Способ впрыскивания топлива и распылитель форсунки для его реализации

 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Изобретение направлено на улучшение качества распределения топлива в камере сгорания двигателя при впрыскивании методом соударяющихся струй. Способ впрыскивания топлива в камеру сгорания дизеля заключается в том, что в процессе впрыскивания осуществляется поворот распространяющегося эллиптического конуса топливного факела относительно центральной оси соударения, причем это достигается изменением пространственного взаимного положения соударяющихся струй в направлении скрещивания на величину не более половины диаметра струй. В распылителе форсунки сопло в запорном конусе седла распылителя выполнено подвижным и состоит из корпуса сопла, жестко закрепленного в корпусе распылителя, пружины сопла и собственно подвижного сопла. В сопле выполнены входное и выходное отверстия, оси которых пересекаются. Ось входного отверстия совпадает с направлением возможного перемещения самого сопла. Ось выходного отверстия пересекается с сопловым отверстием в колодце распылителя, которое выполнено тангенциально. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

В современных силовых установках транспортных средств, в частности дизелях, применяют известные способы впрыскивания топлива в камеру сгорания путем механического распыливания с использованием струйных форсунок [1]. В настоящее время наиболее распространенным является способ впрыскивания топлива путем применения закрытых форсунок с многосопловыми распылителями и гидравлическим управлением подъемом запорной иглы. Однако, стремление равномерно распределить впрыснутое топливо по объему камеры сгорания ведет к увеличению числа сопловых отверстий и повышает требования к геометрии камеры сгорания и направлению развития факелов. Применение данного способа сопровождается неравномерной концентрацией топлива в объеме факела. Это ухудшает экологические и экономические характеристики двигателя.

Известен также способ впрыскивания топлива методом соударения струй [1], в котором распыливание жидкости происходит за счет соударения двух струй, направленных в общем случае под углом друг к другу. Факел топлива после соударения представляет собой тонкую пленку, которая распространяется и разрушается по поверхности близкой к поверхности полого конуса. Недостатками такого способа впрыскивания является высокая неравномерность распределения топлива по камере сгорания, высокие требования к форме камеры сгорания, направлению и развитию топливного факела. Эти недостатки снижают эффективность применения данного способа впрыскивания.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ впрыскивания топлива методом соударяющихся струй, в котором геометрия топливного факела может изменяться за период впрыскивания от 0 до 180^o при вершине конуса факела, обеспечивая равномерное распределение топлива по камере сгорания, причем "раскрытие" и "схлопывание" конуса факела достигается изменением диаметра и (или) скорости истечения струй по заданной характеристике [2] . Недостатками данного способа является отклонение формы факела от кругового конуса при углах соударения струй отличных от 180^o. Это также способствует образованию зон с пониженной концентрацией топлива в объеме камеры сгорания.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является распылитель форсунки, обеспечивающий впрыскивание топлива методом соударяющихся струй, в котором сопловые отверстия расположены попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие в запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя [3]. Однако, данный распылитель не в полной мере использует объем камеры сгорания на режимах средних и высоких нагрузок.

Настоящее изобретение направлено на улучшение качества распределения топлива в камере сгорания дизеля, а также на увеличение коэффициента использования ее объема при применении впрыскивания топлива методом соударяющихся струй, направленных в общем случае под углом друг к другу отличным от 180^o.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в процессе впрыскивания осуществляется поворот распространяющегося эллиптического конуса топливного факела относительно центральной оси соударения, причем это достигается изменением пространственного взаимного положения соударяющихся струй в направлении скрещивания на величину не более половины диаметра струй.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в распылителе форсунки сопло в запорном конусе седла распылителя выполнено подвижным и состоит из корпуса сопла, жестко закрепленного в корпусе распылителя, пружины сопла и собственно подвижного сопла, в котором выполнены входное и выходное отверстия, оси которых пересекаются, при этом ось входного отверстия совпадает с направлением возможного перемещения самого сопла, а ось выходного отверстия пересекается с сопловым отверстием в колодце распылителя, которое выполнено тангенциально.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемые способ впрыскивания и распылитель форсунки позволяют более качественно распределять топливо и более полноценно использовать объем камеры сгорания при наличии непрямого соударения струй. Таким образом, для ликвидации зон с пониженным содержанием топлива, образующихся вследствие отклонения формы топливного факела от кругового конуса, не требуется применение дополнительных пар сопел, наличие которых увеличивает склонность к закоксовыванию. Кроме того, улучшение качества распределения топлива и увеличение коэффициента использования объема камеры сгорания ведет к качественному протеканию рабочего процесса, а, следовательно, к повышению индикаторного КПД.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в процессе впрыскивания осуществляется поворот распространяющегося эллиптического конуса топливного факела относительно центральной оси соударения, причем это достигается изменением пространственного взаимного положения соударяющихся струй в направлении скрещивания на величину не более половины диаметра струй.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в распылителе форсунки сопло в запорном конусе седла распылителя выполнено подвижным и состоит из корпуса сопла, жестко закрепленного в корпусе распылителя, пружины сопла и собственно подвижного сопла, в котором выполнены входное и выходное отверстия, оси которых пересекаются, при этом ось входного отверстия совпадает с направлением возможного перемещения самого сопла, а ось выходного отверстия пересекается с сопловым отверстием в колодце распылителя, которое выполнено тангенциально.

Таким образом, отличия, связанные с поворотом конуса топливного факела в период впрыскивания относительно центральной оси соударения, что достигается изменением пространственного взаимного положения соударяющихся струй в направлении скрещивания, позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Отличия, связанные с наличием в распылителе форсунки подвижного сопла, состоящего из корпуса сопла, жестко закрепленного в корпусе распылителя, пружины сопла и собственно подвижного сопла, в котором имеется входное и выходное отверстия, оси которых пересекаются, при этом ось входного отверстия совпадает с направлением возможного перемещения самого сопла, а ось выходного отверстия пересекается с сопловым отверстием в колодце распылителя, которое выполнено тангенциально, позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена схема смещения направления развития топливного факела при смещении осей соударяющихся струй в направлении скрещивания.

На фиг. 2 изображен распылитель форсунки, обеспечивающий впрыскивание топлива методом соударяющихся струй и поворот главной плоскости соударения в период впрыскивания.

При впрыскивании топлива методом соударяющихся струй, направленных в общем случае под углом друг к другу, отличным от 180^o, образуется топливный факел в форме полого эллиптического конуса. В частном случае, факел может распространяться в главной плоскости соударения, перпендикулярной плоскости, содержащей оси соударяющихся струй. Появление несоосности соударения струй влечет за собой поворот главной плоскости, а, следовательно, топливного факела, вокруг центральной оси Y фиг. 1. Кроме того, с появлением несоосности наблюдается перераспределение расхода жидкости в поперечном сечении факела, а также изменение глубины его проникновения в камеру сгорания. Таким образом, в течение периода впрыскивания происходит смещение зоны повышенной концентрации топлива за счет изменения направления развития топливного факела и перераспределения расхода топлива в его поперечном сечении, что достигается изменением пространственного взаимного положения соударяющихся струй в направлении скрещивания на величину не более половины диаметра струй.

Распылитель форсунки (фиг. 2) для двигателя внутреннего сгорания состоит из корпуса распылителя 1, запорной иглы 2, подвижного сопла в запорном конусе седла распылителя, состоящего из корпуса сопла 3, жестко закрепленного в корпусе распылителя 1, пружины сопла 4 и собственно подвижного сопла 5, которое под воздействием пружины сопла возвращается в свое исходное положение и сопловых отверстий 6 в колодце распылителя, расположенных тангенциально, причем выходное сопловое отверстие подвижного сопла и сопловое отверстие в колодце распылителя образуют пару, обеспечивающую впрыскивание топлива методом соударяющихся струй.

Предлагаемый распылитель форсунки работает следующим образом. Топливо по топливоподводящим каналам поступает в карман распылителя и воздействует на дифференциальную площадку запорной иглы 2 форсунки фиг.2. При определенном давлении игла начинает поступательное движение вверх, открывая доступ к сопловым отверстиям. Давления топлива в щели между седлом распылителя и запорной поверхностью иглы, воздействуя на площадку подвижного сопла 5, приводит к его перемещению, а пружина сопла 4, позволяет вернуть его в первоначальное положение. Изменяющееся давление топлива в щели в процессе впрыскивания создает колебательные движения подвижного сопла, при этом ось выходного соплового отверстия перемещается в направлении скрещивания с осью соплового отверстия 6 в колодце распылителя, обеспечивая тем самым повороты главной плоскости соударения, а, следовательно, и топливного факела в период впрыскивания.

Впрыскивание топлива указанным способом с использованием предлагаемого распылителя форсунки приводит к равномерным концентрациям топлива и воздуха в объеме камеры сгорания, увеличивает коэффициент использования объема камеры сгорания, способствует более равномерному образованию тепловых полей и увеличивает полноту сгорания топлива. Использование заявляемого изобретения позволяет повысить индикаторный КПД, что способствует улучшению экономических и экологических качеств дизелей.

Источники 1. Дитякин Ю. Ф., Клячко Л.А., Новиков Б.В., Ягодкин В.И. Распыливание жидкостей. М.: Машиностроение, 1989.

2. Заявка N 93044658/06, приоритет 14.09.93, опубл. 10.04.94. Бюллютень Информационный (изобретения) N 10, 1996. Способ впрыска топлива, Заяц Ю.А., Шапран В.Н.

3. Заявка N 95105836, приор. 24.04.95 (положительное решение о выдаче пат. РФ от 09.02.96. Распылитель форсунки, Заяц Ю.А., Патрин А.Н.

Формула изобретения

1. Способ впрыскивания топлива в камеру сгорания дизеля методом соударяющихся струй, направленных в общем случае под углом друг к другу, отличным от 180^o, с изменяемой геометрией конуса топливного факела за период впрыскивания путем изменения диаметра и/или скорости истечения струй по заданной характеристике, отличающийся тем, что в процессе впрыскивания осуществляется поворот распространяющегося эллиптического конуса топливного факела относительно центральной оси соударения, причем это достигается изменением пространственного взаимного положения соударяющихся струй в направлении скрещивания на величину не более половины диаметра струй.

2. Распылитель форсунки двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, запорную иглу, сопловые отверстия, расположенные попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие в запорном конусе седла распылителя, а второе - в колодце распылителя, и обеспечивающий впрыскивание топлива методом соударяющихся струй, отличающийся тем, что сопло в запорном конусе седла распылителя выполнено подвижным и состоит из корпуса сопла, жестко закрепленного в корпусе распылителя, пружины сопла и собственно подвижного сопла, в котором выполнены входное и выходное отверстия, оси которых пересекаются, при этом ось входного отверстия совпадает с направлением возможного перемещения самого сопла, а ось выходного отверстия пересекается с сопловым отверстием в колодце распылителя, которое выполнено тангенциально.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2