РАСПЫЛИТЕЛЬ ФОРСУНКИ ДИЗЕЛЯ ДЛЯ БИОТОПЛИВА
DIESEL INJECTOR SPRAY NOZZLE FOR BIOFUEL

Изобретение относится к двигателестроению, к узлам систем питания дизельных двигателей, в частности к топливным форсункам, впрыскивающим масляное биотопливо.
Известно устройство распылителя бесштифтовой однодырчатой форсунки с закручиванием топлива (патент на полезную модель РФ №42076 U1 от 22.07.2004 г., кл. F02M 61/10), содержащее полый корпус с каналом подвода топлива и седлом, закручивающее устройство, выполненное в виде параллельно расположенных винтовых пазов и камеры закручивания, запорное устройство, установленное в полом корпусе, причем винтовые пазы выходят в камеру закручивания, в седле расположена втулка распылителя, внешним буртом взаимодействующая с упругим элементом, в которой расположен закручивающий струю топлива элемент с параллельно расположенными винтовыми пазами, имеющий на торце, обращенном к седлу, конус, взаимодействующий с отверстием жиклера, расположенным в седле, а противоположный торец закручивающего струю топлива элемента выходит в камеру закручивания, ограниченную внутренним буртом втулки распылителя.
Известно также устройство распылителя штифтовой форсунки с закручиванием топлива (патент на изобретение РФ №2132480 С1 от 20.05.1997 г., кл. F02M 61/10, F02M 61/18), содержащее полый корпус с каналом подвода топлива и седлом, носок с колодцем, закручивающее устройство, выполненное в виде последовательно размещенных под колодцем винтовых пазов и камеры закручивания, и запорную иглу, установленную в полости корпуса распылителя с образованием подыголочной камеры, сообщенной с каналом подвода топлива, причем винтовые пазы входят в камеру закручивания и сообщены с колодцем, а распылитель снабжен втулкой, винтовые пазы выполнены на наружной боковой поверхности носка, причем втулка закреплена на носке с образованием камеры закручивания и соплового отверстия между внутренней поверхностью втулки и наружной поверхностью носка конической формы, снабженной уступом.
Недостатком данных устройств является невозможность их применения на дизельных двигателях с непосредственным впрыском топлива, а только на двигателях с разделенными камерами сгорания, так как их конструкции предлагаются бесштифтовые однодырчатые и штифтовые, которые по своим характеристикам имеют худшее распыление топлива по сравнению с бесштифтовыми многодырчатыми.
Известно также наиболее близкое по конструкции устройство бесштифтовых многодырчатых распылителей, имеющих корпус, иглу распылителя, кольцевую канавку и отверстия для распыливания (справочник В.Г.Кислов и др. «Топливная аппаратура тракторных и комбайновых двигателей», стр.154, М.: Машиностроение, 1981 г.). Недостатками этого устройства при работе на масляном биотопливе являются:
- топливо распыляется недостаточно качественно ввиду слабой турбулентности струй, выходящих из отверстий распылителя;
- увеличивается продолжительность топливоподачи, ухудшается равномерность структуры топливного факела, уменьшается угол раскрытия факела, увеличивается его дальнобойность;
- происходит закоксовывание сопловых каналов распылителя;
- образуется повышенный нагар на цилиндро-поршневой группе двигателя в связи с неполным сгоранием топлива.
Техническая задача изобретения - повышение эффективности распыливания масляного биотоплива за счет создания его закручивания.
Технический результат от использования изобретения заключается в возможности достижения более тонкого распыла биотоплива, что повышает экономичность работы дизеля, снижает объем вредных выбросов в атмосферу и уменьшает нагарообразование.
Указанный технический результат достигается тем, что в распылителе, содержащем корпус, на внутренней поверхности которого выполнена кольцевая канавка, а в его нижней части - отверстия для распыления топлива, в корпусе расположена игла, внутренняя часть отверстий распылителя снабжена формирователями потока топлива, каждый формирователь выполнен в виде вставки с винтовыми каналами, переходящей в коническую камеру и далее в сопловые отверстия, вставка выполнена в форме винта с двухзаходной навивкой и витками прямоугольного сечения, коническая камера имеет форму, сужающуюся по направлению к сопловому отверстию, и угол наклона стенок, равный 60°, на внешней части отверстий распылителя выполнены фаски, площади сечения сопловых отверстий увеличены на 20%. При прохождении через вставку, струя топлива закручивается и далее, проходя через коническую суживающуюся камеру, увеличивает свою угловую скорость вращения по мере приближения к сопловому отверстию и тем самым усиливает центробежный эффект, благодаря чему улучшается качество его распыления и одновременно происходит самоочищение сопловых отверстий от отложений и нагара.
На фиг.1 изображен заявляемый распылитель форсунки дизеля для биотоплива, где 1 - корпус; 2 - игла распылителя; 3 - кольцевая канавка; 4 - канал подачи топлива; 5 - отверстия распылителя. Увеличенный вид отверстий распылителя представлен на фиг.2, где 6 - колодец распылителя; 7 - вставка. Отверстия распылителя в разрезе и конструкция вставки показаны на фиг.3 и 4, где 8 - коническая камера.
Представленный распылитель форсунки дизеля для биотоплива содержит корпус 1, внутри которого располагается игла 2 и кольцевая канавка 3, в нижней части имеются отверстия 5 для распыления топлива. Во внутренней части отверстий 5 со стороны колодца распылителя 6 расположены формирователи потока топлива (не обозначены), состоящие из вставки 7 и конической камеры 8.
Вставка выполнена в форме винта с двухзаходной навивкой и витками прямоугольного сечения, запрессовывается во входную часть соплового канала с применением посадки H7/s6. Вставка изготовлена на стандартном оборудовании из того же материала, что и корпус распылителя, - из нержавеющей стали 18Х2Н4ВА.
Диаметр D вставки вдвое больше диаметра соплового отверстия d
D=2×d,
так как при D<2×d получаем меньшую угловую скорость закручиваемого потока топлива и, следовательно, меньшую эффективность распылителя. При D>2×d увеличиваются длина винтовых каналов и угол их наклона, что приводит к повышению путевых и местных потерь напора топлива.
1
Суммарная площадь сечения винтовых каналов на вставке S=2×(b×h) должна быть в пределах 1…1,2 площади сечения соплового отверстия S
1
S=2×(b×h)=(1…1,2)×S,
1
1
которое, в свою очередь, должно быть на 20% больше площади сечения сопловых отверстий дорабатываемых распылителей. При соотношении площадей S<(1…1,2)×S происходит увеличение продолжительности впрыскивания, что приводит к повышению давления топлива и увеличивает удельный расход топлива по мощности двигателя. При соотношении площадей S>(1…1,2)×S эффективность распыливания топлива ухудшается за счет снижения центробежного эффекта при впрыскивании.
Шаг Т винтовой поверхности равен длине вставки и 1/2 длины отверстия распылителя L
T=1/2×L,
так как при этом получается оптимальная длина винтовых каналов, угол их наклона и соблюдаются прочностные характеристики стенок сопловых отверстий.
Угол наклона стенок конической камеры равен 60°, с наружной стороны соплового отверстия выполнена фаска.
Распылитель работает следующим образом.
При подаче топлива по каналу 4 в кольцевую канавку 3 и достижении в последней давления, равного начальному давлению впрыскивания, поднимается запорная игла 2 и топливо поступает в колодец 6 и далее через винтовые каналы вставки 7 закручивается в конической камере 8, совершая винтообразное движение в сторону соплового отверстия 5. Увеличенная площадь сечения сопловых отверстий обеспечивает оптимальную пропускную способность для более вязкого биотоплива.
Благодаря суживающейся конической форме камеры 8 угловая скорость вращения потока увеличивается по мере приближения к сопловому отверстию, и по выходу из соплового отверстия под действием центробежных сил топливо дробится на мельчайшие капли, образующие симметричный факел с широким углом раскрытия.
Фаска позволяет снизить потери напора потока топлива в распылителе, на выходе обеспечивает протекание струи с наименьшим отражением от стенок канала, что позволяет уменьшить зону разрежения за входной частью 8 соплового канала и тем самым устранить условия, способствующие крекинг-процессу топлива и закоксовыванию соплового канала.
Применение предложенной конструкции многодырчатого распылителя для бесштифтовых форсунок дает следующий результат:
- улучшается качество распыления масляного биотоплива, повышается равномерность структуры топливного факела, увеличивается угол раскрытия факела;
- увеличивается моторесурс двигателя за счет уменьшения закоксовывания сопловых каналов (самоочищение) и уменьшения нагара на цилиндро-поршневой группе;
- снижается расход топлива дизелем и сокращается объем вредных выбросов в окружающую среду;
- появляется возможность качественного перевода работы дизельного двигателя на масляное биотопливо при доработке штатной топливной форсунки.