Распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, в частности топливовпрыскивающая аппаратура дизеля. Сущность изобретения: в распылителе, включающем корпус с коническим седлом и размещенную в них иглу, содержащую запорный конус, примыкающий запирающей кромкой к седлу, и дроссельный конус, расположенный с образованием зазора между своей дросселирующей частью и седлом, согласно изобретению между запорным и дроссельным конусами иглы выполнена кольцевая канавка, площадь дросселирующей части дроссельного конуса меньше площади запорного конуса, причем угол при вершине запорного конуса больше угла при вершине конуса седла, а образующая дросселирующей части дроссельного конуса выполнена длиной не менее 0,2 мм. 1 ил.

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

Известен распылитель форсунки дизеля, содержащий корпус с коническим седлом и размещенную в нем иглу с запирающей кромкой, образованной пересечением двух конических поверхностей, примыкающей к поверхности седла и обеспечивающей по линии их контакта запирание топлива (патент ФРГ N 932209, кл. 46 c², 1952). При этом, между углами конусов иглы и седла имеется определенная разность: угол конуса иглы, расположенного ниже запирающей кромки, на 0,5-4^о больше угла седла корпуса распылителя, а угол конуса иглы, расположенного выше запирающей кромки, на 10-20^о меньше угла седла. Указанное соотношение углов конусов иглы и седла корпуса распылителя предполагает для конуса иглы, расположенного ниже запирающей кромки, две функции: обеспечение дросселирования и запирания потока топлива, т.е. этот конус является дросселирующим и одновременно запирающим, по поверхности которого происходит в дальнейшем приработка иглы с седлом распылителя.

В результате этой приработки зона их контакта перемещается от запирающей кромки вниз, при соответствующем уменьшении диаметра действительной окружности запирания. Такое явление при износе запирающих конусов распылителя приводит к снижению давления начала впрыскивания Рфо, потере способности к дробящему впрыскиванию и нарушению герметичности форсунки, что резко ухудшает мощностные, экономические и экологические показатели дизеля и является критерием исчерпания ресурса распылителя.

Известен распылитель (авт.св. СССР N 1086204, 14.10.80), в котором устранен указанный недостаток за счет сохранения практически постоянным диаметра окружности запирания до определенной степени износа запирающих поверхностей седла корпуса и иглы распылителя. Положительный эффект достигается изменением конструкции иглы распылителя: запирающая кромка выполнена пересечением верхнего конуса иглы с плоскостью, перпендикулярной ее оси, а дросселирующий конус, примыкающий непосредственно к этой плоскости, имеет диаметр основания меньше диаметра запирающей кромки и угол, равный углу седла. При такой схеме функцию запирающего конуса выполняет верхний конус иглы распылителя, имеющий угол меньше угла седла. Ступенчатый переход, разделяющий поверхности запирающего и дросселирующего конусов, препятствует приработке последнего с седлом корпуса распылителя, в результате чего запирание топлива в распылителе обеспечивается примерно по первоначальной кромке. Такое стабильное положение действительной окружности запирания в указанном распылителе сохраняется до тех пор, пока в результате взаимного износа поверхностей седла корпуса и запирающего конуса иглы не произойдет контакт между седлом корпуса и дросселирующим конусом иглы, после чего плотный контакт запирающей кромки с седлом нарушается и действительная окружность запирания перемещается на поверхность дросселирующего конуса иглы при резком уменьшении ее диаметра, что является критерием исчерпания ресурса распылителя.

Увеличение высоты ступенчатого перехода (зазора) между запирающим и дросселирующим конусами иглы для данного распылителя приводит к возрастанию его ресурса, но, с другой стороны, резко снижает способность распылителя к дробящему впрыскиванию, что недопустимо, с этой точки зрения высота ступенчатого перехода должна быть минимальной.

В связи с этим для увеличения ресурса распылителя, перспективной конструкции необходима реализация мероприятий, обеспечивающих автоматическое поддержание функционально необходимого зазора между дросселирующим конусом иглы и седлом корпуса распылителя практически независимо от степени износа его запирающих конусов.

Известна конструкция распылителя (авт. св. СССР N 1141214, 02.02.84), в которой указанная проблема решена за счет того, что на поверхность дросселирующего конуса иглы нанесено покрытие "мягкого" материала (например цинка, олова и т.п.). В эксплуатации по мере износа распылителя указанной конструкции происходит приработка с седлом сначала запирающего, а затем и дросселирующего конусов иглы. При этом в большей степени износу будет подвергаться поверхность дросселирующего конуса, образованная покрытием материала с твердостью значительно ниже, чем запирающий конус. В результате этого износа плотный контакт иглы с седлом корпуса распылителя, обеспечивающий герметичное запирание топлива, будет происходить по поверхности запирающего конуса.

Таким образом, в данной конструкции распылителя за счет опережающего темпа износа дросселирующего конуса обеспечивается постоянное поддержание функционально необходимого зазора между его поверхностью и седлом корпуса распылителя, что гарантирует сохранение его работоспособности, т.е. увеличение ресурса.

Однако достижение положительного эффекта путем покрытия дросселирующего конуса иглы "мягким" материалом сопряжено с рядом технологических трудностей: необходимостью защиты от покрытия запирающего конуса иглы, жесткие допуски на толщину покрытия и сложность ее контроля, сложное технологическое оборудование, необходимое для нанесения покрытия и т.д.

Целью изобретения является повышение ресурса распылителя без усложнения его конструкции.

Цель достигается тем, что в распылителе, включающем корпус с коническим седлом и размещенную в нем иглу, содержащую запорный конус, примыкающий запирающей кромкой к седлу, и дроссельный конус, расположенный с образованием зазора между своей дросселирующей частью и седлом, согласно изобретению между запорным и дроссельным конусами иглы выполнена кольцевая канавка, площадь дросселирующей части дроссельного конуса меньше площади запорного конуса, причем угол при вершине запорного конуса больше угла при вершине конуса седла, а образующая дросселирующей части дроссельного конуса выполнена длиной не менее 0,2 мм.

На чертеже в разрезе изображен предлагаемый распылитель.

Распылитель включает корпус 1 с коническим седлом 2, имеющим угол α переходящим в колодец 3. В корпусе 1 размещена игла 4, содержащая запорный конус 5, примыкающий посредством запирающей кромки 6 к седлу 2.

Особенностью конструкции является то, что на поверхности конуса 5 с углом при вершине β большим α, выполнена кольцевая канавка 7, разделяющая его на два конуса 8 и 9, причем площадь дросселирующей части конуса 9, ограниченная длиной А образующей, соответствующей протяженности дросселирующего зазора 10, выполняется меньше площади конуса 8, причем образующая дросселирующей части конуса 9 выполняется длиной не менее 0,2 мм.

В процессе эксплуатации первоначально запирание топлива иглой 4 осуществляется по запирающей кромке 6, примыкающей к седлу 2. При этом дросселирование потока топлива обеспечивается щелевыми зазорами между седлом 2 обоих конусов 8 и 9 одновременно.

По мере приработки конуса 8 с седлом 2 линия действительного запирания топлива смещается в направлении потока топлива к меньшему основанию конуса 8, где и стабилизируется. С этого момента дросселирующая функция конуса 8 полностью исчезает и ее продолжает выполнять только конус 9 посредством своего зазора 10 с седлом 2 на длине А, которая должна быть не менее 0,2 мм. При этом условии конусом 9 обеспечивается достаточная эффективность дросселирования топлива в указанном зазоре, что гарантирует высокое качество распыливания топлива.

Необходимо отметить, что щелевой дросселирующий зазор распылителя является своеобразным гидрозатвором, разобщающим в данной конструкции топливо в объемах канавки иглы и колодца корпуса распылителя. Общеизвестно, что топливо, находящееся в подыгольном объеме распылителя, выгорает при работе двигателя с образованием вредных компонентов. В связи с этим подыгольный объем стремятся предельно уменьшить. Как показали экспериментальные исследования, гидрозатвор в виде дросселирующей щели длиной не менее 0,2 мм гарантированно предотвращает контакт горячих газов камеры сгорания с топливом, находящимся в объеме канавки иглы.

При дальнейшей эксплуатации автоматическое поддержание дросселирующего зазора 10 в процессе износа распылителя обеспечивается следующим образом.

В результате износа сопряжения запорного конуса 8 с седлом 2 происходит осадка иглы 4 и уменьшение дросселирующего зазора 10. Одновременно с этим в момент ударной посадки иглы 4 на седло 2 происходит его упругая деформация в зоне контакта с запорным конусом 8, что вызывает дополнительную динамическую осадку иглы 4 и соответствующее уменьшение зазора 10. По мере наработки распылителя величина осадки иглы 4 возрастает и наступает такое состояние, когда зазор 10 в момент посадки иглы 4 на седло 2 полностью исчезает и поверхность дроссельного конуса 9 вступает в контакт с седлом 2 (при этом в статическом состоянии распылителя определенная величина зазора 10 сохраняется). При одновременном механическом взаимодействии поверхностей запорного 8 и дроссельного 9 конуса с седлом 2 в зонах их контактов происходит дальнейший износ указанных поверхностей (преимущественно седла 2).

Как известно, величина износа зависит от контактных напряжений и при прочих равных условиях обратно пропорциональна площади приработки взаимодействующих поверхностей.

Исходя из этого, если площадь поверхности приработки дроссельного конуса 9 с седлом 2 выполнена меньше площади поверхности приработки запорного конуса 8 с седлом 2, то износ в сопряжении дроссельного конуса 9 с седлом будет больше, чем в сопряжении запорного конуса 8 с седлом 2.

В результате этого предлагаемое техническое решение гарантирует, что при износе распылителя функционально необходимый дросселирующий зазор 10 между дроссельным конусом 9 и седлом 2 в статическом состоянии распылителя будет поддерживаться автоматически, что обеспечит возрастание его ресурса.

Испытание предлагаемой конструкции распылителя подтвердило простоту реализации и высокую эффективность технического решения.

Формула изобретения

1. РАСПЫЛИТЕЛЬ ФОРСУНКИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с коническим седлом и размещенную в нем иглу с запорным и дроссельным конусами, причем запорный конус размещен с возможностью контакта своей запирающей кромкой с седлом, дроссельный конус - с образованием зазора между своей дросселирующей частью и седлом, отличающийся тем, что между запорным и дроссельным конусами иглы выполнена кольцевая канавка, площадь дросселирующей части дроссельного конуса меньше площади запорного конуса, причем угол при вершине запорного конуса больше угла при вершине конуса седла, а образующая дросселирующей части дроссельного конуса выполнена длиной не менее 0,2 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 15-2001

(73) Патентообладатель:ОАО "Ярославский завод топливной аппаратуры" (RU)

Договор № 12175 зарегистрирован 26.03.2001

Извещение опубликовано: 27.05.2001