Форсунка для дизеля
DIESEL NOZZLE

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в системе подачи топлива дизелей преимущественно с непосредственным впрыскиванием топлива в камеру сгорания.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является распылитель форсунки для дизеля (Патент РФ №2451205, опубл. 20.05.2012), содержащий корпус, снабженный каналом для подвода топлива от линии высокого давления, распыливающим отверстием и установленным во внутренней полости корпуса запорным клапаном, запорная часть которого выполнена в виде цилиндра, верхняя часть клапана снабжена ограничителем нижнего положения, в нижней части клапана выполнена кольцевая проточка, при этом в нижней части запорного клапана выполнены наклонные пазы, а в корпусе распылителя выполнен канал, направленный касательно к кольцевой проточке на запорном клапане, и камера закручивания, заканчивающаяся распыливающим отверстием.
Основной недостаток такого распылителя форсунки для дизеля - высокий износ сопрягаемых поверхностей запорного клапана и корпуса распылителя, что приводит к снижению срока эксплуатации распылителя форсунки.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Задача изобретения - снижение износа сопрягаемых поверхностей запорного клапана и корпуса форсунки для дизеля.
Технический результат - повышение надежности и срока эксплуатации форсунки для дизеля.
Указанный технический результат достигается форсункой для дизеля, содержащей корпус, снабженный каналом для подвода топлива от линии высокого давления, распыливающим отверстием, камерой закручивания, запорным клапаном, запорная часть которого выполнена в виде цилиндра, а верхняя часть снабжена ограничителем, и в корпусе выполнен канал, направленный касательно к запорному клапану, при этом корпус состоит из верхней и нижней частей, соединенных между собой резьбовым соединением; канал для подвода топлива от линии высокого давления соединен с кольцевым каналом, выполненным в виде проточек, изготовленных в верхней и нижней частях корпуса и сопряженных между собой; между верхней и нижней частями корпуса установлена прокладка; в нижней части корпуса дополнительно изготовлены два канала, которые относительно запорного клапана выполнены касательно и радиально, при этом дополнительный касательный канал расположен кососимметрично имеющемуся касательному каналу; кольцевой канал соединен продольными каналами с имеющимся и дополнительным касательными каналами; на запорном клапане установлены верхняя и нижняя опорные втулки, наружные поверхности которых и соприкасающиеся внутренние поверхности нижней части корпуса изготовлены прецизионными, а на нижней опорной втулке запорного клапана кососимметрично выполнены два углубления, ширина которых равна диаметру касательного канала, а глубина изменяется от значения, равного диаметру касательного канала, до нуля, причем максимальная глубина углубления расположена на большем удалении от оси соответствующего продольного канала, и канал подачи топлива в камеру закручивания, выполненный под углом к оси запорного клапана; запорный клапан посредством штанги, рычага, соединенного одним концом со штангой, и упора в виде полусферы, закрепленной на втором конце рычага, сопряжен со штоком пружинного механизма, состоящего из корпуса, неподвижно закрепленного на верхней части корпуса, пружины сжатия, упора и регулировочного винта, фиксируемого контргайкой; на верхней части корпуса установлены ограничители поворота рычага; верхняя часть корпуса закрыта крышкой, по оси которой установлен ограничительный винт, фиксируемый контргайкой. Кроме того, верхняя и нижняя опорные втулки установлены на запорном клапане с помощью прессового соединения и изготовлены из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. Из такого же материала выполнены сопрягаемые поверхности ограничительного винта и штанги, нижней части корпуса и ограничителя.
Основное отличие предлагаемого устройства от прототипа состоит в том, что конструкция предлагаемой форсунки для дизеля обеспечивает поворот запорного клапана на малый угол и не позволяет совершать ему ни возвратно-поступательное, ни одновременно возвратно-поступательное и вращательное движения. Это исключает износ поверхностей запорного клапана и корпуса форсунки по всей площади их сопряжения.
Существенными признаками, влияющими на достижение заявленного технического решения, являются:
- изготовление корпуса форсунки для дизеля из верхней и нижней частей, соединенных между собой резьбовым соединением;
- выполнение кольцевого канала в виде проточек, изготовленных в верхней и нижней частях корпуса форсунки и сопряженных между собой;
- соединение канала для подвода топлива от линии высокого давления с кольцевым каналом;
- установка между верхней и нижней частями корпуса форсунки прокладки;
- изготовление в нижней части корпуса дополнительно двух каналов, выполненных относительно запорного клапана касательно и радиально;
- расположение дополнительного касательного канала кососимметрично имеющемуся касательному каналу;
- соединение кольцевого канала продольными каналами с имеющимся и дополнительным касательными каналами;
- установка на запорном клапане верхней и нижней опорных втулок;
- изготовление прецизионными наружных поверхностей верхней и нижней опорных втулок и соприкасающихся внутренних поверхностей нижней части корпуса;
- выполнение на нижней опорной втулке запорного клапана кососимметрично двух углублений с шириной, равной диаметру касательного канала, и глубиной, изменяющейся от максимально значения, равного диаметру касательного канала, до нуля, и расположением максимальной глубины углубления на большем удалении от оси продольного канала;
- выполнение наклонного к оси запорного клапана канала подачи топлива в камеру закручивания;
- сопряжение запорного клапана посредством штанги, рычага, соединенного одним концом со штангой, и упора в виде полусферы, закрепленной на втором конце рычага, со штоком пружинного механизма;
- выполнение пружинного механизма из корпуса, неподвижно закрепленного на верхней части корпуса, пружины сжатия, упора и регулировочного винта, фиксируемого контргайкой;
- установка на верхней части корпуса ограничителей поворота рычага;
- установка на верхней части корпуса крышки с размещением по ее оси ограничительного винта, фиксируемого контргайкой;
- крепление верхней и нижней опорных втулок на запорном клапане с помощью прессового соединения;
- выполнение верхней и нижней опорных втулок, а также сопрягаемых поверхностей ограничительного винта и штанги, нижней части корпуса и ограничителя из износостойкого материала с низким коэффициентом трения.
Заявляемое конструктивное выполнение форсунки для дизеля позволяет снизить износ сопрягаемых поверхностей запорного клапана и корпуса форсунки и тем самым повысить ее надежность и срок эксплуатации.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольно-вертикальный разрез форсунки для дизеля; на фиг. 2 - сечение А-А, фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б, фиг. 1.
Форсунка для дизеля содержит корпус 1, снабженный каналом 2 для подвода топлива от линии высокого давления, распыливающим отверстием 3, камерой закручивания 4, запорным клапаном 5, запорная часть которого выполнена в виде цилиндра, а верхняя часть снабжена ограничителем 6, и в корпусе выполнен канал 7, направленный касательно к запорному клапану 5, при этом корпус 1 состоит из верхней 8 и нижней 9 частей, соединенных между собой резьбовым соединением. Канал 2 для подвода топлива от линии высокого давления соединен с кольцевым каналом 10, выполненным в виде проточек 11 и 12, изготовленных соответственно в верхней 8 и нижней 9 частях корпуса 1 и сопряженных между собой, кроме того, между верхней 8 и нижней 9 частями корпуса 1 установлена прокладка 13. В нижней 9 части корпуса 1 выполнены дополнительно два канала 14 и 15. Диаметр дополнительного канала 14 равен диаметру имеющегося касательного канала 7. Дополнительный канал 14 направлен касательно к запорному клапану, а канал 15 - радиально, причем дополнительный канал 14 расположен кососимметрично имеющемуся касательному каналу 7. Кольцевой канал 10 соединен продольными каналами 16 и 17 с касательными каналами 7 и 14 соответственно. На запорном клапане 5 установлены верхняя 18 и нижняя 19 опорные втулки, изготовленные из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, например, из стали 15Х13ФЦЛ с коэффициентом трения скольжения, равным 0,04-0,08 при широком диапазоне скоростей скольжения. Наружные поверхности и соприкасающиеся внутренние поверхности нижней 9 части корпуса 1 изготовлены прецизионными, а на нижней опорной втулке 19 запорного клапана 5 кососимметрично выполнены два углубления 20 и 21. Такое расположение углублений 20 и 21 исключает перекос запорного клапана 5 и неравномерный износ сопрягаемых поверхностей запорного клапана 5 и нижней 9 части корпуса 1. Ширина и максимальная глубина каждого углубления равна диаметру касательного канала. Глубина углублений 20 и 21 изменяется от максимального значения до нуля. Максимальная глубина углубления 20 расположена на большем удалении от оси продольного канала 16, а максимальная глубина углубления 21 расположена на большем удалении от оси продольного канала 17. На запорном клапане 5 выполнен канал 22, который соединяет радиальный канал 15 с камерой закручивания 4 в момент подачи топлива в нее. Он выполнен под углом 45° к оси запорного клапана 5. Запорный клапан 5 соединен со штангой 23, а штанга 23 - с одним из концов рычага 24. На втором конце рычага 24 закреплен упор 25 в виде полусферы, касающейся штока 26 пружинного механизма 27. Причем полусфера упора 25 изготовлена таким образом, что во всех положениях рабочего хода рычага 24 касательная к ее поверхности в точке соприкосновения со штоком 26 перпендикулярна к оси штока 26. Пружинный механизм 27 состоит из корпуса 28, неподвижно закрепленного на верхней 8 части корпуса 1, пружины сжатия 29, упора 30 и регулировочного винта 31, фиксируемого контргайкой 32. На верхней 8 части корпуса 1 установлены ограничители поворота 33 и 34 рычага 24. Верхняя 8 часть корпуса 1 закрыта крышкой 35, по оси которой установлен ограничительный винт 36, фиксируемый контргайкой 37. Ограничительным винтом 36 обеспечивается достижение совпадения осей радиального канала 15 и канала 22 подачи топлива в камеру закручивания 4, а также зазор между соприкасающимися поверхностями ограничителя 18 и нижней 9 части корпуса 1, достаточный для свободного вращения запорного клапана 5. Верхняя 18 и нижняя 19 опорные втулки установлены на запорном клапане 5 с помощью прессового соединения. Сопрягаемые поверхности ограничительного винта 36 и штанги 23, нижней 9 части корпуса 1 и ограничителя 18 выполнены из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, например из стали 15Х13ФЦЛ.
Работает предлагаемый распылитель-форсунка для дизеля следующим образом.
Топливо от линии высокого давления подается по топливоподающему каналу 2 в кольцевой канал 10, продольные 16 и 17, касательные 7 и 14 каналы и радиальный канал 15. От касательных каналов 7 и 14 оно подается в углубления 20 и 21. Так как углубления 20 и 21 выполнены на нижней опорной втулке 19 кососимметрично, то от давления топлива на стенки углублений 20 и 21 возникает момент пары сил, который при увеличении давления, создаваемого насосом высокого давления дизеля, увеличивается. Запорный клапан 5 начинает поворачиваться на верхней 18 и нижней 19 опорных втулках вокруг своей оси по направлению подачи топлива в касательные каналы 7 и 14. При этом поворачиваются штанга 23 и рычаг 24, который воздействует упором 25 на шток 26 пружинного механизма 27. Пружина 29, размещенная в корпусе 28 пружинного механизма 27, сжимается. При достижении требуемого для данного дизеля давления впрыска пружина 29 сжимается на определенную величину, при этом рычаг 24 поворачивается до упора в ограничитель поворота 33. В этот момент ось радиального канала 15 совпадает с осью канала 22 и топливо подается с высоким давлением в камеру закручивания 4. В камере закручивания 4 топливо совершает интенсивное вращательное движение с большой угловой скоростью. Затем происходит впрыск топлива в камеру сгорания дизеля.
В момент впрыска топлива в камеру сгорания дизеля касательные каналы 7 и 14 перекрыты цилиндрической поверхностью нижней 19 опорной втулки. Момент пары сил, возникающих от давления топлива на стенки углублений 20 и 21, приближается к нулю.
При прекращении подачи топлива насосом высокого давления и снижении давления топлива во всех подающих каналах запорный клапан 5 усилием пружины 29 поворачивается. Поворот запорного клапана 5 осуществляется до упора рычага 24 в ограничитель поворота 34. Радиальный канал 15 перекрывается цилиндрической поверхностью нижней 19 опорной втулки. Истечение топлива в цилиндр дизеля прекращается.
Отсутствие осевого перемещения запорного клапана, исключение ударных нагрузок при соприкосновении его с нижней частью корпуса и минимизация относительного перемещения сопрягаемых поверхностей запорного клапана и корпуса за счет малого угла поворота запорного клапана, изготовление опорных втулок из износостойкого материала с низким коэффициентом трения, а также выполнение наружных поверхностей опорных втулок и соприкасающейся внутренней поверхности нижней части корпуса прецизионными позволяют значительно снизить износ сопрягаемых деталей распылителя по сравнению с распылителями, у которых запорный клапан (или игла) совершают возвратно-поступательное движение или одновременно возвратно-поступательное и вращательное движения.
Таким образом, заявляемое техническое решение способствует повышению надежности и срока эксплуатации форсунки для дизеля за счет снижения износа сопрягаемых поверхностей запорного клапана и корпуса.