Форсунки

Форсунки служат для непосредственного впрыскивания топлива в цилиндр двигателя, распиливания его на частицы с размером не более 5-30 μк и распределения их внутри камеры сгорания.

Конструкция

Представленная на рис. 1 форсунка размещается в крышке цилиндра и состоит из двух основных элементов корпуса 1 и распылителя 2, прижимаемого к корпусу накидной гайкой 3. Топливо от насоса подводится через штуцер 5 к каналу 4, откуда попадает в кольцевую выточку 10 на торце распылителя и по трем каналам 8 подается в полость 9 распылителя. Клапан 12 служит для выпуска воздуха.

Игла 10 распылителя через болт 6 нагружена пружиной 11, затяг которой может регулироваться болтом 6. Изменением силы затяга регулируется давление отрыва иглы от седла (начальное давление впрыскивания — P_фо. При закрытом положении игла своим конусом сидит на конусе сопла и препятствует проникновению топлива в ниже расположенную камеру сопловых отверстий.

Положение иглы определяется действием двух сил: силы затяга пружины P_пр, прижимающей иглу к седлу, и силы давления топлива P_ф, действующей на дифференциальную площадку:

$f_{\mathrm{и}}–f_{\mathrm{и}}^{\prime } = \mathrm{\pi } {{\mathrm{d}}_{\mathrm{и}}}^2/4–{{\mathrm{\pi d}}_{\mathrm{к}}}^2/4 – \mathrm{см}. \mathrm{рис}. 2$

С повышением давления до:

$P_{\mathrm{фо}} = P_{\mathrm{пр}}/\left({{\mathrm{\pi d}}_{\mathrm{и}}}^2/4–{{\mathrm{\pi d}}_{\mathrm{к}}}^2/4\right)$

игла поднимается до упора и сила давления топлива теперь будет действовать уже на всю площадь поперечного сечения иглы:

$f_{\mathrm{и}} = {{\mathrm{\pi d}}_{\mathrm{и}}}^2/4,$

удерживая ее в этом положении до падения давления до P_фз.

Последнее находится из следующего выражения:

$P_{\mathrm{фз}} = P_{\mathrm{пр}}/{{\mathrm{\pi d}}_{\mathrm{к}}}^2/4.$

Таким образом, давление закрытия иглы ниже давления, при котором она открывается и распыливание топлива в этой фазе впрыска существенно хуже.

Высота подъема иглы форсунки ограничивается упором и в зависимости от размеров форсунки и количества пропускаемого ею топлива находится в пределах 0,5-1,5 мм. С увеличением хода иглы растут динамические силы ее удара о седло и упор, что приводит к появлению наклепа и потере плотности посадки иглы. Посадочный конус иглы обычно принимается равным 60°. Посадочный конус седла в целях достижения узкой притирочной поверхности посадки, при которой достигается наиболее высокая плотность, принимается на 2° меньше.

Игла и ее направляющее отверстие в распылителе являются прецизионными и изготовлены с высокой точностью. Путем селективного подбора выбирают пару «игла — направляющая» такой, чтобы зазор между ними укладывался в заданный технологический допуск, величина которого зависит от размеров, теплового режима работы, вязкости используемого топлива и находится в пределах 5-12 микрон.

Скомплектованная таким образом пара является «неразлучной» и при эксплуатации их замена должна производиться только парами, без перекомплектации.

По типу запорных органов и распыливающих отверстий применяются следующие виды распылителей:

Клапанные многодырчатые (рис. 2) — получили наибольшее распространение в основном в двигателях с непосредственным впрыском, количество отверстий — от 1 до 9, диаметр 0,20-1,5 мм.

Клапанные однодырчатые (рис. 3, а); применяются в предкамерных двигателях, для которых наилучшей формой распыливания является сосредоточенный факел с малым углом конуса и с большой пробивной способностью.

Штифтовые имеющие одно сопловое отверстие; применяют в сравнительно маломощных дизелях с разделенными камерами сгорания. Штифтовый распылитель с цилиндрическим штифтом (рис. 3, б) имеет постоянное сечение истечения и образует сосредоточенный факел с малым углом конуса. У штифтового распылителя (рис. 3, в) штифт выполнен в виде двух усеченных конусов, сложенных меньшими основаниями. Штифты выполняются с различными углами при вершине нижнего конуса (от 0 до 50°), благодаря этому в процессе движения штифта угол конуса распыливаемого факела изменяется в широких пределах, захватывая все большее пространство камеры сгорания.