РАСПЫЛИТЕЛЬ ФОРСУНКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ICE ATOMISER BURNER

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к топливной аппаратуре, и предназначено для устройств, осуществляющих впрыск топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, в том числе и дизельного двигателя. Изобретение может быть использовано в качестве составного элемента форсунки двигателя с непосредственным впрыскиванием топлива.
Известен распылитель форсунки, содержащий корпус с направляющим отверстием и размещенным в отверстии игольчатым клапаном, имеющим на торце запорный конус, сопряженный с коническим седлом, выполненным на внутренней поверхности корпуса. По меньшей мере 1/4 часть направляющего отверстия корпуса выполнена в виде усеченного конуса, большее основание которого расположено со стороны седла (см. авт.св. SU №861701). В процессе работы устройства происходит увеличение зазора и самоустанавливаемость игольчатого клапана.
Недостатком данного распылителя является искажение формы отверстия при механических и тепловых деформациях корпуса распылителя.
Известен распылитель форсунки, содержащий корпус с направляющим отверстием. В торцевой части корпуса размещена подыгольная камера с сопловыми отверстиями. На внутренней поверхности корпуса у входа в подыгольную камеру расположено коническое седло. Внутри корпуса размещен игольчатый клапан, поверхность которого образует с направляющим отверстием корпуса прецизионную пару (см. авт.св. SU №1020606). Движение игольчатого клапана в процессе работы распылителя обеспечивается с минимальным трением.
Недостатком распылителя в такой форсунке является высокая требовательность к точности изготовления соединений, а также быстрый износ конусных рабочих поверхностей корпуса распылителя и игольчатого клапана в процессе работы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является распылитель форсунки двигателя внутреннего сгорания. В корпусе распылителя размещена игла с коническим уплотнением, перекрывающая доступ топлива из полости корпуса к сопловым отверстиям. Игла выше запорного конуса снабжена цилиндрическим пояском с пазами, выполненными не параллельно оси иглы и имеющими профиль винтовой линии. Пазы образуют каналы для протока топлива (см. авт.св. СССР №484313). При движении иглы вследствие взаимодействия потока топлива со стенками пазов возникает тангенциальная сила, создающая момент, вращающий иглу. Прерывистое вращение иглы обеспечивает равномерный износ конусных рабочих поверхностей иглы и корпуса распылителя.
Однако ускоренное вращение иглы в корпусе делает износ конусных поверхностей не только равномерным, но и более интенсивным.
Известные конструкции распылителей с игольчатыми клапанами, имеющими коническое уплотнение, обеспечивают минимальное трение иглы в направляющем отверстии корпуса, при этом не исключая возможность вращения иглы в процессе впрыска топлива. Центрирование игольчатого клапана в корпусе распылителя осуществляется одновременно по двум поверхностям: цилиндрической (направляющей) и конической (запорной). Поэтому необходимо совпадение всех четырех осей (цилиндрических и конических поверхностей на игле и в корпусе), что труднодостижимо в процессе изготовления игольчатого клапана и корпуса распылителя и их сборки. Игла, проворачиваясь в направляющем отверстии, нарушает прецизионность пары иглы и корпуса, что приводит к достаточно быстрому износу конического уплотнения иглы и седла корпуса.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение износостойкости и долговечности распылителя форсунки.
Технический результат, получаемый в результате использования заявляемого изобретения, заключается в предотвращении возможности проворачивания иглы в процессе распыления топлива форсункой.
Поставленная задача решается тем, что в распылителе форсунки двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус с топливоподводящими каналами и полостью для накопления топлива, направляющим отверстием, в котором размещена игла с коническим уплотнением и возможностью возвратно-поступательного движения, и выходными сопловыми отверстиями, согласно техническому решению корпус и игла со стороны входа имеют шпоночное соединение, включающее паз и направляющую шпонку, и обеспечивающее предотвращение углового смещения игольчатого запорного клапана относительно корпуса. Форма поперечного сечения шпонки при этом соответствует форме поперечного сечения паза. Паз может быть выполнен параллельно продольной оси иглы распылителя. Паз выполнен в хвостовике игольчатого запорного клапана, а направляющая шпонка размещена в теле корпуса распылителя или на торцевой части со стороны входа. Направляющая шпонка может быть выполнена в форме тела вращения. В качестве варианта исполнения поперечное сечение направляющей шпонки может представлять собой многоугольник. Глубина паза может составлять не более половины длины иглы распылителя.
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 представлено продольное сечение распылителя форсунки.
На фиг.2-6 представлены варианты выполнения шпоночных соединений (вид сверху).
Позициями на чертеже обозначены:
1 - корпус распылителя;
2 - направляющее (цилиндрическое) отверстие;
3 - игольчатый запорный клапан;
4 - коническая часть игольчатого запорного клапана;
5 - полость (карман) для накопления топлива;
6 - топливоподводящие каналы;
7 - сопловые (распыляющие) отверстия;
8 - контактная коническая кольцевая поверхность (седло);
9 - паз;
10 - направляющая шпонка;
11 - предсопловая камера;
12 - хвостовик игольчатого запорного клапана;
f - ширина кольцевой площади контакта;
α - угол между осями шпоночного паза и цилиндрического отверстия, расположенными в одной плоскости.
Распылитель - узел форсунки двигателя внутреннего сгорания, осуществляющий формирование струй и распыление периодически впрыскиваемого топлива. Распылитель представляет собой полый корпус 1, в направляющем цилиндрическом отверстии 2 которого с возможностью возвратно-поступательного движения размещен игольчатый запорный клапан 3 с конической частью 4 на одном конце и хвостовиком 12 на другом. Корпус распылителя и игла составляют прецизионную пару, в которой замена одной какой-либо детали не допускается. В корпусе 1 размещены полость 5 для накопления топлива, в которую через топливоподводящие каналы 6 доставляется топливо для дальнейшего впрыска через сопловые отверстия 7 в камеру сгорания. Полость 5, выполненная в корпусе 1 распылителя, сообщается с одной стороны с направляющим отверстием 2 и через предсопловую камеру 11 с сопловыми распыляющими отверстиями 7 с другой стороны. Полость 5 представляет собой «карман» для накопления топлива перед впрыском с сужением к сопловым отверстиям (седлом) в виде конической кольцевой поверхности 8, непосредственно контактирующей с конической частью 4 игольчатого запорного клапана 3. Игольчатый запорный клапан 3 распылителя предназначен для запирания распыляющих отверстий 7 после впрыска топлива и выполнен с коническим уплотнением. Конические поверхности 4 и 8 игольчатого запорного клапана 3 и корпуса распылителя 1 соответственно контактируют друг с другом, образуя кольцевую площадь контакта шириной f, обеспечивающую плотное прилегание (коническое уплотнение), изолирующее полость 5 от предсопловой камеры 11, в которой происходит формирование струй топлива. В торцевой части корпуса 1 и игольчатого запорного клапана 3, т.е. со стороны входа игольчатого клапана в корпус выполнен совместный для корпуса и игольчатого клапана паз 9, частично захватывающий и тело корпуса распылителя, и игольчатого запорного клапана. Паз 9 представляет собой отверстие цилиндрической, многогранной или любой другой формы постоянного сечения, ось которого параллельна оси цилиндрического отверстия в корпусе распылителя для игольчатого запорного клапана. Допустимо отклонение паза от параллельного размещения в сторону от оси цилиндрического отверстия 2, причем увеличение угла α должно быть в направлении хвостовика 12. Поперечное сечение паза может представлять собой круг, овал, эллипс, квадрат, прямоугольник, многоугольник или другую геометрическую фигуру. В пазу 9 размещена направляющая шпонка 10, форма которой соответствует форме поперечного сечения паза, например в цилиндрический паз с поперечным сечением в виде круга может быть помещена шпонка в форме шара или цилиндра (фиг.1 и 2), а в паз формы параллелепипеда с квадратным поперечным сечением может быть помещена шпонка также с квадратным поперечным сечением (фиг.3). Паз и шпонка образуют шпоночное соединение корпуса распылителя и игольчатого запорного клапана. Направляющая шпонка 10, установленная в пазу с микрозазором, не препятствует возвратно-поступательному движению игольчатого клапана в отверстии корпуса распылителя, исключая возможность его вращения вокруг собственной оси. В качестве варианта исполнения направляющая шпонка может быть расположена так, чтобы одной из своих боковых частей прилегать к боковому пазу (лыске), выполненному на цилиндрической части игольчатого запорного клапана (фиг.4), либо к лыске, выполненной на хвостовике игольчатого запорного клапана (фиг.5 и 6). Направляющая шпонка может быть установлена либо в корпусе распылителя, либо на его торцевой поверхности.
Распылитель форсунки работает следующим образом.
При подаче топлива через топливоподводящие каналы 6 оно поступает в полость 5 для накопления топлива. Выходы к сопловым распыляющим отверстиям 7 плотно перекрыты кольцевым коническим уплотнением шириной f. Когда давление топлива в накопительной полости 5 достигает величины, достаточной для преодоления силы упругости пружины запирающего механизма (не показан), игольчатый запорный клапан 3 поднимается в цилиндрическом отверстии 2, пропуская топливо из полости 5 в предсопловую камеру 11, где поток жидкости разделяется на отдельные струи, а затем из отверстий 7 топливо распыляется в цилиндре двигателя (не показан). После прекращения подачи топлива давление в полости 5 понижается, и игольчатый запорный клапан 3 под действием запирающего механизма вновь опускается на седло 8, перекрывая своей конической частью 4 выход топлива к сопловым отверстиям 7. Игольчатый запорный клапан осуществляет периодическое возвратно-поступательное движение в цилиндрическом отверстии 2 корпуса распылителя 1, открывая и закрывая подачу топлива к сопловым распыляющим отверстиям 7 через предсопловую камеру 11. Такое движение вдоль продольной оси распылителя приводит к притирке и уплотнению контакта конических поверхностей 4 и 8. Любое угловое смещение игольчатого запорного клапана, нарушающее плотное прилегание конических поверхностей 4 и 8, исключается благодаря направляющей шпонке 10, размещенной в пазу 9, выполненном на боковых поверхностях цилиндрических частей корпуса клапана.
Пример конкретного выполнения.
Изготовлен распылитель форсунки для дизельного двигателя. Конструкция распылителя включает корпус, с полостью для накопления топлива и направляющим отверстием для размещения игольчатого запорного клапана. На выходе распылителя размещены три сопловых отверстия, направленных радиально. Со стороны входа в корпусе и теле игольчатого запорного клапана, установленного в корпусе, выполнено цилиндрическое отверстие (паз) глубиной 4 мм, с диаметром отверстия 2 мм. В отверстие помещена металлическая шпонка в форме шарика, диаметр которого равен диаметру цилиндра паза с погрешностью ±2-3 мкм.
Распылитель впрыскивает топливо в камеру сгорания дизеля, существенно влияя как на образование топливовоздушной смеси и на процесс ее сгорания, так и на мощность двигателя, состав отработанных газов и уровень шума.