RU2078245C1

RU2078245C1 - Injector nozzle

Info

Publication number: RU2078245C1
Application number: RU95105836A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Заяц; А.Н. Патрин
Original assignee: Военный автомобильный институт
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 1997-04-27
Also published as: RU95105836A

Abstract

FIELD: manufacture of engines; fuel equipment of compression ignition internal combustion engines. SUBSTANCE: nozzle orifices are located in pairs in such way that each pair has one orifice on shut-off cone of nozzle seat and other orifice in nozzle chamber; axes of these orifices intersect at some distance from nozzle body, thus providing for smooth distribution of fuel in combustion chamber in course of injection due to change in geometry of fuel jet distributing in form of hollow elliptical cone. EFFECT: smooth distribution of fuel in combustion chamber. 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности может использоваться в топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. The invention relates to engine building, in particular, can be used in fuel equipment of internal combustion engines with compression ignition.

Известны многосопловые распылители форсунок дизельных двигателей, в которых сопловые отверстия выполнены в колодце распылителя и являются радиально расходящимися, а также распылители, в которых сопловые отверстия со скрещивающимися осями выполнены по прямолинейным образующим однополосного гиперболоида, и распылители, в которых сопловые каналы распылителя пересекаются в корпусе распылителя, а дальнейшее истечение происходит из общего канала [1, 2, 3] Недостатком этих распылителей является неравномерное распределение топлива в объеме камеры сгорания на этапе впрыска, так как топливо распространяется в форме отдельных конусообразных факелов, что приводит к наличию так называемых "мертвых зон" в камере сгорания дизеля, в которых концентрация топлива значительно ниже чем в объеме факела. Неравномерность распределения топлива на этапе впрыска снижает коэффициент использования объема камеры сгорания и увеличивает время, необходимое для качественного смесеобразования. Это является причиной ухудшения экономических и экологических характеристик дизеля. Known multi-nozzle nozzles for diesel engine nozzles in which nozzle openings are made in the nozzle well and are radially diverging, as well as nozzles in which nozzle openings with intersecting axes are made along the straight-line generators of a single-band hyperboloid, and nozzles in which nozzle nozzle channels intersect in the nozzle body , and further outflow occurs from the common channel [1, 2, 3] The disadvantage of these nozzles is the uneven distribution of fuel in the volume amers combustion at step injection since fuel is distributed in the form of discrete conical flares that leads to the presence of so-called "dead zones" in the combustion chamber of a diesel engine in which the fuel concentration is significantly lower than in the bulk of the torch. The uneven distribution of fuel at the injection stage reduces the utilization rate of the volume of the combustion chamber and increases the time required for high-quality mixture formation. This is the reason for the deterioration of the economic and environmental characteristics of the diesel engine.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является многосопловой распылитель форсунки, состоящий из корпуса распылителя, запорной иглы и радиально расходящихся сопловых отверстий в колодце распылителя [3] а также применяющийся в современном дизелестроении, в том числе на двигателях ЯМЗ-236, 238, и КАМАЗ-740. Струи топлива в распылителях данного типа расходятся радиально и не пересекаются между собой. Недостатками распылителя данного типа является неравномерное распределение топлива по объему камеры сгорания на этапе впрыска, наличие "мертвых зон", в которые топлива не распространяется, и зон с повышенной концентрацией топлива. Эти недостатки снижают эффективность процесса сгорания топлива и ухудшают экологические и экономические качества дизеля. The closest technical solution chosen as a prototype is a multi-nozzle nozzle atomizer, consisting of a nozzle body, a locking needle and radially diverging nozzle holes in the atomizer well [3] and also used in modern diesel engineering, including on YaMZ-236, 238 engines, and KAMAZ-740. The jets of fuel in sprayers of this type diverge radially and do not intersect. The disadvantages of this type of atomizer are the uneven distribution of fuel over the volume of the combustion chamber at the injection stage, the presence of "dead zones" into which the fuel does not extend, and zones with an increased concentration of fuel. These shortcomings reduce the efficiency of the fuel combustion process and degrade the environmental and economic qualities of the diesel engine.

Настоящее изобретение направлено на повышение качества распределения топлива по объему камеры сгорания на этапе впрыска и улучшение топливной экономичности и экологичности дизеля. The present invention is aimed at improving the quality of fuel distribution over the volume of the combustion chamber at the injection stage and improving the fuel economy and environmental friendliness of the diesel engine.

Задача решается тем, что предполагаемый распылитель имеет сопловые отверстия, расположенные попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя, что обеспечивает равномерно распределение топлива по камере сгорания в процессе впрыска за счет изменения геометрии топливного факела, распространяющегося в виде полого эллиптического конуса. The problem is solved in that the intended sprayer has nozzle openings arranged in pairs so that each pair has one opening located on the locking cone of the sprayer seat, and the second in the sprayer well, while the axes of these openings intersect at some distance from the sprayer body, which provides uniform distribution of fuel throughout the combustion chamber during the injection process due to changes in the geometry of the fuel plume propagating in the form of a hollow elliptical cone.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемое техническое решение обеспечивает более равномерное распределение топлива по объему камеры сгорания за счет попарно расположенных сопловых отверстий таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя, что обеспечивает впрыск топлива методом соударения струй. При этим дизель становится менее чувствительным к уменьшению плотности заряда перед впускными органами и к вариациям надпоршневого зазора; равномерное распределение капель топлива по объему камеры сгорания дает максимальные скорости последующего диффузионного горения, улучшает пусковые качества дизеля, что способствует выбору оптимальной степени сжатия и повышает индикаторный КПД. A comparative analysis of the proposed solution and selected as a prototype shows that the proposed technical solution provides a more uniform distribution of fuel throughout the volume of the combustion chamber due to pairwise located nozzle openings in such a way that each pair has one hole located on the locking cone of the sprayer seat, and the second in the sprayer’s well, while the axes of these holes intersect at a certain distance from the sprayer’s body, which provides fuel injection by the method of jet impact th. In this case, the diesel engine becomes less sensitive to a decrease in charge density in front of the intake organs and to variations in the over-piston clearance; the uniform distribution of fuel droplets over the volume of the combustion chamber gives maximum rates of subsequent diffusion combustion, improves the starting properties of the diesel engine, which helps to choose the optimal compression ratio and increases the indicator efficiency.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что распылитель форсунки имеет сопловые отверстия, расположенные попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя, что обеспечивает равномерное распределение топлива по камере сгорания в процессе впрыска за счет изменения геометрии топливного факела, распространяющегося в виде полого эллиптического конуса. Таким образом, отличия, связанные с встречным попарным расположением сопловых отверстий, обеспечивающих изменение геометрии факела за период времени впрыска топлива, проявляющимся в изменении угла при вершине полого эллиптического конуса факела, позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия". The claimed technical solution differs from the prototype in that the nozzle nozzle has nozzle openings arranged in pairs so that each pair has one hole located on the locking cone of the nozzle seat and the second in the nozzle well, while the axes of these holes intersect at some distance from the atomizer body, which ensures uniform distribution of fuel along the combustion chamber during the injection process due to changes in the geometry of the fuel plume propagating in the form of a hollow elliptical Skogen cone. Thus, the differences associated with the counter-pairwise arrangement of nozzle openings, providing a change in the geometry of the torch for a period of time of fuel injection, manifested in a change in the angle at the apex of the hollow elliptical cone of the torch, allow us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty". The features that distinguish the claimed technical solution are not identified in other technical solutions when studying this and related areas of technology and, therefore, provide the claimed solution with the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображен общий вид распылителя форсунки;
фиг. 2 график изменения угла при вершине конуса топливного факела в зависимости от угла поворота коленчатого вала.In FIG. 1 shows a general view of a nozzle atomizer;
FIG. 2 is a graph of the angle change at the apex of the fuel flame cone depending on the angle of rotation of the crankshaft.

Распылитель форсунки состоит из корпуса распылителя 1, запорной иглы 2, сопловых отверстий, расположенных попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие 3, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе отверстие 4 в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя под углом ν а оси отверстий 3 образуют между своими осями угол g. The nozzle nozzle consists of a nozzle body 1, a locking needle 2, nozzle holes arranged in pairs so that each pair has one hole 3 located on the locking cone of the nozzle seat, and the second hole 4 in the nozzle well, while the axes of these holes intersect at a certain distance from the spray gun body at an angle ν and the axes of the holes 3 form an angle g between their axes.

Распылитель форсунки работает следующим образом. The atomizer nozzle operates as follows.

При повышении давления в надигольной полости выше критического происходит подъем запорной иглы. Топливо устремляется по щели между запорной иглой и седлом распылителя. При этом часть топлива попадает в сопловые отверстия 3 (фиг. 1), находящиеся в седле распылителя, а часть топлива движется к сопловым отверстиям 4 в колодце распылителя. В силу того, что потери давления при движении топлива к сопловым отверстиям в колодце распылителя изменяются в зависимости от величины подъема иглы, изменяется и разность давлений на входе в верхние и нижние сопловые отверстия. Следовательно, за период впрыска изменяется и разность скоростей струй топлива на выходе из сопловых отверстий. В общем случае после столкновения двух струй топливо распространяется в форме эллиптического конуса, а угол при вершине этого конуса, приведенный к круговому, можно оценить по приближенной формуле в зависимости от скоростей и диаметров сталкивающихся струй. With an increase in pressure in the supra needle space above the critical, the locking needle rises. Fuel rushes through the gap between the locking needle and the nozzle seat. In this case, part of the fuel enters the nozzle holes 3 (Fig. 1) located in the nozzle seat, and part of the fuel moves to the nozzle holes 4 in the nozzle well. Due to the fact that the pressure loss during the movement of fuel to the nozzle openings in the nozzle well varies depending on the magnitude of the needle lift, the pressure difference at the inlet to the upper and lower nozzle openings also changes. Therefore, during the injection period, the difference in the speeds of the fuel jets at the exit from the nozzle openings also changes. In the general case, after the collision of two jets, the fuel propagates in the form of an elliptical cone, and the angle at the apex of this cone, reduced to a circular one, can be estimated using an approximate formula depending on the speeds and diameters of the colliding jets.

где ν угол столкновения струй;
V₁, V₂ скорости сталкивающихся струй;
d₁, d₂ диаметры сталкивающихся струй.

where ν is the angle of collision of the jets;
V ₁ , V _{2 the} speed of the colliding jets;
d ₁ , d ₂ diameters of colliding jets.

Таким образом, за счет изменения направления движения топливного факела в процессе впрыска топлива увеличивается коэффициент использования объема камеры сгорания и снижается объем "мертвых зон". Thus, due to a change in the direction of movement of the fuel plume during fuel injection, the coefficient of utilization of the volume of the combustion chamber increases and the volume of “dead zones” decreases.

Впрыск топлива указанным способом приводит к равномерным концентрациям топлива и воздуха в объеме камеры сгорания, быстрому испарению капель топлива, увеличению скорости диффузионного горения, снижая время воздействия высоких температур на топливо и замедляя процесс его разложения, а также к увеличению коэффициента полноты сгорания топлива. Fuel injection in this way leads to uniform concentrations of fuel and air in the volume of the combustion chamber, the rapid evaporation of fuel droplets, an increase in the rate of diffusion combustion, reducing the time that high temperatures affect the fuel and slowing its decomposition, as well as an increase in the coefficient of completeness of fuel combustion.

Использование заявляемого изобретения позволяет повысить экономические и экологические характеристики дизеля. The use of the claimed invention improves the economic and environmental characteristics of a diesel engine.

Claims

A nozzle for a diesel engine nozzle, consisting of a nozzle body, a locking needle, radially diverging nozzle openings in the nozzle well, characterized in that the nozzle openings are arranged in pairs so that each pair has one hole located on the stop cone of the nozzle seat and the second in the well sprayer, while the axis of these holes intersect at a certain distance from the sprayer housing and are in the same plane with its axis.