РАСПЫЛИТЕЛЬ ФОРСУНКИ ДЛЯ ДИЗЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК F02M61/04 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре дизельных двигателей.

Известен, по патенту США N 4153205, 1979, распылитель форсунки для дизеля, в котором исходная запирающая кромка на игле образована пересечением двух конических поверхностей. На конической поверхности ниже запирающей кромки выполнена кольцевая канавка, разделяющая эту поверхность на две самостоятельные, выполняющие независимо друг от друга функции запирания и дросселирования топлива. Коническая поверхность, расположенная выше запирающей кромки выполнена с углом конуса меньше угла седла, а коническая поверхность ниже запирающей кромки выполнена с углом конуса больше угла седла, при этом разность между величинами углов седла и конической поверхности выше запирающей кромки больше разности величин углов конической поверхности ниже запирающей кромки и седла.

По этой причине коническая поверхность ниже запирающей кромки изнашивается, по сравнению с конической поверхностью выше запирающей кромки, быстрее, т.е. при наработке распылителя уменьшается время, как часть ресурса, на смещение действительной окружности запирания топлива на кромку, ограниченную кольцевой канавкой. После стабилизации диаметра действительной запирающей кромки происходит приработка с седлом обеих конических поверхностей с уменьшением функционально необходимого зазора между дроссельной конической поверхностью ниже кольцевой канавки и поверхностью седла.

В распылителе форсунки для двигателя внутреннего сгорания, известном по патенту Российской Федерации N 2027061, кл. F 02 M 61/00, в корпусе, выполненном полым с коническим седлом, сопряженным с колодцем, размещена игла, запорный и дроссельный конусы которой разделены между собой кольцевой проточкой, ограниченной со стороны запорного конуса плоской поверхностью, перпендикулярной к оси иглы и образующей в пересечении с запорным конусом запорную кромку, причем угол при вершине запорного конуса равен углу дроссельного конуса и составляет величину меньше величины угла при вершине конуса седла. При этом, в статическом состоянии, дроссельный конус размещен с зазором относительно поверхности седла, а площадь его приработки в контакте с поверхностью седла, при динамической осадке иглы, выполнена меньше площади приработки поверхности запорного конуса, чем обеспечиваются (при прочих равных условиях) более высокие контактные напряжения на поверхности дроссельного конуса и его более интенсивный, по сравнению с запорным конусом, износ и поддержание дроссельного зазора на минимально достаточном для нормальной работы распылителя уровне.

При наработке в этом распылителе запорная кромка не смещается на игле в направлении потока топлива, чем снижается интенсивность уменьшения диаметра действительной окружности запирания топлива.

К недостаткам этого распылителя следует отнести низкую эффективность работы механизма автоматического поддержания зазора между поверхностями дроссельного конуса и седла. Это связано с тем, что при динамической осадке иглы, в результате которой дроссельный конус входит в непосредственный контакт с седлом и изнашивается, более нагруженным оказывается запорный конус, т.к. именно от его воздействия упруго деформируется корпус распылителя.

Известен распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания (патент Российской Федерации N 2032829 кл. F 02 M 61/04, 1992, наиболее близкий к заявляемому по технической сущности.

В корпусе распылителя размещена игла, выполненная с запирающим элементом в виде кромки, образованной в пересечении двух, сужающихся в направлении потока топлива конических поверхностей. Дроссельный конус установлен с зазором относительно конической поверхности седла и выполнен в одном измерении с отклонением от круглости, величина которого в двух любых поперечных сечениях равна, причем нормируемый участок поверхности выполнен в виде лыски (плоской поверхности на теле вращения).

Лыска, выполненная на поверхности дроссельного конуса его образующей (точнее - параллельно) не изменяет гидродинамические характеристики распылителя, а уменьшает площадь боковой поверхности дроссельного конуса и повышает удельное давление на граничные слои топлива, располагающиеся между взаимодействующими поверхностями иглы и седла в виде пленки. Лыска может быть выполнена на поверхности дроссельного конуса только на незначительном расстоянии от его образующей, т.к., в противном случае, вершина конуса срезается в плоскости лыски. По этой причине мала ширина лыски (хорда поперечного сечения) и незначительно уменьшение боковой поверхности дроссельного конуса. Попытка все же увеличитель расстояние от образующей конуса до плоскости лыски приводит к значительному увеличению проходного дросселирующего сечения и нарушению дросселирования топлива.

Конический поясок, выполненный между запирающей кромкой и дроссельным конусом с углом при вершине больше угла седла, с целью перераспределения на него возросшей нагрузки на запорный конус, малоэффективен в своей функции, т.к. при большой разнице между величиной угла при вершине конического пояска и величиной угла седла фактического перераспределения нагрузки не происходит и запорный корпус будет интенсивно изнашиваться.

Недостатком известных распылителей является, таким образом, недостаточно высокий ресурс, что связано с отсутствием или малой эффективностью механизма поддержания функционально необходимого дросселирующего зазора.

Целью изобретения является повышение ресурса и эффективности работы распылителя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном распылителе, дроссельный конус иглы которого выполнен в одном направлении с заданным отклонением от круглости постоянной величины и с плоским нормируемым участком, а запирающая кромка образована пересечением двух конических поверхностей, сужающихся в направлении потока топлива, дроссельный конус выполнен с отклонением от круглости (ГОСТ24642-81 (СТ.СЭВ 301-88) Допуски формы и расположения поверхностей. Основные термины и определения. Из-во Стандартов, М. "отклонение от круглости" (см. п. 2.3.1, с. 14), "нормируемый участок" (см. п. 1.8, с. 2)), по меньшей мере в одном направлении, а нормируемый участок поверхности выполнен выпуклым с кривизной, радиус которой больше половины диаметра поперечного сечения в наибольшем измерении, при этом на игле, соосно ее оси, выполнен дополнительный конус с углом при вершине больше чем угол при вершине дроссельного конуса, образующий при пересечении с поверхностью последнего дроссельную кромку, размещенную на игле выше линии сопряжения седла с колодцем. Причем углы конических поверхностей, образующих в пересечении запирающую кромку, подобраны так, что насколько величина угла при вершине конической поверхности выше запирающей кромки меньше величины угла седла, настолько величина угла седла меньше величины угла при вершине конической поверхности ниже запирающей кромки.

На фиг. 1 изображен распылитель, в продольном разрезе; на фиг. 2 - поперечное сечение дроссельного конуса с отклонением от круглости в одном (двух) направлениях; на фиг. 3 изображено поперечное сечение дроссельного конуса с отклонением от круглости поперечного сечения в трех равнорасположенных по окружности направлениях.

Распылитель (см. фиг. 1) состоит из корпуса 1 с коническим седлом 2 с углом ϕ при вершине, сопряженным с колодцем 3 по линии 4 и содержит иглу 5, выполненную с двумя коническими поверхностями 6 и 7, сужающимися в направлении потока топлива и образующими в пересечении запирающую кромку 8, лежащую в плоскости, перпендикулярной к оси иглы 5. С меньшим основанием 9 конической поверхности 7, усеченной по плоскости, перпендикулярной к оси иглы 5 и образующей кромку 10, сопрягается посредством цилиндрического пояска 11 дроссельный конус 12, установленный в корпусе 1 с зазором S. Поверхность дроссельного конуса 12 выполнена с заданным отклонением от круглости Δ по меньшей мере в одном направлении, а нормируемый участок 13 выполнен выпуклым с кривизной, радиус R которой больше половины диаметра D наибольшего поперечного сечения дроссельного конуса 12. На игле 5 соосно ее оси выполнен дополнительный конус 14, угол γ при вершине которого больше угла α₁ при вершине дроссельного конуса 12, образующий при пересечении с поверхностью последнего дроссельную кромку 15, размещенную на игле 5 выше линии 4 сопряжения седла 2 с колодцем 3. Углы α₂ и α₃ при вершинах конических поверхностей 6 и 7 подобраны таким образом, что насколько величина угла α₂ при вершине конической поверхности 6 меньше величины угла ϕ седла 2, настолько величина угла ϕ седла меньше величины угла α₃ при вершине конической поверхности 7. Для уравновешивания действия поперечной составляющей сил, возникающих от неравномерного давления на дроссельный конус 12 при динамической посадке иглы 5 на седло 2 и предотвращения в связи с такой нагрузкой повышенного износа направляющей поверхности (не показана) иглы 5, дроссельный конус 12 (см. фиг. 2) может быть выполнен с заданным отклонением от круглости в двух диаметрально противоположных направлениях или в трех (см. фиг. 3), равнорасположенных по окружности ("Линейные и угловые измерения". Бурдин Г.Д., Бирюков Г. С. и др. М., Из-во Стандартов, 1977, "правильный многодужник" (см. с. 251, 3-я строка сверху)).

Механизм износа распылителя работает следующим образом.

В результате равномерной, от запирающей кромки 8, приработки конических поверхностей 6 и 7 уровень действительной запирающей окружности на игле 5, в начальной стадии, остается практически неизменным, а осадка иглы 5 и некоторое уменьшение зазора S между конической поверхностью 7 и поверхностью седла 2 происходит в основном за счет износа последнего. При наработке распылителя действительная запирающая окружность смещается на кромку 10, а зазор S между дроссельным конусом 12 и седлом 2 уменьшается, и при динамической посадке иглы 5 на седло 2 наступает момент, когда, благодаря уменьшенной боковой поверхности дроссельного конуса 12 и повышенным в связи с этим контактным напряжением, разрушает (продавливается) пленка дизельного топлива, препятствующая прямому механическому контакту взаимодействующих поверхностей, при котором и происходит опережающий износ круглой, в поперечном сечении, поверхности дроссельного конуса 12.

В предлагаемом распылителе, благодаря уменьшенной поверхности дроссельного конуса 12 и при сохранении дросселирующих свойств, обеспечивается опережающий, по сравнению с коническими поверхностями 6 и 7, износ дроссельного конуса 12, т.е. - сохранение дросселирующего зазора S на функционально необходимом уровне на протяжении длительного периода времени.

Выполнение на игле 5 дополнительного конуса 14, образующего в пересечении с дроссельным конусом 12 дроссельную кромку 15, размещенную на игле 5 выше линии 4 сопряжения седла 2 с колодцем 3, позволяет:
а) в результате уменьшения протяженности (глубины) дроссельной щели уменьшить дросселирующий зазор S, а свойства дросселирования сохранить благодаря выполнению поверхности дроссельного конуса 12 с заданными некрглостями, имеющими в разных поперечных сечениях конуса разную величину;
б) упростить обработку дроссельного конуса с отклонениями от круглости заданной величины и без нарушения острия иглы 5.

Отличительные особенности предлагаемого распылителя повышают его ресурс и расширяют возможности оптимизации процесса впрыскивания топлива.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре дизельных двигателей, и может быть использовано в топливовпрыскивающих устройствах. Изобретение позволяет повысить ресурс и эффективность работы распылителя. Игла распылителя (ИР) выполнена с запирающей кромкой, образованной пересечением двух конических поверхностей сужающихся в направлении потока топлива. Дроссельный конус (ДК) выполнен по меньшей мере в одном направлении с отклонением от круглости заданной величины. Нормируемый участок поверхности выполнен выпуклым с кривизной, радиус которой больше половины диаметра поперечного сечения ДК в наибольшем измерении. На ИР выполнен дополнительный конус, образующий при пересечении с ДК дроссельную кромку, размещенную на ИР выше линии сопряжения седла с колодцем. В результате уменьшения боковой поверхности ДК и повышения в связи с этим контактных напряжений при взаимодействии с седлом с опережением изнашивается ДК, чем поддерживается функционально необходимая величина дросселирующего зазора S. Углы α₂ и α₃ конических поверхностей, образующих запирающую кромку, подобраны таким образом, что на сколько величина угла α₂ меньше ϕ седла, на столько величина угла ϕ меньше величины угла α₃. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Распылитель форсунки для дизеля, содержащий корпус с коническим седлом, сопряженным с колодцем, размещенную в корпусе иглу с дроссельным конусом и запирающим элементом в виде кромки, лежащей в плоскости, перпендикулярной оси иглы и образованной пересечением двух сужающихся в направлении потока топлива конических поверхностей, одна из которых выше запирающей кромки и выполнена с углом при вершине меньше угла седла, а другая выполнена в виде усеченного конуса, с меньшим основанием которого сопрягается посредством цилиндрического пояска дроссельный конус, установленный с зазором относительно седла и выполненный в одном направлении с заданным отклонением от круглости, величина которого в двух любых поперечных сечениях равна, отличающийся тем, что дроссельный конус выполнен с заданным отклонением от круглости его поперечного сечения по меньшей мере в одном направлении, а нормируемый участок поверхности выполнен выпуклым с кривизной, радиус которой больше половины диаметра поперечного сечения в наибольшем измерении, при этом на игле соосно с ее осью выполнен дополнительный конус с углом при вершине больше, чем угол при вершине дроссельного конуса, образующий при пересечении с поверхностью последнего дроссельную кромку, размещенную на игле выше линии сопряжения седла с колодцем, а углы при вершинах конических поверхностей, образующих запирающую кромку, выбраны из следующего равенства:
ϕ-α₂= α₃-ϕ,
где ϕ - угол конуса седла;
α₂ - угол при вершине конической поверхности выше запирающей кромки;
α₃ - угол при вершине конической поверхности ниже запирающей кромки,
2. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что дроссельный конус выполнен с поперечным сечением в виде правильного многодужника. 3. Распылитель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дроссельный конус выполнен с заданным отклонением от круглости, величины которого в одном направлении в двух любых поперечных сечениях различны, и с величиной угла при вершине не меньше чем величина угла конуса седла.