РАСПЫЛИТЕЛЬ ФОРСУНКИ ДИЗЕЛЯ ДЛЯ БИОТОПЛИВА Российский патент 2012 года по МПК F02M61/10 F02M99/00 

Изобретение относится к двигателестроению, к узлам систем питания дизельных двигателей, в частности к топливным форсункам, впрыскивающим масляное биотопливо.

Известно устройство распылителя бесштифтовой однодырчатой форсунки с закручиванием топлива (патент на полезную модель РФ №42076 U1 от 22.07.2004 г., кл. F02M 61/10), содержащее полый корпус с каналом подвода топлива и седлом, закручивающее устройство, выполненное в виде параллельно расположенных винтовых пазов и камеры закручивания, запорное устройство, установленное в полом корпусе, причем винтовые пазы выходят в камеру закручивания, в седле расположена втулка распылителя, внешним буртом взаимодействующая с упругим элементом, в которой расположен закручивающий струю топлива элемент с параллельно расположенными винтовыми пазами, имеющий на торце, обращенном к седлу, конус, взаимодействующий с отверстием жиклера, расположенным в седле, а противоположный торец закручивающего струю топлива элемента выходит в камеру закручивания, ограниченную внутренним буртом втулки распылителя.

Известно также устройство распылителя штифтовой форсунки с закручиванием топлива (патент на изобретение РФ №2132480 С1 от 20.05.1997 г., кл. F02M 61/10, F02M 61/18), содержащее полый корпус с каналом подвода топлива и седлом, носок с колодцем, закручивающее устройство, выполненное в виде последовательно размещенных под колодцем винтовых пазов и камеры закручивания, и запорную иглу, установленную в полости корпуса распылителя с образованием подыголочной камеры, сообщенной с каналом подвода топлива, причем винтовые пазы входят в камеру закручивания и сообщены с колодцем, а распылитель снабжен втулкой, винтовые пазы выполнены на наружной боковой поверхности носка, причем втулка закреплена на носке с образованием камеры закручивания и соплового отверстия между внутренней поверхностью втулки и наружной поверхностью носка конической формы, снабженной уступом.

Недостатком данных устройств является невозможность их применения на дизельных двигателях с непосредственным впрыском топлива, а только на двигателях с разделенными камерами сгорания, так как их конструкции предлагаются бесштифтовые однодырчатые и штифтовые, которые по своим характеристикам имеют худшее распыление топлива по сравнению с бесштифтовыми многодырчатыми.

Известно также наиболее близкое по конструкции устройство бесштифтовых многодырчатых распылителей, имеющих корпус, иглу распылителя, кольцевую канавку и отверстия для распыливания (справочник В.Г.Кислов и др. «Топливная аппаратура тракторных и комбайновых двигателей», стр.154, М.: Машиностроение, 1981 г.). Недостатками этого устройства при работе на масляном биотопливе являются:

- топливо распыляется недостаточно качественно ввиду слабой турбулентности струй, выходящих из отверстий распылителя;

- увеличивается продолжительность топливоподачи, ухудшается равномерность структуры топливного факела, уменьшается угол раскрытия факела, увеличивается его дальнобойность;

- происходит закоксовывание сопловых каналов распылителя;

- образуется повышенный нагар на цилиндро-поршневой группе двигателя в связи с неполным сгоранием топлива.

Техническая задача изобретения - повышение эффективности распыливания масляного биотоплива за счет создания его закручивания.

Технический результат от использования изобретения заключается в возможности достижения более тонкого распыла биотоплива, что повышает экономичность работы дизеля, снижает объем вредных выбросов в атмосферу и уменьшает нагарообразование.

Указанный технический результат достигается тем, что в распылителе, содержащем корпус, на внутренней поверхности которого выполнена кольцевая канавка, а в его нижней части - отверстия для распыления топлива, в корпусе расположена игла, внутренняя часть отверстий распылителя снабжена формирователями потока топлива, каждый формирователь выполнен в виде вставки с винтовыми каналами, переходящей в коническую камеру и далее в сопловые отверстия, вставка выполнена в форме винта с двухзаходной навивкой и витками прямоугольного сечения, коническая камера имеет форму, сужающуюся по направлению к сопловому отверстию, и угол наклона стенок, равный 60°, на внешней части отверстий распылителя выполнены фаски, площади сечения сопловых отверстий увеличены на 20%. При прохождении через вставку, струя топлива закручивается и далее, проходя через коническую суживающуюся камеру, увеличивает свою угловую скорость вращения по мере приближения к сопловому отверстию и тем самым усиливает центробежный эффект, благодаря чему улучшается качество его распыления и одновременно происходит самоочищение сопловых отверстий от отложений и нагара.

На фиг.1 изображен заявляемый распылитель форсунки дизеля для биотоплива, где 1 - корпус; 2 - игла распылителя; 3 - кольцевая канавка; 4 - канал подачи топлива; 5 - отверстия распылителя. Увеличенный вид отверстий распылителя представлен на фиг.2, где 6 - колодец распылителя; 7 - вставка. Отверстия распылителя в разрезе и конструкция вставки показаны на фиг.3 и 4, где 8 - коническая камера.

Представленный распылитель форсунки дизеля для биотоплива содержит корпус 1, внутри которого располагается игла 2 и кольцевая канавка 3, в нижней части имеются отверстия 5 для распыления топлива. Во внутренней части отверстий 5 со стороны колодца распылителя 6 расположены формирователи потока топлива (не обозначены), состоящие из вставки 7 и конической камеры 8.

Вставка выполнена в форме винта с двухзаходной навивкой и витками прямоугольного сечения, запрессовывается во входную часть соплового канала с применением посадки H7/s6. Вставка изготовлена на стандартном оборудовании из того же материала, что и корпус распылителя, - из нержавеющей стали 18Х2Н4ВА.

Диаметр D вставки вдвое больше диаметра соплового отверстия d

D=2×d,

так как при D<2×d получаем меньшую угловую скорость закручиваемого потока топлива и, следовательно, меньшую эффективность распылителя. При D>2×d увеличиваются длина винтовых каналов и угол их наклона, что приводит к повышению путевых и местных потерь напора топлива.

Суммарная площадь сечения винтовых каналов на вставке S₁=2×(b×h) должна быть в пределах 1…1,2 площади сечения соплового отверстия S

S₁=2×(b×h)=(1…1,2)×S,

которое, в свою очередь, должно быть на 20% больше площади сечения сопловых отверстий дорабатываемых распылителей. При соотношении площадей S₁<(1…1,2)×S происходит увеличение продолжительности впрыскивания, что приводит к повышению давления топлива и увеличивает удельный расход топлива по мощности двигателя. При соотношении площадей S₁>(1…1,2)×S эффективность распыливания топлива ухудшается за счет снижения центробежного эффекта при впрыскивании.

Шаг Т винтовой поверхности равен длине вставки и 1/2 длины отверстия распылителя L

T=1/2×L,

так как при этом получается оптимальная длина винтовых каналов, угол их наклона и соблюдаются прочностные характеристики стенок сопловых отверстий.

Угол наклона стенок конической камеры равен 60°, с наружной стороны соплового отверстия выполнена фаска.

Распылитель работает следующим образом.

При подаче топлива по каналу 4 в кольцевую канавку 3 и достижении в последней давления, равного начальному давлению впрыскивания, поднимается запорная игла 2 и топливо поступает в колодец 6 и далее через винтовые каналы вставки 7 закручивается в конической камере 8, совершая винтообразное движение в сторону соплового отверстия 5. Увеличенная площадь сечения сопловых отверстий обеспечивает оптимальную пропускную способность для более вязкого биотоплива.

Благодаря суживающейся конической форме камеры 8 угловая скорость вращения потока увеличивается по мере приближения к сопловому отверстию, и по выходу из соплового отверстия под действием центробежных сил топливо дробится на мельчайшие капли, образующие симметричный факел с широким углом раскрытия.

Фаска позволяет снизить потери напора потока топлива в распылителе, на выходе обеспечивает протекание струи с наименьшим отражением от стенок канала, что позволяет уменьшить зону разрежения за входной частью 8 соплового канала и тем самым устранить условия, способствующие крекинг-процессу топлива и закоксовыванию соплового канала.

Применение предложенной конструкции многодырчатого распылителя для бесштифтовых форсунок дает следующий результат:

- улучшается качество распыления масляного биотоплива, повышается равномерность структуры топливного факела, увеличивается угол раскрытия факела;

- увеличивается моторесурс двигателя за счет уменьшения закоксовывания сопловых каналов (самоочищение) и уменьшения нагара на цилиндро-поршневой группе;

- снижается расход топлива дизелем и сокращается объем вредных выбросов в окружающую среду;

- появляется возможность качественного перевода работы дизельного двигателя на масляное биотопливо при доработке штатной топливной форсунки.

Изобретение относится к двигателестроению, конкретно - к топливным форсункам, впрыскивающим масляное биотопливо. Распылитель форсунки дизеля для биотоплива содержит корпус (1) и иглу (2). Игла (2) расположена в корпусе (1). На внутренней поверхности корпуса (1) выполнена кольцевая канавка (3). В нижней части корпуса (1) имеется колодец (6) и отверстия (5) для распыления топлива. Внутренняя часть отверстий (5) снабжена формирователями потока топлива. Формирователи потока топлива способствуют уменьшению нагарообразования. Каждый формирователь может быть выполнен в виде вставки (7) с винтовыми каналами, переходящей в коническую камеру (8) и далее в сопловые отверстия (5). Вставка (7) выполнена в форме винта с двухзаходной навивкой и витками прямоугольного сечения. Технический результат от использования изобретения заключается в возможности достичь более тонкого распыла биотоплива. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Распылитель форсунки дизеля для биотоплива, содержащий корпус, в котором расположена игла, на внутренней поверхности которого выполнена кольцевая канавка, а в его нижней части имеется колодец и отверстия для распыления топлива, отличающийся тем, что внутренняя часть отверстий распылителя снабжена формирователями потока топлива, способствующими уменьшению нагарообразования.

2. Распылитель форсунки дизеля для биотоплива по п.1, отличающийся тем, что каждый формирователь выполнен в виде вставки с винтовыми каналами, переходящий в коническую камеру и далее в сопловые отверстия.

3. Распылитель форсунки дизеля для биотоплива по п.1, отличающийся тем, что на внешней части отверстий распылителя выполнены фаски.

4. Распылитель форсунки дизеля для биотоплива по п.2, отличающийся тем, что коническая камера имеет форму, сужающуюся по направлению к сопловому отверстию, и угол наклона стенок, равный 60°.

5. Распылитель форсунки дизеля для биотоплива по п.2, отличающийся тем, что вставка выполнена в форме винта с двухзаходной навивкой и витками прямоугольного сечения.