RU2220316C2

RU2220316C2 - Hydraulic lock nozzle (versions)

Info

Publication number: RU2220316C2
Application number: RU2002101343/06A
Authority: RU
Inventors: Г.Б. Горелик; ков А.Ю. Чист; А.Ю. Чистяков
Original assignee: Хабаровский государственный технический университет
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-12-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; diesel engines. SUBSTANCE: proposed diesel engine nozzle with stabilized residual pressure contains body with channels to feed fuel and nozzle orifices, and needle with differential flat. Rectangular or segment complete groove is made on side guide surface of spray tip needle parallel to its axis. According to other design version, incomplete groove is made on side guide surface of spray tip needle parallel to its axis. Invention makes it possible to stabilized residual pressure at sequential injection cycles without impairing serviceability of spray tip. EFFECT: improved performance characteristic of fuel equipment. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в топливной аппаратуре дизелей с гидрозапорными форсунками. The invention relates to engine building and can be used in diesel fuel equipment with hydraulic shut-off nozzles.

Известна форсунка шведского изобретателя Лундквиста с гидравлическим запиранием иглы распылителя (см. книгу Г.Н.Шишлов, Ю.Н.Васильев, Ф.К.Травин, О. Н. Колосов Гидрозапорная топливная аппаратура судовых дизелей. М., Транспорт, 1970, стр. 25). Known nozzle of the Swedish inventor Lundqvist with hydraulic locking of the spray needle (see the book G.N. Shishlov, Yu.N. Vasiliev, F.K. Travin, O. N. Kolosov Hydro-locking fuel equipment of marine diesel engines. M., Transport, 1970, p. 25).

Топливо из топливного насоса поступает под давлением в закрытую камеру над иглой и в камеру под иглу. За счет разности площадей игла поднимается и производится впрыскивание топлива. В период отсечки давление в топливопроводе и камере под иглой падает, а в закрытой камере сохраняется, так как между закрытой камерой и топливопроводом установлен невозвратный клапан. Давление топлива в камере создает усилие на шток иглы, и игла закрывается после окончания впрыскивания. Это же остаточное давление в камере позволяет удерживать иглу в закрытом положении в период между впрыскиваниями. Fuel from the fuel pump flows under pressure into a closed chamber above the needle and into the chamber under the needle. Due to the difference in area, the needle rises and fuel is injected. During the cut-off period, the pressure in the fuel line and the chamber under the needle drops, and in the closed chamber it remains, since a non-return valve is installed between the closed chamber and the fuel line. The pressure of the fuel in the chamber creates a force on the needle rod, and the needle closes after the end of injection. The same residual pressure in the chamber allows the needle to be held in a closed position between injections.

В данной конструкции форсунки не регламентируется стабильность задания давления гидрозапора (Р_гз), а остаточное давление (Р_ост) в последовательных циклах при единичном возмущении (перемещение рейки или скачок частоты вращения) может изменяться вследствие зависимости расходных характеристик насоса высокого давления и форсунки от режима работы топливной аппаратуры и подобные переходные процессы происходят при периодических колебаниях остаточного давления в течение 3...10 циклов впрыскивания. Такие возмущения при работе дизеля происходят постоянно, а в результате отработки топливной аппаратуры через рабочий процесс на коленчатом валу возникают субгармонические колебания крутящего момента и соответственно существенно возрастает степень нестабильности частоты вращения (для различных режимов она ограничивается величиной допускаемой степени нестабильности), а для дизель-генераторов, работающих в параллель, это приводит, как правило, к превышению допускаемой ГОСТом величины перетекания электрической мощности.The nozzle design does not regulate the stability of setting the pressure of the hydraulic lock (P _gz ), and the residual pressure (P _ost ) in successive cycles with a single disturbance (movement of the rack or a jump in speed) can change due to the dependence of the flow characteristics of the high pressure pump and nozzle on the operating mode fuel equipment and similar transients occur with periodic fluctuations in the residual pressure during 3 ... 10 injection cycles. Such disturbances occur continuously during the operation of the diesel engine, and as a result of the fuel equipment running through the working process on the crankshaft, subharmonic fluctuations in the torque occur and, accordingly, the degree of instability of the rotation frequency increases significantly (for various modes it is limited by the allowable degree of instability), and for diesel generators working in parallel, this leads, as a rule, to exceeding the allowed by GOST magnitude of the overflow of electric power.

Ближайшим аналогом предлагаемой форсунки является гидрозапорная дизельная форсунка завода "Дальдизель", представленная в книге: Гогин А.Ф., Кивалкин Е.Ф. Судовые дизели М., Транспорт, 1978, стр. 187. The closest analogue of the proposed nozzle is a hydraulic shut-off diesel nozzle of the Daldizel plant, presented in the book: Gogin AF, Kivalkin EF Marine diesels M., Transport, 1978, p. 187.

Данная форсунка имеет конструктивные отличия с сохранением известных недостатков в процессе последовательных циклов впрыскивания и при работе на переходных режимах. This nozzle has structural differences while maintaining known shortcomings in the process of successive injection cycles and during operation in transient conditions.

Игла распылителя имеет на боковой направляющей поверхности канавки (лабиринтное уплотнение). Закрытая полость внутри корпуса форсунки никаких деталей не имеет. Она содержит жидкость, запирающую иглу. В качестве такой жидкости в двигателе 6ЧСП 18/22 используется дизельное топливо. Запорная жидкость подводится в закрытую полость через штуцер, войлочный фильтр, под которым находится сетка. В системе гидрозапора двигателя 6ЧСП 18/22 поддерживается давление 15 МПа. The sprayer needle has grooves on the lateral guide surface (labyrinth seal). The closed cavity inside the nozzle body has no details. It contains a fluid that locks the needle. As such a liquid, diesel fuel is used in the 6CHSP 18/22 engine. The locking fluid is introduced into the closed cavity through the fitting, a felt filter, under which there is a mesh. A pressure of 15 MPa is maintained in the hydraulic lock system of the 6CHSP 18/22 engine.

Впрыскиваемое топливо подводится под иглу по каналам корпуса и распылителя. Когда сила от давления впрыскиваемого топлива на дифференциальную площадку иглы станет больше силы от давления запорной жидкости на верхний торец, игла поднимется и начнется впрыскивание топлива. После отсечки, когда давление под иглой упадет, под давлением запорной жидкости игла сядет на седло. Зазор между иглой и направляющей частью распылителя в гидрозапорной форсунке может быть значительно больше, чем в пружинной: он доходит до 2...3 мкм. Просачивающаяся запорная жидкость хорошо смазывает иглу, что уменьшает износ прецизионной пары и снижает вероятность зависания иглы. The injected fuel is brought under the needle through the channels of the housing and the atomizer. When the force from the pressure of the injected fuel on the differential pad of the needle becomes greater than the force from the pressure of the locking fluid on the upper end, the needle rises and fuel injection begins. After the cut-off, when the pressure under the needle drops, under the pressure of the locking fluid, the needle will sit on the saddle. The gap between the needle and the guide part of the spray gun in the hydraulic nozzle can be much larger than in the spring nozzle: it reaches 2 ... 3 microns. Leakage blocking fluid lubricates the needle well, which reduces wear on the precision pair and reduces the likelihood of the needle hanging.

При больших зазорах нарушается нормальное сопряжение деталей распылителя (перекос), что вызывает повышенный износ иглы и направляющей поверхности корпуса, а на частичных режимах при неполном подъеме иглы нарушается стабильность и равномерность процессов впрыскивания. With large gaps, the normal mating of the sprayer parts (skew) is violated, which causes increased wear of the needle and the guide surface of the body, and in partial modes with incomplete lifting of the needle, the stability and uniformity of the injection processes are violated.

В подобной конструкции форсунки при стабильном давлении гидрозапора остаточное давление в последовательных циклах может изменяться как следствие зависимости расходных характеристик насоса высокого давления и форсунки. In a similar nozzle design, with a stable pressure of the hydraulic lock, the residual pressure in successive cycles can vary as a result of the dependence of the flow characteristics of the high-pressure pump and the nozzle.

Известные форсунки, в том числе и принятая в качестве ближайшего аналога, не позволяют обеспечить стабильность остаточного давления в последовательных циклах впрыскивания при работе дизеля на частичных режимах нагрузки и особенно при работе на пониженной частоте вращения. Known nozzles, including those adopted as the closest analogue, do not allow for the stability of the residual pressure in successive injection cycles when the diesel engine is operating under partial load conditions and especially when operating at a low speed.

Это приводит к появлению повышенной неравномерности крутящего момента и как следствие к превышению допускаемой ГОСТом 10511-89 нестабильности частоты вращения. This leads to the appearance of increased torque unevenness and, as a consequence, to excess of the rotation speed instability allowed by GOST 10511-89.

Технической задачей является стабилизация остаточного давления в последовательных циклах впрыскивания без потери работоспособности распылителя с одновременным улучшением скоростной характеристики топливной аппаратуры. The technical task is to stabilize the residual pressure in successive injection cycles without loss of operability of the atomizer while improving the speed characteristics of the fuel equipment.

Поставленная задача решается гидрозапорной дизельной форсункой со стабилизированным остаточным давлением, содержащей корпус с каналами для подвода топлива и сопловыми отверстиями, иглу с дифференциальной площадкой, согласно изобретению, на боковой направляющей поверхности иглы распылителя параллельно ее оси выполнена полная выточка прямоугольной или сегментной формы. The problem is solved by a hydraulic locking diesel nozzle with stabilized residual pressure, comprising a housing with fuel supply channels and nozzle holes, a needle with a differential pad, according to the invention, on the lateral guide surface of the spray needle parallel to its axis, a complete undercut of a rectangular or segment shape is made.

В другом варианте исполнения гидрозапорной дизельной форсунки на боковой направляющей поверхности иглы распылителя, параллельно ее оси выполнена неполная выточка. In another embodiment, a hydraulic shut-off diesel nozzle on the lateral guide surface of the spray needle, an incomplete undercut is made parallel to its axis.

Неполная выточка в теле иглы может быть сообщена дросселирующим каналом малого диаметра с закрытой полостью форсунки. Incomplete recesses in the needle body can be communicated by a small diameter throttling channel with a closed nozzle cavity.

Указанные отличия позволяют стабилизировать остаточное давление в форсунке за счет перетекания топлива через выточку в игле из закрытой полости в корпусе форсунки в полость под дифференциальной площадкой иглы распылителя в течение времени между впрыскиваниями. В обратном направлении за период впрыскивания перетекает незначительное количество топлива, а давление в системе гидрозапора поддерживается за счет регулятора давления. These differences make it possible to stabilize the residual pressure in the nozzle due to the flow of fuel through the recess in the needle from the closed cavity in the nozzle body to the cavity under the differential platform of the atomizer needle during the time between injections. In the opposite direction, a small amount of fuel flows over the injection period, and the pressure in the hydraulic lock system is maintained by a pressure regulator.

При этом площадь проходного сечения выточки подбирается таким образом, чтобы за интервал времени между очередными впрыскиваниями на номинальном режиме работы в систему высокого давления (СВД) секции, образованной объемом трубопровода высокого давления и присоединенными объемами в штуцере насоса высокого давления и под дифференциальной площадкой иглы, поступило количество топлива, достаточное для заполнения СВД и повышения в ней остаточного давления на 15...20%, но не более 80...85% от давления гидрозапирания. At the same time, the undercut area of the groove is selected so that for the time interval between the next injections at the nominal operating mode, the sections formed by the volume of the high pressure pipeline and the connected volumes in the nozzle of the high pressure pump and under the differential pad of the needle enter the high pressure system (SVD) the amount of fuel sufficient to fill the SVD and increase the residual pressure in it by 15 ... 20%, but not more than 80 ... 85% of the hydraulic locking pressure.

На всех остальных режимах эксплуатации (даже на режимах малых подач и частот вращения, когда в СВД образуются разрывы сплошности) будет иметь место повышения остаточного давления по сравнению с известной топливной аппаратурой с гидрозипиранием, что обеспечит повышение приспособляемости дизеля при работе по скоростной характеристике. In all other operating modes (even at low feed rates and rotational speeds when continuous discontinuities are formed in the SVD), there will be an increase in the residual pressure in comparison with the well-known fuel equipment with hydrosiping, which will provide an increase in the adaptability of the diesel engine when operating according to the speed characteristic.

Подбор проходного сечения выточки целесообразно выполнять исходя из номинального скоростного режима. The selection of the through section of the recess is advisable to perform based on the nominal speed mode.

Фиг. 1 - гидрозапорная дизельная форсунка с полной выточкой на боковой поверхности иглы;
фиг. 2 - игла гидрозапорной дизельной форсунки с неполной выточкой и дросселирующим каналом;
фиг.3 - сечение иглы по фиг.2.FIG. 1 - hydraulic locking diesel nozzle with a full groove on the side surface of the needle;
FIG. 2 - a needle of a hydraulic shut-off diesel nozzle with an incomplete undercut and a throttle channel;
figure 3 - cross section of the needle of figure 2.

Гидрозапорная дизельная форсунка включает в себя корпус распылителя 1, запорную иглу 2 с прямоугольной или сегментной выточкой 3 на боковой поверхности иглы, выполненной параллельно оси запорной иглы. Hydraulic locking diesel nozzle includes a spray housing 1, a locking needle 2 with a rectangular or segmented recess 3 on the side surface of the needle, made parallel to the axis of the locking needle.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом. The present invention works as follows.

Впрыскиваемое топливо подводится под иглу 2 по каналам корпуса распылителя 1. Когда сила от давления впрыскиваемого топлива на дифференциальную площадку иглы 2 станет больше силы от давления запорной жидкости на верхний торец, игла 2 поднимется и начнется впрыскивание топлива. За период впрыскивания через выточку 3 в игле 2 из полости под иглой 2 в закрытую полость перетекает незначительное количество топлива, так как продолжительность топливоподачи по отношению ко времени между впрыскиваниями составляет (например, для четырехтактного двигателя) тысячные доли секунды. После отсечки, когда давление под иглой 2 упадет, под давлением запорной жидкости игла 2 сядет на седло. В течение времени между впрыскиваниями происходит перетекание топлива через выточку 3 в игле 2 из закрытой полости в корпусе форсунки в полость под дифференциальной площадкой иглы 2 распылителя 1. Количество перетекающего топлива определится величиной дросселирования выточки 3 или канала. Поэтому в системе высокого давления установится новое значение остаточного давления, стабильное от цикла к циклу и определяемое величиной эффективного проходного сечения выточки 3 или дросселирующего канала. The injected fuel is brought under the needle 2 through the channels of the atomizer body 1. When the pressure from the pressure of the injected fuel on the differential platform of the needle 2 becomes greater than the force from the pressure of the shutoff fluid on the upper end, the needle 2 will rise and fuel injection will begin. During the period of injection through the recess 3 in the needle 2, a small amount of fuel flows from the cavity under the needle 2 into the closed cavity, since the duration of the fuel supply in relation to the time between injections is (for example, for a four-stroke engine) thousandths of a second. After the cut-off, when the pressure under the needle 2 drops, under the pressure of the locking fluid, the needle 2 will sit on the saddle. During the time between injections, the fuel flows through the recess 3 in the needle 2 from the closed cavity in the nozzle body into the cavity under the differential platform of the needle 2 of the atomizer 1. The amount of flowing fuel is determined by the throttle value of the recess 3 or the channel. Therefore, in the high-pressure system, a new value of the residual pressure is established, stable from cycle to cycle and determined by the value of the effective passage section of the recess 3 or the throttling channel.

Claims

1. A hydraulic shut-off diesel nozzle with stabilized residual pressure, comprising a housing with fuel supply channels and nozzle holes, a needle with a differential pad, characterized in that on the lateral guide surface of the spray needle parallel to its axis, a complete undercut of a rectangular or segment shape is made.

2. Hydraulic locking diesel nozzle with stabilized residual pressure, comprising a housing with fuel supply channels and nozzle holes, a needle with a differential platform, characterized in that an incomplete undercut is made on the side guide surface of the spray needle parallel to its axis.

3. Hydraulic locking diesel nozzle according to claim 2, characterized in that the incomplete recess in the needle body is communicated by a small diameter throttling channel with a closed nozzle cavity.