Форсунка для впрыскивания топлива методом соударения струй топлива и воздуха

 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Изобретение направлено на повышение эффективности рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания при впрыскивании топлива в камеру сгорания методом соударяющихся струй. Форсунка дополнительно снабжена штуцером подвода воздуха, каналами подвода воздуха в корпусе форсунки, проставке и корпусе распылителя, при этом в корпусе распылителя установлен золотник, управляющий подачей воздуха в зависимости от давления топлива в распылителе, а жесткость пружины золотника обеспечивает его открытие при давлении топлива в системе, не превышающем давление впрыскивания. Данная конструкция форсунки позволяет использовать соударение струй топлива и воздуха для изменения направления развития топливного факела в течение всего периода впрыскивания. 3 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 в дизелях, наиболее широко распространены форсунки для впрыскивания топлива закрытого типа с гидравлическим управлением подъемом запорной иглы и многосопловыми распылителями. Как правило, применяют распылители с радиально расходящимися сопловыми отверстиями. Топливо, впрыскиваемое такими распылителями, распространяется вдоль оси сопловых отверстий, что влечет за собой образование зон с высокой неравномерностью концентрации топлива и воздуха.

Кроме того, известны распылители, обеспечивающие впрыскивание топлива методом соударяющихся струй. При асинхронном изменении параметров струй распространение происходит в общем случае по эллиптическому полому конусу с изменяющимся углом при вершине. Применение данных распылителей позволяет значительно увеличить использование объема камеры сгорания, снизить неравномерность концентрации топлива, что позволяет в целом улучшить показатели дизеля. Однако при гидравлическом управлении подъемом иглы указанное изменение параметров происходит только на этапах подъема и опускания запорной иглы форсунки, когда изменяется разность давлений топлива у соплового отверстия в седле и у отверстия в носике распылителя. Экспериментальные исследования показали высокую эффективность данных распылителей на режимах работы дизеля, обуславливающих незначительное время нахождения запорной иглы на упоре в сравнении с общим временем впрыскивания (режимы малых подач топлива). Кроме того, распылители имеют дополнительно встречные сопла и для сохранения заданного эффективного проходного сечения распылителя необходимо уменьшить диаметры сопел, что снизит не только дальнобойность струй, но и увеличит склонность к закоксовыванию, или уменьшить количество сопел, что тоже нежелательно с точки зрения формы камеры сгорания. Недостатки, связанные с отсутствием всережимного управления развитием топливного факела, снижают эффективность применения данного способа впрыскивания на режимах средних и высоких нагрузок.

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, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе - в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя и находятся в одной плоскости с его осью. Однако данный распылитель работает неэффективно на режимах средних и высоких нагрузок, обуславливающих значительное время нахождения запорной иглы на упоре в сравнении с общим временем впрыскивания.

Настоящее изобретение направлено на повышение эффективности рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания при впрыскивании топлива в камеру сгорания методом соударяющихся струй топлива и воздуха.

Решение поставленной задачи достигается тем, что форсунка дополнительно снабжена штуцером подвода воздуха, каналами подвода воздуха в корпусе форсунки, проставке и корпусе распылителя, при этом в корпусе распылителя установлен золотник, управляющий подачей воздуха в зависимости от давления топлива в распылителе, а жесткость пружины золотника обеспечивает его открытие при давлении топлива в системе, не превышающем давление впрыскивания.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемые мероприятия позволяют увеличить долю времени, в течение которого происходит изменение параметров струй за период впрыскивания, а следовательно, увеличивается промежуток времени, в течение которого факел изменяет свою форму, тем самым способствуя равномерному распределению топлива в объеме камеры сгорания и качественному протеканию процесса смесеобразования.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что форсунка дополнительно снабжена штуцером подвода воздуха, каналами подвода воздуха в корпусе форсунки, проставке и корпусе распылителя, при этом в корпусе распылителя установлен золотник, управляющий подачей воздуха в зависимости от давления топлива в распылителе, а жесткость пружины золотника обеспечивает его открытие при давлении топлива в системе, не превышающем давление впрыскивания.

Таким образом, отличия, связанные с наличием в форсунке дополнительно штуцера подвода воздуха, каналов подвода воздуха в корпусе форсунки, проставке и корпусе распылителя, при этом в корпусе распылителя установлен золотник, управляющий подачей воздуха в зависимости от давления топлива в распылителе, а жесткость пружины золотника обеспечивает его открытие при давлении топлива в системе, не превышающем давление впрыскивания, 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 изображен общий вид форсунки для впрыскивания топлива методом соударения струй топлива и воздуха; на фиг. 2 - элемент В в увеличенном масштабе; на фиг.3 - разрез по А-А на фиг. 1.

Форсунка для впрыскивания топлива методом соударения струй топлива и воздуха состоит (фиг. 1) из регулировочного винта 1, пробки 2, штуцера подвода воздуха 18 (фиг. 3), воздушных 3 и топливного 9 каналов, расположенных в корпусе форсунки 4, проставки 5, имеющей в верхней части углубление для соединения воздушных каналов, гайки распылителя 6, корпуса распылителя 12 с воздушными сопловыми отверстиями 7 и топливными сопловыми отверстиями 8 в носике распылителя, при этом оси каждой пары отверстий 7 и 8 пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя. В корпусе распылителя находится запорная игла форсунки 13 удерживаемая в нижнем положении пружиной 10 через толкатель 11, а также золотник, состоящий из корпуса 16 (фиг.2), имеющего впускное и выпускное окно, пружины золотника 14, самого золотника 15 и фиксирующей гайки 17.

Устройство работает следующим образом.

К форсунке двигателя внутреннего сгорания (фиг. 1) подводится воздух под высоким давлением, который через штуцер 18 (фиг. 3) поступает в воздушные каналы 3. В начале процесса топливоподачи движение плунжера топливного насоса создает давление в кармане распылителя. Нарастание давления в топливной магистрали приводит к перемещению золотника 15 (фиг. 2), открытию окон в корпусе золотника и истечению воздуха по сопловому отверстию 7. Так как давление открытия запорной иглы форсунки превышает давление открытия золотника (на 5 - 7%), то увеличивающееся давление приводит к подъему иглы форсунки и топливо поступает в сопловые отверстия 8. Стационарность параметров воздушной струи и значительные изменения скорости истечения топливной струи в период впрыскивания приводит при соударении двух струй - воздушной и топливной к изменению формы топливного факела, а именно "раскрытию" и "схлопыванию" полого конуса факела на протяжении всего периода впрыскивания.

При посадке запорной иглы форсунки в седло золотник выполняет демпфирование возникающих волн давления в системе, так как значение давления, при котором происходит его закрытие, меньше давления посадки запорной иглы форсунки, а поступающий в камеру сгорания в этот момент воздух не оказывает негативного влияния на рабочий процесс. Кроме того, вытесняемый золотником объем топлива служит для поддержания остаточного давления топлива в системе.

Применение данной конструкции форсунки позволяет эффективно использовать преимущества впрыскивания топлива методом соударяющихся струй на протяжении всего периода впрыскивания и на всех режимах работы двигателя, повышает экономичность двигателей и их энергетические показатели.

Формула изобретения

Форсунка для впрыскивания топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус, пружину, толкатель, проставку, распылитель форсунки с запорной иглой, обеспечивающий впрыскивание методом соударяющихся струй, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена штуцером подвода воздуха, каналами подвода воздуха в корпусе форсунки, проставке и корпусе распылителя, при этом в корпусе распылителя установлен золотник, управляющий подачей воздуха в зависимости от давления топлива в распылителе, а жесткость пружины золотника обеспечивает его открытие при давлении топлива в системе, не превышающем давление впрыскивания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3