РАСПЫЛИТЕЛЬ ФОРСУНКИ ДЛЯ ДИЗЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК F02M61/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливовпрыскивающей аппаратуре дизеля.

В большинстве отечественных и зарубежных распылителей сопловые отверстия выходят в центральный канал под конусом иглы-распылителя (см. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л. : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1990, с. 248, рис. 3.19). ^* Конструкция распылителей, в которых центральный канал выполняется в носике со сферическим концом, наиболее технологична при обеспечении одного из важных требований к топливовпрыскивающим устройствам: "равномерность подачи топлива через отдельные сопловые отверстия многосоплового распылителя". Это достигается расположением сопловых отверстий по нормали к сферической поверхности носика (^* с. 249, 6-я строка, снизу). Недостатком такой конструкции является выброс из центрального канала ("колодца") в конечной стадии процесса впрыскивания топлива под низким давлением, что способствует повышению токсичности и дымности отработавших газов (^* с. 250).

Известны (^* с. 250, рис. 3.21 (а, б) конструкции распылителей, выполненных с уменьшенным объемом колодца.

Глубину колодца выполняют с учетом технологических требований "выхода" инструмента при обработке конической прецизионной поверхности по всей ее длине. Практически сферическое донышко колодца выполняют, в направлении потока топлива, ниже вершины конуса обрабатываемой конической поверхности. Возможность уменьшения объема колодца за счет уменьшения его диаметра ограничена необходимостью обеспечить величину перемычек между входными кромками сопловых отверстий не менее 0,3 - 0,5 мм, иначе в существенной степени изменяется коэффициент расхода и появляется повышенная неравномерность подачи топлива между отдельными отверстиями (^* с. 249, 3-я строка, снизу), что приводит к ухудшению экологических характеристик.

В значительной степени с целью уменьшения подыгольной полости разработана конструкция многосоплового распылителя с выходом сопловых отверстий на уплотняющий конус (^* с. 250, рис. 321 (в).

Для обеспечения возможности качественной обработки конической поверхности в корпусе и эти распылители выполняются с колодцем, диаметр которого может быть еще уменьшен, т.к. он не лимитирован требованием к ширине перемычек между кромками сопловых отверстий, поскольку последние не входят в колодец.

Общим же недостатком известных многосопловых распылителей, наряду с недостаточно высокими экологическими и экономическими характеристиками, является сложность восстановления, при ремонте распылителей их пропускной способности (μf), которая нарушается (увеличивается) в процессе работы распылителей, в результате износа сопловых отверстий.

Известен распылитель форсунки для дизеля по а.с. СССР N 1671940, F 02 M 61/00, 1986, содержащий корпус с коническим седлом, переходящим в цилиндрический канал с сопловыми отверстиями, и размещенную в нем иглу с дросселирующим элементом, выполненным в виде кромки от пересечения двух поверхностей вращения, причем кромка расположена на уровне линии пересечения конического седла с цилиндрическим каналом ("колодцем").

К недостаткам этого технического решения следует отнести увеличенный объем топлива, заключенного между конической поверхностью седла и поверхностью вращения, расположенной на игле выше линии пересечения седла с колодцем. При наработке распылителя и осадке иглы дросселирующая кромка опускается ниже линии пересечения седла с колодцем, а учитывая, что угол γ поверхности вращения над дросселирующей кромкой иглы меньше угла β седла, дросселирующий зазор уменьшается не прямопропорционально (менее интенсивно), что, в известной мере, способствует увеличению ресурса распылителя. Однако при наработке распылителя, в результате интенсивного абразивного износа кромки пересечения конического седла с колодцем, дросселирующий зазор увеличивается, при этом снижаются демпфирующие свойства жидкостного клина, заключенного между поверхностью вращения иглы и поверхностью седла топлива, которое в заключительной стадии впрыскивания выбрасывается из подыгольной полости увеличенного объема в камеру сгорания и выгорает, ухудшая, тем самым, экологические и экономические характеристики дизеля.

Известен по патенту РФ N 2055233 F 02 M 61/00, 1993 распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания, содержащий полый корпус, выполненный с коническим седлом, колодцем и сопловыми отверстиями, сообщенными с колодцем. В корпусе рамещена игла с запорным и дроссельным конусами, причем запорный конус размещен с возможностью взаимодействия своей запирающей кромкой с седлом, дроссельный конус - с образованием зазора между своей дросселирующей частью и седлом, а образующая дросселирующей части дроссельного конуса выполнена с длиной не менее 0,2 мм.

Этот распылитель выполнен с уменьшенным ступенчатым переходом и уменьшенным, при равных объемах колодцев, объемом топлива в подыгольной полости. Однако основное количество топлива в подыгольной полости располагается в колодце и оно, в заключительной стадии процесса впрыскивания, выбрасывается в камеру сгорания дизеля, ухудшая его экологические и экономические характеристики.

В процессе работы в многосопловых распылителях изнашиваются не только взаимодействующие конические поверхности иглы и седла, которые сравнительно легко восстанавливаются механической обработкой, но и сопловые отверстия, в результате чего увеличивается пропускная способность (μf) распылителя. При этом ухудшается качество (дисперсность) распыливания топлива и повышается его расход, что приводит к снижению экологических и экономических показателей работы дизеля.

Восстановление проходных сечений - практически не решенная, или по меньшей мере сложная и трудоемкая, технологическая задача. Качественно (без нарушения геометрии и искривления осей сопловых отверстий) восстановить их поперечные сечения путем пластической деформации нагретого до высокой температуры носика не удается по причине расположения сопловых отверстий под разными углами к оси и в плане. Очевидны технологическая сложность и трудоемкость работ, связанных с герметизацией изношенных сопловых отверстий, и выполнение новых в носике высокой твердости.

Таким образом, к недостаткам известных многосопловых распылителей относятся недостаточно высокие экологические и экономические показатели их работы и повышенная сложность и трудоемкость работ при восстановлении пропускной способности (μf).
Целью изобретения является улучшение экологических и экономических характеристик работы распылителей и снижение трудоемкости работ по восстановлению пропускной способности распылителей с изношенными сопловыми отверстиями.

Поставленная цель достигается тем, что в известном распылителе, содержащем полый корпус с коническим седлом, колодцем и сопловыми отверстиями, сообщенными с колодцем, размещенную в корпусе иглу, выполненную с запорным и дроссельным конусами, причем запорный конус размещен с возможностью взаимодействия с коническим седлом, а дроссельный конус выполнен с длиной образующей не менее 0,2 мм и расположен с зазором относительно поверхности седла, - в колодец помещено тело-вытеснитель топлива, например шарик, диаметр d которого определен из соотношения:
d_л ² - d² ≥ d_с ² • n,
где d_к - диаметр колодца;
d_с - диаметр соплового отверстия;
n - количество сопловых отверстий,
при этом конец иглы, обращенный к колодцу, выполнен в виде дополнительной конической поверхности, сопрягающейся с боковой поверхностью дроссельного конуса в плоскости, перпендикулярной к оси иглы и имеющей угол α при вершине больше угла γ дроссельного конуса.

С целью еще большего уменьшения объема топлива в подыгольной полости распылителя и снижения его пропускной способности в качестве тела-вытеснителя топлива используется цилиндр.

На фиг. 1 изображен предлагаемый распылитель, в продольном разрезе с телом-вытеснителем топлива в виде шарика.

На фиг. 2 изображено тело-вытеснитель топлива, выполненное в виде цилиндра с коническим концом и плоским торцом.

На фиг. 3 изображено тело-вытеснитель топлива, выполненное в виде цилиндра с выпукло-сферическими концами.

Распылитель состоит (см. фиг. 1) из полого корпуса 1 с коническим седлом 2, сопряженным с колодцем 3, сообщенным с сопловыми отверстиями 4, и содержит иглу 5, выполненную с запорным конусом 6 и с дроссельным конусом 7, причем запорный конус 6 размещен с возможностью взаимодействия с седлом 2, а дроссельный конус 7 выполнен с длиной образующей не менее 0,2 мм и расположен с зазором S относительно поверхности седла 2. В колодец 3 помещено тело-вытеснитель топлива, например, шарик 8, диаметр d которого определен из соотношения:
d_к ² - d² ≥ d_с ² • n,
где d_к - диаметр колодца;
d_с - диаметр сопловых отверстий;
n - кол-во сопловых отверстий,
при этом конец иглы 5, обращенный к колодцу 3, выполнен в виде дополнительной конической поверхности 9, сопрягающейся с боковой поверхностью дроссельного конуса 7 в плоскости 10, перпендикулярной к оси иглы 5. Тело-вытеснитель топлива может быть выполнено (см. фиг. 2) в виде цилиндра 8' с коническим концом 11, обращенным к колодцу 3, и с плоским торцом 12, а также в виде цилиндра 8'' (см. фиг. 3) с выпукло-сферическими концами 13 и 14.

Распылитель работает следующим образом. При достижении давления впрыскивания игла 5 поднимается и топливо проходит в кольцевой зазор между поверхностями запорного конуса 6 и седла 2 и через увеличившийся зазор S в колодец 3, обтекает тело-вытеснитель топлива 8 и распыливается через сопловые отверстия 4.

Стендовые испытания распылителей, в колодец которых помещен шарик 8, показали, что при диаметре d, отличающемся от диаметра d_к колодца 3 более чем на 20%, практически пропускная способность распылителя (μf) не изменяется, в то время как при уменьшении разности диаметров d_к и d значительно (в 1,5 - 2 раза) снижается этот показатель.

Таким образом, просто помещая в колодец нового распылителя шарик меньшего диаметра, уменьшаем "вредный" подыгольный объем, а шариком большего диаметра, помещенного в колодец распылителя с изношенными сопловыми отверстиями, восстанавливаем нормальный расход топлива (снижаем μf). При этом отмечается повышение качества распыливания (дисперсность) топлива, объясняющееся тем, что шарик вибрирует в турбулентном потоке топлива, нарушая его сплошность.

Источники информации
1. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отде-ние, 1990 (при повторных ссылках в описании условно обозначен ^*).

2. Авторское свидетельство N 1671940 F 02 M 61/00.

3. Патент РФ N 2055233 F 02 M 61/00.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в топливовпрыскивающей аппаратуре дизеля. Изобретение позволяет улучшить экологические и экономические характеристики распылителей и снизить трудоемкость работ по восстановлению пропускной способности распылителей с изношенными сопловыми отверстиями. Распылитель форсунки для дизеля состоит из полого корпуса с коническим седлом, сопряженным с колодцем, сообщенным с сопловыми отверстиями, и содержит иглу, выполненную с запорным конусом и дроссельным конусом. В колодец помещено тело-вытеснитель топлива, например шарик, который уменьшает объем подыгольной полости. Кроме того, шарик, помещенный в колодец, может значительно (в 1,5 - 2 раза) снизить пропускную способность (μf) распылителей с изношенными сопловыми отверстиями и благотворно влиять на качество распиливания топлива. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Распылитель форсунки для дизеля, содержащий полый корпус с коническим седлом, колодцем и сопловыми отверстиями, сообщенными с колодцем, размещенную в корпусе иглу, выполненную с запорным и дроссельным конусами, причем запорный корпус размещен с возможностью взаимодействия с седлом, а дроссельный конус выполнен с длиной, образующей не менее 0,2 мм, и расположен с зазором относительно поверхности седла, отличающийся тем, что в колодец помещено тело-вытеснитель топлива, диаметр d которого определен из соотношения
d_k ²-d² ≥ d_c ²n,
где d_k - диаметр колодца;
d_c - диаметр сопловых отверстий;
n - количество сопловых отверстий,
при этом конец иглы, обращенный к колодцу, выполнен в виде дополнительной конической поверхности, сопрягающейся с боковой поверхностью дроссельного конуса в плоскости, перпендикулярной к оси иглы и имеющей угол α при вершине больше угла γ дроссельного конуса. 2. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что тело-вытеснитель выполнено в виде шарика. 3. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что тело-вытеснитель выполнено в виде цилиндра с коническим концом, обращенным в направлении потока топлива, и плоским торцом. 4. Распылитель по п.2, отличающийся тем, что цилиндр выполнен с выпукло-сферическими концами.