УСТРОЙСТВО ВПРЫСКА ТОПЛИВА Российский патент 2001 года по МПК F02M61/18 

Изобретение относится к устройству впрыска топлива для двигателей внутреннего сгорания, в частности для двухтактных мощных дизельных двигателей, содержащему входящую в соответствующую камеру сгорания, расположенную эксцентрично относительно оси камеры сгорания сопловую головку, которая имеет наполняемый топливом глухой канал, от которого отходят несколько сопловых каналов, которые могут открываться и закрываться с помощью расположенного в глухом канале золотника, который выполнен с возможностью осевого перемещения предпочтительно под действием давления топлива в направлении, противоположном действию возвратного устройства, и которые для создания общей струи впрыскиваемого топлива выполнены в виде ряда сопловых каналов, расположенного в соответствующей направлению впрыска периферийной зоне глухого канала примерно на одной высоте, причем для достижения малого угла расхождения струи впрыска по меньшей мере оси наружных сопловых каналов ряда наклонены внутрь относительно направления, радиального по отношению оси глухого канала.

Устройство впрыска топлива такого типа известно из EP 0606371 B1. В мощных двухтактных дизельных двигателях с предусмотренным в головке цилиндра центральным выходным клапаном устройство впрыска топлива, как правило, должно быть расположено в зоне периферии камеры сгорания. При этом каналы сопловой головки расположены так, что образуется отходящее в сторону от головки главное направление впрыска. Для предотвращения большого бокового отклонения струи впрыска сопловые каналы расположены относительно оси глухого канала не радиально, а имеют наклоненное к главному направлению впрыска положение. Это приводит к различной длине сопловых каналов между собой и к различным длинам сопловых каналов над периферией отдельных отверстий. Одновременно образуются сильно различающиеся краевые углы в зоне внутренних концов сопловых каналов. Таким образом, создаются очень различные условия для входа топлива в отдельные сопловые каналы и в соответствии с этим различные скорости и пропускные способности. В частности, в зоне крайних сопловых каналов ряда, состоящего из нескольких расположенных рядом друг с другом каналов, создаются особенно неблагоприятные условия, так как здесь образуются сильно различные длины стенки по периферии отдельных сопловых каналов. Вследствие особенно сильного, в частности в зоне наружных флангов, трения о стенки здесь образуется особенно неустойчивый поток, что приводит к тому, что струя впрыска увлекает за собой мало воздуха. Следствием этого является плохое приготовление смеси и тем самым плохое сгорание, что приводит к высокому расходу топлива и повышенному выбросу вредных веществ.

Исходя из этого задачей данного изобретения является такое улучшение устройства, названного в начале типа с помощью простых и дешевых средств, чтобы обеспечить хорошее сгорание и тем самым низкий расход топлива и небольшой выброс вредных веществ.

Эта задача решена согласно изобретению за счет того, что по меньшей мере часть сопловых каналов имеют исходящие из глухого канала входные камеры, ширина в свету которых больше диаметра сопловых каналов и которые выполнены так, что для всех сопловых каналов ряда обеспечиваются по меньшей мере приблизительно одинаковые соотношения длин.

Эта мера обеспечивает возможность создания для всех сопловых каналов примерно одинаковых условий для беспрепятственного входа топлива. Так, с помощью входных камер можно создать не изменяющиеся по периферии отдельных сопловых каналов длины боковой поверхности. Также можно достичь примерно одинаковой длины всех сопловых каналов. Поэтому меры согласно изобретению приводят предпочтительно к выравниванию трения о стенки и скоростей потока и обеспечивают в целом устойчивую струю впрыска. В частности, вследствие стабилизации в зоне крайних сопловых каналов ряда обеспечивается захват струей относительно большого количества воздуха, что приводит к хорошему приготовлению топлива и хорошему сжиганию, что выражается в низком расходе топлива и малом выбросе вредных веществ, а также в незначительном загрязнении двигателя. Таким образом, с помощью изобретения полностью устраняются указанные в начале недостатки.

Предпочтительные варианты выполнения и целесообразные модификации изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. Так, например, по меньшей мере крайние сопловые каналы ряда могут иметь каждый входную камеру. В зоне крайних сопловых каналов можно с помощью входных камер согласно изобретению достичь максимального эффекта, поскольку до настоящего времени как раз в зоне крайних сопловых каналов ряда возникал очень неустойчивый поток.

Согласно первому предпочтительному варианту выполнения входные камеры могут быть выполнены в виде углублений в сопловой головке, имеющих полусферическое поперечное сечение. Полусферические углубления позволяют обеспечить предпочтительно точно одинаковый краевой угол по всей периферии соплового канала. При этом полусферические углубления целесообразно расположить таким образом, что их средняя точка находится на оси соответствующего соплового канала так, что он центрирован относительно средней точки соответствующей входной камеры.

Кроме того, выполнение входных камер в виде полусферических углублений в сопловой головке обеспечивает то, что простым способом каждому сопловому каналу может быть придана соответствующая входная камера без слишком сильного ослабления сопловой головки.

Другое преимущество состоит в том, что полусферические углубления легко расположить так, что в зоне между двумя смежными углублениями остается перемычка, которую можно использовать как направляющую для золотника, так что уменьшается его износ.

Другой предпочтительный вариант выполнения может состоять в том, что входные камеры выполнены в виде углублений в форме кольцевых сегментов. При этом обеспечивается особенно дешевое изготовление. Кроме того, этот вариант выполнения позволяет получать краевой угол, достаточно хорошо соответствующий 90^o, в зоне перехода между сопловым каналом и соответствующей ему входной камерой.

Другое преимущество состоит в том, что средней группе сопловых каналов, по бокам которых расположены другие каналы, придают общую входную камеру без очень сильного ослабления сопловой головки.

В другой модификации изобретения на наружном конце каждого соплового канала предусмотрено ступенчатое расширение поперечного сечения, выполненное предпочтительно за счет ступенчатого выреза. Он образует предпочтительно перпендикулярную оси ограничительную поверхность, окружающую наружный конец соплового канала. За счет этого обеспечивается отсутствие помех для струи, что приводит к ее стабилизации и тем самым к улучшению захвата воздуха. С помощью указанных мер еще более усиливаются уже упомянутые в начале преимущества данного изобретения.

Другие предпочтительные варианты выполнения и целесообразные модификации изобретения приведены в остальных зависимых пунктах формулы изобретения, а также следуют из приведенного ниже описания примера выполнения со ссылками на чертежи, где на фиг. 1 изображен клапан впрыска согласно изобретению двухтактного мощного дизельного двигателя, в разрезе; на фиг. 2 - пример с полусферическими входными камерами в зоне каналов клапана впрыска двухтактного мощного дизельного двигателя, в горизонтальном разрезе; на фиг. 3 - пример с входными камерами в форме кольцевых сегментов в соответствующем фиг. 2 разрезе; на фиг. 4 - разрез по линии IV -IV на фиг. 3.

Принципиальная конструкция и принцип действия двухтактных мощных дизельных двигателей хорошо известны и поэтому не требуют подробного описания в связи с данным изобретением.

Показанный на фиг. 1 клапан 1 впрыска состоит из гильзообразного, сужающегося вперед наружного корпуса 2, несущего снабженную глухим каналом 3 сопловую головку 4. Она опирается задним фланцем на передний буртик корпуса 2. Головка 4 примыкает своим задним концом к расположенной в корпусе 2 направляющей втулке 5, которая снабжена сквозным каналом 6, расположенным коаксиально глухому каналу 3 головки 4. Сквозной канал 6 имеет ступенчатое сужение, которое выполнено в виде седла 7 клапана, с которым взаимодействует тело 8 клапана, которое выступает из расположенного в направляющей втулке 5 хвостовика 9. Диаметр тела 8 клапана меньше диаметра хвостовика 9, так что образуется окружающее тело 8 клапана кольцевое пространство 10, относящееся к каналу 6.

Хвостовик 9 имеет центральный канал 11, соединенный с топливопроводом для подачи топлива, который через прорезанные каналы 12 соединен с кольцевым пространством 10. Тело 8 клапана под действием не изображенной возвратной пружины, взаимодействующей с хвостовиком 9, прижимается к уплотняющей поверхности седла 7 клапана. При соответствующем увеличении давления находящегося в кольцевом пространстве 10 топлива тело 8 клапана поднимается с соответствующей уплотняющей поверхности седла 7, за счет чего образуется соединение зоны, в которую подается топливо, с глухим каналом 3 сопловой головки 4.

Головка 4 в ее нижней зоне снабжена расположенными примерно на одной высоте, проходящими поперек оси глухого канала 3 сопловыми каналами 13, через которые топливо впрыскивается в соответствующую камеру сгорания. Для предотвращения выхода топлива из сопловых каналов 13 после закрытия контролируемого телом 8 клапана прохода, в глухом канале 3 предусмотрен соединенный стержнем 14 с телом 8 клапана кольцеобразный золотник 15, нижняя кромка которого образует перекрывающую каналы 13 управляющую кромку, которая расположена так, что сопловые каналы 13 открыты, когда тело 8 клапана поднято с соответствующего седла 7, и что каналы 13 закрыты, когда тело 8 клапана прилегает к седлу 7. Это положение показано на фиг. 1.

Для обеспечения впрыска необходимого количества топлива предусмотрено в направлении оси глухого канала 3 несколько расположенных примерно на одной высоте, смещенных друг относительно друга в боковом направлении каналов 13, как показано на фиг. 2 и 3. Сопловые каналы 13 могут быть расположены перпендикулярно оси или, как показано на фиг. 4, могут быть слегка наклонены наружу. Поскольку образуемая всеми каналами 13 струя впрыска не должна сильно расходиться, то сопловые каналы 13 расположены относительно оси глухого канала 3 не радиально, а наклонены по отношению к радиусу главного направления впрыска, так что образуется меньший угол расхождения, соответственно разброса.

Если бы сопловые каналы 13 проходили до глухого канала 3 без изменения поперечного сечения, то образовывались бы очень сильно отличающиеся друг от друга условия прохождения потока к отдельным сопловым каналам 13, а также внутри отдельных каналов 13. В частности, оба крайних сопловых канала 13 предусмотренного ряда отверстий, состоящего в данном случае из четырех расположенных рядом друг с другом каналов 13, были бы значительно длиннее, чем внутренние сопловые каналы 13, причем в зоне этих крайних каналов 13 образовывалась бы также различная длина по их периферии. Такие условия приводили бы к плохому сгоранию и тем самым к высокому расходу топлива и к большому выбросу вредных веществ и т.д. Для предотвращения этого сопловым каналам 13 соответствуют отходящие от глухого канала 3 входные камеры 16, ширина которых в свету больше диаметра канала 13.

В варианте выполнения, согласно фиг. 2, для образования указанных входных камер предусмотрены отходящие от глухого канала 3 полусферические углубления 17 головки 4. Полусферические углубления 17 могут быть изготовлены посредством электролитического съема материала с помощью устройства, работающего по принципу электроразрядной обработки. Сами каналы 13 просто сверлят с помощью лазерного луча.

При этом каждое образующее входную камеру полусферическое углубление 17 расположено так, что его средняя точка расположена на оси соответствующего соплового канала 13. Таким образом, обеспечивается центрирование каналов 13 относительно соответствующей ему входной камеры. Такое центрирование обеспечивает в зоне перехода между входной камерой и каналом 13 по всей периферии канала примерно одинаковый краевой угол, как обозначено на фиг. 2 позицией 18.

Соответствующие расположенным рядом друг с другом сопловым каналам 13 углубления 17 имеют такие размеры, что между двумя смежными полусферическими углублениями 17 остается перемычка 19, которая может служить направляющим элементом для кольцеобразного золотника 15, так что он в зоне входных камер имеет надежную опору, что благоприятно сказывается на обеспечение длительного срока службы.

В особых случаях достаточно, когда входные камеры 16 соответствуют только обоим крайним сопловым каналам 13. В показанном на фиг. 2 предпочтительном варианте выполнения входные камеры 16, образованные полусферическими углублениями 17, соответствуют всем каналам 13, что обеспечивает особенно хорошие условия сгорания и тем самым особенно благоприятный расход топлива.

В показанном на фиг. 3 варианте выполнения сопловым каналам 13 форсунки соответствуют входные камеры, выполненные в виде углублений 20, имеющих форму кольцевых сегментов. При этом радиусы углублений 20 в форме кольцевых сегментов согласованы с соответствующим сопловым каналам 13 или с соответствующими сопловыми каналами 13, так что в зоне перехода между входными камерами и каналами 13 образуется как можно ближе приближающийся к 90^o краевой угол, как обозначено на фиг. 3 позицией 21.

Каждому каналу 13 можно было бы создать собственную входную камеру, образованную кольцевым сегментом 20. В показанном примере обоим средним каналам 13 соответствует общая входная камера, образованная кольцевым сегментом 20. Этот кольцевой сегмент 20 соответствует отрезку кольцевой канавки, коаксиальной с осью глухого канала 3 сопловой головки 4, и ограничен соответствующими обоим крайним каналам 13 кольцевыми сегментами 20, которые имеют меньший радиус.

Эти крайние кольцевые сегменты 20 расположены так, что их средняя точка находится на оси соответствующего соплового канала 13, так что он центрирован относительно сопряженной входной камеры, что способствует равномерности условий вхождения потока по всей периферии. Средняя точка кольцевого сегмента 20, соответствующего обоим средним каналам 13, находится в зоне между обеими осями обоих соответствующих каналов 13.

В зоне наружного конца каналов 13 в показанном на фиг. 3 и 4 примерах предусмотрен вырез 22, имеющий больший диаметр, чем канал 13. Он приводит к ступенчатому расширению поперечного сечения с кольцевой поверхностью 23, окружающей конец канала и проходящей перпендикулярно оси соответствующего соплового канала. Вырез 22 обеспечивает беспрепятственный выход из канала 13 струи.

Естественно, что в варианте выполнения по фиг. 2 также можно предусмотреть вырезы указанного типа.

Выше приведены некоторые примеры выполнения изобретения, которые однако не ограничивают изобретение. Так, например, можно, чтобы одной части сопловых каналов 13 соответствовали входные камеры, образованные полусферическими углублениями 17, а другой части - входные камеры, образованные углублениями 20 в форме кольцевых сегментов, например, так, что крайним каналам 13 будут соответствовать входные камеры, образованные полусферическими углублениями 17, а внутренним каналам 13 - входные камеры, образованные углублениями 20 в форме кольцевых сегментов.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам впрыска топлива для двухтактных дизельных двигателей. Изобретение позволяет обеспечить хорошее сгорание, снизить расход топлива и уменьшить выброс вредных веществ. Устройство содержит входящую в соответствующую камеру сгорания, расположенную эксцентрично оси камеры сгорания сопловую головку, которая имеет глухой канал, в который подается топливо и от которого отходят несколько сопловых каналов. По меньшей мере оси крайних сопловых каналов указанного ряда наклонены внутрь относительно радиального по отношению к оси глухого канала направления. Условия вхождения топлива примерно одинаковы для всех сопловых каналов, что обеспечивает стабильность струи. Входные камеры отходят от глухого канала и соответствуют по меньшей мере части сопловых каналов. Ширина в свету камер больше диаметра сопловых каналов и они выполнены так, что для всех сопловых каналов ряда создаются по меньшей мере приблизительно равные соотношения длин. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство впрыска топлива для двигателей внутреннего сгорания, в частности двухтактных мощных дизельных двигателей, содержащее входящую в соответствующую камеру сгорания, расположенную эксцентрично оси камеры сгорания сопловую головку (4), которая имеет глухой канал (3), в который подается топливо и от которого отходят несколько сопловых каналов (13), которые можно открывать и закрывать с помощью золотника, выполненного с возможностью осевого перемещения предпочтительно под действием давления топлива в направлении, противоположном действию возвратного устройства, и которые для образования общей струи впрыска расположены в виде ряда каналов, предусмотренного в соответствующей направлению впрыска периферийной зоне глухого канала (3), расположенного примерно на одинаковой высоте относительно оси глухого канала (3), причем по меньшей мере оси крайних сопловых каналов (13) ряда для обеспечения малого угла расхождения струи впрыска наклонены внутрь относительно радиального по отношению к оси глухого канала (3) направления, отличающееся тем, что по меньшей мере части сопловых каналов (13) приданы отходящие от глухого канала (3) входные камеры (16), ширина в свету которых больше диаметра сопловых каналов (13) и которые выполнены так, что для всех сопловых каналов (13) ряда создаются по меньшей мере приблизительно равные соотношения длин. 2. Устройство впрыска топлива по п.1, отличающееся тем, что длина боковой поверхности сопловых каналов (13) по существу не изменяется по его периферии. 3. Устройство впрыска топлива по п.1 или 2, отличающееся тем, что все сопловые каналы имеют по существу одинаковую длину канала. 4. Устройство впрыска топлива по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что по меньшей мере крайним сопловым каналам (13) ряда придана соответствующая входная камера (16). 5. Устройство впрыска топлива по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что входные камеры (16) по меньшем мере частично выполнены в виде полусферических в поперечном сечении углублений (17) сопловой головки (4). 6. Устройство впрыска топлива по п.5, отличающееся тем, что каждому сопловому каналу (13) придана входная камера, выполненная в виде полусферического углубления (17). 7. Устройство впрыска топлива по п.5 или 6, отличающееся тем, что средняя точка образующего входную камеру полусферического углубления (17) лежит на оси соответствующего соплового канала (13). 8. Устройство впрыска топлива по любому из пп.5 - 7, отличающееся тем, что между смежными, образованными полусферическими углублениями (17) входными камерами предусмотрена направляющая перемычка (19). 9. Устройство впрыска топлива по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что входные камеры по меньшей мере частично выполнены в виде имеющих форму кольцевых сегментов углублений (20) сопловой головки (4). 10. Устройство впрыска топлива по п.9, отличающееся тем, что средней группе сопловых каналов (13), окруженной с боков другими каналами (13), придана общая входная камера, образованная имеющим форму кольцевого сегмента углублением (20). 11. Устройство впрыска топлива по п.9 или 10, отличающееся тем, что средняя точка каждого имеющего форму кольцевого сегмента углубления (20), образующего приданную соответствующему сопловому каналу (13) входную камеру, лежит на оси соответствующего каната (13). 12. Устройство впрыска топлива по любому из пп.1 - 11, отличающееся тем, что стенки сопловых каналов (13) и приданных входных камер образуют угол, по меньшей мере, приблизительно равный 90°. 13. Устройство впрыска топлива по любому из пп.1 - 12, отличающееся тем, что на наружном конце сопловых каналов (13) предусмотрено ступенчатое расширение поперечного сечения, образованное вырезом (22). 14. Устройство впрыска топлива по п.13, отличающееся тем, что вырез (22) имеет внутреннюю ограничивающую поверхность (23), перпендикулярную оси соответствующего соплового канала (13).