Распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в топливной аппаратуре дизельных двигателей. Изобретение позволяет увеличить ресурс работы распылителя. Распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания содержит полый корпус 1 с коническим седлом 2, переходящим в колодец 3. В полости корпуса 1 размещена игла 4, выполненная с запорным конусом (ЗК) 5 и дроссельным конусом (ДК) 6, разделенными между собой кольцевой канавкой 7. На игле 4, соосно ее оси, выполнен дополнительный конус 8, образующий при пересечении с (ДК) 6 дроссельную кромку 9, размещенную на игле 4 между линией 10 перехода конического седла 2 в колодец 3 и кольцевой канавкой 7. ЗК 5 выполнен по сравнению с (ДК) 6 более твердым и износоустойчивым, а последний может быть выполнен составным: из внутреннего конуса 6' и наружного элемента II в виде слоя более мягкого, по сравнению с ЗК 5 металла, например из меди. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в топливной аппаратуре дизельных двигателей.

Известен распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания по а.с. N 1086204, кл. F 02 M 61/00, 1980, содержащий корпус с коническим седлом и размещенную в нем иглу с запирающим и дроссельным конусами. Запирающий конус выполнен усеченным, с углом при вершине меньше угла конического седла, а дроссельный конус выполнен в виде конического выступа на меньшем основании запирающего конуса и размещен с зазором относительно конической поверхности седла. При эксплуатации, по мере износа запорной кромки, происходит приработка запорного конуса иглы с коническим седлом, при этом зазор между поверхностями дроссельного конуса и конического седла уменьшается до полного исчезновения, в результате чего уменьшается диаметр окружности запирания, что приводит к снижению давления открытия иглы и потере способности форсунки к дробящему впрыску, т.е. - к потере работоспособности.

Известен распылитель форсунки по а.с. N 1141214, кл. F 02 M 61/00, 1984, содержащий корпус с коническим седлом и размещенную в нем иглу, выполненную с запирающим и дроссельным конусами, разделенными между собой запорной кромкой, взаимодействующей с поверхностью конического седла и имеющей диаметр больше или равный диаметру основания дроссельного конуса. Причем дроссельный конус выполнен составным из внутреннего конуса и наружного элемента в виде слоя цинка или олова.

К недостаткам этого технического решения следует отнести то, что цинк или олово, нанесенные на поверхность дроссельного конуса, не способствуют опережающему, по сравнению с износом запирающего конуса и конического седла, износу поверхности дроссельного конуса, так как олово и цинкосодержащие сплавы (бронза) обладают большей стойкостью к истиранию при взаимодействии со сталью, чем сталь со сталью и широко применяются в машиностроении при изготовлении втулок, вкладышей подшипников скольжения. Кроме того, игла распылителя конструктивно выполнена так, что ее запорная кромка препятствует смещению верхних слоев покрытия, которое было бы возможным при пластической деформации. Таким образом, к недостаткам этого распылителя следует отнести ограниченный ресурс его работы, что связано с практическим отсутствием механизма поддержания, по крайней мере минимального дроссельного зазора.

Из наиболее близких по технической сущности к предлагаемому известен распылитель для двигателей внутреннего сгорания, защищенный патентом России N 2023901, кл. F 02 M 61/00, 1992, включающий корпус с коническим седлом, переходящим в колодец и размещенную в корпусе иглу, содержащую запорный конус, по меньшей мере часть которого примыкает к седлу, обеспечивая запирание потока топлива, и дроссельный конус, размещенный с зазором относительно конической поверхности седла. Площадь поверхности дросселирующей части дроссельного конуса выполнена меньше площади поверхности запирающей части запорного конуса.

При эксплуатации распылителя осуществляется приработка запирающего конуса с седлом, в результате чего происходит осадка иглы и уменьшение дроссельного зазора между поверхностью дроссельного конуса и поверхностью конического седла.

Кольцевая канавка между дроссельным и запорным конусами упрощает обработку поверхности дроссельного конуса, выполняемого с углом при его вершине отличным от угла при вершине запорного конуса, при этом обеспечивается возможность получения дроссельного зазора заданной величины.

К недостаткам этого распылителя следует отнести то, что в нем не локализована поверхность приработки дроссельного конуса и она отождествлена со всей поверхностью дроссельного конуса. При приработке часть поверхности дроссельного конуса, расположенная ниже уровня линии перехода конического седла в колодец, не вступает в механический контакт с корпусом и потому не подвергается контактно-абразивному износу, которому подвержена часть поверхности дроссельного конуса, расположенная выше линии перехода конического седла в колодец. В результате неравномерного износа дросселирующей поверхности (износ в виде "шейки") ухудшается дросселирование потока топлива. Достичь же в данном решении автоматического поддержания дроссельного зазора невозможно, т.к. износ поверхности дроссельного конуса будет происходить только при минимальной величине дроссельного зазора, который вообще исчезает при ударной посадке иглы на седло, именно в этот момент происходит упругая деформация седла запорным конусом, который нагружен со стороны поверхности седла значительно большим, нежели поверхность дроссельного конуса, давлением. По этой причине поверхность запорного конуса испытывает значительно большие контактные напряжения по сравнению с контактными напряжениями на поверхности дроссельного конуса и может изнашиваться более интенсивно. По крайней мере не происходит опережающий износ дросселирующей поверхности. Игла получает дополнительную осадку и дроссельный зазор полностью исчезает.

Целью изобретения является увеличение ресурса работы распылителя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном распылителе форсунки для двигателя внутреннего сгорания на игле, соосно ее оси, выполнен дополнительный конус с углом при его вершине больше чем угол при вершине дроссельного конуса и образующий, при пересечении с поверхностью последнего, дроссельную кромку, размещенную на игле между линией перехода конического седла в колодец и канавкой, а запорный конус выполнен по сравнению с дроссельным конусом более твердым и износоустойчивым. Дроссельный и дополнительный конусы могут быть выполнены составными - из внутренних конусов и наружного элемента в виде более мягкого, по сравнению с запорным конусом металла, например из меди, обладающей более высоким коэффициентом трения скольжения по стали (f= 0,27), чем сталь по стали (f= 0,15), см. Н.И.Кошкин и М.Г.Ширкович "Справочник по элементарной физике" - изд. 7-е, Наука, М., 1976, таб. 12, с. 42.

Устройство распылителя представлено на чертеже.

На фиг.1 изображен распылитель, продольный разрез.

На фиг.2 изображена игла, выполненная с составными конусами.

Распылитель (см. фиг.1) содержит полый корпус 1 с коническим седлом 2, переходящим в колодец 3. В полости корпуса 1 размещена игла 4, выполненная с запорным конусом 5 и дроссельным конусом 6, разделенными между собой кольцевой канавкой 7 и предназначенными, соответственно, для запирания и дросселирования потока топлива, причем площадь дроссельной поверхности дроссельного конуса 6 меньше запирающей поверхности запорного конуса 5. На игле 4 соосно ее оси выполнен дополнительный конус 8 с углом γ при его вершине больше, чем угол α₁ при вершине дроссельного конуса 6, образующий при пересечении с поверхностью последнего дроссельную кромку 9, размещенную на игле 4 между линией перехода 10 конического седла 2 в колодец 3 и кольцевой канавкой 7, и с зазором S относительно поверхности седла 2. Запорный конус 5 выполнен по сравнению с дроссельным конусом 6 более твердым и износоустойчивым. При этом, дроссельный конус 6 выполнен с углом α₁ при вершине меньше угла α₂ при вершине конического седла 2. Дроссельный конус 6 и дополнительный конус 8 (см. фиг.2) могут быть выполнены составными - из внутренних конусов 6' и 8' и наружного элемента 11 из более мягкого, по сравнению с запорным конусом 5, металла - например из меди, нанесенной в результате реакции замещения или гальваническим способом.

Распылитель работает следующим образом.

Под воздействием давления топлива, создаваемого насосом высокого давления на дифференциальную площадку (не показана) игла 4, поднимается и пропускает топливо через образовавшийся зазор между поверхностями запирающего конуса 5 и конического седла 2 и через зазор S. После впрыска топлива, давление его падает и игла 4 под действием пружины (не показана) садится своим запорным конусом 5 на седло 2, при этом зазор S сохраняется. В момент ударной посадки иглы 4 на седло 2 происходит упругая деформация корпуса 1 запорным конусом 5, что вызывает дополнительную динамическую осадку иглы 4 и соответствующее уменьшение зазора S. По мере наработки распылителя зазор S уменьшается настолько, что в момент ударной посадки иглы 4 на седло 2 поверхность дроссельного конуса 6 входит в механический контакт с поверхностью седла 2, в результате взаимодействия с которым более интенсивно, по сравнению с износом запирающей поверхности запорного конуса 5, изнашивается более мягкий дроссельный конус 6. Составной дроссельный конус, выполненный с наружным элементом 11 в виде слоя меди, изнашивается еще интенсивнее, т.к. высокий коэффициент трения скольжения меди по стали (f=0,27) ≈ в два раза превышает коэффициент трения скольжения стали по стали. Верхние слои "мягкой" поверхности подвержены не только абразивному износу, но и пластической деформации, при которой они сдвигаются в канавку 7, поддерживая дроссельный зазор на достаточном, для нормальной работы распылителя, уровне.

В предлагаемом распылителе уменьшена площадь приработки дроссельного конуса 6 за счет выполнения дроссельной кромки 9 выше линии перехода 10 конического седла 2 в колодец 3. Снижено сопротивление износу и пластической деформации поверхности дроссельного конуса 6 за счет выполнения последнего менее твердым и износоустойчивым, по сравнению с запорным конусом 5.

Таким образом, в предлагаемом распылителе гарантируется увеличение ресурса его работы за счет обеспечения более интенсивного износа дроссельного конуса 6 и поддержания дроссельного зазора S на достаточном, для нормальной работы распылителя, уровне.

Формула изобретения

1. Распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания, содержащий полый корпус с коническим седлом, переходящим в колодец, иглу, размещенную в полости корпуса и выполненную с запорным и дроссельным конусами, разделенными между собой кольцевой канавкой, причем запорный конус расположен с возможностью контакта своей запирающей поверхностью с седлом, а дроссельный конус установлен с образованием зазора между его дроссельной поверхностью и седлом, при этом площадь дроссельной поверхности дроссельного конуса меньше запирающей поверхности запорного конуса, отличающийся тем, что на игле, соосно ее оси, выполнен дополнительный конус с углом γ, при вершине больше чем угол α₁ при вершине дроссельного конуса, образующий при пересечении с поверхностью последнего дроссельную кромку, выполненную на игле между линией перехода конического седла в колодец и кольцевой канавкой, при этом запорный конус выполнен по сравнению с дроссельным конусом более твердым.

2. Распылитель по п. 1, отличающийся тем, что дроссельный и дополнительный конусы выполнены составными - из внутренних конусов и наружного элемента в виде слоя мягкого, по сравнению с запорным конусом, металла, например из меди.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2