РАСПЫЛИТЕЛЬ ФОРСУНКИ Российский патент 1997 года по МПК F02M61/10 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности может использоваться в топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Известны многосопловые распылители форсунок дизельных двигателей, в которых сопловые отверстия выполнены в колодце распылителя и являются радиально расходящимися, а также распылители, в которых сопловые отверстия со скрещивающимися осями выполнены по прямолинейным образующим однополосного гиперболоида, и распылители, в которых сопловые каналы распылителя пересекаются в корпусе распылителя, а дальнейшее истечение происходит из общего канала [1, 2, 3] Недостатком этих распылителей является неравномерное распределение топлива в объеме камеры сгорания на этапе впрыска, так как топливо распространяется в форме отдельных конусообразных факелов, что приводит к наличию так называемых "мертвых зон" в камере сгорания дизеля, в которых концентрация топлива значительно ниже чем в объеме факела. Неравномерность распределения топлива на этапе впрыска снижает коэффициент использования объема камеры сгорания и увеличивает время, необходимое для качественного смесеобразования. Это является причиной ухудшения экономических и экологических характеристик дизеля.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является многосопловой распылитель форсунки, состоящий из корпуса распылителя, запорной иглы и радиально расходящихся сопловых отверстий в колодце распылителя [3] а также применяющийся в современном дизелестроении, в том числе на двигателях ЯМЗ-236, 238, и КАМАЗ-740. Струи топлива в распылителях данного типа расходятся радиально и не пересекаются между собой. Недостатками распылителя данного типа является неравномерное распределение топлива по объему камеры сгорания на этапе впрыска, наличие "мертвых зон", в которые топлива не распространяется, и зон с повышенной концентрацией топлива. Эти недостатки снижают эффективность процесса сгорания топлива и ухудшают экологические и экономические качества дизеля.

Настоящее изобретение направлено на повышение качества распределения топлива по объему камеры сгорания на этапе впрыска и улучшение топливной экономичности и экологичности дизеля.

Задача решается тем, что предполагаемый распылитель имеет сопловые отверстия, расположенные попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя, что обеспечивает равномерно распределение топлива по камере сгорания в процессе впрыска за счет изменения геометрии топливного факела, распространяющегося в виде полого эллиптического конуса.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемое техническое решение обеспечивает более равномерное распределение топлива по объему камеры сгорания за счет попарно расположенных сопловых отверстий таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя, что обеспечивает впрыск топлива методом соударения струй. При этим дизель становится менее чувствительным к уменьшению плотности заряда перед впускными органами и к вариациям надпоршневого зазора; равномерное распределение капель топлива по объему камеры сгорания дает максимальные скорости последующего диффузионного горения, улучшает пусковые качества дизеля, что способствует выбору оптимальной степени сжатия и повышает индикаторный КПД.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что распылитель форсунки имеет сопловые отверстия, расположенные попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя, что обеспечивает равномерное распределение топлива по камере сгорания в процессе впрыска за счет изменения геометрии топливного факела, распространяющегося в виде полого эллиптического конуса. Таким образом, отличия, связанные с встречным попарным расположением сопловых отверстий, обеспечивающих изменение геометрии факела за период времени впрыска топлива, проявляющимся в изменении угла при вершине полого эллиптического конуса факела, позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен общий вид распылителя форсунки;
фиг. 2 график изменения угла при вершине конуса топливного факела в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Распылитель форсунки состоит из корпуса распылителя 1, запорной иглы 2, сопловых отверстий, расположенных попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие 3, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе отверстие 4 в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя под углом ν а оси отверстий 3 образуют между своими осями угол g.

Распылитель форсунки работает следующим образом.

При повышении давления в надигольной полости выше критического происходит подъем запорной иглы. Топливо устремляется по щели между запорной иглой и седлом распылителя. При этом часть топлива попадает в сопловые отверстия 3 (фиг. 1), находящиеся в седле распылителя, а часть топлива движется к сопловым отверстиям 4 в колодце распылителя. В силу того, что потери давления при движении топлива к сопловым отверстиям в колодце распылителя изменяются в зависимости от величины подъема иглы, изменяется и разность давлений на входе в верхние и нижние сопловые отверстия. Следовательно, за период впрыска изменяется и разность скоростей струй топлива на выходе из сопловых отверстий. В общем случае после столкновения двух струй топливо распространяется в форме эллиптического конуса, а угол при вершине этого конуса, приведенный к круговому, можно оценить по приближенной формуле в зависимости от скоростей и диаметров сталкивающихся струй.

где ν угол столкновения струй;
V₁, V₂ скорости сталкивающихся струй;
d₁, d₂ диаметры сталкивающихся струй.

Таким образом, за счет изменения направления движения топливного факела в процессе впрыска топлива увеличивается коэффициент использования объема камеры сгорания и снижается объем "мертвых зон".

Впрыск топлива указанным способом приводит к равномерным концентрациям топлива и воздуха в объеме камеры сгорания, быстрому испарению капель топлива, увеличению скорости диффузионного горения, снижая время воздействия высоких температур на топливо и замедляя процесс его разложения, а также к увеличению коэффициента полноты сгорания топлива.

Использование заявляемого изобретения позволяет повысить экономические и экологические характеристики дизеля.

Использование: двигателестроение, в частности топливная аппаратура двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Сущность изобретения: сопловые отверстия распылителя форсунки расположены попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе - в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя, что обеспечивает равномерное распределение топлива по камере сгорания в процессе впрыска за счет изменения геометрии топливного факела, распространяющегося в виде полого эллиптического конуса. 2 ил.

Распылитель форсунки дизельного двигателя, состоящий из корпуса распылителя, запорной иглы, радиально расходящихся сопловых отверстий в колодце распылителя, отличающийся тем, что сопловые отверстия расположены попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя и находятся в одной плоскости с его осью.