РАСПЫЛИТЕЛЬ ФОРСУНКИ Российский патент 1998 года по МПК F23D11/36 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 два ряда: верхние отверстия выполнены относительно меньшего диаметра, чем нижние, оси верхних и нижних отверстий не пересекаются, а игла имеет на конце штифт, входящий в предсопловый канал с очень малым зазором на величину, превышающую полный подъем иглы при работе дизельного двигателя на холостом ходу. Кроме того, 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 однополостного 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 многосопловый распылитель форсунки, состоящий из корпуса распылителя, запорной иглы, содержащей на конце штифт, входящий в предсопловый канал с очень малым зазором на величину, превышающую полный подъем иглы при работе дизеля на холостом ходу, и сопловых отверстий, выполненных в два ряда: верхние отверстия относительно малого диаметра, расположенные в седле запорного конуса, и нижние отверстия, имеющие увеличенное выходное сечение и находящиеся в колодце распылителя [1] Распылители данного типа обеспечивают ступенчатость подачи топлива, а струи топлива не пересекаются между собой. Недостатками распылителя данного типа является неравномерное распределение топлива по объему камеры сгорания на этапе впрыска, наличие "мертвых зон", в которые топливо не распространяется, и зон с повышенной концентрацией топлива, кроме того, верхний ряд сопловых отверстий склонен к закоксовыванию в силу малости диаметра отверстий. Эти недостатки снижают эффективность процесса сгорания топлива и ухудшают экологические и экономические качества дизеля.

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

Указанная цель достигается тем, что на запорном конусе иглы имеется сквозное радиальное отверстие и сообщающееся с ним осевое отверстие в штифтовой части иглы, причем штифт на конце запорной иглы расположен так, что при положении иглы на упоре сопловые отверстия в колодце распылителя открыты, а при положении иглы в седле закрыты, при этом сопловые отверстия расположены попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, второе в колодце распылителя, а оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя и находятся в одной плоскости с его осью, что обеспечивает равномерное распределение топлива по камере сгорания в процессе впрыска за счет соударения струй и дальнейшего изменения геометрии топливного факела, распространяющегося в виде полого эллиптического конуса.

Сопоставительннй анализ предлагаемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемое техническое решение обеспечивает более равномерное распределение топлива по объему камеры сгорания, на этапе впрыска за счет того, что на запорном конусе иглы имеется сквозное радиальное отверстие и сообщающееся с ним осевое отверстие в штифтовой части иглы, причем штифт на конце запорной иглы расположен так, что при положении иглы на упоре сопловые отверстия в колодце распылителя открыты, а при положении иглы в седле закрыты, при этом сопловые отверстия расположены попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, второе в колодце распылителя, а оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя и находятся в одной плоскости с его осью, что обеспечивает впрыск топлива методом соударения струй и изменение геометрии топливного факела, распространяющегося в виде полого эллиптического конуса. При этом дизель становится менее чувствителен 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.

Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа тем, что на запорном конусе иглы имеется сквозное радиальное отверстие и сообщающееся с ним осевое отверстие в штифтовой части иглы, причем штифт на конце запорной иглы расположен так, что при положении иглы на упоре сопловые отверстия в колодце распылителя открыты, а при положении иглы в седле закрыты, при этом сопловые отверстия расположены попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие расположенное на запорном конусе седла распылителя, второе в колодце распылителя, а оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя и находятся в одной плоскости с его осью. Таким образом, отличия, связанные с наличием радиального отверстия на запорном конусе иглы распылителя и осевого отверстия в ее штифтовой части, а также связанные с изменением площади входа в сопловые отверстия в колодце распылителя при движении запорной иглы, и отличия, связанные с встречным, попарным расположением сопловых отверстий, обеспечивающих впрыск топлива методом соударяющихся струй, позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлено в других технических решениях при изучении данной и смежной обаластей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На чертеже изображен общий вид распылителя форсунки.

Распылитель форсунки состоит из корпуса распылителя 1, запорной иглы 2, имеющей на конце штифт Б, двух взаимно перпендикулярных отверстий 4, одно из которых выполнено на запорном конусе иглы распылителя, а второе вдоль оси штифтовой части иглы, сопловых отверстий расположенных попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие 3, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе отверстие 6 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 способом. При повышении давления в надыгольной 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, находящиеся в седле распылителя, а часть топлива через взаимно перпендикулярные отверстия 4 движется к сопловым отверстиям 6 в колодце распылителя. При этом штифт 5 открывает отверстия 6. В силу того, что потери давления при движении топлива к сопловым отверстиям в колодце распылителя изменяются в зависимости от величины подъема иглы и площадь входа в сопловые отверстия 6 зависит от положения штифта 5 (от 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 угла b при вершине эллиптического конуса в процессе впрыска топлива происходит раскрытие и схлопывание топливного шатра, а следовательно изменяется направление движения топливного факела и за счет этого 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 приводит к увеличению коэффициента полноты сгорания топлива.

Использование изобретения позволяет повысить экономические и экологические характеристики дизеля.

Использование: изобретение относится к двигателестроению, в частности может использоваться в топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Сущность изобретения: на запорном конусе иглы распылителя имеется сквозное радиальное отверстие и сообщающееся с ним осевое отверстие в штифтовой части иглы, причем штифт на конце запорной иглы расположен так, что при положении иглы на упоре сопловые отверстия в колодце распылителя открыты, а при положении иглы в седле - закрыты, при этом сопловые отверстия расположены попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, второе - в колодце распылителя, а оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя и находятся в одной плоскости с его осью, что обеспечивает равномерное распределение топлива по камере сгорания в процессе впрыска за счет соударения струй и последующего изменения геометрии топливного факела, распространяющегося в виде полого эллиптического конуса. 1 ил.

Распылитель форсунки дизельного двигателя, состоящий из корпуса распылителя, запорной иглы, имеющей на конце штифт, входящий в предсопловой канал с очень малым зазором, сопловых отверстий, расположенных в два ряда, таким образом, что верхний ряд имеет отверстия, расположенные на запорном конусе седла распылителя, а нижний в колодце распылителя, отличающийся тем, что на запорном конусе иглы имеется сквозное радиальное отверстие и сообщающееся с ним осевое отверстие в штифтовой части иглы, причем штифт на конце запорной иглы расположен так, что при положении иглы на упоре сопловые отверстия в колодце распылителя открыты, а при положении иглы в седле закрыты, при этом сопловые отверстия расположены попарно, таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, второе в колодце распылителя, а оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя и находятся в одной плоскости с его осью.