Форсунка для подачи топливных эмульсий в камеру сгорания дизеля

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Предложена форсунка, содержащая корпус, полый распылитель (4) с запирающим коническим седлом (5), распыливающими отверстиями (6) и каналами подвода основного и запального топлива. В полости распылителя (4) размещена запирающая игла (11), в нижней части которой выполнена запирающая коническая поверхность. В теле иглы (11) выполнен осевой канал (22), оканчивающийся отверстиями (27). В нижней части запирающей иглы (11) на конической поверхности выполнена проточка с образованием дополнительного конуса (28) и полости (30) смешения в виде гарантированного в течение эксплуатационного цикла работы зазора So. Изобретение позволяет осуществлять коррекцию массового состава смеси, подаваемой в камеру сгорания дизеля в процессе рабочего цикла, и улучшать протекание характеристик массового состава смеси и их стабильность в процессе эксплуатации. Дополнительно изобретение дает возможность обеспечить идентичность рабочих циклов в различных цилиндрах многоцилиндрового дизеля за счет возможности регулирования динамики ввода присадки. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в конструкциях дизельных двигателей.

В дизелях получили большое распространение топливные системы, включающие топливный насос ТНВД с механическим приводом плунжера, топливопровод и форсунку с подпружиненной запирающей иглой в распылителе [1]. Эти системы приемлемы для подачи в камеру сгорания традиционного, альтернативного топлива и их смесей [2].

Недостаток этих систем состоит в том, что конструкции не позволяют изменять массовый состав смесей с учетом многорежимности, а также в процессе впрыскивания, что необходимо для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик дизеля в условиях совместного применения традиционных, альтернативных топлив и присадок [2; 3].

Известна принятая в качестве прототипа форсунка для дизеля для подачи двух видов топлива в двигатель, состоящая из корпуса с закрепленным в нем распылителем, в полости которого установлена подпружиненная запирающая игла, имеющая направляющую, цилиндрическую и коническую запирающую поверхности. В корпусе и полом распылителе выполнены связанные между собой соответствующие каналы подвода основного и запального топлив. При этом в теле иглы выполнен центральный канал, связанный с каналами подвода запального топлива, а в нижней части иглы с выходом на ее коническую запирающую поверхность - радиальные каналы, которые при подъеме иглы сообщаются с распыливающими отверстиями. Канал подвода основного топлива связан с полостью распределительной полости - карманом распылителя и при подъеме иглы также сообщается посредством кольцевого канала с распыливающими отверстиями, образуя совместно с запальным топливом смесь с определенным коэффициентом состава смеси Ксм [4].

Недостаток прототипа состоит в том, что в эксплуатационных условиях происходит приработка запирающих конусов иглы и седла, уменьшение подачи присадки в полость смешения при увеличении ее поступления в кольцевой канал между корпусом распылителя и запирающей иглой. Согласно конструкции [4] поперечное сечение отмеченного кольцевого канала в разы больше, чем поперечное сечение полости смешения смесей, расположенной в зазоре запирающих конусов корпуса распылителя и запирающей иглы. В результате массовая доля присадки в кольцевом канале будет существенно меньше, чем в предусмотренной конструкцией полости смешения, что приведет к существенному уменьшению динамики ввода присадки в камеру сгорания дизеля практически на всех режимах и ухудшению воспламенения смеси. Кроме этого, отмеченное перераспределение присадки по объемам распылителя существенно скажется на характеристиках двигателя при неустановившихся режимах, что в значительной степени проявится при уменьшении нагрузки с рабочего режима до режима холостого хода. Оценка токсичности дизеля на неустановившихся режимах предусмотрена, в частности, Европейским тестом ETC.

Технической задачей, решаемой изобретением, является получение возможности коррекции массового состава смеси, подаваемой в камеру сгорания дизеля в процессе рабочего цикла, и улучшение протекания характеристик массового состава смеси и их стабильность в процессе эксплуатации.

Дополнительной технической задачей изобретения является обеспечение идентичности рабочих циклов в различных цилиндрах многоцилиндрового дизеля путем заданной и идентичной динамики ввода присадки в зонах смешения смеси и воздуха.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в форсунке для подачи топливных эмульсий в камеру сгорания дизеля, содержащей корпус с каналами подвода каждого вида топлива, основного и запального, полый распылитель с запирающим коническим седлом, распыливающими отверстиями, каналами подвода каждого вида топлива, сообщенными с соответствующими каналами подвода топлива в корпусе форсунки, и подпружиненную запирающую иглу, размещенную в полости распылителя и выполненную с направляющей и цилиндрической поверхностями, а также запирающей конической поверхностью с обратным конусом, ограниченным конической поверхностью и кромкой, при этом в распылителе выполнена распределительная полость, связанная с каналами подвода одного из видов топлив и с распыливающими отверстиями посредством кольцевого канала, образованного цилиндрическими поверхностями запирающей иглы и распылителя, а также посредством зазора между их коническими поверхностями, в теле запирающей иглы выполнен осевой канал, сообщенный радиальными каналами с каналами подвода другого вида топлива посредством кольцевой полости между цилиндрическими поверхностями запирающей иглы и распылителя, соответственно, а также дополнительные радиальные каналы, выполненные в нижней части запирающей иглы и выходящие одним концом в осевой канал, а другим - в зазор между коническими поверхностями запирающей иглы и распылителя, согласно изобретению в нижней части запирающей иглы выполнена проточка с образованием дополнительного конуса, ограниченного конической поверхностью, меньшее основание которого сопряжено с большим основанием обратного конуса и которое при этом меньше, чем большее основание упомянутого обратного конуса, причем коническая поверхность дополнительного конуса совместно с запирающим коническим седлом распылителя и выходными кромками дополнительных каналов запирающей иглы образует полость смешения в виде гарантированного в течение эксплуатационного цикла работы зазора So, значение которого в исходном положении запирающей иглы определяют из следующего соотношения:

,

где ymax - максимальный подъем запирающей иглы распылителя, [мм];

- угол, образованный осью распылителя и образующей дополнительного конуса нижней части запирающей иглы, [град];

Δyд - допустимое увеличение максимального перемещения запирающей иглы в результате приработки запирающих конических поверхностей запирающей иглы и распылителя, [мм],

при этом число k дополнительных радиальных каналов подвода топлива в полость смешения подбирают, исходя из выражения:

k=(1÷3)n,

где n - число распыливающих отверстий распылителя.

Решение дополнительной технической задачи достигается тем, что в хвостовике запирающей иглы с двух сторон выполнены прямоугольные пазы, допускающие ее осевое перемещение в прямоугольной прорези проставки, установленной с фиксацией в корпусе форсунки.

Решение поставленной технической задачи становится возможным благодаря выполнению в нижней части запирающей иглы дополнительного конуса, коническая поверхность которого совместно с запирающим коническим седлом распылителя и выходными кромками дополнительных радиальных каналов запирающей иглы образуют полость смешения. Последняя представляет собой гарантированный в течение цикла работы зазор So. В результате становится возможным совершенствовать и стабилизировать объемно-энергетический баланс в распылителе и характеристики массового состава смеси, поступающей в камеру сгорания дизеля. При этом учитывается условие многорежимности дизеля, а также эксплуатационные износы запирающих конических поверхностей корпуса распылителя и его запирающей иглы.

Решение дополнительной технической задачи становится возможным благодаря выполнению в хвостовике запирающей иглы с двух сторон прямоугольных пазов, которые допускают ее осевое перемещение в прямоугольной прорези проставки, установленной с фиксацией в корпусе распылителя. В результате достигается совершенствование и стабилизация протекания характеристик массового состава смеси, поступающей в зоны смешения окислителя и энергоносителя в различные цилиндры многоцилиндрового дизеля благодаря одинаковым по времени темпам ввода присадки в камеру сгорания каждого цилиндра дизеля.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена форсунка, продольный разрез; на фиг. 2 - выносной элемент I на фиг. 1 (запорная игла в верхнем положении); на фиг. 3 - выносной элемент I на фиг. 1 (запорная игла в положении на седле); на фиг. 4 дано сеч. А-А на фиг. 3 без запирающей иглы; на фиг. 5 изображен выносной элемент II на фиг. 1; на фиг. 6 представлено сеч. Б-Б на фиг. 5.

На чертежах использованы следующие обозначения:

So - гарантированный зазор между конической поверхностью дополнительного конуса запирающей иглы и коническим седлом распылителя в исходном положении;

ОХ1-ОХ4 и ОУ1-ОУ4 - плоскости расположения осей распыливающих отверстий распылителя и дополнительных радиальных отверстий запирающей иглы;

α - угол относительного смещения плоскостей OX1-ОХ4 и ОУ1-ОУ4 расположения осей распыливающих отверстий распылителя и дополнительных радиальных отверстий запирающей иглы соответственно.

Форсунка для подачи топливных эмульсий в камеру сгорания дизеля содержит корпус 1 с каналами 2 и 3 подвода каждого вида топлива - запального и основного (см. фиг. 1, 2 и 3), полый распылитель 4 с запирающим коническим седлом 5, распыливающими отверстиями 6, а также каналами 7, 8 и 9 подвода каждого вида топлива, сообщенными с соответствующими каналами 2 и 3 подвода топлива в корпусе 1 форсунки. В полости распылителя 4 размещена подпружиненная с помощью пружины 10 запирающая игла 11, выполненная с направляющей и цилиндрической поверхностями 12 и 13 соответственно. В нижней части запирающей иглы 11 выполнена запирающая коническая поверхность 14 с обратным конусом 15, ограниченным конической поверхностью 16 и запирающей кромкой 17. При этом в распылителе 4 выполнена распределительная полость 18, связанная с каналами 3 и 9 подвода одного из видов топлива, а также с распыливающими отверстиями 6 посредством кольцевого канала 19, образованного цилиндрическими поверхностями 13 и 20 запирающей иглы 11 и распылителя 4 соответственно, а также посредством зазора 21 между коническими поверхностями 14 и седла 5.

В теле запирающей иглы 11 выполнен осевой канал 22, сообщенный с каждым из радиальных каналов 23 и с каналами 7 и 8 подвода другого вида топлива посредством кольцевой полости 24 между цилиндрическими поверхностями 25 и 26 запирающей иглы 11 и распылителя 4 соответственно. Кроме этого, в нижней части запирающей иглы 11 выполнены дополнительные радиальные каналы 27, выходящие одним концом в осевой канал 22, а другим - в зазор 21 между соответствующими коническими поверхностями 14, 16 и седлом 5 запирающей иглы 11 и распылителя 4. Подвод основного топлива осуществляется к распределительной полости 18 и кольцевому каналу 19 распылителя 4, а запального топлива - присадки, к кольцевой полости 24 и осевому каналу 22 запирающей иглы 11.

При этом в нижней части запирающей иглы 11 выполнена проточка с образованием дополнительного конуса 28, ограниченного конической поверхностью 29. Причем меньшее основание дополнительного конуса 28 сопряжено с большим основанием обратного конуса 15, но при этом оно меньше, чем большее основание упомянутого обратного конуса 15. Причем коническая поверхность 29 дополнительного конуса 28 совместно с запирающим коническим седлом 5 распылителя 4 и выходными кромками дополнительных радиальных каналов 27 запирающей иглы 11 образуют полость 30 смешения топлив, расположенную у большего основания обратного конуса 15, выполненную в виде гарантированного в течение эксплуатационного цикла работы зазора S, где .

При этом принципиально важно, что в исходном положении запирающей иглы 11, то есть когда ее запирающая коническая поверхность 14 прижата к запирающему коническому седлу 5 распылителя 4, коническая поверхность 29 запирающей иглы 11 и запирающее коническое седло 5 обеспечивают гарантированный зазор So, что достигается наличием обратного конуса 15 и дополнительного конуса 28. Значение гарантированного зазора So в исходном положении запирающей иглы 11 для нового распылителя с учетом приработки запирающих конусов иглы 11 и распылителя 4 определяют из следующего соотношения:

,

где Δуд - допустимое увеличение максимального перемещения запирающей иглы 11 в результате приработки запирающих конических поверхностей 14, 16 и запирающего конического седла 5 упомянутой иглы 11 и распылителя 4 соответственно;

Sк - значение зазора S в запирающем конусе поверхностей 5 и 29 без учета перемещения у запирающей иглы 11 и ее изменения максимального перемещения Δуд.

Число k дополнительных радиальных каналов 27 подвода топлива в полость 30 смешения должно быть увязано с числом распыливающих отверстий 6. Это число подбирают, исходя из выражения:

k=(1÷3)n, где n - число распыливающих отверстий 6 распылителя 4.

Если оси распыливающих отверстий 6 распылителя 4 расположены, например, в плоскостях 0-X1÷0-Х4, то при k=n оси дополнительных радиальных каналов 27 могут быть расположены в плоскостях 0-У1÷0-У4 с относительным угловым смещением α (см. фиг. 4). На фиг. 4:0-X1÷0-X4 - это проекции плоскостей, в которых расположены распыливающие отверстия 6, на поверхность запирающего конического седла распылителя 4; 0-У1÷0-У4 - это проекции плоскостей, в которых расположены дополнительные радиальные каналы 27, на поверхность запирающего конического седла 5 распылителя 4.

В частном случае для фиксирования относительного углового смещения плоскостей расположения осей распыливающих отверстий 6 и дополнительных радиальных отверстий 27 в верхней части запирающей иглы 11 на ее хвостовике 31 с двух сторон могут быть выполнены пазы 32 (см. фиг. 5 и 6), под которые в корпусе 1 форсунки предусмотрена проставка 33, фиксируемая при ее установке в определенной позиции, с выполненной в ней прямоугольной прорезью 34. При этом запирающая игла 11 имеет возможность перемещаться в осевом направлении в упомянутой прямоугольной прорези 34.

Форсунка для подачи топливных эмульсий в камеру сгорания дизеля работает следующим образом.

Рабочий цикл форсунки делится на этапы. Первый этап - с момента начала подвода топлива к полости 30 смешения до момента начала движения запирающей иглы 11 распылителя 4 от запирающего конического седла 5 к упору - плоскости разъема корпуса 1 форсунки и распылителя 4. Второй этап - с момента начала движения запирающей иглы 11 до момента достижения ею упора. Третий этап - с момента достижения запирающей иглой 11 упора до момента начала посадки запирающей иглы 11 на запирающее коническое седло 5. Четвертый этап - это перемещение запирающей иглы 11 от упора к упомянутому седлу 5.

На заданном режиме работы дизеля запальное топливо, в частности традиционное дизельное, от соответствующего насоса высокого давления ТНВД1 (на чертеже не показан) по каналам 2, 7 и 8 подвода в корпусе 1 форсунки и распылителе 4 соответственно поступает в кольцевую полость 24 и далее по каналам 23, 22 и 27 - в полость 30 смешения топлив, расположенную у большого основания обратного конуса 15 и образованную конической поверхностью 29 дополнительного конуса 28 запирающей иглы 11, конической поверхностью запирающего конического седла 5 распылителя 4 и выходными кромками дополнительных радиальных каналов 27 запирающей иглы 11 (см. фиг. 1 и 2).

При этом в полости 30 смешения образуется смесь, характеризующаяся коэффициентом массовой доли присадки Кп, который определяется по формуле:

Кп=Gп/Gт+Gп,

где Gп и Gт - массы присадки - запального топлива и основного топлива - топливной эмульсии, в смеси соответственно.

В процессе подачи насосом ТНВД1 запального топлива в полость 30 смешения в ней происходит смешение запального топлива с основным, которое находилось в полости 30 смешения после завершения предыдущего цикла. В результате коэффициент Кп в полости 30 смешения будет увеличиваться, и эта смесь переменного значения Кп по зазору между запирающим коническим седлом 5 и дополнительным конусом 28 распылителя 4 и запирающей иглы 11 соответственно поступает в кольцевой канал 19.

Принципиальная особенность предлагаемой конструкции форсунки состоит в том, что в исходном положении, то есть когда коническая запирающая поверхность 14 запирающей иглы 11 прижата к запирающему коническому седлу 5 распылителя 4 (см. фиг. 3), поперечное сечение зазора между дополнительным конусом 28 и запирающим коническим седлом 5 в разы меньше поперечного сечения кольцевого канала 19. При этом величина зазора So между дополнительным конусом 28 и запирающим коническим седлом 5 при рассмотренном исходном положении запирающей иглы 11 регламентируется соотношением:

,

где Sк - значение зазора S в запирающем конусе конической поверхности седла 5 и конической поверхности 29 дополнительного конуса 28 без учета перемещения у запирающей иглы 11 и изменения ее максимального перемещения Δуд, [мм];

ΔУД - допустимое увеличение максимального перемещения запирающей иглы 11 в эксплуатационных условиях в результате приработки запирающих конических поверхностей 16, 14 и запирающего конического седла 5, обратного конуса 15 и конической поверхности 14 запирающей иглы 11 и распылителя 4 соответственно, [мм].

В результате даже во время первого этапа рабочего цикла форсунки в зазоре между запирающим коническим седлом 5 распылителя 4 и дополнительным конусом 28 запирающей иглы 11 будет находиться практически одно запальное топливо, которое затем поступает в кольцевой канал 19, где происходит смешение компонентов смеси, уменьшение значений коэффициента Кп в нем и распределение смеси переменного значения Кп по длине кольцевого канала 19.

Выбор значения зазора Sk обусловлен следующим.

Рассмотренная схема проточной части распылителя 4, в котором входные кромки распыливающих отверстий 6 расположены на запирающем конусе 5 (схема распылителя дизеля В-2), с энергетической точки зрения имеет значимые преимущества в сравнении с традиционным распылителем конструкции фирмы «ВОСН», входные кромки распыливающих отверстий которого расположены в подыгольном объеме. Так исследования МАДИ [3, 5] показали, что на частичных подъемах запирающей иглы 11 распылителя 4 потери давления в проточной части конструкции при течении топлива от сечения А-А (см. фиг. 2 и 3) до распыливающих отверстий у распылителя дизеля В-2 в 1,5…1,7 раза меньше, чем у распылителя фирмы «ВОСН», что проявляется в интервале перемещения У=0,05…0,12 мм запирающей иглы 11. Это объясняется наличием у распылителя фирмы «ВОСН» дополнительных потерь, которые имеют место при втекании топлива в подыгольный объем.

Предлагаемая конструкция распылителя в сравнении со схемой распылителя дизеля В-2 и прототипом имеет увеличенную длину проточной части распылителя от сечения А-А до распыливающих отверстий 6 (см. фиг. 2, 3).

Таким образом, в опытной конструкции в сравнении со схемой распылителя дизеля В-2 могут наблюдаться дополнительные гидравлические потери. Очевидно, что для уменьшения потерь давления в отмеченном гидравлическом тракте может быть обеспечено увеличением зазора S между конической поверхностью седла 5 и конической поверхностью 29 дополнительного конуса 28 соответственно распылителя 4 и запирающей иглы 11. Значение зазора S складывается из наличия начального зазора So и увеличения расстояния между конической поверхностью седла 5 и конической поверхностью 29 дополнительного конуса 28 вследствие подъема запирающей иглы 11 в процессе рабочего цикла. В свою очередь, значение So определяется из условия обеспечения минимальных потерь давления в проточной части распылителя 4, т.е. значением Sк, и допустимого увеличения перемещения запирающей иглы 11 в результате приработки запирающих конических поверхностей 14, 16 и запирающего конического седла 5 упомянутой иглы 11 и распылителя 4.

По результатам обработки данных, проведенных расчетными исследованиями, представленных в таблице (см. с. 12), может быть произведена оценка влияния начального значения зазора Sк на гидравлические потери в зазоре конической поверхности седла 5 и конической поверхности 29 дополнительного конуса 28 распылителя 4 и запирающей иглы 11 соответственно.

Исследования проводились по методике МАДИ [3, 5]. В качестве исходных были расход Q через форсунку и величина Sк. При этом была принята схема распылителя дизеля В-2 с диаметром dиц=4,2 мм и диаметром dВК конической поверхности 29, на которой расположены выходные кромки дополнительных радиальных каналов 27, равным dВК=3,0 мм. Здесь в таблице ΔР - потери напора от сечения А-А до сечения расположения входных кромок дополнительных радиальных каналов 27, из которых осуществляется подача присадки в полость 30 смешения. Значение ΔР в таблице представлено в процентном соотношении от полного напора в сечении А-А. Здесь величина ΔР рассматривается как функция зазора Sк, то есть ΔР=f(Sк) при заданном расходе через форсунку.

Из таблицы следует, что потери напора ΔР зависят от значения зазора Sк, что вполне логично и отвечает законам гидравлики. В частности, при заданном расходе Q=30 мм /мс и зазоре Sк=0,04 мм значение потерь напора ΔР превышает 25%, а при зазоре Sк=0,08 мм потери напора составят ΔР=4,06%. Принятое значение Q имеет место в реальных условиях у дизелей ММЗ, ЯМЗ при Рфо=17, 5 МПа и среднем положении запирающей иглы 11 распылителя 4. Исследования показали, что уровень значения потерь напора ΔР=1-2% может быть обеспечен для дизелей ЯМЗ, ММЗ при Sк≥0,33 Уmax [мм].

По завершении рассмотренного ранее первого этапа рабочего цикла форсунки на границе кольцевого канала 19 и кольцевого зазора между запирающим коническим седлом 5 и дополнительным конусом 28 соответственно распылителя 4 и запирающей иглы 11 будет присутствовать смесь с максимальным значением Кп, но при этом не равным значению Кп=1. Причем значение Кп по длине кольцевого канала 19 уменьшается и в сечении на определенном удалении от границы кольцевого канала 19 и кольцевого зазора между запирающим коническим седлом 5 и дополнительным конусом 28 будет присутствовать только основное топливо.

В результате подачи к форсунке присадки - запального топлива, давление Рф в ней начинает увеличиваться. При равенстве давлений Рф=Рфо, где Рфо - это давление начала движения запирающей иглы 11, последняя поднимается, открывая доступ смеси топлив из полости 30 смешения в зазор 21 между запирающими коническим седлом 5 и конической поверхностью 14 соответственно распылителя 4 и запирающей иглы 11 и далее - к распыливающим отверстиям 6 и камеру сгорания дизеля. При этом в начале впрыскивания в камеру сгорания энергоносителя из полости 30 смешения к распыливающим отверстиям 6 будет поступать практически одно запальное топливо. Это принципиальная особенность предлагаемой конструкции форсунки.

С некоторым смещением по времени по отношению к насосу ТНВД1 другой насос высокого давления - насос ТНВД2 начинает подавать основное топливо к форсунке. Давление в ней начинает увеличиваться с большей интенсивностью, чем от подачи только присадки насосом ТНВД1, запирающая игла 11 увеличивает скорость перемещения, и в полость 30 смешения из кольцевого канала 19 увеличивается подача смеси переменного массового состава с убывающим значением коэффициента Кп.

В процессе нагнетания основного топлива насосом ТНВД2 в полость 30 смешения массовая доля присадки - запального топлива будет падать, то есть коэффициент Кп в ней будет уменьшаться и в определенный момент в полости 30 смешения может присутствовать только основное топливо, что характерно для третьего этапа рабочего цикла форсунки и что зависит от конструктивных и режимных параметров системы подачи. К этому моменту времени подача запального топлива насосом ТНВД1 заканчивается.

В период интенсивного нагнетания основного топлива насосом ТНВД2 смесь из полости 30 смешения по зазору 21 между запирающим коническим седлом 5 распылителя 4 и конической поверхностью 14 запирающей иглы 11 поступает в распыливающие отверстия 6 и камеру сгорания дизеля. Кроме этого, во время впрыскивания, когда dРф/dϕ>0 (здесь ϕ - угол поворота вала насоса), часть смеси из полости 30 смешения в результате свойства сжимаемости топлива в полостях форсунки с запальным топливом будет поступать по дополнительным радиальным каналам 27 в осевой канал 22 запирающей иглы 11. При этом массовый состав смеси по длине осевого канала 22 будет меняться. При удалении сечения от пересечения осевого канала 22 с дополнительными радиальными каналами 27 коэффициент Кп увеличивается и в определенном сечении осевого канала 22 коэффициент Кп=1, то есть в смеси присутствует только запальное топливо-присадка.

В процессе окончания подачи основного топлива при dРф/dϕ<0 давление Рф уменьшается. В этот период в полость 30 смешения поступает основное топливо из кольцевого канала 19, а также смесь из осевого канала 22 и дополнительных радиальных каналов 27 с несколько нарастающим значением коэффициента Кп. В результате в камеру сгорания дизеля впрыскивается смесь, значение Кп которой может несколько увеличиваться.

Однако это увеличение незначительное, так как полости каналов, в которых находится запальное топливо, как правило, ограничены наличием обратных клапанов (на чертеже не показаны).

Заканчивается процесс впрыскивания топлива в камеру сгорания дизеля посадкой запирающей иглы 11 на запирающее коническое седло 5. При движении запирающей иглы 11 от упора к коническому седлу 5 распылителя 4 значение коэффициента Кп практически меняется незначительно.

Принципиальная особенность рассматриваемой конструкции форсунки состоит в том, что дополнительные радиальные каналы 27 выполнены в плоскостях ОУ1…ОУ4, которые расположены симметрично относительно друг друга. При этом симметричность радиальных каналов 27 - важное условие хорошей подвижности запирающей иглы 11 в процессе рабочего цикла. В противном случае суммарное усилие, обусловленное истечением топлива из дополнительных радиальных каналов 27, будет обеспечивать повышение силы трения в направляющей поверхности 12 запирающей иглы 11 и цилиндрической поверхности 26 распылителя 4.

Кроме этого, для рассмотренной системы, когда входные кромки распыливающих отверстий 6 расположены на запирающем коническом седле 5, скорость нарастания подачи запального топлива в камеру сгорания дизеля зависит от взаимного расположения плоскостей, в которых выполнены распыливающие отверстия 6 и дополнительные радиальные каналы 27. Максимальное значение dGп/dϕ будет наблюдаться, когда плоскости расположения осей распыливающих отверстий 6 и дополнительных радиальных каналов 27 имеют нулевое относительное смещение, т.е. угол α=0 (см. фиг. 4). Поэтому важным условием обеспечения одинаковых значений dGп/dϕ в различных распыливающих отверстиях 6 является определенное соотношение числа радиальных каналов 27 и распыливающих отверстий 6, а именно число k дополнительных радиальных каналов 27 подвода топлива в полость 30 смешения подбирают из выражения: k=(1÷3)n, где n - число распыливающих отверстий 6.

Поскольку в реальных условиях производства и эксплуатации форсунок углы α между плоскостями расположения осей распыливающих отверстий 6 и дополнительных радиальных каналов 27 подвода присадки в полость 30 смешения (см. фиг. 4) могут быть различными для различных форсунок многоцилиндрового дизеля, поэтому динамика ввода присадки - параметр dGп/dϕ, в различных цилиндрах дизеля может существенно отличаться. Это ведет к неидентичности рабочих циклов дизеля в различных цилиндрах и, как результат, к ухудшению его эксплуатационных характеристик, включая неравномерность частоты вращения вала двигателя на переходных режимах и режимах холостого хода. В частном случае выполнение в верхней части хвостовика 31 с двух сторон пазов 32, а также установка в корпусе 1 форсунки фиксируемой проставки 33 с прорезью 34 позволяет перемещаться запирающей игле 11 в зоне пазов 32 в предусмотренной для них прорези 34. При этом проставка 33 строго фиксирована от осевых перемещений в корпусе 1 форсунки. Такое исполнение позволяет путем доводки рабочего процесса дизеля, предусматривающей вариацию величин углов α, добиться значений dGп/dϕ, при которых с учетом многорежимности будут наблюдаться показатели дизеля, отвечающие европейским стандартам.

Таким образом, изобретение позволяет получить возможность коррекции массового состава смеси, подаваемой в камеру сгорания дизеля в процессе рабочего цикла, и улучшить протекание характеристик массового состава смеси в процессе впрыскивания и их стабильности в процессе эксплуатации. При этом дополнительно достигается обеспечение идентичности рабочих циклов в различных цилиндрах многоцилиндрового дизеля путем заданной и идентичной динамики ввода присадки в зонах смешения смеси и воздуха.

Источники информации

1. Топливные системы и экономичность дизелей / И.В. Астахов, Л.Н. Голубков, В.И. Трусов и др. – М.; Машиностроение, 1990, c. 11.

2. Работа дизелей на нетрадиционных топливах / В.А. Марков, A.И. Гайворонский, Л.В. Грехов, Н.А. Иващенко – М.; «Легион-Авто дата», 2008, с. 298.

3. Топливоподача и зональное смесеобразование в дизелях / B.И. Мальчук – М.; МАДИ, 2009, с. 163.

4. А.С. СССР №1530801, Мкл. F02M 43/04, опубл. 1989 г. (прототип).

5. Гидравлический расчет дизельных распылителей, отличающихся расположением распыливающих отверстий. / В.И. Мальчук, C.Д. Скороделов. / Вестник МАЛИ - 2013 г. - Вып. 4 (35) - с. 31-37.

1. Форсунка для подачи топливных эмульсий в камеру сгорания дизеля, содержащая корпус с каналами подвода основного и запального топлива, полый распылитель с запирающим коническим седлом, распыливающими отверстиями, каналами подвода каждого вида топлива, сообщенными с соответствующими каналами подвода топлива в корпусе форсунки, и подпружиненную запирающую иглу, размещенную в полости распылителя и выполненную с направляющей и цилиндрической поверхностями, а также запирающей конической поверхностью с обратным конусом, ограниченным конической поверхностью и кромкой, при этом в распылителе выполнена распределительная полость, связанная с каналами подвода одного из видов топлив и с распыливающими отверстиями посредством кольцевого канала, образованного цилиндрическими поверхностями запирающей иглы и распылителя, а также посредством зазора между их коническими поверхностями, в теле запирающей иглы выполнен осевой канал, сообщенный радиальными каналами с каналами подвода другого вида топлива посредством кольцевой полости между цилиндрическими поверхностями запирающей иглы и распылителя соответственно, а также дополнительные радиальные каналы, выполненные в нижней части запирающей иглы и выходящие одним концом в осевой канал, а другим - в зазор между коническими поверхностями запирающей иглы и распылителя, отличающаяся тем, что в нижней части запирающей иглы выполнена проточка с образованием дополнительного конуса, ограниченного конической поверхностью, меньшее основание которого сопряжено с большим основанием обратного конуса и которое при этом меньше, чем большее основание упомянутого обратного конуса, причем коническая поверхность дополнительного конуса совместно с запирающим коническим седлом распылителя и выходными кромками дополнительных радиальных каналов запирающей иглы образуют полость смешения в виде гарантированного в течение эксплуатационного цикла работы зазора So, значение которого в исходном положении запирающей иглы определяют из следующего соотношения:

So≥0,33⋅ymax+sinγ⋅Δyд, [мм],

где ymax - максимальный подъем запирающей иглы распылителя, [мм];

γ - угол, образованный осью распылителя и образующей дополнительного конуса нижней части запирающей иглы, [град];

Δyд - допустимое увеличение максимального перемещения запирающей иглы в результате приработки запирающих конических поверхностей запирающей иглы и распылителя, [мм],

при этом число k дополнительных радиальных каналов подвода топлива в полость смешения подбирают, исходя из выражения:

k=(1÷3)n,

где n - число распыливающих отверстий распылителя.

2. Форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что в хвостовике запирающей иглы с двух сторон выполнены прямоугольные пазы, допускающие ее осевое перемещение в прямоугольной прорези проставки, установленной с фиксацией в корпусе форсунки.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен клапан (1) впрыска топлива, содержащий сопловую пластину (30) с выполненным в ней сопловым отверстием (31).

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен клапан для текучей среды, прежде всего топливовпрыскивающий клапан для ДВС, имеющий закрывающий клапанную камеру седельный элемент с выполненным в нем центральным проходным отверстием и расположенный в направлении потока текучей среды после седельного элемента дисковый распылитель (18) с по меньшей мере одним распылительным отверстием (19).

В изобретении предложен распылитель жидкого топлива, содержащий корпус, имеющий канал (44) подачи топлива и, по меньшей мере, одно основное отверстие (32), сконфигурированное для рассеивания потока топлива на множество капель топлива.

Настоящее изобретение относится к встроенным форсункам/запальным свечам, обеспечивающим эффективный впрыск, воспламенение и полное сгорание различных типов топлива.

Топливная форсунка для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания, имеющая иглу (1), которая установлена в центральном отверстии (2) в корпусе (3) распылителя топливной форсунки с возможностью направленного возвратно-поступательного перемещения в этом отверстии для открытия или закрытия по меньшей мере одного распылительного отверстия (4) и которая своим выполненным на ее обращенном к камере сгорания конце кольцевым уплотнительным участком (5) взаимодействует с коническим герметичным седлом (6), выполненным на обращенном к камере сгорания конце корпуса (3) распылителя топливной форсунки, согласно изобретению, коническое герметичное седло (6) имеет угол раствора конуса (α1) в пределах от 40 до 50°, а центральное отверстие (2) имеет расположенный вблизи седла направляющий участок (7) уменьшенного диаметра, предназначенный для направления иглы (1) при ее возвратно-поступательном перемещении и выполненный в пределах того участка центрального отверстия (2), длина которого составляет максимум 40% от общей длины корпуса (3) распылителя форсунки, считая от обращенного к камере сгорания конца этого корпуса (3).

Изобретение относится к устройству для снижения токсичности отработавших газов (ОГ) с компонентом для снижения токсичности. Форсунка (1) для подачи водного раствора мочевины в качестве восстановителя (2) в систему (3) выпуска отработавших газов (ОГ), имеющая множество выходных отверстий (4, 5), выполненных при этом с возможностью формирования каждыми из них разных капелек (6, 7) восстановителя (2), различающихся своими размерами.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системе питания двигателя внутреннего сгорания. Предложен способ управления подачей топлива, заключающийся в том, что создают давление топлива с помощью ТНВД, подают топливо в гидравлический аккумулятор высокого давления (ГАВД) и устанавливают в нем определенный уровень давления с помощью клапана регулирования высокого давления.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системе питания двигателя внутреннего сгорания. Предложен способ управления подачей топлива, включающий операции механического перемещения иглы в верхнее крайнее положение с подачей топлива под иглу и в отверстия для впрыска при впрыске, отсечки подачи топлива при превышении силы пружины и давления топлива над иглой над давлением топлива под иглой и перемещение иглы на седло, изменения длительности впрыска.

Изобретение относится к способу и устройству для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей, в частности на тракторах, на судовых, тепловозных, транспортных дизелях.

Изобретение относится к способу и устройству для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей. Предлагаемое изобретение повышает индикаторный кпд, реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена форсунка для дизеля, содержащая корпус 1 с каналом 2 для подвода топлива, распыливающим отверстием 3, камерой закручивания 4, запорным клапаном 5, запорная часть которого выполнена в виде цилиндра, а верхняя часть снабжена ограничителем 6.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена топливная форсунка для ДВС, содержащая составной корпус 1 с топливным каналом высокого давления 7, распылитель 3 с иглой 2, штангу 5.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен топливный клапан (50) для впрыскивания жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в камеру сгорания двухтактного ДВС с турбонаддувом и самовоспламенением.

Изобретение относится к двигателям с непосредственным впрыском и, в частности, к работе такого двигателя некоторым образом для минимизации выделений твердых частиц с отработавшими газами из двигателя.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен топливный клапан (50) для впрыскивания жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в камеру сгорания двухтактного ДВС с турбонаддувом и самовоспламенением.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен топливный клапан (50) для впрыскивания жидкого топлива с низкой температурой воспламенения в камеру сгорания ДВС с турбонаддувом и самовоспламенением.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена топливная форсунка для впрыскивания топлива в ДВС, имеющая впускной канал (11) для жидкости, дозирующее отверстие (12) для жидкости и ведущий от впускного канала (11) к дозирующему отверстию (12) продолговатый, имеющий форму полого цилиндра проточный канал (13), ограниченный корпусом форсунки (14) и втулкой (15).

Изобретение может быть использовано в аккумуляторных системах топливоподачи с электронным управлением для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена электрогидравлическая форсунка (ЭГФ) с возможностью формирования закона подачи топлива, содержащая корпус 2 с размещенными в нем топливоподающими 3.1-3.3 и сливными 4 каналами, клапан 14 с электроприводом и входным каналом 15.

Изобретение может быть использовано в системах управления для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложено устройство управления для ДВС, включающее в себя первый блок обнаружения, обнаруживающий в качестве первого параметра температуру наконечника сопла форсунки, и второй блок обнаружения, обнаруживающий в качестве второго параметра количество тепла головки цилиндра.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложено устройство подачи топлива в цилиндр ДВС, содержащее форсунку непосредственного впрыска, включающую корпус 1, в котором выполнены две гидравлические полости 2 и 8 с подпружиненным клапаном 5 между ними.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи для двигателей внутреннего сгорания с самовоспламенением (ДВС). Предложен топливный клапан (50) для впрыска газообразного топлива в камеру сгорания ДВС.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Предложена форсунка, содержащая корпус, полый распылитель с запирающим коническим седлом, распыливающими отверстиями и каналами подвода основного и запального топлива. В полости распылителя размещена запирающая игла, в нижней части которой выполнена запирающая коническая поверхность. В теле иглы выполнен осевой канал, оканчивающийся отверстиями. В нижней части запирающей иглы на конической поверхности выполнена проточка с образованием дополнительного конуса и полости смешения в виде гарантированного в течение эксплуатационного цикла работы зазора So. Изобретение позволяет осуществлять коррекцию массового состава смеси, подаваемой в камеру сгорания дизеля в процессе рабочего цикла, и улучшать протекание характеристик массового состава смеси и их стабильность в процессе эксплуатации. Дополнительно изобретение дает возможность обеспечить идентичность рабочих циклов в различных цилиндрах многоцилиндрового дизеля за счет возможности регулирования динамики ввода присадки. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Наверх