Материал: 2418

Так как площадь управляющего поршня 5 больше площади иглы, то сила со стороны поршня превышает силу со стороны иглы 8 и она находится в закрытом состоянии. Впрыск топлива в камеру сгорания не происходит. При подаче управляющего сигнала на обмотку электромагнита 1 якорь 3, преодолевая усилие пружины 2, движется вверх, открывая отсечное отверстие 4. Давление в камере управления 13 резко снижается, усилие со стороны иглы 8 будет превышать усилие со стороны поршня 5 и она будет двигаться вверх. Под давлением в аккумуляторе 12 топливо поступает к сопловым отверстиям 9 и в распыленном виде подается в камеру сгорания.

Рис. 9.4. Схема форсунки с электромагнитным управлением: 1 – электромагнит; 2, 7 – пружины; 3 – якорь с уплотняющим конусом; 4 – отсечное калиброванное отверстие (жиклёр); 5 – поршень; 6 – корпус форсунки; 8 – игла распылителя; 9 – сопловые отверстия; 10 – подводящий калиброванный канал (жиклёр); 11 – впускное отверстие; 12 – аккумулятор

Объемная подача топлива за впрыск зависит от величины давления в аккумуляторе 12 и продолжительности управляющего сигнала в обмотке электромагнита 1. Применение форсунки данного типа позволяет изменять угол опережения подачи топлива и форму характеристики впрыска.

На рис. 9.5 приведен разрез форсунки с электромагнитным управлением иглы [3].

9.5.Основы расчета системы управления форсунки

сэлектромагнитным управлением

Игла распылителя 2 форсунки (см. рис. 9.5) в нерабочем состоянии прижимается к седлу корпуса распылителя 1 пружиной 6 через втулку 5 с проточкой. Это предотвращает поступление воздуха в полость форсунки. Пружина 17 через шток якоря 13 прижимает шариковый клапан 12, который закрывает (открывает) отсечной жиклёр 11, обеспечивая перепад давления над управляющим поршнем 10 и иглой распылителя 2.

Управляющий поршень 10 имеет наружный диаметр 4,3 мм (Sп = 14,5 мм2), входит с диаметральным зазором 2 − 4 мкм во втулку 9, образуя прецизионную пару. Уплотнение поршня 10 и отверстия во втулке 9 выполняется плоской поверхностью или в виде конуса с диаметром 1,5 мм (Sк =1,8 мм2). Игла 2 распылителя имеет наружный диаметр 4 мм (Sи =12,5 мм2), диаметр внешнего посадочного конуса 2,2 мм (Sвк = 3,79 мм2). Дифференциальная площадка иглы SДИФ, на которую действует давление топлива до ее подъема, равна 8,7 мм2. Давление на входе в форсунку 110 МПа. Есть системы подачи топлива, у которых давление в аккумуляторе достигает 150 − 200 МПа. Ход иглы У равен 0,2 мм, в процессе эксплуатации топливной аппаратуры он увеличивается. Объем камеры управления принят 30 мм3, максимальное рабочее давление в ней 100 МПа.

В табл. 9.1 приведены расчетные значения сил, которые действуют до начала впрыска со стороны управляющего поршня 10 (штока) и со стороны дифференциальной площадки иглы 2.

Таблица 9.1

Расчетные значения сил со стороны управляющего поршня и иглы

Рис. 9.5. Форсунка с электромагнитным управлением: 1 – корпус распылителя; 2 – игла распылителя; 3 – гайка стяжная;

4 – штифт установочный; 5 – втулка, передающая усилия пружины 6 на иглу; 7 – шток, действующий на иглу; 8 – канал для отвода утечек топлива; 9 – втулка; 10 – управляющий поршень; 11 – отсечной жиклёр (d2= 0,5 мм); 12 – шариковый управляющий клапан; 13 – шток якоря; 14 – отверстие для отвода утечек; 15 – втулка, передающая усилия от пружины на шток якоря; 16 – катушка

электромагнита; 17 – пружина штока якоря; 18 – сердечник электромагнитного клапана; 19 – штуцер для отвода топлива; 20 – разъем подключения питания к электромагнитной катушке; 21 – наполнительный жиклёр (d1= 0,5 мм); 22 – штуцер подвода топлива из аккумулятора; 23 – отверстие для подвода топлива к управляющему поршню; 24 – отверстие для подвода топлива к распылителю

Из анализа табл. 9.1 следует, что при давлении в камере управления 66 МПа силы от давления топлива, действующие на шток и иглу, выравниваются. При давлении над управляющем поршнем менее 40 МПа, дополнительно преодолевая силы инерции, игла открывается. При подъеме иглы на 0,2 мм за время 1,25 ·10-4 (1,5 0) ее скорость достигает 1,6 м/с, а ускорение – 12 800 м/с2. При массе подвижных частей равных 15 г, сила инерции составит 192 Н.

При подъеме иглы давление топлива воздействует на всё её поперечное сечение. Под действием большой по величине подъемной силы игла мгновенно поднимается. Под давлением 110 МПа топливо подается в камеру сгорания при полностью открытых сопловых отверстиях. При учете противодавления в цилиндре (например, 5 МПа) перепад давления при впрыске топлива составит 105 МПа. Количество впрыскиваемого топлива зависит от эффективного проходного сечения распылителя (например 0,15 мм2), перепада давления и времени открытия иглы (например 0,001 с).

Объемную теоретическую подачу топлива из распылителя за впрыск (цикловую подачу, м3) можно определить из выражения

где F – эффективное проходное сечение распылителя, м2; T – теоретическая скорость истечения топлива, м/с; Р – средняя величина давления топлива перед сопловыми отверстиями, Н/м2; ρТ – плотность топлива, кг/м3; t − время впрыска, с.

При Р = 105·106 Н/м2 и ρТ =850 кг/м3 величина T =497 м/c. ДляF = 0,15·10-6 м2 и времени впрыска 0,001 с количество поданного топлива за цикл (впрыск) составит 74·10-9 м3, или 74 мм3.

На рис. 9.6. показаны осциллограммы изменения давления над штоком управления, подъема иглы, ее скорости и управляющего сигнала на обмотке электромагнита.

Продолжительность подъема иглы форсунки вычисляется как время, прошедшее с момента подачи управляющего сигнала (момент открытия отсечного отверстия) до момента, когда скорость иглы поменяет знак с положительного на отрицательный. При этом игла достигнет верхнего упора или будет совершать колебательные движения относительно некоторой позиции, близкой к максимальному подъему иглы. Продолжительность посадки иглы определяется как время, прошедшее с момента отключения

управляющего сигнала (перекрытия отсечного дросселя) до момента посадки иглы на седло.

Рис. 9.6. Осциллограммы изменения управляющего сигнала в обмотке электромагнитного клапана 1; скорости движения иглы 2; движения иглы распылителя форсунки 3; давление топлива над

управляющим штоком 4. I время от начала подачи управляющего сигнала на обмотку электромагнита до начала

подъема иглы; II время от начала до полного

подъема иглы; III время впрыска; IV время от начала прекращения подачи управляющего сигнала до начала посадки иглы; V время посадки иглы

Время впрыска t (с), продолжительность (град) зависят от количества циклов подачи топлива в минуту (n ) и связаны выражением

В быстроходных дизелях с интенсивным процессом подачи топлива в камеру сгорания продолжительность впрыска основной порции топлива составляет 10 − 12 0.