РАСПЫЛИТЕЛЬ ФОРСУНКИ Российский патент 1994 года по МПК F02M61/10 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в топливоподающей аппаратуре дизелей, преимущественно с непосредственным впрыскиванием топлива в камеру сгорания дизеля.

Известен распылитель форсунки для дизеля, включающий корпус с топливоподающими каналами, в котором размещен игольчатый клапан соосно с сопловым отверстием, выполненный в виде последовательно расположенных направляющей, цилиндрической, конической и запорной частей. На наружной поверхности цилиндрической и конической частей выполнены винтовые канавки, сообщающие подыгольную камеру с камерой закручивания.

Этот распылитель обеспечивает улучшение характеристики распыливания топлива в процессе подъема и посадки игольчатого клапана за счет центробежного эффекта при истечении топлива и снижает этот эффект в средней части процесса впрыскивания, благодаря чему возрастает производительность форсунки и дальнобойность струи, что положительно влияет на качество смесеобразования.

Недостатками распылителя являются слабый центробежный эффект за весь период впрыскивания из-за протечек топлива в зазорах между цилиндрической и конической частями игольчатого клапана, на которых нанесены винтовые канавки, и корпусом распылителя, а также незначительное ослабление этого центробежного эффекта в средней части процесса впрыскивания, так как в этот момент только винтовые канавки, нанесенные на конические поверхности игольчатого клапана, выключаются из работы, а канавки цилиндрической части продолжают закручивать поток топлива.

Известный распылитель мало чем отличается от обычного центробежного распылителя со всеми присущими ему недостатками.

Известен распылитель форсунки для дизеля, принятый за прототип, содержащий корпус с топливоподводящими каналами и распыляющим отверстием, в котором размещен игольчатый клапан с направляющей, запорной и несущей частями, на последней установлена подпружиненная втулка с тангенциальными каналами на ее конической поверхности.

Данный распылитель создает значительный центробежный эффект, имеет хорошие характеристики распыливания топлива в течение всего периода впрыскивания.

Недостатками распылителя являются малые дальнобойность струи топлива и производительность в средней фазе процесса впрыскивания, что вызывает повышение давления впрыска в системе топливоподачи и утечек в топливном насосе, при этом возрастает продолжительность процесса впрыскивания. Отсутствие камеры закручивания на выходе тангенциальных каналов, расположенных на конической запорной поверхности завихряющей втулки, снижает эффект закручивания и качество распыливания топлива.

Распылитель, образующий струю распыленного топлива с малой дальнобойностью и имеющий увеличенную продолжительность впрыскивания, не эффективен, особенно для дизелей с непосредственным впрыскиванием, обладающих повышенной экономичностью.

Целью изобретения является повышение топливной экономичности работы двигателя путем улучшения характеристики распыливания топлива в процессе подъема и посадки игольчатого клапана распылителя и сокращения продолжительности впрыскивания.

Поставленная цель достигается тем, что в распылителе форсунки, содержащем корпус с топливоподводящим каналом и подыгольной камерой, сопловым отверстием с прилегающей к нему запирающей конической поверхностью, игольчатый клапан, размещенный в корпусе соосно с сопловым отверстием, на несущей части которого размещена полая втулка, на запирающей конической поверхности которой выполнены тангенциальные завихряющие каналы, в промежутке между коническими запирающими поверхностями втулки и игольчатого клапана выполнена камера закручивания. На противоположной стороне от запирающих поверхностей игольчатого клапана и втулки пространство между втулкой и игольчатым клапаном залито эластомером, а угол запирающей конической поверхности корпуса меньше угла запирающих конических поверхностей втулки и игольчатого клапана, имеющих общую образующую.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый распылитель отличается наличием между запирающими поверхностями втулки и игольчатого клапана камеры закручивания и при подъеме игольчатого клапана в процессе впрыскивания прекращением закручивания потока топлива. Таким образом, данное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен распылитель форсунки, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез уплотняющей части распылителя.

Распылитель форсунки для дизеля содержит корпус 1, в котором размещен топливоподающий канал 2, выходящий в подыгольную полость 3, сообщающуюся каналом 4 кольцевого сечения с конической запирающей поверхностью 5 с сопловым отверстием 6. В корпусе 1 размещен игольчатый клапан 7 с направляющей 8, несущей 9, конической запирающей 10 частями и центрирующим штифтом 11. На несущей части игольчатого клапана размещена подвижная втулка 12 с конической поверхностью 13, на которой выполнены тангенциальные каналы 14 и имеется кольцевой зазор 15. Втулка 12 и игольчатый клапан соединены между собой упругим элементом 16 в виде залитого в кольцевой зазор 15 эластомера, жестко связанного с цилиндрической поверхностью несущей части игольчатого клапана и внутренней и торцовой поверхностью втулки 12. Между запирающей частью 10 игольчатого клапана 7 и запирающей поверхностью втулки 12 размещена камера 17 закручивания. Игольчатый клапан своим центрирующим штифтом 11 посредством нажимной штанги взаимодействует с упругим элементом форсунки в виде винтовой пружины (не показана).

Распылитель работает следующим образом.

В исходном закрытом положении распылителя форсунки наружная кромка запорной части 10 игольчатого клапана прижата к конической запирающей поверхности 5 корпуса посредством усилия пружины форсунки. К этой же поверхности 5 прижата и внешняя кромка конической запирающей поверхности 13 втулки 12. Причем в этот момент упругий элемент 16 испытывает деформацию сжатия по торцу втулки 12 и деформацию сдвига по кольцевому зазору 15 между цилиндрической поверхностью несущей части игольчатого клапана и внутренней поверхностью втулки 12.

При нарастании давления в топливоподающей системе топливо нагнетается в корпусе 1 распылителя и по каналу 2 поступает в полость 3, из которой по каналу 4 кольцевого сечения, тангенциальным каналом 14, выполненным на запирающей конической поверхности 13 втулки 12, - в камеру 17 закручивания, где начинает закручиваться за счет сжатия топлива. При достижении давления открытия форсунки игольчатый клапан 7 поднимается, открывая зазор между запирающей частью 10 клапана 7 и поверхностью 5 корпуса 1, топливо впрыскивается через сопловое отверстие 6 в камеру сгорания дизеля, образуя короткую и широкую струю хорошо распыленного топлива, что обеспечивает эффективное смесеобразование и горение. При дальнейшем нарастании давления в полости 3 и камере 17 игольчатый клапан 7 достигает подъема, при котором в упругом элементе 16 деформация сжатия по торцу втулки 12 переходит в деформацию растяжения, а деформация сдвига по кольцевому зазору 15 меняет свое направление на противоположное, что приводит в движение втулку 12. Через зазор между запирающей поверхностью 5 корпуса 1 и поверхностью 13 втулки 12 поток топлива без закручивания направляется непосредственно через сопловое отверстие 6 корпуса 1 в камеру сгорания двигателя, образуя струю топлива, имеющую большую дальнобойность и небольшой угол конуса, что сопровождается повышением производительности распылителя и расширением фронта эффективного смесеобразования и горения по всему объему камеры сгорания дизеля.

При снижении давления топлива в системе топливоподачи игольчатый клапан 7 совместно с втулкой 12 усилием запорной пружины (не показана) перемещается вниз, перекрывая щель между наружной кромкой поверхности 13 втулки 12 и запирающей поверхностью 5 корпуса 1. Начиная с этого момента, топливо продолжает поступать по тангенциальным каналам 14 в камеру 17 и далее через сопловое отверстие 6 в камеру сгорания дизеля с образованием короткой и широкой струи хорошо распыленного топлива, что повышает полноту его сгорания и снижает дымность выхлопа. Причем расстояние между наружной кромкой запирающей части 10 игольчатого клапана 7 и запирающей поверхностью 5 корпуса 1 в соевом направлении (см. фиг. 2) составляет 1/3-1/2 величины максимального хода игольчатого клапана. Причем, начиная с этого момента при дальнейшем движении игольчатого клапана 7, втулка 12 остается неподвижной и еще сильнее прижимается к запирающей поверхности 5 корпуса 1 за счет увеличивающейся деформации упругого элемента 16. При реальных размерах основных элементов распылителя, например типа ФД-22, расстояние h составляет 0,1-0,15 м (1/3-1/2 максимального хода игольчатого клапана) при разнице углов конусов запирающих поверхностей 5 и 10, 13 в 2^о.

При прекращении подачи топлива игольчатый клапан 7 усилием запорной пружины (не показана) перекрывает зазор между запирающими поверхностями 10 и 5, что исключает подтекание топлива в камеру сгорания дизеля и прорыв газов в полость распылителя.

Тангенциальные каналы на запирающей поверхности втулки и камере закручивания в пространстве между запирающими коническими поверхностями втулки и игольчатого клапана обеспечивают высокую эффективность распыливания топлива в начальной и конечной фазах процесса впрыскивания, что повышает полноту сгорания топлива в камере сгорания дизеля. Повышение дальнобойности и производительности в средней части процесса впрыскивания за счет подъема втулки и ликвидации центробежного эффекта обеспечивает уменьшение продолжительности впрыскивания, подачу топлива в периферийные объемы камеры сгорания и равномерное распределение по всему объему в процессе впрыскивания. В результате этого повышается полнота сгорания и снижается дымность выхлопа.

Повышение производительности форсунки позволяет сократить продолжительность впрыскивания с уменьшением максимального давления топлива, что обеспечивает повышение долговечности топливоподающей аппаратуры.

Уменьшение суммарной площади поперечного сечения тангенциальных каналов способствует улучшению характеристики распыливания топлива в процессе подъема и посадки игольчатого клапана распылителя, особенно в начальный и конечный моменты впрыскивания топлива, позволяет улучшить качество смесеобразования в камере сгорания и повысить топливную экономичность дизеля.

Втулка имеет небольшую массу по сравнению с массой всей подвижной системы форсунки. Она при посадке игольчатого клапана первой входит в соприкосновение с уплотняющей конической поверхностью корпуса распылителей. При больших ускорениях в этот момент сила удара за счет малой массы втулки действует небольшая. Упругий элемент из эластомера, залитый между втулкой и несущей частью игольчатого клапана, подвергается деформации сжатия между торцовыми поверхностями втулки и уплотняющей части игольчатого клапана и деформации сдвига в кольцевом зазоре между внутренней поверхностью втулки и поверхностью несущей части игольчатого клапана при дальнейшем его движении в направлении соплового отверстия. Усилия деформаций тормозят игольчатый клапан, за счет чего снижается ударная нагрузка на все сопряженные поверхности деталей подвижной системы форсунки, уменьшаются смятие сопряженных поверхностей, наклеп и их износ. За счет этого повышаются стабильность работы и долговечность форсунки. Таким образом, предлагаемое техническое решение помимо основного назначения, заключающегося в улучшении характеристики распыливания топлива в процессе подъема и посадки игольчатого клапана распылителя, выполняет роль демпфера в процессе отсечки в конце процесса впрыскивания. (56) Заявка ФРГ N 3437760, кл. F 02 M 61/18, опублик. 1986.

Использование: двигателестроение, в частности топливоподающая аппаратура дизелей. Сущность изобретения: распылитель форсунки содержит корпус с сопловым отверстием, игольчатый клапан, на несущей части которого размещена втулка, на конической поверхности которой, взаимодействующей с запорной поверхностью корпуса, нанесены тангенциальные каналы, сообщающие подыгольную камеру с камерой закручивания. Между втулкой и направляющей частью клапана залит эластомер. Углы конусов запирающей поверхности корпуса и запирающей поверхности клапана с втулкой подобраны так, что в начальный момент соприкосновения внешней крышки втулки с запирающей поверхностью корпуса расстояние от внешней кромки запирающей поверхности клапана до запирающей поверхности корпуса составляет 1/3 - 1/2 величины максимального хода игольчатого клапана. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

РАСПЫЛИТЕЛЬ ФОРСУНКИ, содержащий корпус с полостью, с каналом подвода топлива, сопловым отверстием и конической запирающей поверхностью, игольчатый клапан с последовательно расопложенными направляющей, несущей и конической запорной поверхностями, размещенный в полости корпуса соосно с сопловым отверстием с образованием подыгольной камеры, втулку с конической запирающей частью, размещенную в полости корпуса соосно с несущей поверхностью игольчатого клапана, на конической запирающей части втулки выполнены тангенциальные каналы, втулка установлена с зазором относительно несущей поверхности игольчатого клапана, причем угол конуса конической запорной поверхности игольчатого клапана выполнен равным углу конуса запирающей части втулки, причем обе поверхности выполнены с общей образующей, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, распылитель снабжен камерой закручивания, образованной запорной поверхностью клапана и запирающей поверхностью корпуса, втулка связана с несущей поверхностью клапана через эластичный элемент, размещенный в зазоре между втулкой и несущей поверхностью клапана, подыгольная камера сообщена через тангенциальные каналы с камерой закручивания, запирающая поверхность корпуса распылителя выполнена с углом конуса, меньшим угла конуса втулки, причем осевое расстояние между кромкой основания запорного конуса игольчатого клапана и запирающей поверхностью корпуса распылителя равно 1/3 - 1/2 величины максимального хода игольчатого клапана.