого сечения, образованное штифтом иглы и отверстием в распылителе. Пружина затягивается таким образом, чтобы давление начала подачи было строго определенным. Для различных марок дизелей давление затягивания пружины форсунки колеблется от 12 до 21 МПа. Проходя через сопло, топливо распыливается в виде факела. Дальнобойность топливной струи должна соответствовать размерам камеры сгорания.

В закрытых форсунках применяют следующие распылители: многодырчатые, штифтовые и бесштифтовые однодырчатые с плоской посадкой иглы.

Многодырчатый распылитель (рис. 68, а) имеет в нижней части корпуса шаровую головку с распиливающими отверстиями, число которых обычно 7-10, а диаметр 0,2-0,35 мм. При нагнетательном ходе плунжера игла поднимается под давлением топлива на переходной конус 1. Топливо устремляется через щель кольцевого сечения под уплотняющий конус 2 в распы-ливающие отверстия 3. Благодаря высокому давлению впрыскивания и малому диаметру отверстия топливо распыливается до туманообразного состояния. Форсунки с многодырчатыми распылителями широко применяют в дизелях средней мощности.

Форсунки

Рис. 68. Схема устройства и работы распылителей форсунок: а - многодырчатого, б - штифтового, в - бесштифгового; 1 и 2 - переходной и уплотняющий конусы, 3 - распыли-вающее отверстие. 4. 5 и 6 - цилиндрическая и конические поверхности штифта. 7 - игла распылителя с плоским торцом, 6 -донышко распылителя

Штифтовой распылитель (рис. 68, б) имеет на конце иглы штифт, образованный цилиндрической 4 и двумя коническими 5 и 6 поверхностями. Конус штифта выступает за донышко 8 распылителя. Под действием высокого давления топлива игла поднимается и оно с большой скоростью устремляется в кольцевую щель между штифтом и уплотняющим конусом распылителя. Затем, отражаясь от поверхности конуса штифта, мелкораспыленное топливо в виде конической струи поступает в камеру сгорания дизеля. Ширина кольцевой щели между конусом распылителя и штифтом 0,02-0,05 мм.

Качество распыливания топлива штифтовыми распылителями несколько хуже, чем многодырчатыми. Поэтому форсунки со штифтовыми распылителями используют главным образом в дизелях с предка-мерным и вихрекамерным смесеобразованием или с камерами в поршне, в которых происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом за счет вихря или энергии сгоревшего топлива.

В бесштифтовом однодырчатом распылителе с плоской посадкой иглы (рис. 68, в) игла распылителя 7 не имеет запорного конуса и штифта Она прижимается пружиной к донышку 8 распылителя и торцом плотно закрывает сопловое отверстие. При впрыске игла распылителя с плоским торцом приподнимается и топливо, устремляясь в отверстие донышка распылителя мелко распыливается. Диаметр отверстия берут 0,5-0,6 мм. Форсунки с однодырчатымн бесштифтовыми распылителями используют в основном в предкамер-ных дизелях.

Распылитель является важнейшим элементом форсунки и представляет собой прецизионный узел. Зазор в сопряжении иглы распылителя с корпусом очень мал (2-5 мкм), поэтому часто игла теряет подвижность и зависает из-за эксплуатационных дефектов. В отличие от других преиезион-ных элементов распылители работают с повышенным температурным режимом и подвергаются действию высоких температур и давлений газа со стороны камеры сгорания дизеля.

Вследствие это о предъявляют особые требования к качеству материала распылителя, зазорам в прецизионном сопряжении, стабильности распыливания топлива в течение всего срока службы двигателя. При ухудшении распыливания топлива нарушается смесеобразование, что приводит к дымлению дизеля, потере его мощности и повышенному расходу топлива. Недостаточная герметизация деталей распылителя сопровождается подтеканием топлива и на-гарообразованпем, приводящим к закоксовыванпю сопл и зависанию иглы.

При работе дизеля с повышенным температурным режимом у форсунок закрытого типа возможно коробление поверхности иглы, в результате чего происходит нарушение герметичности и зависание иглы. Чтобы избежать зависания иглы из-за перегрева, на некоторых дизелях устанавливают так называемые длиннокорпусные распылители, У которых прецизионное сопряжение удалено от наиболее нагреваемой зоны. Для обеспечения падежной работы на дизелях большой мощности применяю; форсунки, охлаждаемые водой, топливом или маслом.

Распылитель и игла распылителя должны быть тщательно обработаны, так как при ввгажой чистоте обработки поверхностей этих деталей значительно повышаются эксплуатационные качества, антикоррозионная стойкость и износостойкость. Так, конусность внутренней цилиндрической поверхности, сопрягающейся с иглой, не должна превышать 0,002 мм, а овальность 0,0005 мм. Материалы, из которых изготовляют распылитель и иглу, должны обладать высокой износостойкостью, малым коэффициентом линейного расширения, а также обеспечивать легкость притирки рабочих поверхностей. Распылители форсунок изготовляют из высококачественных легированных сталей и цементируют (глубина слоя на рабочих поверхностях 0,5-0,9 мм). Корпус и иглу распылителя подвергают термообработке.

Плотность притертых распылителей контролируют в процессе гидравлических испытаний профильтрованной смесью дизельного топлива с минеральным маслом определенной вязкости. Плотность в уплотняющем конусе иглы можно определить, создав в форсунке давление топлива на 1,2- 2,5 МПа меньше, чем давление подъема иглы. При этом испытании в течение 20 с не должно наблюдаться образования капель. Заводы-изготовители выпускают распылители с гарантийным сроком работы: 1500 ч - для быстроходных дизелей и 2000 ч - для остальных.

Рассмотрим более подробно конструкцию форсунки закрытого типа о гидравлическим управлением и многодырчатым распылителем (рис. 69). В верхней части корпуса 6 форсунки помещена пружина 8, которая нижним торцом опирается на тарелку 7, напрессованную на штангу 5, а верхним -на регулировочный винт.

Форсунки

Рис. 69. Форсунка: 1 и 2 - корпус и игла распылителя. 3 - наружная втулка фильтрующего элемента, 4 и 16 - накидные гайки, 5 - штанга, 6 - корпус форсунки. 7 - тарелка, 8 - пружина. 9 и 13 - медные прокладки, 10 - контргайка, 11 - регулировочный винт, 12 - колпак. 14 и 15 - штуцера отвода и подвода топлива, 17 - уплотнительный конус, 18 и 20 - топливоподводящие каналы, 19 - фильтрующий элемент

Штанга помещается в отверстие, просверленное в центральной оси корпуса. Параллельно отверстию проходит продольный канал 18 корпуса, соединенный в нижней части с кольцевой канавкой, а в верхней части с боковым отверстием, в которое ввинчен штуцер 15 подвода топлива к форсунке. Для лучшей герметизации между штуцером и корпусом имеется прокладка из отожженной меди. Топливоподводящая грубка присоединяется к штуцеру при помощи накидной гайки 16. Уплотнительный конус 17 исключает течь топлива.

К нижнему обработанному торцу корпуса форсунки прилегает торец щелевого фильтра, к нижнему торцу фильтра - корпус распылителя. Распылитель и фильтр плотно прижаты к корпусу накидной гайкой 4. Фильтр служит для улавливания из дизельного топлива мельчайших частиц, не задержанных фильтром тонкой очистки, и предохраняет сопловые отверстия распылителя от засорения, а иглу от зависания.

Щелевой фильтр состоит из наружной втулки 3 и входящего в нее с диаметральным зазором фильтрующего элемента 19, который представляет собой полую втулку. На ее наружной цилиндрической поверхности имеются продольные канавки. При протекании топлива через зазор между наружной втулкой и фильтрующим элементом частицы размером более 0,01-0,02 мм (величина радиального зазора) в зазор не проходят и оседают в канавках. Преимуществом этого фильт-тра является то, что он улавливает механические примеси непосредственно перед распылителем.

На верхнем торце распылителя имеется кольцевая канавка, такая же как и на корпусе форсунки. В центральное отверстие распылителя вставляется игла 2 с двумя конусами - малым и большим. Малыт конус закрывает распыливающие отверстия, соединяющие внутреннюю полость распылителя с камерой сгорания. Под большой конус топливо попадает по каналам 20 корпуса распылителя, которые соединены с кольцевой канавкой на его торце. Пружина 8 с помощью штанги 5 прижимает к седлу корпуса распылителя конус иглы, прикрывающий распыливающие отверстия. Пружина затянута регулировочным винтом 11 и контргайкой 10 так, что давление начала под;)-чи топлива 19 МПа.

Топливо по топливопроводу поступает в отверстие штуцера 15 подвода топлива, затем по каналу 18 в корпусе форсунки подходит к торцу щелевого фильтра. Оно фильтруется в щелях между втулками фильтра и направляется под большой конус иглы по кольцевой выточке на торце распылителя и боковым каналам 20 в его корпусе. Когда давление топлива достигнет 19 МПа, игла со штангой приподнимется, отожмет пружину и топливо через семь отверстий в распылителе (каждое диаметром" 0,25 мм) поступит в камеру сгорания в мелко распыленном состоянии.

Подъем иглы распылителя при впрыске ограничивается величиной зазора между торцами направляющей части иглы и фильтрующего элемента. Величина подъема иглы 0,4-0,5 мм. При снижении давления в системе ниже 19 МПа пружина быстро опускает вниз штангу с иглой и резко перекрывает распыливающие отверстия. Благодаря этому последние впрыскивающие частицы топлива имеют значительную скорость и сопло остается сухим.

Небольшая часть топлива, прорвавшаяся через зазор игла - распылитель, по отверстию в корпусе форсунки и регулировочном винте 11 заполняет внутреннее пространство форсунки, закрытое колпаком 12. Затем через штуцер 14 отвода топливо направляется в сливную трубку и отводится наружу. Медные прокладки 9 и 13 предотвращают подтекание топлива между деталями форсунки.

Еще по теме

  • Виды смазочных систем двигателей
    Смазочная система двигателя служит для непрерывной подачи моторного масла ко всем трущимся поверхностям сопряженных пар деталей двигателя с целью уменьшения работы трения, повышения износостойкости деталей и их охлаждения. По способу подвода масла к трущимся поверхностям деталей двигателя смазочные системы разделяют на принудительные, с разбрызгиванием и смешанные (комбинированные). В принудительных смазочных[..]
  • Картер пли станина
    Картер или станина служит для того, чтобы связать блок-цилиндры с фундаментной рамой и образовать полностью закрытую и непроницаемую для газов и масла полость для кривошипно-шатунного механизма. Конструкция картера или станины зависит от типа двигателя. Рнс. 11. Л-образная станина, установленная на фундаментной раме: 1 - станина, 2 - фундаментная рама На[..]
  • Топливопроводы и их соединения
    Топливопроводы служат для соединения между собой агрегатов системы подачи топлива и разделяются на топливопроводы низкого и высокого давления. Топливопроводы низкого давления предназначены для подачи топлива из топливного бака к подкачивающему насосу, фильтрам и к всасывающей полости топливного насоса высокого давления. Давление топлива в этих топливопроводах относительно мало и определяется регулировкой[..]