Распылитель форсунки для дизеля

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к топливовпрыскивающей аппаратуре дизелей. Распылитель форсунки включает корпус с коническим седлом и размещенную в нем иглу, содержащую у основания конуса уплотнительно-амортизирующий поясок, контактирующий по всей его ширине с конической поверхностью седла. За уплотнительным пояском на игле выполнен дросселирующий конус с углом, большим угла конуса седла. Уплотнительно-амортизирующий поясок иглы при ее посадке сближается с поверхностью седла, создавая путем защемления топлива в узкой щели амортизирующий эффект, резко снижающий скорость движения иглы еще до физического контакта гребешков шероховатости сближающихся поверхностей. Техническим результатом является увеличение ресурса распылителя форсунки за счет повышения эффективности амортизации ударной нагрузки в коническом уплотнении путем обеспечения мягкой посадки иглы на седло с низкой скоростью до вступления в контакт гребешков шероховатости поверхностей конического уплотнения и повышение ресурса конического уплотнения и распылителя в целом. 2 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к топливовпрыскивающей аппаратуре дизелей.

Известен распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания (RU 2175078, МПК F02M 61/10, F02M 61/10, опубл. 20.10.2001 г.), включающий корпус с коническим седлом и размещенную в нем иглу, содержащую дроссельно-запорный конус с углом, большим угла седла, контактирующий с седлом по линии характерного диаметра и совмещенный по ее границе с буферным элементом, расположенным с демпфирующим зазором относительно поверхности седла. Седло выполнено комбинированным в виде двух совмещенных посредством ступенчатого перехода конусов, а игла имеет единственный дроссельно-запорный конус, контактирующий со ступенчатым переходом седла по линии характерного диаметра, которая ограничивает со стороны основания часть дроссельно-запорного конуса, выполняющего роль буферного (амортизирующего) элемента.

В вышеописанном техническом решении повышение ресурса конического уплотнения, разрушающегося ударными нагрузками при посадке иглы, предполагается достичь за счет снижения силы удара в специальном буферном устройстве, представляющем собой две сближающиеся поверхности, между которыми, по мнению авторов, защемляется топливо. Как показали исследования (Кузькин В.Г., Толмачев А.В. Снижение ударных нагрузок при посадке иглы распылителя форсунки. «Эффективность эксплуатации технических систем», международный сборник научных трудов. Издательство ART, Польша - Ольштын, 1999 г., с.256…260), буферный эффект в таких амортизирующих устройствах возникает при чрезвычайно малом сближении поверхностей. На основе данных этих исследований получена зависимость

справедливая для дизельного топлива,

где S - сближение поверхностей, при котором происходит резкое торможение скорости иглы и обеспечивается мягкий их контакт;

b_n - ширина конического пояска контакта, мм.

Так, например, при bn=5 мм это сближение составляет 8,6 мкм, а при b_n=0,5 мм оно равно 0,3 мкм. В указанном изобретении не приводится величина зазора S в буферном устройстве при посадке иглы, что делает достижение эффекта амортизации маловероятным. Однако и при назначении необходимой малой величины демпфирующего зазора эффект амортизации будет кратковременным, т.к. даже незначительный износ фактического контакта иглы и седла неизбежно приведет к смыканию поверхностей амортизирующего устройства и потере плотности конического уплотнения распылителя, т.е. к выходу его из строя.

Изобретение решает задачу увеличения ресурса распылителя форсунки за счет повышения эффективности амортизации ударной нагрузки в коническом уплотнении путем обеспечения мягкой посадки иглы на седло с низкой скоростью до вступления в контакт гребешков шероховатости поверхностей конического уплотнения.

Для обеспечения необходимого технического результата в известном распылителе форсунки, включающем корпус с коническим седлом и размещенную в нем иглу, содержащую дроссельный конус с углом, большим угла седла, амортизирующий элемент, предлагается иглу выполнить с коническим уплотнительно-амортизирующим пояском с углом конуса, равным углу конуса седла, причем ширину пояска связать с относительным удельным контактным давлением иглы на седло и суммарной шероховатостью контактирующих поверхностей уплотнительно-амортизирующего пояска и седла зависимостью:

,

где b_n - ширина уплотнительно-амортизирующего пояска, мм,

- относительное удельное контактное давление иглы на седло,

∑Ra - суммарная шероховатость контактирующих поверхностей уплотнительно-амортизирующего пояска и седла, мкм,

ρ_т - расчетное давление, до которого коническое уплотнение сохраняет гидравлическую плотность, кГ/см²,

ρ_у - удельное контактное уплотняющее давление в коническом уплотнении, кг/см².

Величина сближения S поверхности уплотнительно-амортизирующего пояска с поверхностью седла, при которой проявляется амортизирующий эффект и происходит резкое торможение иглы, больше ∑Ra и связана с шириной уплотнительно-амортизирующего пояска b_n зависимостью S=0,82(b_n)^1.46.

На прилагаемых к описанию схемах изображено:

на фиг.1 - распылитель форсунки в разрезе;

на фиг.2 - схема для определения согласованных параметров конического уплотнения предлагаемого распылителя форсунки.

На схемах приняты следующие обозначения: 1 - игла; 2 - корпус; 3 - коническое седло; 4 - конический уплотнительно-амортизирующий поясок; 5 - конусная боковая поверхность пояска; 6 - полость в корпусе; 7 - дросселирующий конус; 2α - угол конуса седла; 2β - угол дросселирующего конуса; b_n - ширина уплотнительно-амортизирующего пояска; d_и - диаметр иглы; d_o - диаметр основания конуса уплотнительно-амортизирующего пояска; Р_п - сила затяжки пружины форсунки; Р_у - уплотняющая сила; Р_Т - сила давления топлива на иглу.

Распылитель включает корпус 2 с коническим седлом 3, иглу 1, конический уплотнительно-амортизирующий поясок 4 шириной b_n и конусной боковой поверхностью 5, с углом конуса равным углу конуса конического седла 3. Корпус 2 выполнен с полостью 6, в которой после посадки иглы принимается расчетное давление ρ_Т, до которого коническое уплотнение сохраняет гидравлическую плотность. Реальное давление в полости 6 соответствует остаточному ρ_ост, которое остается в системе топливоподачи после впрыска топлива и посадки иглы. С целью обеспечения более надежной плотности конического уплотнения расчетное давление назначается большим ρ_ост. Для предлагаемого распылителя рекомендуется принять ρ_т=0,5-ρ_пи, где ρ_пи - известное давление подъема иглы. Уплотняющая сила Р_у равна

Р_у=(Р_п-Р_т)⋅sinα,

где - сила затяжки пружины форсунки;

- сила давления топлива на иглу, уменьшающая уплотняющее воздействие, где ρ_т - расчетное давление, до которого коническое уплотнение сохраняет гидравлическую плотность. Удельное контактное уплотняющее давление в коническом уплотнении равно

ρ_у=P_y/F_n,

где F_n=π⋅(d_o-b_nsinα)⋅b_n - площадь контакта в коническом уплотнении.

Относительное удельное контактное уплотняющее давление , создаваемое иглой на седло, составит:

где d_и, d_o, b_n, см,

ρ_пи, ρ_т, ρ_у, кГ/см². Проведенное исследование (Кузькин В.Г. О уплотняющих усилиях и гидравлической проницаемости прецизионных соединений; XVI международный симпозиум «Судовые энергетические установки», Польша - Гданьск, 1994 г., с.165…175) показало, что прецизионное (беспрокладочное) уплотнение, каковым является предлагаемое коническое уплотнение, сохраняет плотность лишь при соблюдении условия:

где ∑Ra=R_an+R_ac - суммарная шероховатость уплотнительно-амортизирующего пояска иглы R_an и поверхности конуса седла R_ac в мкм;

b_n - ширина пояска в мм.

При назначении ширины пояска b_n рекомендуется выбирать ее величину близкой с реальными значениями ширины зоны контакта обычных распылителей при их выбраковке по герметичности конического уплотнения, образованной в результате разрушения поверхностных слоев металлов седла и иглы.

Зависимость (3) представлена на фиг.2 в графическом виде, удобном для практического использования.

Конкретный пример выбора параметров при изготовлении предлагаемого распылителя форсунки.

У распылителей двигателя NVD-48A (ЧРН 32/48) ширина зоны контакта при их выбраковке по плотности конического уплотнения находится в пределах 0,5…0,7 мм. Назначив у предлагаемого распылителя b_n=0,6 мм и зная необходимые величины и параметры работы этого распылителя форсунки: d_и=8,0 мм; d_o=4,7 мм; ρ_пи=280 кг/см²; 2α=60°, приняв, ρ_т=0,5⋅ρ_пи, на основе зависимостей (2) и (3), получим согласованные между собой параметры конического уплотнения: b_n=0,6 мм; =1,98; ∑Ra≤0,163 мкм. При этом величина сближения уплотнительно-амортизирующего пояска, при котором происходит практически полное торможение иглы, составляет

S=0,82(b_n)^1.46=0,39 мкм, что превышает ∑Ra=0,163 мкм и свидетельствует о мягкой посадке иглы и повышении ресурса конического уплотнения и распылителя в целом.

Схема определения согласованных параметров предлагаемого распылителя (b_n, и ∑Ra) с помощью графического представления зависимости (3) показана на фиг.2 (точка «а»).

Распылитель форсунки для дизеля, включающий корпус с коническим седлом и размещенную в нем иглу, содержащую дроссельный конус с углом, большим угла седла, амортизирующий элемент, отличающийся тем, что игла выполнена с коническим уплотнительно-амортизирующим пояском с углом конуса, равным углу конуса седла, причем ширина пояска связана с относительным удельным контактным давлением иглы на седло и суммарной шероховатостью контактирующих поверхностей уплотнительно-амортизирующего пояска и седла зависимостью:

,

где b_n - ширина уплотнительно-амортизирующего пояска, мм,

- относительное удельное контактное давление иглы на седло,

∑Ra - суммарная шероховатость контактирующих поверхностей уплотнительно-амортизирующего пояска и седла, мкм,

ρ_т - расчетное давление, до которого коническое уплотнение сохраняет гидравлическую плотность, кг/см²,

ρ_у - удельное контактное уплотняющее давление в коническом уплотнении, кг/см²,

а величина сближения S поверхности уплотнительно-амортизирующего пояска с поверхностью седла, при которой проявляется амортизирующий эффект и происходит резкое торможение иглы, больше ∑Ra и связана с шириной уплотнительно-амортизирующего пояска b_n зависимостью S=0,82 (b_n)^1.46.