Распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в топливной аппаратуре дизельных двигателей. Изобретение позволяет увеличить ресурс распылителя. Распылитель содержит корпус 1 с коническим седлом 2, сопряженным с колодцем 3. В полости корпуса 1 размещена игла (И) 4, выполненная с запорным конусом (ЗК) 5 и дроссельным конусом (ДК) 6, разделенным между собой кольцевой канавкой. ЗК 5 размещен с возможностью взаимодействия с седлом 2, а ДК 6 - с образованием зазора между ним и седлом 2. На И 4 выполнен конический поясок 8, образующий при пересечении с ЗК 5 запирающую кромку 9. Кроме того, на И 4 выполнен дополнительный конус 10, образующий при пересечении с ДК 6 дроссельную кромку 11, диаметр d_д.к которой больше диаметра d_к колодца 3 и определяется из соотношения: где С₁ и C₂ - длины образующих дросселирующей и запирающей частей поверхности соответствующих конусов, d_о.д - диаметр большого основания ДК6; d_о.с - диаметр большого основания конуса седла; d_з.к - диаметр запирающей кромки. 1 ил.

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

Известен распылитель по а.с. СССР N 1141214, кл. F 02 M 61/00, 1984, содержащий корпус с коническим седлом и размещенную в корпусе 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 покрыт слоем олова или цинка. При сниженном, в результате этого, сопротивлении поверхности дроссельного конуса абразивному износу следует отметить и недостатки такой конструкции распылителя. Покрытие дроссельного конуса гальваническим способом или напылением сопряжено с рядом технологических трудностей: необходимость защиты от покрытия запорного конуса; контроль толщины при нанесении и измерении покрытия; сложное технологическое оснащение.

В известном по патенту РФ N 2027061 F 02 M 61/00, 1990 распылителе игла, размещенная в полости корпуса, выполнена с запорным и дроссельным конусами, сопряженными между собой плоской поверхностью, образующей в пересечении с запорным конусом запорную кромку, взаимодействующую с поверхностью седла. На дроссельном конусе выполнена кольцевая проточка, позволяющая уменьшить площадь дросселирующей части дроссельного конуса, подверженной при работе абразивному износу и увеличить тем самым контактные напряжения на этой площади, с целью обеспечить опережающий износ дроссельного конуса по сравнению с износом запорного конуса.

К недостаткам этого распылителя следует отнести "острую" запорную кромку, образованную на игле при пересечении плоской поверхности с конической. При взаимодействии такой кромки с седлом происходит интенсивный износ поверхности седла и уменьшение функционального необходимого дросселирующего зазора, что, как следствие, уменьшает ресурс распылителя.

Общим недостатком рассмотренных распылителей, как и распылителей известных по патентам РФ N 2023901, 1992 и N 2055233, 1993, кл. F 02 M 61/00 является низкая эффективность работы механизма по поддержанию функционально необходимой величины дросселирующего зазора. С целью снижения сопротивляемости контактно-образивному износу дросселирующей части поверхности дроссельного конуса снижает ее износоустойчивость за счет покрытия слоем более мягкого материала, как в распылителе по а.с. СССР N 1141214, или повышают контактные напряжения за счет уменьшения поверхности дроссельного конуса, выполняя на ней кольцевую канавку как в изобретениях по патентам РФ N 2027061, 1990; N 2023901, 1992; N 2055233, 1993, кл. F 02 N 61/00.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является распылитель, защищенный патентом РФ N 2032829 кл. F 02 M 61/00, 1992. Отличительной особенностью этого распылителя является то, что запирающая кромка образована на игле при пересечении двух конических поверхностей: запорного конуса и конического пояска, выполненного на игле с углом при вершине больше угла при вершине конуса седла. С целью уменьшения дросселирующей поверхности дроссельного конуса, подверженной абразивному износу, вдоль образующей дроссельного конуса выполнена лыска.

Выполнение лыски на поверхности дроссельного конуса с высокой точностью и метрологический контроль за осуществлением этой операции - сложная и трудоемкая технологическая задача. Лыска не должна ухудшать дросселирование топлива и с этой точки зрения размеры ее должны быть минимальными. При этом лыска, имеющая минимальные по сравнению с поверхностью дроссельного конуса размеры, не оказывает существенного влияния на работоспособность механизма износа запорно-дросселирующего сопряжения. Возможности уменьшения дросселирующей поверхности дроссельного конуса за счет выполнения кольцевой канавки увеличенных размеров также ограничены, т.к. канавка увеличивает подыгольный объем, что, в свою очередь, ухудшает экологические и экономические характеристики работы дизеля с такими распылителями.

Целью изобретения является увеличение ресурса 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 вершине большего угла дроссельного конуса, образующий в пересечении с последним дроссельную кромку, диаметр d_д.к. которой больше диаметра d_к колодца и определяется из соотношения: где C₁ и C₂ - длины образующих дросселирующей и запирающей частей поверхностей соответствующих конусов; d_о.д. - диаметр большого основания дросселирующего конуса; d_о.с - диаметр большого основания конуса седла; d_з.к - диаметр запорной кромки.

Соотношение получено в результате элементарного преобразования формулы расчета площади поверхности усеченного конуса: F = ПС (r + r₁) (см. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т., Т1-5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979 - С. 62, табл. 9).

На чертеже изображен предложенный распылитель в разрезе.

Распылитель содержит корпус 1 с коническим седлом 2, сопряженным с колодцем 3; иглу 4, выполненную с запорным конусом 5 и дроссельным конусом 6, имеющими углы при их вершинах соответственно α, γ и разделенными между собой кольцевой канавкой 7. Запорный конус 5 размещен с возможностью взаимодействия с седлом 2, а дроссельный конус 6 - с образованием зазора между ними и седлом 2. На игле 4 выполнен конический поясок 8 с углом β при вершине больше угла ϕ при вершине конуса седла 2, образующий при пересечении с запорным конусом 5 запирающую кромку 9. Кроме того, на игле 4 соосно ее оси выполнен дополнительный конус 10 с углом Ψ при вершине больше угла γ дроссельного конуса 6, образующий при пересечении с последним дроссельную кромку 11, диаметр d_д.к которой больше диаметра d_к колодца и определяется из соотношения: где C₁ и C₂ - длины образующих дросселирующей и запирающей частей поверхности соответствующих конусов.

d_о.д - диаметр большого основания дроссельного конуса 6;
d_о.с - диаметр большего основания конуса седла 2;
d_з.к - диаметр запирающей кромки 9.

Распылитель работает обычным образом. В эксплуатации по мере износа запирающей кромки 9 происходит приработка запорного конуса 5 и конического пояска 8. Выполнение конических поверхностей 5 и 8 с углами при вершинах их конусов с соблюдением соотношения: β-ϕ > ϕ-α обеспечивает более интенсивное расширение площади их приработки с седом 2 над запирающей кромкой 9, при этом диаметр окружности запирания остается примерно постоянным, либо даже несколько возрастает, увеличивая давление открытия (подъема) иглы 4 форсунки и компенсируя тенденцию к его снижению вследствие усадки пружины и износа контактирующих поверхностей. При подъеме иглы 4, из-за разницы диаметров запирающей кромки 9 и дроссельной кромки 11, увеличение проходного сечения между запирающей кромкой 9 и коническим седлом 2 происходит гораздо интенсивнее (примерно в два раза), чем увеличение проходного сечения между дроссельной кромкой 11 и коническим седлом 2. Скорость потока топлива, несущего механические примеси и в том числе абразив, при прохождении при поднятой игле через проходное сечение дроссельный конус 6 - седло 2 значительно (в 1,5. . . . 2 раза) выше скорости потока топлива, проходящего через проходное сечение запирающая кромка 9 - седло 2. Поток топлива, неизбежно несущий мельчайшие частицы механических примесей и движущийся со скоростью, превышающей скорость резания при абразивной обработке в несколько раз, изнашивает поверхность дроссельного конуса 6 более интенсивно, по сравнению с износом запорного конуса 5. При выполнении угла дроссельного конуса 6 меньше угла при вершине конуса седла 2 создается наименьшее проходное сечение между седлом 2 и дроссельной кромкой 11, в результате чего она будет изнашиваться более интенсивно, обеспечивая тенденцию к сохранению функционально необходимого дросселирующего зазора.

В эксплуатации предложенного распылителя при приработке запирающего сопряжения обеспечивается меньший износ взаимодействующих поверхностей. Величина диаметра окружности стабилизируется или даже несколько увеличивается, что повышает эффективность работы распылителя и улучшает способность форсунки к дробящему впрыскиванию топлива. Соотношение диаметров и длин образующих дросселирующей и запирающей частей поверхностей соответствующих конусов обеспечивает работоспособность механизма опережающего абразивного износа дроссельного сопряжения. В результате более интенсивного износа уменьшенной дросселирующей поверхности дросселирующий зазор между поверхностями дроссельного конуса и седла будет иметь тенденцию к росту, что обеспечит увеличение ресурса распылителя.

Формула изобретения

Распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с коническим седлом, сопряженным с колодцем, иглу, выполненную с запорным и дроссельным конусами, разделенными между собой кольцевой канавкой, причем запорный конус размещен с возможностью взаимодействия с седлом, а дроссельный конус - с образованием зазора между ним и седлом, при этом на игле выполнен конический поясок с углом конуса при вершине больше угла при вершине конуса седла, образующий при пересечении с запорным конусом запирающую кромку, отличающийся тем, что на игле, соосно ее оси, выполнен дополнительный конус с углом при вершине больше угла дроссельного конуса, образующий при пересечении с последним дроссельную кромку, диаметр dд.к которой больше диаметра dк колодца и определяется из соотношения

где С₁ и С₂ - длины образующих дросселирующей и запирающей частей поверхности соответствующих конусов;
d_о.д. - диаметр большого основания дроссельного конуса;
d_о.с. - диаметр большого основания конуса седла;
d_з.к. - диаметр запирающей кромки.

РИСУНКИ

Рисунок 1