RU2405962C1

RU2405962C1 - System to feed alternative fuels into diesel engine combustion chamber

Info

Publication number: RU2405962C1
Application number: RU2009110093/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Мальчук (RU); Валерий Иванович Мальчук; Андрей Юрьевич Дунин (RU); Андрей Юрьевич Дунин; Лидия Петровна Гостева (RU); Лидия Петровна Гостева
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2010-12-10
Also published as: RU2009110093A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed system comprises appliances intended for feeding fuel dope and main fuel communicated with appropriate feed channels made in nozzle case and sprayer, needle with guide, cylindrical and closing tapered surfaces, spring-loaded nozzle case arranged in sprayer cavity, bin formed in the sprayer central part with sprayer cavity communicated with dope feed channels and, via annular channel the sprayer and needle, with mixing chamber arranged at the sprayer lower part nearby needle closing edge and communicated via axial channel and annular groove with the main fuel feed channel, while, via needle, it is communicated with spraying orifices and combustion chamber. Additional annular groove is made at the needle guide surface communicated with the main fuel feed source.

EFFECT: reduced loss of dope along clearance between needle guide surface and sprayer.

6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено в топливных системах дизелей с использованием впрыска двух топлив в камеру сгорания дизеля.The invention relates to engine building and can be applied in diesel fuel systems using the injection of two fuels into a diesel combustion chamber.

Известна форсунка для дизеля, которая содержит корпус с закрепленным на нем распылителем, в полости которого установлена подпружиненная запирающая игла с направляющей, цилиндрической и конической поверхностями. В корпусе и распылителе выполнены связанные между собой соответствующие каналы подвода основного топлива и присадки. При этом канал подвода присадки сообщен с полостью кармана распылителя и через кольцевой канал между цилиндрическими поверхностями иглы и распылителя связан с колодцем и с распыливающими отверстиями. Каналы подвода основного топлива сообщены с полостью смешения, расположенной у основания запирающей кромки иглы, а через колодец - с распыливающими отверстиями. Полость смешения сообщена также с карманом посредством кольцевого канала, площадь сечения и длина которого соответствуют определенному условию, связанному с цикловой подачей и качеством впрыскиваемой топливной смеси (см. патент РФ №2029128, МПК F02M 43/04, опубл. 1995 г.).Known nozzle for diesel, which contains a housing with a spray mounted on it, in the cavity of which a spring-loaded locking needle is installed with a guide, cylindrical and conical surfaces. The corresponding channels for supplying the main fuel and additives are made in the casing and the sprayer. In this case, the additive supply channel is in communication with the cavity of the atomizer pocket and is connected through the annular channel between the cylindrical surfaces of the needle and the atomizer to the well and to the spray holes. The main fuel supply channels are communicated with a mixing cavity located at the base of the locking edge of the needle, and through the well with spray holes. The mixing cavity is also communicated with the pocket through an annular channel, the cross-sectional area and length of which correspond to a certain condition associated with the cyclic supply and quality of the injected fuel mixture (see RF patent No. 2029128, IPC F02M 43/04, publ. 1995).

Недостаток известного устройства состоит в том, что при работе форсунки постоянно присутствуют утечки присадки вдоль направляющей поверхности распылителя под действием давления подачи присадки, что ведет к нерасчетному снижению содержания одного из двух составляющих топливной смеси.A disadvantage of the known device is that during the operation of the nozzle, leakage of the additive is constantly present along the guide surface of the atomizer under the influence of the supply pressure of the additive, which leads to an uncalculated decrease in the content of one of the two components of the fuel mixture.

Известна система подачи смесевого топлива для дизеля, принятая в качестве прототипа, в состав которой входит насосная аппаратура для подачи составляющих смесевого топлива, подключенная линиями связи к соответствующим каналам подвода, которые выполнены в корпусе форсунки и распылителе. В полости распылителя размещена игла с образованием связанных между собой посредством кольцевого канала двух карманов, один из которых расположен в средней части распылителя и связан с каналами подвода одной из составляющих смесевого топлива, а другой расположен в нижней части распылителя и связан с каналами подвода другой составляющей смесевого топлива, а посредством иглы - с распыливающими отверстиями и камерой сгорания дизеля. В соответствующих линиях подвода составляющих смесевого топлива установлены нагнетательные обратные клапаны, из которых по меньшей мере один снабжен гидравлической линией связи, сообщающей вход обратного клапана с его выходом посредством регулирующего органа (см. патент РФ №2204048, МПК F02M 43/04, опубл. 2003 г.).A known system for supplying mixed fuel for a diesel engine, adopted as a prototype, which includes pumping equipment for supplying components of mixed fuel, connected by communication lines to the corresponding supply channels, which are made in the nozzle body and atomizer. A needle is placed in the spray cavity with the formation of two pockets interconnected by means of an annular channel, one of which is located in the middle of the spray and connected to the supply channels of one of the components of the mixed fuel, and the other is located in the lower part of the spray and connected to the supply channels of the other mixed fuel fuel, and by means of a needle - with spray holes and a diesel combustion chamber. In the respective supply lines of the components of the mixed fuel, discharge check valves are installed, of which at least one is equipped with a hydraulic communication line communicating the check valve input with its output through the regulatory body (see RF patent No. 2204048, IPC F02M 43/04, publ. 2003 g.).

Недостатком известной системы подачи топлива является наличие утечек, то есть потерь присадки, в результате регулирования ее доли в смеси при изменении давления ее подачи из полости кармана в средней части распылителя по зазору между направляющей поверхностью иглы и распылителем и далее - в полость, сообщенную с топливным баком. В итоге в процессе работы устройства в топливном баке будет увеличиваться доля присадки, что в конечном счете приведет к тому, что система не сможет осуществлять подачу смеси с переменным значением массовой доли присадки К_п. Кроме этого применение в качестве присадок сжиженных газов приведет к испарению и прямой потере энергоносителя.A disadvantage of the known fuel supply system is the presence of leaks, that is, loss of additive, as a result of the regulation of its share in the mixture when the pressure of its supply from the pocket cavity in the middle part of the atomizer changes by the gap between the guide surface of the needle and the atomizer and then into the cavity in communication with the fuel a tank. As a result, during the operation of the device in the fuel tank, the proportion of additive will increase, which ultimately will lead to the fact that the system will not be able to supply the mixture with a variable value of the mass fraction of additive K _p . In addition, the use of liquefied gases as additives will lead to evaporation and direct loss of energy.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение потерь одной из составляющих топливной смеси, а именно присадки, по зазорам между направляющей поверхностью иглы и распылителем и сохранение возможности регулирования значения массовой доли К_п присадки в процессе различных этапов впрыскивания смесевого топлива в камеру сгорания дизеля.The technical problem to which the invention is directed is to reduce the loss of one of the components of the fuel mixture, namely the additive, by the gaps between the guide surface of the needle and the atomizer and maintaining the ability to control the mass fraction K _{p of the} additive during various stages of injection of the mixed fuel into the combustion chamber diesel engine.

Поставленная техническая задача решается тем, что в системе подачи альтернативных топлив в камеру сгорания дизеля, содержащей аппаратуру для подачи присадки и основного топлива, подключенную с помощью линий связи к соответствующим каналам подвода, выполненным в корпусе форсунки и распылителе, иглу с направляющей, цилиндрической и запирающей конической поверхностями, размещенную в полости распылителя с поджатием с помощью пружины, установленной в связанной со сливом полости корпуса форсунки, карман, образованный в средней части распылителя, полость которого сообщена с каналами подвода присадки, а через кольцевой канал между распылителем и иглой - с полостью смешения, расположенной в нижней части распылителя у основания запирающей кромки иглы и сообщенной посредством осевого канала и кольцевой проточки с каналами подвода основного топлива, а посредством иглы - с распыливающими отверстиями и камерой сгорания, согласно изобретению в верхней части иглы на ее направляющей поверхности выполнена дополнительная кольцевая проточка, полость которой подключена к источнику подачи основного топлива.The stated technical problem is solved in that in the system for supplying alternative fuels to the diesel combustion chamber, containing the equipment for supplying the additive and the main fuel, connected via communication lines to the respective supply channels made in the nozzle body and sprayer, the needle with a guide, cylindrical and locking tapered surfaces, placed in the cavity of the atomizer with preload by means of a spring installed in the nozzle body cavity connected with the drain, a pocket formed in the middle part of the atomizer Itel, the cavity of which is communicated with the additive supply channels, and through the annular channel between the spray gun and the needle, with the mixing cavity located in the lower part of the spray gun at the base of the locking edge of the needle and communicated through the axial channel and the annular groove with the main fuel supply channels, and through the needle - with spray holes and a combustion chamber, according to the invention in the upper part of the needle on its guide surface is made an additional annular groove, the cavity of which is connected to the source by giving the main fuel.

Поставленная техническая задача решается также тем, что в частном случае полость дополнительной кольцевой проточки подключена к источнику подачи основного топлива, выполненному автономным аккумуляторного типа с регулируемым давлением Р_ак≥Р_а, где P_a - давление подачи присадки в каналы подвода в корпусе форсунки и распылителе.The stated technical problem is also solved in that in the special case cavity additional annular groove is connected to supply the main fuel source configured autonomous battery type with an adjustable pressure P _ak ≥R _a, where P _a - the pressure of the feed additives in the feed channels in the nozzle and the sprayer housing .

Поставленная техническая задача решается и тем, что в другом частном случае полость дополнительной кольцевой проточки подключена к источнику подачи основного топлива параллельно с каналами подвода основного топлива в корпус форсунки и распылитель посредством обратного клапана, выход которого соединен с полостью дополнительной кольцевой проточки.The stated technical problem is also solved by the fact that in another particular case, the cavity of the additional annular groove is connected to the main fuel supply source in parallel with the main fuel supply channels to the nozzle body and the atomizer by means of a check valve, the outlet of which is connected to the cavity of the additional annular groove.

В другом частном случае решение поставленной технической задачи достигается тем, что к выходу обратного клапана подключен дополнительный объем с плунжером, нагруженным пружиной и с регулируемым перемещением.In another particular case, the solution of the technical problem is achieved by the fact that an additional volume with a plunger loaded with a spring and with adjustable movement is connected to the output of the non-return valve.

Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что в частном случае в верхней части распылителя дополнительно выполнен канал с возможностью сообщения полости дополнительной кольцевой проточки с каналами подвода основного топлива в корпусе форсунки и распылителе при условии, что δ <у_мах, где δ - линейный размер, равный пути перемещения иглы из положения на седле до момента начала сообщения полостей дополнительно выполненного канала и дополнительной кольцевой проточки, а у_мах - максимальный подъем иглы.The solution of the technical problem is also achieved by the fact that in the particular case in the upper part of the sprayer there is additionally made a channel with the possibility of communicating the cavity of the additional annular groove with the main fuel supply channels in the nozzle body and sprayer, provided that δ < _max , where δ is the linear size equal to the path of movement of the needle from the position on the saddle until the start of the communication of the cavities of the additionally made channel and the additional annular groove, and _max - the maximum rise of the needle.

Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что в частном случае выполнения устройства в нижней части направляющей поверхности иглы выполнена вторая дополнительная кольцевая проточка, сообщенная с первой и расположенная между полостями кармана и кольцевой проточки на игле для подачи основного топлива.The solution of the technical problem is also achieved by the fact that in the particular case of the device in the lower part of the guide surface of the needle a second additional annular groove is made, communicated with the first and located between the cavities of the pocket and the annular groove on the needle to supply the main fuel.

Решение поставленной технической задачи становится возможным благодаря выполнению в верхней части иглы на ее направляющей поверхности дополнительной кольцевой проточки, которая подключается к источнику питания, в качестве которого может использоваться источник подачи основного топлива. В результате в полости дополнительной кольцевой проточки создается противодавление давлению подачи Р_а присадки, которое создается в полости кармана в средней части распылителя. Это позволяет исключить утечки присадки из кармана в корпус форсунки, где установлена пружина, прижимающая иглу к конической поверхности распылителя в зоне их контакта. При этом выполнение дополнительной кольцевой проточки на игле не влияет на процессы смесеобразования непосредственно в рабочих полостях конструкции форсунки, в частности кольцевого канала между полостью кармана и полостью смешения и в самой полости смешения, расположенной у основания запирающей кромки конической поверхности иглы. Благодаря этому у системы подачи сохраняется способность осуществлять регулирование доли присадки К_п в смеси путем изменения давления Р_а в соответствующем аккумуляторе.The solution of this technical problem becomes possible due to the implementation of an additional annular groove in the upper part of the needle on its guide surface, which is connected to a power source, which can be used as the main fuel supply source. As a result, in the cavity of the additional annular groove, counter pressure is created for the supply pressure P _{a of the} additive, which is created in the pocket cavity in the middle part of the atomizer. This eliminates the leakage of the additive from the pocket into the nozzle body, where a spring is installed, pressing the needle to the conical surface of the atomizer in the area of their contact. Moreover, the execution of an additional annular groove on the needle does not affect the processes of mixture formation directly in the working cavities of the nozzle design, in particular the annular channel between the pocket cavity and the mixing cavity and in the mixing cavity located at the base of the locking edge of the conical surface of the needle. Due to this, the feed system retains the ability to control the proportion of additive K _p in the mixture by changing the pressure P _a in the corresponding accumulator.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема системы подачи альтернативных топлив с изображением продольного разреза форсунки для подачи двух видов топлива в дизель; на фиг.2 изображен выносной элемент I на фиг.1 по сечению Б-Б на фиг.3; на фиг.3 приведено сечение А-А на фиг.2; на фиг.4, 5, и 8 изображен выносной элемент I на фиг.1 по сечению Б-Б для различных частных случаев выполнения форсунки и вариантов подключения к источникам питания полости дополнительной кольцевой проточки, выполненной в теле распылителя; на фиг.6 изображен выносной элемент I на фиг.1 по сечению Б-Б; на фиг.7 дано сечение В-В на фиг.6.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a diagram of an alternative fuel supply system with an image of a longitudinal section of a nozzle for supplying two types of fuel to a diesel engine; figure 2 shows the remote element I in figure 1 along section BB in figure 3; figure 3 shows a section aa in figure 2; Figures 4, 5, and 8 depict an external element I in Fig. 1 along section BB for various particular cases of performing an injector and options for connecting an additional annular groove made in the atomizer body to the power sources; in Fig.6 shows the remote element I in Fig.1 along section BB; Fig.7 shows a section bb in Fig.6.

На фиг.1 приняты следующие обозначения: P_a - давление подачи альтернативного топлива; Р_ф - давление в полости смешения; на фиг.2 обозначение «ОТ» - это основное топливо, а Р_ак - давление в аккумуляторе.In Fig.1, the following notation is adopted: P _a is the alternative fuel supply pressure; R _f - pressure in the mixing cavity; in figure 2, the designation "OT" is the main fuel, and P _ak is the pressure in the battery.

Система подачи альтернативных топлив в камеру сгорания дизеля содержит аппаратуру (на черт. не обозначена) для подачи присадки и основного топлива. В качестве основного топлива могут быть использованы смеси традиционных и альтернативных топлив, обладающие удовлетворительными антифрикционными свойствами. В качестве присадки может быть использовано как основное топливо, так и всевозможные смеси. В состав аппаратуры для подачи присадки входят источник (на черт. не обозначен) подачи присадки аккумуляторного типа, который, например, может включать баллон 1 с инертным газом и связанный с ним посредством редуктора 2 баллон 3 для хранения присадки, а также аккумулятор 4, оснащенный манометром 5 и подключенный через кран 6 и обратный клапан 7 с помощью линии 8 связи к каналам 9 подвода в корпусе 10 форсунки и распылителе 11 (см. фиг.1). Аппаратура для подачи основного топлива включает бак 12 с основным топливом, а также в качестве источника подачи последнего традиционный топливный насос 13 высокого давления, подключенный с помощью линии 14 связи к каналам 15 подвода основного топлива корпуса 10 форсунки и распылителя 11. В полости распылителя 11 расположена игла 16 с направляющей, цилиндрической и запирающей конической поверхностями 17, 18 и 19 соответственно. При этом игла 16 установлена с поджатием с помощью пружины 20, размещенной в связанной со сливом полости 21 корпуса 10 форсунки. В средней части распылителя 11 образован карман 22, полость которого сообщена с каналами 9 подвода присадки, а через кольцевой канал 23 между распылителем 11 и иглой 16 - с полостью 24 смешения. Последняя расположена в нижней части распылителя 11 у основания запирающей кромки 25 иглы 16 и сообщена посредством осевого канала 26 и кольцевой проточки 27 с каналами 15 подвода основного топлива в корпусе 10 форсунки и распылителе 11, а посредством иглы 16 - с распыливающими отверстиями 28 и камерой сгорания (на черт. не показана). В верхней части иглы 16 на ее направляющей поверхности 17 выполнена дополнительная кольцевая проточка 29, полость которой подключена к источнику подачи основного топлива.The system for supplying alternative fuels to the combustion chamber of a diesel engine contains equipment (not shown in the diagram) for supplying the additive and the main fuel. As the main fuel can be used a mixture of traditional and alternative fuels with satisfactory antifriction properties. As the additive can be used as the main fuel, and all kinds of mixtures. The composition of the equipment for supplying the additive includes a source (not shown) of the additive supply of the accumulator type, which, for example, may include an inert gas cylinder 1 and a cylinder 3 for storing the additive associated with it via a reducer 2, as well as a battery 4 equipped with a pressure gauge 5 and connected through a valve 6 and a check valve 7 using a communication line 8 to the supply channels 9 in the nozzle body 10 and the atomizer 11 (see Fig. 1). The apparatus for supplying the main fuel includes a tank 12 with the main fuel, as well as a traditional high-pressure fuel pump 13, which is connected via a communication line 14 to the main fuel supply channels 15 of the nozzle body 10 and the atomizer 11 as a source of supply for the latter. needle 16 with a guide, cylindrical and locking conical surfaces 17, 18 and 19, respectively. In this case, the needle 16 is installed with compression using a spring 20 located in the cavity 21 of the nozzle body 10 connected with the drain. A pocket 22 is formed in the middle part of the atomizer 11, the cavity of which is in communication with the additive supply channels 9, and through the annular channel 23 between the atomizer 11 and the needle 16, with the mixing cavity 24. The latter is located in the lower part of the atomizer 11 at the base of the locking edge 25 of the needle 16 and communicated through the axial channel 26 and the annular groove 27 with the main fuel supply channels 15 in the nozzle body 10 and the atomizer 11, and by means of the needle 16 with the spray holes 28 and the combustion chamber (not shown in the devil). In the upper part of the needle 16 on its guide surface 17, an additional annular groove 29 is made, the cavity of which is connected to the main fuel supply source.

В частном случае полость дополнительной кольцевой проточки 29 подключена к источнику подачи основного (дизельного) топлива, который может быть выполнен, например, в виде аккумулятора 30, т.е. автономным аккумуляторного типа с регулируемым давлением Р_ак≥Р_а, где P_a - давление подачи присадки в каналах 9 подвода в корпусе 10 форсунки и распылителе 11 (см. фиг.2). При этом подключение к аккумулятору 30 осуществляется по линии 31 связи посредством каналов 32, выполненных в корпусе 10 форсунки и распылителе 11.In the particular case, the cavity of the additional annular groove 29 is connected to the main (diesel) fuel supply source, which can be made, for example, in the form of a battery 30, i.e. autonomous battery type with adjustable pressure P _ak ≥P _a , where P _a is the filing pressure of the additive in the supply channels 9 in the nozzle body 10 and the atomizer 11 (see Fig. 2). When this is connected to the battery 30 is carried out through the communication line 31 through channels 32 made in the body 10 of the nozzle and the atomizer 11.

В другом частном случае полость дополнительной кольцевой проточки 29 может быть подключена к источнику подачи основного топлива в виде топливного насоса 13 высокого давления параллельно с каналами 15 подвода основного топлива в корпусе 10 форсунки и распылителе 11 посредством линии 33 связи и обратного клапана 34, выход 35 которого соединен с полостью дополнительной кольцевой проточки 29 (см. фиг.4).In another particular case, the cavity of the additional annular groove 29 can be connected to the main fuel supply source in the form of a high-pressure fuel pump 13 in parallel with the main fuel supply channels 15 in the nozzle body 10 and atomizer 11 via a communication line 33 and a check valve 34, the output of which 35 connected to the cavity of the additional annular groove 29 (see figure 4).

К выходу 35 обратного клапана 34 может быть подключен линией 36 связи дополнительный объем 37 с плунжером 38, нагруженным пружиной 39 и с регулируемым перемещением посредством регулятора 40 (см. фиг.5).An additional volume 37 may be connected to the output 35 of the non-return valve 34 by a communication line 36 with a plunger 38, loaded with a spring 39 and with adjustable movement by means of the regulator 40 (see Fig. 5).

В частном случае в верхней части распылителя 11 может дополнительно быть выполнен канал 41 с выходным отверстием 42, сообщающий полость дополнительной кольцевой проточки 29, имеющей верхнюю кромку 43, с каналами 15 подвода основного топлива в корпусе 10 форсунки и распылителе 11. При этом необходимо выполнить условие, согласно которому δ<у_мах, где δ - линейный размер, равный пути перемещения иглы из положения на седле до момента начала сообщения полостей дополнительно выполненного канала 41 со стороны кромок выходного отверстия 42 и дополнительной кольцевой проточки 29 со стороны ее верхней кромки 43, а у_мах - максимальный подъем иглы 16, то есть расстояние между торцевой поверхностью 44 иглы 16 и внутренней торцевой поверхностью 45 корпуса 10 форсунки в положении запирающей иглы 16 на седле (см. фиг.6).In a particular case, in the upper part of the atomizer 11, a channel 41 can be additionally made with an outlet 42 communicating the cavity of an additional annular groove 29 having an upper edge 43 with main fuel supply channels 15 in the nozzle body 10 and atomizer 11. In this case, it is necessary to fulfill the condition , wherein δ <y _max where δ - linear size of the transport path of the needle from a position on the saddle before the beginning of the message further configured cavities channel 41 from the outlet edges 42 and additionally annular groove 29 from the side of its upper edge 43, and y _max - the maximum lift of the needle 16, i.e. the distance between the end face 44 of the needle 16 and the inner end surface 45 of the nozzle body 10 at the position of the locking needles 16 on the seat (see Figure 6). .

Наконец, в частном случае выполнения устройства в нижней части направляющей поверхности 17 иглы 16 может быть выполнена вторая дополнительная кольцевая проточка 46, сообщенная с первой - дополнительной кольцевой проточкой 29 посредством канала 32, выполненного в теле распылителя 11 (см. фиг.8). Дополнительная кольцевая проточка 46 расположена между полостями кармана 22 и кольцевой проточкой 27 на игле 16 для подачи основного топлива.Finally, in the particular case of the device in the lower part of the guide surface 17 of the needle 16, a second additional annular groove 46 can be made, communicating with the first - additional annular groove 29 through the channel 32 made in the body of the atomizer 11 (see Fig. 8). An additional annular groove 46 is located between the cavities of the pocket 22 and the annular groove 27 on the needle 16 for supplying the main fuel.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В работе системы подачи можно выделить два периода. Первый период - это период подачи по линии 8 присадки в полость 24 смешения с помощью аппаратуры аккумуляторного типа. При этом инертный газ, содержащийся в баллоне 1 аппаратуры подачи, обеспечивает заданное, регулируемое редуктором 2 и регистрируемое манометром 5, давление Р_а в баллоне 3 и аккумуляторе 4. Обратный клапан 7 исключает обратный ток в систему подачи альтернативного топлива и ограничивает длину и объем канала 9 в корпусе 10 форсунки, по которому осуществляется подвод топлива к распылителю 11.In the operation of the feed system, two periods can be distinguished. The first period is the period of filing through line 8 of the additive in the mixing cavity 24 using battery-type equipment. At the same time, the inert gas contained in the cylinder 1 of the supply equipment provides a predetermined pressure regulated by the pressure reducer 2 and the pressure gauge 5, _and in the cylinder 3 and the accumulator 4. The check valve 7 eliminates the reverse current to the alternative fuel supply system and limits the channel length and volume 9 in the nozzle body 10, through which fuel is supplied to the atomizer 11.

Второй период - это период подачи основного топлива к той же полости 24 смешения, расположенной у основания запирающей кромки 25 иглы 16 с помощью топливного насоса 13 высокого давления. Второй период делится на четыре этапа, которые приняты в расчетах форсунок традиционных топливных систем.The second period is the period of supply of the main fuel to the same mixing cavity 24, located at the base of the locking edge 25 of the needle 16 using the high pressure fuel pump 13. The second period is divided into four stages, which are adopted in the calculations of nozzles of traditional fuel systems.

Таким образом, в работе системы подачи альтернативных топлив принято пять этапов. Принцип работы серийного топливного насоса и форсунки общеизвестны.Thus, five steps have been taken in the operation of the alternative fuel supply system. The principle of operation of a serial fuel pump and nozzle are well known.

Между впрыскиваниями, когда давление в системе подачи альтернативного топлива Р_а обеспечивает силу, действующую на обратный клапан 7, которая превышает усилие от Р_ко и от давления в корпусе 10 форсунки Р_о (здесь Р_о - начальное давление в форсунке; Р_ко - начало движения клапана при Р_о=0), обратный клапан 7 открывается, и присадка по каналу 9 подвода поступает к полости кармана 22, а далее по кольцевому каналу 23 - в полость 24 смешения, расположенную у основания запирающей кромки 25 иглы 16. В процессе подачи присадки в полость 24 смешения ее массовая доля К_п=G_п/G_п+С_т в смеси с основным топливом будет увеличиваться и достигать максимальных значений в момент закрытия обратного клапана 7, где G_п, G_т - весовые доли присадки и основного топлива в топливной смеси соответственно. Одновременно из полости 24 смешения энергоноситель по осевому каналу 26 в игле 16 перетекает к каналу 15 подвода основного топлива в распылителе 11. При этом по длине осевого канала 26 будет распределена смесь переменного массового состава. Регулирование доли присадки в смеси осуществляется путем изменения давления Р_а в аккумуляторе 4. При повышении давления Р_а увеличивается объем V_п присадки, поступающий за время первого периода работы системы в форсунку и в осевой канал 26. При этом в определенных условиях объем V_п присадки превысит объем V=(f_кп·l_кп) полости осевого канала 26, и присадка достигает полости проточки 27, выполненной на игле 16 (здесь f_кп и l_кп - соответственно площадь и длина осевого канала 26). В данной системе в игле 16 предусмотрено выполнение дополнительной кольцевой проточки 29, полость которой подключена к источнику подачи основного топлива. В результате наличия определенного противодавления и исключаются утечки по имеющимся зазорам между распылителем 11 и направляющей поверхностью 17 иглы 16 из полости проточки 27 и далее - в сливную полость 21, связанную с топливным баком.Between injections, when the pressure in the alternative fuel supply system P _a provides a force acting on the check valve 7, which exceeds the force from P _ko and from the pressure in the body 10 of the nozzle P _o (here P _o is the initial pressure in the nozzle; P _ko is the beginning the valve moves at P _o = 0), the check valve 7 opens, and the additive flows through the supply channel 9 to the cavity of the pocket 22, and then through the annular channel 23 into the mixing cavity 24 located at the base of the locking edge 25 of the needle 16. During the feed additives in the cavity 24 mixing its mass the proportion of K _p = G _p / G _p + C _t in the mixture with the main fuel will increase and reach maximum values at the time of closing the check valve 7, where G _p , G _t are the weight fractions of the additive and the main fuel in the fuel mixture, respectively. At the same time, the energy carrier flows through the axial channel 26 in the needle 16 from the mixing cavity 24 to the main fuel supply channel 15 in the atomizer 11. At the same time, a variable mass composition will be distributed along the length of the axial channel 26. The proportion of the additive in the mixture is controlled by changing the pressure P _a in the accumulator 4. When the pressure P _a increases, the amount of V _{p of the} additive increases during the first period of the system’s operation in the nozzle and in the axial channel 26. Moreover, under certain conditions, the volume of V _{p of the} additive exceed the volume V = (f _kp · l _kp ) of the cavity of the axial channel 26, and the additive reaches the cavity of the groove 27 made on the needle 16 (here f _kp and l _kp are the area and length of the axial channel 26, respectively). In this system, the needle 16 provides for the implementation of an additional annular groove 29, the cavity of which is connected to the main fuel supply source. As a result of the presence of a certain backpressure, leaks are eliminated from the existing gaps between the nozzle 11 and the guide surface 17 of the needle 16 from the cavity of the groove 27 and then into the drain cavity 21 connected to the fuel tank.

Второй этап работы системы начинается с момента повышения давления в полости 24 смешения, которое обусловлено подачей топлива насосом 13 высокого давления, и заканчивается моментом начала движения иглы 16. За время второго этапа происходит подача смеси с убывающим значением К_п из осевого канала 26 в полость 24 смешения. В результате значение массовой доли присадки К_п в полости 24 смешения уменьшается, а в кольцевой канал 23 будет поступать смесь переменного массового состава с убывающим значением К_п.The second stage of the system starts from the moment the pressure in the mixing cavity 24 rises, which is caused by the fuel supply by the high pressure pump 13, and ends when the needle 16 starts to move. During the second stage, the mixture is supplied with a decreasing value of K _p from the axial channel 26 into the cavity 24 blending. As a result, the value of the mass fraction of the additive K _p in the mixing cavity 24 decreases, and a mixture of variable mass composition with a decreasing value of K _p will enter the annular channel 23.

Третий этап - это этап с момента начала подъема иглы 16 до момента выхода ее на упор. Этот этап характеризуется подачей смеси с убывающим значением К_п из осевого канала 26 в полость 24 смешения и впрыскиванием смеси в камеру сгорания дизеля через распыливающие отверстия 28.The third stage is the stage from the moment the needle 16 begins to rise until it reaches the stop. This stage is characterized by feeding the mixture with a decreasing value of K _p from the axial channel 26 into the mixing cavity 24 and injecting the mixture into the diesel combustion chamber through the spray holes 28.

Четвертый этап соответствует времени, когда игла 16 находится на упоре. В нем можно выделить две части. В первой части этапа значение dР_ф/dφ >0 и вторая часть - dР_ф/dφ<0.The fourth stage corresponds to the time when the needle 16 is on the stop. It can be divided into two parts. In the first part of the stage, the value of dP _f / dφ> 0 and the second part is dP _f / dφ <0.

При dР_ф/dφ>0 происходят процессы, аналогичные предыдущему этапу, т.е. интенсивное нагнетание топлива насосом 13 высокого давления в полость 24 смешения, подача смеси в камеру сгорания дизеля с убывающими значениями К_п, отток смеси по кольцевому каналу 23. При этом значение К_п продолжает убывать. Для этого этапа характерно также то, что в определенный его момент из осевого канала 26 в полость 24 смешения поступает только основное топливо.For dР _ф / dφ> 0, processes similar to the previous stage occur, i.e. the intensive injection of fuel by the high pressure pump 13 into the mixing cavity 24, the mixture is fed into the diesel combustion chamber with decreasing values of K _p , the outflow of the mixture through the annular channel 23. The value of K _p continues to decrease. This stage is also characterized by the fact that at a certain moment from the axial channel 26 into the mixing cavity 24 only the main fuel enters.

При dР_ф/dφ<0, т.е. при разгрузке полостей форсунки путем уменьшения или прекращения подачи топлива насосом 13 высокого давления, приток топлива из осевого канала 26 уменьшается, а из кольцевого канала 23 увеличивается приток смеси, значение К_п в которой по мере развития процесса увеличивается. В результате значение К_п смеси в полости 24 смешения начинает расти и в камеру сгорания дизеля поступает смесь с возрастающей долей К_п присадки.For dP _f / dφ <0, i.e. when unloading the nozzle cavities by reducing or stopping the supply of fuel by the high-pressure pump 13, the fuel flow from the axial channel 26 decreases, and the mixture flow increases from the annular channel 23, the value of K _p in which increases as the process develops. As a result, the value of K _{p of the} mixture in the mixing cavity 24 begins to grow and the mixture enters the combustion chamber of the diesel engine with an increasing proportion of K _{p of the} additive.

Пятый этап рабочего процесса форсунки начинается с момента начала посадки иглы 16 на седло и заканчивается моментом окончания подачи смеси в камеру сгорания дизеля. Для этого этапа характерно dР_ф/dφ<0, уменьшение подачи основного топлива насосом 13 высокого давления в полость 24 смешения, подача смеси из кольцевого канала 23 в полость 24 смешения с нарастающим значением К_п. Следует отметить, что при определенных условиях это зависит также и от конструктивных и режимных параметров системы, возможен отток смеси из полости 24 смешения в осевой канал 26.The fifth stage of the nozzle workflow begins from the moment the needle 16 begins to sit on the saddle and ends with the moment the mixture is fed into the diesel combustion chamber. This stage is characterized by dP _f / dφ <0, a decrease in the supply of the main fuel by the high-pressure pump 13 to the mixing cavity 24, and the mixture is supplied from the annular channel 23 to the mixing cavity 24 with an increasing value of K _p . It should be noted that under certain conditions this also depends on the design and operating parameters of the system; it is possible for the mixture to flow out of the mixing cavity 24 into the axial channel 26.

После завершения этого этапа значения давлений и скоростей топлива в системе выравниваются, и рассмотренный рабочий цикл повторяется. При этом имеется в виду, что рабочие процессы топливного насоса высокого давления и аккумуляторной системы - традиционные.After this stage is completed, the values of the pressures and speeds of the fuel in the system are equalized, and the considered duty cycle is repeated. At the same time, it is understood that the working processes of the high-pressure fuel pump and the battery system are traditional.

Рассмотрим частные случаи выполнения устройства.Consider the special cases of the device.

Например, в частном случае при подключении дополнительной кольцевой проточки 29 с помощью линии 31 связи к источнику подачи основного топлива последний может быть выполнен в виде автономного источника 30 аккумуляторного типа с регулируемым давлением Р_ак (см. фиг.2). Причем значение давления Р_ак в аккумуляторе больше или равно давлению Р_а подачи присадки в каналах 9 подачи в корпусе 10 форсунки и распылителе 11, т.е. Р_ак≥Р_а. При этом давление Р_ак в полости дополнительной кольцевой проточки 29 исключает течение смеси из полости кольцевой проточки 27 в полость дополнительной кольцевой проточки 29 и далее - в полость 21 корпуса 10 форсунки, связанную со сливом в бак для основного топлива.For example, in the particular case of connecting an additional annular groove 29 using the communication line 31 to the main fuel supply source, the latter can be made in the form of an autonomous source 30 of an accumulator type with an adjustable pressure P _ak (see Fig. 2). Moreover, the pressure P _ak in the accumulator is greater than or equal to the pressure P _{a of} the additive supply in the supply channels 9 in the nozzle body 10 and the atomizer 11, i.e. P _ak ≥P _a . In this case, the pressure P _ak in the cavity of the additional annular groove 29 excludes the flow of the mixture from the cavity of the annular groove 27 into the cavity of the additional annular groove 29 and then into the cavity 21 of the nozzle body 10 connected to the drain into the tank for the main fuel.

В том случае, когда полость дополнительной кольцевой проточки 29 подключена к источнику подачи основного топлива в виде насоса 13 высокого давления параллельно с каналами 15 подвода основного топлива в корпусе 10 форсунки и распылителе 11 посредством линии 33 связи и обратного клапана 34 (см. фиг.4), работа системы подачи происходит следующим образом. В период нагнетания основного топлива насосом 13 высокого давления по линии 14 связи обратный клапан 34 открывается, и основное топливо с выхода 35 последнего поступает по линии 33 связи и каналу 32 подвода топлива в полость дополнительной кольцевой проточки 29. Одновременно происходит нагнетание топлива в каналы 15 корпуса 10 форсунки и распылителя 11. После завершения процесса нагнетания обратный клапан 34 закрывается, обеспечив в канале 32 подвода и полости дополнительной кольцевой проточки 29 остаточное давление Р_ак, которое будет больше давления подачи присадки Р_а. Наличие давления Р_ак и обеспечит исключение попадания смеси из полости кольцевой проточки 27 в полость дополнительной кольцевой проточки 29 и далее - в сливную полость 21 корпуса 10 форсунки.In the case when the cavity of the additional annular groove 29 is connected to the main fuel supply source in the form of a high pressure pump 13 in parallel with the main fuel supply channels 15 in the nozzle body 10 and the atomizer 11 via the communication line 33 and the check valve 34 (see Fig. 4 ), the feed system operates as follows. During the injection of the main fuel by the high pressure pump 13 through the communication line 14, the check valve 34 opens, and the main fuel from the outlet 35 of the latter enters through the communication line 33 and the fuel supply channel 32 into the cavity of the additional annular groove 29. At the same time, fuel is injected into the channels 15 of the housing 10 and atomizer nozzle 11. After completion of the injection process, the check valve 34 is closed, providing a supply channel 32 and the cavity 29 with an additional annular groove residual pressure P _ak, which will be more pRESSURE Ia feed additive P _a. The presence of pressure P _ak will ensure that the mixture does not get from the cavity of the annular groove 27 into the cavity of the additional annular groove 29 and then into the drain cavity 21 of the nozzle body 10.

Если к выходу 35 обратного клапана 34 подключен дополнительный объем 37 с плунжером 38 (см. фиг.5), то у системы появляется новое свойство, а именно возможность изменять объем энергоносителя в линиях 36 связи, а следовательно, и давление в канале 32 подвода и полости дополнительной кольцевой проточки 29. При этом, преодолевая усилие пружины 39, с помощью регулятора 40 можно установить необходимые расчетные параметры регулируемого объема 37, тем самым устанавливается определенное давление и объем топлива в полости дополнительной кольцевой проточки 29, увязанное с давлением Р_а подачи присадки в каналы 9 корпуса 10 форсунки и распылителя 11.If an additional volume 37 with a plunger 38 is connected to the output 35 of the non-return valve 34 (see Fig. 5), the system has a new property, namely, the ability to change the volume of the energy carrier in the communication lines 36, and therefore the pressure in the supply channel 32 and the cavity of the additional annular groove 29. In this case, overcoming the force of the spring 39, with the help of the regulator 40, it is possible to set the necessary calculated parameters of the adjustable volume 37, thereby setting a certain pressure and volume of fuel in the cavity of the additional annular groove 29, linked to the pressure P _{a of} the additive in the channels 9 of the housing 10 of the nozzle and spray 11.

Один из частных случаев выполнения системы подачи предусматривает наличие в верхней части распылителя 11 канала 41, который дает возможность сообщить полость дополнительной кольцевой проточки 29 на игле 16 с каналами 15 подвода основного топлива в корпусе 10 форсунки и распылителе 11. Это соответствует периоду, когда игла 16 находится на седле и распыливающие отверстия 28 перекрыты. В исходном положении, т.е. когда игла 16 покоится на седле, кромка 43 дополнительной кольцевой проточки 29 находится за пределами выходного отверстия 42 канала 41. При подаче топлива насосом 13 высокого давления, когда игла 16 поднимется на высоту h>δ<у_мах, в полости дополнительной кольцевой проточки 29 будет обеспечено давление Р_ф, равное давлению в корпусе 10 форсунки. При посадке иглы 16 на седло полость дополнительной проточки 29 отключается от канала 15 подвода основного топлива (см. фиг.6).One of the special cases of the supply system involves the presence in the upper part of the nozzle 11 of the channel 41, which makes it possible to inform the cavity of the additional annular groove 29 on the needle 16 with the main fuel supply channels 15 in the nozzle body 10 and the nozzle 11. This corresponds to the period when the needle 16 located on the saddle and spray holes 28 are blocked. In the starting position, i.e. when the needle 16 rests on the saddle, the edge 43 of the additional annular groove 29 is outside the outlet 42 of the channel 41. When fuel is supplied by the high pressure pump 13, when the needle 16 rises to a height h> δ < _max , in the cavity of the additional annular groove 29 the pressure P _f equal to the pressure in the housing 10 of the nozzle is provided. When the needle 16 is mounted on the saddle, the cavity of the additional groove 29 is disconnected from the main fuel supply channel 15 (see Fig. 6).

В результате в полости дополнительной кольцевой проточки 29 будет обеспечено давление Р_фп - давление начала посадки иглы 16 на седло, которое будет больше, чем давление Р_а. Это и обеспечит отсутствие утечек топливной смеси из полости кольцевой проточки 27 в полость дополнительной кольцевой проточки 29 и далее - в полость 21.As a result, the pressure P _fp will be provided in the cavity of the additional annular groove 29 — the pressure at which the needle 16 begins to sit on the saddle, which will be greater than the pressure P _a . This will ensure that there is no leakage of the fuel mixture from the cavity of the annular groove 27 into the cavity of the additional annular groove 29 and then into the cavity 21.

В том случае, когда в нижней части направляющей поверхности 17 иглы 16 выполнена вторая дополнительная кольцевая проточка 46, сообщенная с дополнительной кольцевой проточкой 29 (см. фиг.8), в устройстве устраняется недостаток, присущий описанным выше системам, а именно исключается возможность попадания присадки с плохими антифрикционными свойствами в зазор прецизионных поверхностей иглы 16 между полостями кармана 22 и кольцевой проточки 27. Последнее обстоятельство может привести к преждевременному износу иглы 16 в указанной зоне. В данном частном случае выполнения устройства при его работе в кольцевой проточке 46 устанавливается давление Р_ак>Р_а.In the case when in the lower part of the guide surface 17 of the needle 16 a second additional annular groove 46 is made, communicated with the additional annular groove 29 (see Fig. 8), the device eliminates the disadvantage inherent in the systems described above, namely, it eliminates the possibility of the additive with poor antifriction properties in the gap of the precision surfaces of the needle 16 between the cavities of the pocket 22 and the annular groove 27. The latter circumstance may lead to premature wear of the needle 16 in the specified area. In this particular case, the implementation of the device during its operation in the annular groove 46 sets the pressure P _ak > P _a .

Данная система подачи позволяет также обеспечивать подачу только одного топлива - основного с полным отключением подачи присадки с помощью перекрытия крана 6 (см. фиг.1).This feed system also allows you to supply only one fuel - the main one with complete shutdown of the additive supply by shutting off the tap 6 (see figure 1).

Таким образом, изобретение позволяет снизить потери присадки по зазорам между направляющей поверхностью иглы и распылителем. При этом сохраняется возможность регулировать значение массовой доли К_п присадки в процессе различных этапов впрыскивания смесевого топлива в камеру сгорания дизеля.Thus, the invention allows to reduce the loss of additive in the gaps between the guide surface of the needle and the spray. At the same time, it remains possible to adjust the value of the mass fraction K _{p of the} additive during various stages of injection of mixed fuel into the diesel combustion chamber.

Claims

1. A system for supplying alternative fuels to the combustion chamber of a diesel engine, comprising apparatus for supplying an additive and a main fuel, connected via communication lines to respective supply channels made in the nozzle body and sprayer, a needle with a guide, cylindrical and locking conical surfaces, placed in the cavity spray with preload by means of a spring installed in the nozzle body cavity connected with the drain, a pocket formed in the middle of the spray gun, the cavity of which is connected to the supply channels and additives, and through the annular channel between the atomizer and the needle, with a mixing cavity located at the bottom of the atomizer at the base of the locking edge of the needle and communicated through the axial channel and the annular groove with the main fuel supply channels, and through the needle, with spray holes and a combustion chamber characterized in that in the upper part of the needle on its guide surface an additional annular groove is made, the cavity of which is connected to the main fuel supply source.

2. The system according to claim 1, characterized in that the cavity of the additional annular groove is connected to the main fuel supply source, made autonomous battery type with adjustable pressure P _ak ≥P _a , where P _a is the pressure of the additive in the supply channels in the nozzle body and spray gun.

3. The system according to claim 1, characterized in that the cavity of the additional annular groove is connected to the source of supply of the main fuel in parallel with the channels for supplying the main fuel to the nozzle body and the atomizer by means of a check valve, the outlet of which is connected to the cavity of the additional annular groove.

4. The system according to claim 3, characterized in that an additional volume is connected to the output of the non-return valve with a plunger loaded with a spring and with adjustable movement.

5. The system according to claim 1, characterized in that in the upper part of the sprayer an additional channel is made with the possibility of communicating an additional annular groove cavity with main fuel supply channels in the nozzle body and sprayer, provided that δ <у _max , where δ is the linear size equal to the path of movement of the needle from the position on the saddle until the start of the communication of the cavities of the additionally made channel and the additional annular groove, and _max - the maximum needle rise.

6. The system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that in the lower part of the guide surface of the needle a second additional annular groove is made, communicated with the first and located between the cavities of the pocket and the annular groove on the needle for supplying the main fuel.