СТЕНДОВАЯ ФОРСУНКА Российский патент 1997 года по МПК F02M65/00 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к устройствам для испытания дизельной топливной аппаратуры (ДТА) и может быть использовано для регулирования топливовпрыскивающих насосов дизелей на заводах-изготовлениях и предприятиях, занимающихся ремонтом и техническим обслуживанием ДТА.

Известны стендовые форсунки, содержащие корпус с каналом подвода топлива, клапанный узел, выполненный в виде подпружиненной запорной иглы в корпусе, дроссель в виде жиклера с калиброванным отверстием и отводной штуцер с выходным каналом.

Существенным недостатком известных стендовых форсунок является сложность технологии выполнения калиброванных отверстий малых диаметров в жиклере дросселя, трудность стабилизации входной кромки отверстия жиклера и подбора жиклеров по гидравлическому сопротивления. Немаловажное значение имеет низкая стойкость жиклеров, особенно заметная при высоком уровне энергии впрыскивания в ДТА формированных дизелей, что требует частей замены и подналадки стендовых форсунок.

Известна также стендовая форсунка /1/, содержащая корпус с каналом подвода топлива, клапанный узел в виде подпружиненной запорной иглы в корпусе и дроссель, выполненный в виде конусного канала с установленным в ней шариком и регулирующий элемент в виде винта с выходным каналом, взаимодействующего с шариком.

Недостатком известной форсунки является технологическая сложность изготовления ступенчатого канала с прецизионным корпусом в корпусе дросселя и нестабильность эффективного проходного сечения в дросселе из-за неустойчивости положения шарика на плоском торце хвостовика винта, что затрудняет подбор и сохранение пропускной способности дросселя при регулировках. Неустойчивость шарика на опоре является причиной его сложных перемещений как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях при впрыскивания топлива, что может привести к разбиванию торца хвостовика винта, прецизионного конуса дросселя и седла в продольном отверстии клапана, тем самым снижая надежность стендовой форсунки. Кроме этого, существенное изменение конструкции клапанного узла стендовой форсунки по сравнению с наиболее распространенной в современных дизелях конструкцией закрытой рабочий форсунки с коническим запорным элементом на игле, несомненно, отразится на динамике впрыскивания топлива, что может исказить выходные параметры отрегулированного топливовпрыскивающего насоса после комплектации с рабочими форсунками при установке на двигатель.

По совокупности существенных признаков рассмотренная форсунка наиболее близко совпадает с предложенным техническим решением, что позволило принять ее за прототип.

Целью изобретения является повышение технологичности изготовления и эффективности при подборе гидравлических характеристик стендовой форсунки.

Указанная цель достигается тем, что дроссельный канал выполнен сквозным, цилиндрическим, калиброванным на величину диаметра, обеспечивающую требуемую величину эффективного проходного сечения дросселя, упор выполнен в виде закрепленной на корпусе клапана гайки, в дне которой с внутренней стороны соосно дроссельному каналу размещена опора шарика, выполненная в виде сферической лункис диаметром кривизны большим, а диаметром кратера меньшим диаметра шарика, причем выходной канал упора выполнен в виде ряда равномерно по окружности размещенных в дне гайки сквозных продольных каналов, связанных с дроссельным каналом и по суммарной площади превосходящих площадь кольцевого зазора между шариком и дроссельным каналом на регламентированную величину.

Указанная цель достигается также тем, что опора шарика выполнена в виде конуса, обращенного основанием к шарику с диаметром основания меньшим диаметра шарика.

Указанная цель достигается также тем, что сквозные продольные каналы в дне гайки выполнены в виде круглых отверстий с осями, параллельными оси дроссельного канала, размещенными на концентричной с лункой окружности, диаметр которой равен сумме диаметров кратера лунки и круглого отверстия.

Указанная цель достигается также тем, что гайка снабжена винтом, установленным в резьбовом отверстии, выполненном в ее дне соосно дроссельному каналу, причем опора шарика размещена на торце винта, диаметр резьбового отверстия по крайней мере не меньше диаметра дроссельного канала, а продольные каналы выполнены в виде трапециевидных пазов, выходящих на наружную резьбовую поверхность винта.

Указанная цель достигается также тем, что гайка снабжена сеткой, установленной и неподвижно закрепленной в сквозном соосном отверстии, выполненном в дне гайки, причем диаметр сквозного отверстия по крайней мере не меньше диаметра дроссельного канала, а размер ячеек сетки не больше диаметра шарика.

Заявителю не известна стендовая форсунка с аналогичным составом отличительных признаков, что позволяет ему считать заявленное техническое решение новым.

Существенность отличий заявленной стендовой форсунки по сравнению с прототипом доказывается наличием дополнительного положительного эффекта, получаемого при реализации предложенного технического решения с указанной в формуле изобретения совокупностью отличительных признаков.

В частности, выполнение дроссельного канала сквозным цилиндрическим, а не комбинированным по форме (конус-цилиндр), как у прототипа, позволяет упростить технологию обработки дроссельного канала, обеспечивая работу режущего инструмента напроход. При этом требуется один тип инструмента, например, развертка, и не два типа инструмента, как у прототипа (инструмент для обработки конуса и цилиндра), что значительно проще и позволяет с меньшим трудозатратами получить требуемую точность формообразования в дросселе.

Выполнение дроссельного канала калиброванным позволяет с достаточной точностью и стабильностью обеспечить требуемую величину эффективного проходного сечения дросселя. Применение селективной разбивки деталей по размерным группам и соответствующая спаровка охватывающей (корпус) и охватываемой (шарик) деталей обеспечивает снижение трудоемкости и повышение стабильности при подборе гидравлической характеристики дросселя. При этом относительно большой по сравнению с диаметром приставного жиклера в известных технических решениях диаметр дроссельного канала (1,3.2,8 мм в отечественных автотракторных форсунках) упрощает при обработке достижение размера требуемой точности.

Обработка дроссельного канала напроход дает возможность без заметных технологических трудностей использовать для стендовой форсунки дообработанный штатный распылитель из комплекта ДТА данного дизеля, тем самым сохраняя без изменения клапанный узел стендовой форсунки и обеспечения гидродинамическую идентичность условий впрыскивания топлива на стендовой и рабочей форсунках.

Упор шарика в заявленной форсунке выполнен в виде закрепленной на корпусе клапана гайки, что технологичнее и проще использования для этой цели винта, как это сделано в прототипе. При этом резьба на корпусе клапана выполняется уже в термообработанной детали при помощи тонкого абразивного диска, что, как показывает опыт ЯЗДА, обеспечивает высокое качество резьбы и не требует изменения существующей технологии обработки корпуса штатного распылителя.

Отличительный признак, связанный с размещением опоры шарика в соосной с дроссельным каналом сферической лунки, обеспечивает эффект самоцентровки шарика в дроссельном канале, что весьма важно при впрыскивании. Отсутствие самоцентровки шарика в корпусе у форсунки прототипа приводит к неустойчивости его положения в неустановившемся потоке топлива, протекающего вокруг него с высокой скоростью. Несимметричность расположения вихрей в топливе перед кольцевым зазором в дроссельном канале неизбежно приводит к горизонтальным перемещениям шарика, а при ударе шарика с поверхность конуса дросселя появляется и вертикальная составляющая, отбрасывающая шарик к игле клапана. Все это приводит не только к дестабилизации процесса протекания топлива через лимитирующее сечение дросселя (кольцевой зазор) и колебанию пропускной способности стендовой форсунки, но и к износу как элементов дросселя (шарик, дроссельный канал, упор), так и расположенной вблизи иглы клапанного узла.

Выполнение опоры в виде сферической лунки с диаметром кривизны большим диаметра шарика и диаметром кратера меньшим диаметром шарика позволяет надежно обеспечить самоцентровку шарика на опоре, минимизировать его перемещения в потоке топлива и уменьшить гидравлические потери при выходе потока из кольцевого зазора дросселя. Технологически лунка без затруднений может быть выполнена при помощи цековки или сферического пуансона (выдавливанием).

Колебание перепада давления на шарике дросселя при нестационарном протекании в кольцевом зазоре в процессе впрыскивания топлива приводит к провороту шарика в опоре, что обеспечивает эффект самоочищения сопла дросселя в случае попадания в зазор грязи.

Выполнение в заявленном техническом решении выходного канала упора в виде ряда равномерно по окружности размещенных в дне гайки сквозных продольных каналов более технологично по сравнению с комбинацией двух косых отверстий и осевого канала в прототипе. Кроме того, в заявленном техническом решении в отличие от прототипа поток топлива на выходе не меняет направления, что снижает гидравлические потери, стабилизирует результаты и повышает эффективность устройства в целом. Регламентированная величина превышения суммарной площади сквозных продольных каналов определяется рядом конкретных конструктивно-регулировочных параметров стендовой форсунки и для автотракторных форсунок находится в пределах 2.5.

Следует отметить, что использование шарика в цилиндрическом канале сопла в качестве калибратора, определяющего эффективное проходное сечение дросселя, позволяет получить по сравнению с прототипом новое качество - ремонтопригодность узла при изменению гидравлических характеристик в процессе эксплуатации стендовой форсунки. Восстановление параметров дросселя может быть получено путем развертки дроссельного канала на увеличенный диаметр, соответствующий следующему в ряду диаметру шарика, выпускаемого промышленностью, и обеспечивающий кольцевой зазор требуемой площади. Ограничением при развертке служит величина контактного диаметра иглы клапанного узла, что для автотракторных форсунок реально позволяет провести 2.3 повторных развертки.

Таким образом, сравнительный анализ совокупности отличительных признаков заявленного технического решения и прототипа показывает, что в предложенной стендовой форсунке достигается более высокая технологичность исполнения и большая эффективность при подборе гидравлических характеристик дросселя, выражающаяся в повышении стабильности и снижении трудоемкости подбора гидравлических характеристик форсунки. Дополнительным сопутствующим положительным эффектом у заявленной форсунки является повышение ее надежности и обеспечение ремонтопригодности, что отсутствует у прототипа.

Поставленной цели с обеспечением дополнительного положительного эффекта служат и все дополнительные признаки, раскрытые в подчиненных пунктах формулы изобретения.

В частности, использование в качестве опоры шарика конуса, обращенного основанием к шарику с диаметром основания меньшим диаметром шарика (п.2 формулы) дает возможность при относительно низких скоростях впрыскивания обеспечить самоцентровку шарика на опоре при более простом и технологичном исполнении опоры без риска получения сопутствующего отрицательного эффекта по износу шарика ввиду устойчивости его на опоре.

Выполнение сквозных продольных каналов в дне гайки в виде круглых отверстий, с осями, параллельными оси дроссельного канала (п.3 формулы), обеспечивает упрощение технологической операции их выполнения (сверление снаружи), а признаки, регламентирующие геометрические размеры размещения отверстий, гарантируют прохождение потока топлива без изломов направления, что позволяет снизить гидравлические потери на выходе.

Снабжение гайки упора винтом, установленным в соосном с дроссельным каналом резьбовом отверстии и перенесение опоры на торец хвостовика винта с выполнением продольных каналов в виде трапециевидных пазов, выходящих на резьбовую поверхность (п.4 формулы) также позволяет повысить технологичность варианта с регулируемым по высоте упором благодаря более простому выполнению выходных пазов. Принципиально в предложенном техническом решении регулируемость упора не требуется, т.к. местонахождение шарика по высоте в калиброванном дроссельном канале не имеет значения. Однако в некоторых случаях, например при использовании технического решения для дросселя корпусов штатных рабочих распылителей с отрезанным носком, необходимо гарантировать расположение шарика в дроссельном канале выше следов (остатков) распыляющих отверстий, дабы избежать застревания или цепляния шарика в выходных сечениях этих отверстий. Наиболее просто определенная координата шарика в дроссельном канале обеспечивается при помощи регулируемого упора (винта), что в данном случае оправдывает его применение.

Использование сетки, закрепленной в сквозном соосном отверстии в гайке, в качестве опоры шарика (п.5 формулы) существенно упрощает конструкцию и повышает технологичность опоры.

Признаки, регламентирующие диаметр сквозного отверстия в дне гайки и размер ячеек сетки, обеспечивают снижение гидравлических потерь потока на выходе и отсутствие выпадания шарика из дроссельного канала.

Таким образом, достижение дополнительного положительного эффекта в направлении поставленной цели в совокупности отличительных признаков заявленной стендовой форсунки позволяет считать, что предложенное техническое решение обладает существенными отличиями по сравнению с прототипом.

Наличие положительного эффекта у заявленной стендовой форсунки доказывается результатами приведенного выше сравнительного анализа признаков, а также результатами сравнительных испытаний.

Следовательно, заявленное техническое решение отвечает всем критериям изобретения.

На фиг. 1 представлен продольный разрез предложенной стендовой форсунки, на фиг. 2 вариант форсунки по п.4 формулы, на фиг. 3 вариант по п.5 формулы.

Стендовая форсунка (фиг. 1,2) содержит корпус 1 с каналом 2 подвода топлива и последовательно пристыкованные к нему клапанный узел 3, выполненный в виде запорной иглы 4 в корпусе 5 клапанного узла 3, нагруженной пружиной 6, дроссель 7 в виде дроссельного канала 8 и размещенного в нем шарика 9 и контактирующий с шариком 9 упор 10 с выходным каналом 11.

В стендовой форсунке дроссельный канал 8 (фиг.2) выполнен сквозным, цилиндрическим, калиброванным на величину диаметра, обеспечивающую требуемую величину эффективного проходного сечения дросселя 7 по условиям регулировки топливовпрыскивающего насоса (на фигурах не показан) конкретной марки. Упор 10 выполнен в виде закрепленной на корпусе 5 клапанного узла 3 гайки 12, в дне 13 которой с внутренней стороны соосно дроссельному каналу 8 размещена опора 14 шарика 9, выполненная в виде сферической лунки с диаметром кривизны большим, а диаметром кратера меньшим диаметра шарика. Выходной канал 11 упора 10 выполнен в виде (фиг.2,3) ряда равномерно по окружности размещенных в дне 13 гайки 12 сквозных продольных каналов, по площади превосходящих площадь кольцевого зазора между шариком и дроссельным каналом на регламентированную величину.

Согласно п.2 формулы изобретения опора 14 шарика 9 выполнена в виде конуса (на фигурах не показан), обращенного основанием к шарику 9 с диаметром основания меньшим диаметра шарика 9.

Согласно п. 3 формулы изобретения сквозные продольные каналы выходного канала 11 в дне 13 гайки 12 (фиг.1) выполнены в виде круглых отверстий 15 (фиг. 2,3) с осями, параллельными оси дроссельного канала 8 (фиг.1), размещенными на концентричной с лункой окружности 16, диаметр которой равен сумме диаметров кратера Дк лунки и круглого отверстия 15 (d_o).

Согласно п.4 формулы изобретения гайка 12 снабжена винтом 17 (фиг.1,4), установленным в резьбовом отверстии 18, выполненном в дне 13 гайки 12 соосно дроссельному каналу 8, причем опора 14 шарика 9 размещена на торце 19 винта 17, диаметр резьбового отверстия 18 по крайней мере не меньше диаметра дроссельного канала 8, а продольные каналы выходного канала 11 выполнены в виде трапециевидных пазов 20 (фиг.5), выходящих на наружную резьбовую поверхность винта 17.

Согласно п.5 формулы изобретения, гайка 12 снабжена сеткой 21 (фиг.1,6), установленной и неподвижно закрепленной в сквозном соосном отверстии 22, выполненном в дне 13 гайки 12, причем диаметр сквозного отверстия 22 по крайней мере не меньше диаметра дроссельного канала 8, а размер ячеек сетки 21 не больше диаметра шарика 9.

Стендовая форсунка работает следующим образом.

Нагнетаемое плунжером топливовпрыскивающего насоса (на фигурах не показан) топливо попадает через канал 2 в корпус 1 форсунки под запорную иглу 4 клапанного узла 3, поднимает ее и далее проходит в дроссельный канал 8, обтекая шарик 9 по кольцевому зазору, лимитирующему проходное сечение дросселя 7.

После отсечки подачи топлива плунжером насоса давление перед иглой 4 падает и она садится на седло в корпусе 5 клапанного узла 3, вытесняя остатки топлива из дроссельного канала 8 в выходные каналы 11.

Пропускная способность стендовой форсунки определяется площадью кольцевого зазора между шариком 9 и дроссельным каналом 8, а также суммарным гидравлическим сопротивлением дросселя 7, комплексно характеризующимся коэффициентом расхода μ. Для обеспечения условий впрыскивания со стендовой форсункой, идентичных условиям с рабочим многодырчатым распылителем, эффективное проходное сечение (mf) дросселя 7 стендовой форсунки должно быть равно таковому у рабочего распылителя.

Подбор величины кольцевого зазора вокруг шарика 9 практически осуществляется путем подбора диаметра дроссельного канала 8 под конкретный диаметр шарика 9, который выполняется с весьма малым допуском и в первом приближении может считаться постоянным. В зависимости от конкретной величины диаметра дроссельного канала 8 при изготовлении корпуса 5 клапанного узла 9 осуществляют разбивку на 5.6 размерных групп всего массива выпускаемых деталей. Комплектование форсунок вместе с топливопроводами в один стендовый комплект проводится форсунками одной размерной группы. Число групп зависит от чувствительности топливовпрыскивающего насоса данной марки к изменению эффективного проходного сечения (μf) дросселя и фактического диапазона разброса величин μf при изготовлении. При этом крайнее значения μf дросселя в каждой из размерных групп не должны приводить к изменению пропускной способности на одной секции, собранной по среднедопускаеым (медианным) значениям отдельных составляющих элементов, более чем на 3% (максимально допустимая величина разброса цикловой подачи топлива по отдельным секциям рядного топливовпрыскивающего насоса при регулировке на стенде по ГОСТ 8670-82).

Реализация указанных условий выполнения и использования предложенной стендовой форсунки обеспечивает получение заявленного положительного эффекта. Выполнение дроссельного канала сквозным, цилиндрическим, калиброванным и размещение в нем шарика с самоцентрирующейся опорой в гайке, закрепленной на корпусе дросселя, позволяет в заявленной форсунке повысить технологичность изготовления и увеличить эффективность подбора гидравлических характеристик вследствие менее трудоемкого и более стабильного обеспечения требуемого μf дросселя.

Стабилизация шарика в дроссельном канале за счет самоцентровки на опоре минимизирует его вращения и снижает износ деталей соплового аппарата дросселя. Предложенная форсунка обладает ремонтопригодностью, заключающейся в возможности восстановления гидравлической характеристики путем перехода на следующий в стандартном ряду размер шарика и соответствующей развертки дроссельного канала, а также свойством самоочищения при попадании частиц грязи в лимитирующий кольцевой зазор в дросселе вследствие постоянного проворота шарика на опоре.

Испытания опытных образцов заявленной форсунки подтвердили ее высокую эффективность. Трудоемкость изготовления заявленной форсунки с использованием элементов штатной рабочей форсунки типа КамАЗ (модель "33") примерно в 3 раза ниже, а время подбора необходимой гидравлической характеристики на 30. 50% меньше, чем у прототипа. При этом примерно на 25% возрастает стабильность пропускной способности по времени в серии единовременных замеров.

Использование: двигателестроение, в частности, устройства для испытания дизельной топливной аппаратуры. Сущность изобретения: стендовая форсунка содержит корпус с каналами подвода топлива, клапанный узел в виде подпружиненной запорной иглы в корпусе клапана, дроссель в виде сквозного, цилиндрического, калиброванного канала с размещенным в нем шариком, упор в виде гайки, закрепленной на корпусе клапана, с опорой шарика, соосно размещенной на внутренней стороне дна гайки. Опора шарика выполнена в виде сферической лунки с диаметром кривизны большим, а диаметром кратера - меньшим, чем диаметр шарика. Выходной канал упора выполнен в виде ряда равномерно размещенных по окружности в дне гайки сквозных продольных каналов, но могут быть выполнены цилиндрическими или в виде трапециевидных пазов. Представлены варианты форсунки с винтом, соосно размещенным в дне гайки, и опорой шарика, размещенной на торце винта, а также вариант с опорой шарика в виде сетки, неподвижно закрепленной в сквозном соосном отверстии в дне гайки, при этом размер ячеек сетки регламентируется. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Стендовая форсунка для регулирования топливовпрыскивающего насоса, содержащая корпус с каналом подвода топлива, клапанный узел в виде корпуса и размещенной в корпусе подпружиненной иглы, дроссель, выполненный в виде шарика, размещенного в калиброванном канале, упор с выходным каналом, установленный с возможностью контакта с шариком, причем выходной канал связан с калиброванным каналом, отличающаяся тем, что упор выполнен в виде гайки, закрепленной на корпусе клапанного узла, в дне которой с внутренней стороны соосно калиброванному каналу размещена опора шарика, выполненная в виде сферической лунки с диаметром кривизны большим, а диаметром кратера меньшим диаметра шарика, причем выходной канал упора выполнен в виде ряда равномерно размещенных по окружности в дне гайки сквозных продольных каналов, суммарная площадь которых больше площади кольцевого зазора между шариком и калиброванным каналом. 2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что сквозные продольные каналы в дне гайки выполнены цилиндрическими с осями, параллельными оси калиброванного канала, размещенными на концентричной с лункой окружности, диаметр которой равен сумме диаметров кратера лунки и цилиндрического канала. 3. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что гайка снабжена винтом, установленным в резьбовом отверстии, выполненном в дне соосно калиброванному каналу, причем опора шарика размещена на торце винта, диаметр резьбового отверстия по крайней мере не меньше диаметра калиброванного канала, а продольные каналы выполнены в виде трапециевидных пазов, выходящих на наружную резьбовую поверхность винта. 4. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что гайка снабжена сеткой, установленной в неподвижном закрепленном в сквозном соосном отверстии, выполненном в дне гайки, причем диаметр сквозного отверстия по крайней мере не меньше диаметра калиброванного канала, а размер ячеек сетки не больше диаметра шарика.