RU2135816C1

RU2135816C1 - Nozzle spray tip for injecting fuel by colliding jet method

Info

Publication number: RU2135816C1
Application number: RU97116091A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Заяц; Н.В. Свиридов; А.С. Гришин
Original assignee: Военный автомобильный институт
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; compression ignition internal combustion engines. SUBSTANCE: spray tip has spring, adjusting screw and differential valve with shutoff conical surface. Spray tip body has compensating space with shutoff conical surface for differential valve made in parallel with axis of shutoff needle and communicating with fuel feed channel. Differential valve is arranged in compensating space and is held in lower position by spring whose rigidly provides opening of valve at pressure of fuel exceeding lifting pressure of nozzle shutoff needle which provides operation of valve after getting of needle on stop, its fitting in seat and secondary lifting. EFFECT: enhanced efficiency of working process at injection of fuel into combustion chamber by colliding jet method. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. The invention relates to the field of engine engineering, in particular, can be used in internal combustion engines with compression ignition.

В современных силовых установках транспортных средств, в частности в дизелях, наиболее широко распространены форсунки для впрыскивания топлива с гидравлическим управлением подъемом запорной иглы и многосопловыми распылителями. Как правило применяют распылители с радиально расходящимися сопловыми отверстиями. Топливо, впрыскиваемое такими распылителями, распространяется вдоль оси сопловых отверстий, что влечет за собой образование зон с высокой неравномерностью концентрации топлива и воздуха. Известна также форсунка для двигателя внутреннего сгорания [1], распылитель которой имеет в своем корпусе компенсационную полость, сообщающуюся с топливоподводящим каналом, поршень, пружину и запорную иглу форсунки, но данный распылитель не удовлетворяет требованиям впрыскивания топлива методом соударяющихся струй, так как поршень не может выполнять роль дифференциального клапана, а в сочетании с пружиной не обеспечивает условия открытия при давлении, превосходящем давление подъема запорной иглы форсунки. In modern power plants of vehicles, in particular in diesel engines, nozzles for fuel injection with hydraulic control of lifting the locking needle and multi-nozzle sprayers are the most widespread. As a rule, sprayers with radially diverging nozzle openings are used. The fuel injected by such atomizers spreads along the axis of the nozzle openings, which entails the formation of zones with a high uneven concentration of fuel and air. A nozzle for an internal combustion engine [1] is also known, the nozzle of which has a compensation cavity in its body that communicates with the fuel supply channel, a piston, a spring and the nozzle lock needle, but this nozzle does not satisfy the requirements for injecting fuel by the method of colliding jets, since the piston cannot act as a differential valve, and in combination with a spring does not provide opening conditions at a pressure exceeding the lift pressure of the nozzle shutter needle.

Кроме того, известны распылители, обеспечивающие впрыскивание топлива методом соударяющихся струй. При асинхронном изменении параметров струй распространение происходит в общем случае по эллиптическому полому конусу с изменяющимся углом при вершине. Применение данных распылителей позволяет значительно увеличить использование объема камеры сгорания, снизить неравномерность концентрации топлива, что позволяет в целом улучшить показатели дизеля. Однако, при гидравлическом управлении подъемом иглы указанное изменение параметров происходит только на этапах подъема и опускания запорной иглы форсунки, когда изменяется разность давлений топлива у соплового отверстия в седле и у отверстия в носике распылителя. Экспериментальные исследования показали высокую эффективность данных распылителей на режимах работы дизеля, обуславливающих незначительное время нахождения запорной иглы на упоре в сравнении с общим временем впрыскивания (режимы малых подач топлива). Недостатки, связанные с отсутствием всережимного управления развитием топливного факела, снижают эффективность применения данного способа впрыскивания на режимах средних и высоких нагрузок. In addition, there are known atomizers providing fuel injection by the method of colliding jets. With an asynchronous change in the parameters of the jets, propagation occurs in the general case over an elliptical hollow cone with a varying angle at the apex. The use of these sprayers can significantly increase the use of the volume of the combustion chamber, reduce the uneven concentration of fuel, which generally improves the performance of the diesel engine. However, with hydraulic control of the needle raising, the indicated change of parameters occurs only at the stages of raising and lowering the nozzle locking needle when the difference in fuel pressure at the nozzle hole in the seat and at the hole in the nozzle of the nozzle changes. Experimental studies have shown the high efficiency of these nozzles in diesel operating modes, which lead to a short residence time of the locking needle on the stop in comparison with the total injection time (low fuel injection modes). The disadvantages associated with the lack of all-mode control of the development of the fuel torch, reduce the effectiveness of the application of this method of injection at medium and high loads.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является распылитель форсунки, обеспечивающий впрыскивание топлива методом соударяющихся струй [2]. Однако, данный распылитель работает неэффективно на режимах средних и высоких нагрузок, обуславливающих значительное время нахождения запорной иглы на упоре в сравнении с общим временем впрыскивания. The closest technical solution, selected as a prototype, is an atomizer nozzle that provides fuel injection by the method of colliding jets [2]. However, this sprayer works inefficiently at medium and high loads, which leads to a significant time spent by the locking needle on the stop in comparison with the total injection time.

Настоящее изобретение направлено на повышение эффективности рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания при впрыскивании топлива в камеру сгорания методом соударяющихся струй. The present invention is aimed at improving the efficiency of the working process of an internal combustion engine when fuel is injected into the combustion chamber by the method of colliding jets.

Решение поставленной задачи достигается тем, что распылитель снабжен пружиной, регулировочным винтом и дифференциальным клапаном с запорной конической поверхностью, корпус распылителя имеет компенсационную полость с запорной конической поверхностью для дифференциального клапана, выполненную параллельно оси запорной иглы и сообщающуюся с топливоподводящим каналом, дифференциальный клапан размещен в компенсационной полости и удерживается в нижнем положении пружиной, жесткость которой обеспечивает открытие клапана при давлении топлива, превосходящем давление подъема запорной иглы форсунки. The solution to this problem is achieved by the fact that the sprayer is equipped with a spring, an adjusting screw and a differential valve with a locking conical surface, the sprayer body has a compensation cavity with a locking conical surface for the differential valve, made parallel to the axis of the locking needle and communicating with the fuel supply channel, the differential valve is located in the compensation cavity and is held in a low position by a spring, the rigidity of which ensures the valve opens at a pressure Lib, superior lifting pressure shutoff valve needle.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемые мероприятия позволяют увеличить долю времени, в течении которого происходит изменение параметров струй за период впрыскивания, а следовательно, увеличивается временной диапазон в течение которого факел изменяет свою форму, тем самым способствуя равномерному распределению топлива в объеме камеры сгорания и качественному протеканию процесса смесеобразования. A comparative analysis of the proposed solution and chosen as a prototype shows that the proposed measures can increase the fraction of the time during which the parameters of the jets change during the injection period, and therefore, the time range during which the torch changes its shape, thereby contributing to a uniform distribution of fuel in the volume of the combustion chamber and the high-quality course of the mixture formation process.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что распылитель форсунки для впрыскивания топлива методом соударяющихся струй в камеру сгорания снабжен пружиной, регулировочным винтом и дифференциальным клапаном с запорной конической поверхностью, корпус распылителя имеет компенсационную полость с запорной конической поверхностью для дифференциального клапана, выполненную параллельно оси запорной иглы и сообщающуюся с топливоподводящим каналом, дифференциальный клапан размещен в компенсационной полости и удерживается в нижнем положении пружиной, жесткость которой обеспечивает открытие клапана при давлении топлива, превосходящем давление подъема запорной иглы форсунки. The claimed technical solution differs from the prototype in that the injector nozzle for injecting fuel by the method of colliding jets into the combustion chamber is equipped with a spring, an adjusting screw and a differential valve with a locking conical surface, the atomizer body has a compensation cavity with a locking conical surface for the differential valve, parallel to the axis of the locking needles and communicating with the fuel supply channel, the differential valve is located in the compensation cavity and holds in the lower position, a spring whose rigidity ensures that the valve opens when the fuel pressure exceeds the lifting pressure of the nozzle locking needle.

Таким образом, отличия, связанные с наличием в распылителе пружины, регулировочного винта и дифференциального клапана с запорной конической поверхностью, компенсационной полости в корпусе распылителя с запорной конической поверхностью для дифференциального клапана, выполненную параллельно оси запорной иглы и сообщающуюся с топливоподводящим каналом, а также отличия, связанные с жесткостью пружины, обеспечивающей открытие клапана только при давлении, превышающем давлении подъема запорной иглы, позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого 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". Thus, the differences associated with the presence of a spring, an adjusting screw and a differential valve with a locking conical surface, a compensation cavity in the sprayer housing with a locking conical surface for the differential valve, parallel to the axis of the locking needle and communicating with the fuel supply channel, as well as differences, associated with the stiffness of the spring, providing the valve opens only at a pressure exceeding the lifting pressure of the locking needle, allow us to conclude that the proposed solution to 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, на фиг. 2 - осциллограмма процесса топливоподачи: зависимость P_f топлива в кармане распылителя и величины подъема иглы Y от угла поворота кулачкового вала насоса.In FIG. 1 shows a general view of the atomizer; FIG. 2 - oscillogram of the fuel supply process: the dependence of P _f fuel in the pocket of the atomizer and the magnitude of the lifting needle Y from the angle of rotation of the cam shaft of the pump.

Распылитель форсунки для двигателя внутреннего сгорания состоит из регулировочного винта 1, пружины клапана 2, дифференциального клапана 3, корпуса 4, запорной иглы 5. В корпусе распылителя 4 имеется компенсационная полость, соединенная с топливоподводящим каналом, в которой дифференциальный клапан 3 под действием пружины 2 прижимается к запорной конической поверхности, образуя герметичное соединение, а также сопловые отверстия расположенные попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие в запорном конусе седла распылителя, а второе в колодце распылителя, что обеспечивает впрыскивание топлива методом соударяющихся струй. The atomizer nozzle for an internal combustion engine consists of an adjusting screw 1, a valve spring 2, a differential valve 3, a housing 4, a locking needle 5. In the atomizer housing 4 there is a compensation cavity connected to the fuel supply channel, in which the differential valve 3 is pressed by the action of spring 2 to the locking conical surface, forming a sealed connection, as well as nozzle holes arranged in pairs so that each pair has one hole in the locking cone of the nozzle seat, and the second in the spray well, which provides fuel injection by the method of colliding jets.

Устройство растает следующим образом. The device will melt as follows.

1. При впрыскивании топлива методом соударяющихся струй изменение формы топливного факела, а именно, "раскрытие" и "схлопывание" полого конуса топливного факела, происходит на этапах подъема и опускания запорной иглы, когда существует изменение разности давлений топлива на входе во встречные сопловые отверстия. Данное устройство обеспечивает минимум два этапа подъема и опускания иглы (фиг. 1). В исходном положении дифференциальный клапан 3 закрыт. В начале процесса топливоподачи движение плунжера топливного насоса создает давление в кармане распылителя, необходимое дня подъема иглы (фиг. 2). Увеличивающееся давление топлива после выхода иглы на упор заставляет открыться дифференциальный клапан. Появившийся дополнительный объем разгружает топливную магистраль, давление в кармане распылителя падает и игла опускается в седло. Высокая скорость движения плунжера обеспечивает быстрое восстановление давления топлива и вторичный подъем иглы. В связи с тем, что давление открытия дифференциального клапана значительно превосходит давление закрытия, он остается открытым до окончания процесса впрыскивания. 1. When injecting fuel by the method of colliding jets, a change in the shape of the fuel jet, namely, “opening” and “collapse” of the hollow cone of the fuel jet, occurs at the stages of raising and lowering the shut-off needle when there is a change in the difference in fuel pressure at the entrance to the opposing nozzle openings. This device provides at least two stages of raising and lowering the needle (Fig. 1). In the initial position, the differential valve 3 is closed. At the beginning of the fuel supply process, the movement of the plunger of the fuel pump creates the pressure in the atomizer pocket necessary for the day the needle is raised (Fig. 2). The increasing fuel pressure after the needle reaches the stop causes the differential valve to open. The added volume unloads the fuel line, the pressure in the spray pocket drops and the needle lowers into the saddle. The high speed of the plunger ensures rapid restoration of fuel pressure and secondary needle lift. Due to the fact that the opening pressure of the differential valve significantly exceeds the closing pressure, it remains open until the end of the injection process.

2. При посадке запорной иглы форсунки в седло дифференциальный клапан выполняет демпфирование возникающих волн давления в системе, так как в этот момент он находится в промежуточном положении, а значение давления, при котором происходит посадка его в седло, меньше давления посадки запорной иглы форсунки. 2. When the nozzle shutter needle is inserted into the seat, the differential valve damps the resulting pressure waves in the system, because at this moment it is in the intermediate position, and the pressure value at which it is planted in the saddle is less than the nozzle shutter needle's landing pressure.

3. При поддержании остаточного давления в системе топливо из компенсационной полости под воздействием пружины 2 вытесняется дифференциальным клапаном 3, тем самым создавая необходимое остаточное давление в трубопроводе высокого давления. 3. While maintaining the residual pressure in the system, fuel from the compensation cavity under the influence of the spring 2 is displaced by the differential valve 3, thereby creating the necessary residual pressure in the high pressure pipe.

Применение данной конструкции распылителя позволяет эффективно использовать преимущества впрыскивания топлива методом соударяющихся струй, повышает экономичность двигателей и их энергетические показатели. The use of this design of the sprayer allows you to effectively use the advantages of fuel injection by the method of colliding jets, improves the efficiency of engines and their energy performance.

Claims

An atomizer of a nozzle of an internal combustion engine, comprising a housing, a locking needle, nozzle openings arranged in pairs so that each pair has one opening in the locking cone of the atomizer seat, and the second in the well of the atomizer, and providing fuel injection by the method of colliding jets, characterized in that it is equipped with a spring, an adjusting screw and a differential valve with a locking conical surface, the spray housing has a compensation cavity with a locking conical surface for differential a differential valve made parallel to the axis of the locking needle and communicating with the fuel supply channel, the differential valve is placed in the compensation cavity and is held in the lower position by a spring, the rigidity of which ensures the valve opens when the fuel pressure exceeds the lifting pressure of the nozzle locking needle.