Форсунка для двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить топливную экономичность, улучшить экологические показатели двигателя и упростить конструкцию форсунки. Форсунка для двигателя внутреннего сгорания содержит корпус, закрепленный на нем распылитель с запорной иглой и корпусом распылителя с сопловыми отверстиями, канал подачи топлива с подыгольной полостью распылителя, канал подачи газовой присадки. В канале подачи газовой присадки устанавливают микрокапилярный фильтр. Гидравлический радиус микрокапиляра выполняют в пределах 2 мкм ≤ r ≤ 10 мкм. Канал подачи газовой присадки сообщают непосредственно с полостью цилиндра двигателя и выполняют в теле корпуса распылителя. Микрокапиллярный фильтр выполняют в виде проволочного жгута. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к средствам распыления жидкости и может быть использовано в двигателестроении, а именно в топливных системах питания двигателя внутреннего сгорания.

Известна форсунка для двигателя внутреннего сгорания [1], содержащая корпус, закрепленный на нем распылитель с запорной иглой и корпусом распылителя с сопловыми отверстиями, канал подачи топлива с подыгольной полостью распылителя, а также канал подачи газовой присадки со смесительно-аккумулирующей камерой, снабженной обратным клапаном.

Недостатками данной форсунки для двигателя внутреннего сгорания являются малая эффективность предварительной подготовки топлива перед подачей его в цилиндр двигателя из-за недостаточной регулировки количества газа, подаваемого в цикловую порцию, причем подаваемая присадка не содержит активных радикалов, а также сложность конструкции ввиду наличия обратного клапана.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является форсунка для двигателя внутреннего сгорания [2], содержащая корпус, закрепленный на нем распылитель с запорной иглой и корпусом распылителя с сопловыми отверстиями, канал подачи топлива с подыгольной полостью распылителя, а также канал подачи газовой присадки, при этом канал подачи газовой присадки содержит смесительно-аккумулирующую камеру, снабженную обратным клапаном, а форсунка дополнительно содержит пористую металлокерамическую вставку, соединяющую канал подачи присадок и смесительно-аккумулирующую камеру с подыгольной полостью.

Устройство данной форсунки для двигателя внутреннего сгорания повышает равномерность образования смеси присадки с топливом перед подачей ее в цилиндр двигателя, но не упрощает конструкцию форсунки ввиду наличия обратного клапана.

Сущность изобретения заключается в том, что форсунка для двигателя внутреннего сгорания содержит корпус и закрепленный на нем распылитель с запорной иглой и корпусом распылителя с сопловыми отверстиями, канал подачи топлива с подыгольной полостью распылителя, а также канал подачи газовой присадки, при этом в канале подачи газовой присадки устанавливают микрокапиллярный фильтр, гидравлический радиус микрокапилляра в котором выполняют в пределах 2 мкм ≤ r ≤ 10 мкм, а канал подачи газовой присадки сообщают непосредственно с полостью цилиндра двигателя, при этом канал подачи газовой присадки выполняют в теле корпуса распылителя и микрокапиллярный фильтр выполняют в виде проволочного жгута.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение степени подготовки топлива перед подачей его в цилиндр двигателя и упрощение конструкции форсунки для двигателя внутреннего сгорания.

Увеличение степени подготовки топлива перед подачей его в цилиндр двигателя определяется тем, что в канале подачи газовой присадки устанавливают микрокапиллярный фильтр, гидравлический радиус микрокапилляра в котором выполняют в пределах 2 мкм ≤ r ≤ 10 мкм для обеспечения регулирования количества газа, подаваемого в цикловую порцию, а канал подачи газовой присадки сообщают непосредственно с полостью цилиндра двигателя, обеспечивая тем самым образование смеси топлива с горячим рабочим газом, насыщенным продуктами неполного сгорания, содержащим большое количество активных радикалов. При этом канал подачи газовой присадки может быть выполнен в теле корпуса распылителя.

Упрощение конструкции форсунки для двигателя внутреннего сгорания достигается тем, что в канале подачи газовой присадки устанавливают микрокапиллярный фильтр с исключением необходимости в установке обратного клапана. Отсутствие динамических элементов приводит к большей управляемости процесса подачи газа. При этом микрокапиллярный фильтр может быть выполнен в виде проволочного жгута.

Нижний предел указанного диапазона определяется уровнем растворимости газа в цикловой порции топлива, а именно - формула Генри для определения границы растворимости газа в жидкости (Р=30 МПа - давление; k=1, 2 - коэффициент растворимости по ГОСТ 305-73; ρ_Г= 0,43 кг/м³, ρ_Ж= 830 кг/м³ - плотности газа и жидкости (топлива) соответственно).

V_Г=Q•t_Ц - объем поступившего газа за цикл, где: t_Ц= 0,001 с - продолжительность цикла, Q - расход газа за цикл, проходящего через площадь фильтрации ω = πR², при R=300 мкм - радиус всей микрокапиллярной трубки.

при этом m=0,46 - показатель пористости среды, r - гидравлический радиус микрокапилляра, μ = 20•10^-6 м²/c - динамическая вязкость газа, ΔР= 100 атм - перепад давления, 1 = 0,01 м - длина микрокапиллярной трубки.

где V_Ж≈150 мм³/цикл - средняя цикловая подача топлива за цикл. Отсюда следует, что Верхний предел диапазона определен экспериментальным значением максимального гидравлического радиуса микрокапилляров r≈10 мкм, не обеспечивающим пропускание жидкости (топлива) через капиллярную среду.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен продольный разрез форсунки по п. 2 формулы, а на фиг.2 и 3 показаны продольный и поперечный разрезы форсунки по п.3 формулы соответственно.

Форсунка для двигателя внутреннего сгорания, установленная в головке 1 цилиндра двигателя с зазором 2, содержит корпус форсунки 3 и закрепленный на нем с помощью гайки 4 распылитель с запорной иглой (не показана) и корпусом распылителя 5 с сопловыми отверстиями 6, канал подачи топлива 7 с подыгольной полостью распылителя 8, канал подачи газовой присадки 9 и установленный в нем микрокапиллярный фильтр 10, при этом канал подачи газовой присадки 9 сообщается непосредственно с полостью цилиндра двигателя. На фиг.2 и 3 микрокапиллярный фильтр выполняется в виде проволочного жгута 11.

Предлагаемая форсунка для двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

Топливный насос (не показан) по каналу подачи топлива 7 нагнетает жидкое топливо в подыгольную полость распылителя 8. Под воздействием давления топлива запорная игла поднимается и топливо через сопловые отверстия 6 впрыскивается в цилиндр камеры сгорания двигателя. В конце впрыскивания благодаря разгружающему ходу нагнетательного клапана (не показан) после завершения отсечки подачи топлива давление в подыгольной полости распылителя 8 резко снижается и через канал подачи газовой присадки 9 горячий рабочий газ из полости цилиндра двигателя, пройдя по зазору 2 через микрокапиллярный фильтр 10 (или через микрокапиллярный фильтр в виде проволочного жгута 11), просачивается в подыгольную полость распылителя 8, подогревая топливо и образуя с ним двухфазную смесь между циклами впрыскивания. При очередном поднятии давления подогретая цикловая порция двухфазной смеси жидкого топлива с газовой присадкой, минуя микрокапиллярный фильтр, через зазор на посадочном конусе, образовавшийся при подъеме иглы, и сопловые отверстия 6 впрыскивается в цилиндр двигателя.

Таким образом, предлагаемая форсунка обеспечивает лучшую подготовку топлива благодаря его подогреву горячим рабочим газом и образованию перед впрыскиванием цикловой порции в цилиндр двигателя двухфазной смеси, насыщенной активными радикалами, что способствует повышению топливной экономичности и улучшению экологических показателей двигателя без усложнения конструкции форсунки.

Источники информации 1. Система питания двигателя внутреннего сгорания. Авторское свидетельство 1087681 (СССР), класс F 02 М 25/10, 1983.

2. Форсунка для двигателя внутреннего сгорания. Авторское свидетельство 1312230 (СССР), класс F 02 М 61/10, 25/10, 1985.

Формула изобретения

1. Форсунка для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус и закрепленный на нем распылитель с запорной иглой и корпусом распылителя с сопловыми отверстиями, канал подачи топлива с подыгольной полостью распылителя, а также канал подачи газовой присадки, отличающаяся тем, что в канале подачи газовой присадки устанавливают микрокапиллярный фильтр, гидравлический радиус микрокапилляра в котором выполняют в пределах 2 мкм ≤ r ≤ 10 мкм, а канал подачи газовой присадки сообщают непосредственно с полостью цилиндра двигателя.

2. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что канал подачи газовой присадки выполняют в теле корпуса распылителя.

3. Форсунка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что микрокапиллярный фильтр выполняют в виде проволочного жгута.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3