Клапанные и мембранные форсунки

Клапанные форсунки

В клапанных форсунках, как и в клапанно-сопловых, на пути движения топлива в камеру сгорания устанавливают запорный орган, однако в них после запорного органа отсутствуют сопловые отверстия. Конец клапана при впрыске выходит непосредственно в камеру сгорания. В форсунках такого типа дросселирующее сечение, образующееся между грибком клапана и корпусом сопла, выполняет одновременно и функцию соплового отверстия. В процессе работы размеры дросселирующего сечения зависят от хода клапана, а сам клапан участвует в распределении топлива по объему камеры сгорания.

Схема концевой части клапанной форсунки (распылителя) представлена на рис. а. Клапан 5 нагружен пружиной 4 и при отсутствии впрыска плотно прижимается к гнезду корпуса 2 При увеличении давления в системе в результате нагнетающего хода плунжера насоса высокого давления топливо проходит через фильтр 1, отжимает клапан 5, преодолевая усилие пружины 4, и через кольцевое отверстие впрыскивается в камеру сгорания Конусная поверхность наконечника клапана придает вытекающему топливу форму полого усеченного конуса с меньшим основанием у торца распылителя, тем самым способствует лучшему его распыливанию и распределению по объему камеры сгорания. Пружина 4 верхним концом упирается в подвижную опору 3 пружины, связанную с клапаном и скользящую в корпусе 2. Перемещение этой опоры вниз ограничено выступом в корпусе 2. От положения выступа зависит максимальный ход клапана при его опускании.

Для клапанных форсунок применяют сравнительно небольшие давления подачи, поэтому качество распыливания не всегда получается удовлетворительным.

Для улучшения распыливания перед клапаном на его направляющей выполняют винтовые канавки (рис. б). Топливо, проходя по кольцевой щели между направляющей клапана, выполненной в корпусе 2, и стержнем 6 клапана с винтовой нарезкой, приобретает вращательное движение, вследствие которого увеличивается конус факела топлива, улучшается его распыливание и распределение по объему камеры сгорания. После окончания впрыска пружина 4, натяжение которой регулируют гайкой 7, прижимает грибок клапана 5 к гнезду и разобщает топливную систему и камеру сгорания.

Рис. Распылители клапанных форсунок:
а — с штифтовым клапаном, б — с винтовыми канавками на стержне; 1 — фильтр, 2 — корпус; 3 — подвижная опора, 4 — пружина, 5 — клапан; 6 — стержень, 7 — гайка

Преимуществами клапанных форсунок являются отсутствие прецизионных деталей, малая засоряемость выходного сечения распылителя, которое постоянно прочищается грибком клапана, простота конструкции, технологичность, небольшая стоимость изготовления и сравнительно небольшая масса подвижных деталей. Однако им присущи многие недостатки, свойственные открытым форсункам. Кроме того, грибок клапана, открывающийся в камеру сгорания, работает в неблагоприятных температурных условиях. Как и клапанно-сопловые форсунки, их широко не используют в практике дизелестроения.

Мембранные форсунки

Рис. Мембранные форсунки:
а — с плоской мембраной, б — с мембранной колонкой, 1 — штуцер, 2 — пружина, 3 — постель, 4 — гайка, 5 — мембрана, 6 — корпус форсунки, 7 — клапан, 8 — сопло; 9 — прижимная гайка; 10 — канал, 11 — кольцо 12 — стальная пластина

Мембранные форсунки имеют специальную мембрану, расположенную над запорным клапаном или иглой форсунки (рис. а). Мембрана 5 зажата между выступом клапана 7 и гайкой 4 с одной стороны и между выступом корпуса 6 форсунки и постелью 3, прижимаемой штуцером 1, с другой стороны. Клапан 7 находится под воздействием дружины 2 Сопло 8 форсунки прижимается к ее корпусу гайкой 9. В процессе впрыска клапан поднимается вверх до упора в постель, пропуская топливо к сопловому отверстию.

При понижении давления в системе пружина 2 заставляет клапан садиться на гнездо и разобщает камеру сгорания с топливным трубопроводом Как видно, в этой форсунке отсутствуют прецизионные детали, клапан сам устанавливается по конусу сопла. Она малочувствительна к нагреву, и клапан в процессе работы не теряет подвижности в результате некачественного монтажа форсунки или закоксования. В этом заключаются преимущества рассмотренной форсунки. Существенным недостатком такой форсунки является малая надежность мембраны, трудность работы при предварительных затяжках пружины, превышающих 5—7 МПа.

Несколько иной принцип заложен в конструкцию мембранной форсунки, схема которой представлена на рис. б. Здесь спиральная пружина заменена мембранной колонкой, которая состоит из набора множества закаленных и шлифованных стальных пластинок 12, разделенных кольцами 11. Пластины сжимают специальным нажимным болтом, и в сборе они образуют колонку, которую можно демонтировать или снова вставлять в форсунку как обычную форсуночную пружину. Образующееся при сборке пластин внутреннее свободное пространство сообщается с атмосферой через канал 10. В период впрыска топливо проходит вдоль мембранной колонки в нижнюю часть клапана и действует на него. Колонка деформируется в осевом направлении, в результате чего клапан поднимается, пропуская топливо в канал сопла и далее через сопловые отверстия в камеру сгорания. Как и в обычных форсунках, сопло крепят к корпусу при помощи прижимной гайки 9.

В конструкции отсутствуют прецизионные детали, мембрана позволяет получать большие усилия при малых размерах, в результате чего уменьшаются массы подвижных деталей, происходит быстрая посадка клапана на гнездо. Упрощается эксплуатация и обслуживание форсунки. Существенным недостатком этой форсунки является сложность изготовления пластинок, а также большая по сравнению с другими форсунками стоимость.