Открытые и клапанно-сопловые форсунки. Устройство и принцип работы

Открытые форсунки

Открытые форсунки не имеют специального запорного органа, разъединяющего камеру сгорания и топливную магистраль. Необходимое давление впрыска в системах с открытыми форсунками создается вследствие гидравлического сопротивления сопловых отверстий и повышенной скорости движения плунжера насоса высокого давления. В открытой форсунке (рис. а) нагнетательный топливопровод присоединяют к штуцеру 1, и топливо поступает к осевому каналу 2, выполненному в корпусе 3 форсунки. При помощи гайки 4 к корпусу прикрепляют сопло 5 с распыливающими отверстиями 6. Через эти отверстия топливо впрыскивается в камеру сгорания дизеля.

Рис. Конструкции открытых форсунок:
а — многосопловой охлаждаемой, б — с пересекающимися струями, в — многосопловон охлаждаемой, 1 — штуцер, 2 — осевой канал, 3 — корпус, 4 — гайка крепления сопла, 5 — сопло, 6 — сопловые отверстия; 7 — канавки; 8 — отверстия; 9 — стержень, 10 — канал отвода жидкости, 11 — канал подвода жидкости; 12 — прокладка

В открытой форсунке с пересекающимися струями (рис. б) топливо от насоса поступает по осевому каналу 2, выполненному в стержне 9, который вставлен в стальной корпус 3. На конце конической притертой части стержня имеются два отверстия 8 под углом 90° друг к другу. По этим отверстиям топливо попадает в две канавки 7, расположенные на наружной поверхности конуса стержня. При выходе из этих канавок потоки топлива сталкиваются, образуя плоский веер. В результате столкновения происходит лучшее дробление поступающего в камеру топлива. Наличие пересекающихся канавок затрудняет движение топлива, поэтому увеличивается гидравлическое сопротивление и уменьшается коэффициент расхода (до 0,5).

В мощных дизелях форсунки находятся в неблагоприятных тепловых условиях, сильно нагреваются, в результате чего их тепловая напряженность выходит из допускаемых пределов. Для улучшения теплового состояния форсунок вводят специальное их охлаждение (рис. в). К корпусу 3 форсунки при помощи гайки 4 прикрепляют сопло 5 и стержень 9, по осевому каналу которого топливо поступает к сопловым отверстиям 6. Форсунку охлаждают водой или маслом. Жидкость проходит через штуцер, специальные вертикальные каналы И между стержнем и корпусом, отверстия в прокладке 12 и, омывая сопло и стержень, возвращается через каналы 10 к отводящему штуцеру.

Как видно из приведенных схем, открытые форсунки отличаются конструктивной простотой, в них нет никаких подвижных деталей, что упрощает их обслуживание и позволяет применять в высокооборотных дизелях.

Начало и конец подачи в системах с открытыми форсунками происходят при очень малых перепадах давлений. Малые перепады в начале подачи обусловливаются малыми начальными скоростями движения плунжера. После окончания подачи, когда нагнетательный клапан садится на гнездо, топливо вытекает через сопловые отверстия в результате его расширения в системе, при этом перепад давлений также небольшой. Подача топлива при небольшом перепаде давлений не обеспечивает необходимого распыливания, поэтому топливо полностью не сгорает, обволакивает наконечник сопла, коксуется, образуя на его поверхности нагар. В результате ухудшаются показатели работы дизеля и его надежность, распылитель перегревается и быстро выходит из строя.

(Малые давления начала и конца подачи, сравнительно низкие средние давления впрыска, усиленное подтекание форсунок после окончания впрыска, резкое снижение среднего давления впрыска при уменьшении частоты вращения коленчатого вала дизеля — все эти недостатки открытых форсунок препятствуют их широкому распространению в дизелях.

При конструировании систем с открытыми форсунками отмеченные недостатки можно частично устранить, если значительно укоротить нагнетательный топливопровод и, следовательно, уменьшить объем, в котором находится топливо под высоким давлением, или ввести усиленное принудительное охлаждение форсунок и их сопл, или подобрать повышенные средние давления подачи на номинальном скоростном режиме. Последнее мероприятие позволяет сохранять приемлемые давления впрыска при уменьшении частоты вращения коленчатого вала дизеля до минимальной.

Клапанно-сопловые форсунки

Рис. Конструкции клапанно-сопловых форсунок:
а — многосопловой со сферическим клапаном; б — односопловой с тарельчатым клапаном, 1 — корпус форсунки; 2 — центральный канал; 3 — пластинчатый клапан; 4 — корпус обратного клапана; 5 — обратный клапан, 6 — пружина, 7 — гайка крепления; 8 — сопло

Клапанно-сопловые форсунки разъединяют топливопровод системы и камеру сгорания дизеля при помощи клапана Поэтому частично уменьшаются участки начала и конца подачи, характеризуемые малыми давлениями впрыска, подтекание топлива после окончания впрыска, улучшается герметичность закрытия вследствие действия газов.

В клапанно-сопловой форсунке (рис. а) в гайку 7, которую крепят к корпусу 1 форсунки, устанавливают сопло 8 с отверстиями, обратный клапан 5 с пружиной 6, корпус обратного клапана 4 и пластинчатый клапан 3. Пружина обратного клапана имеет предварительное натяжение, равное 8—11 МПа. Топливо поступает через центральный канал 2 корпуса 1 форсунки, отжимает фасонный пластинчатый клапан, свободно пропускающий его к нижерасположенному каналу, и, преодолев натяжение пружины обратного клапана, впрыскивается через сопловые отверстия в камеру сгорания. Обратный клапан имеет ограничитель, которым он упирается в выступ сопла при полном открытии.

При прекращении подачи пружина плотно прижимает обратный клапан к гнезду и разобщается камера сгорания и топливный топливопровод. В случае неплотного прилегания клапана к гнезду пластинчатый клапан 3, прижимаясь к корпусу, предотвращает попадание газов в топливный трубопровод. Наличие обратного клапана с ограничителем и пружиной непосредственно перед соплом обеспечивает уменьшение объема форсунки и снижение подтекания топлива после окончания подачи.

По такому же принципу работает и форсунка, схема которой представлена на рис. б. Сопло 8, обратный клапан 5 с гнездом и пружиной 6 и корпус 4 обратного клапана устанавливают в гайке 7, при помощи которой соединяют их с корпусом форсунки. Пружина 6 работает на растяжение. Для предотвращения засорения диаметр сопловового отверстия выполняют от 0,7 до 1,2 мм. Ввиду относительно небольших усилий предварительной затяжки пружин обратные клапаны легко открываются при низких перепадах давлений по сравнению с максимальными давлениями впрыска (50—200 МПа). Поэтому форсунки такого типа иногда относят к группе открытых форсунок. Таким форсункам присущи недостатки, характерные для открытых форсунок, поэтому они также не получили широкого распространения в дизелях.