RU2431757C1

RU2431757C1 - Injection nozzle

Info

Publication number: RU2431757C1
Application number: RU2010113188/06A
Authority: RU
Inventors: Владислав Евгеньевич Лазарев (RU); Владислав Евгеньевич Лазарев; Георгий Викторович Ломакин (RU); Георгий Викторович Ломакин; Евгений Анатольевич Лазарев (RU); Евгений Анатольевич Лазарев
Priority date: 2010-04-05
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2011-10-20

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: diesel engine injection nozzle includes the housing, needle arranged in it and containing the shank, guide part and stem with locking part, and fuel supply channels made in the housing, spraying holes, cooling cavity under differential platform of needle; at that, cooling cavity consists of two chambers, and generatrix of the cavity is made in the form of 3-shaped curve so that turbulisation projection is formed; at that, upper chamber of cooling cavity at conjugation points with fuel supply channels includes turbulisation transitions made in the form of bowl-shaped cavities. At that, ratio of diameters of the guide part and stem of the needle is 1.15, and needle shank is conical and has spherical surface for contact to the rod. ^ EFFECT: improvement of design of needle and cooling cavity so that strength of the housing increases for implementation of increased injection pressures at provided good service life of injector. ^ 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к элементам топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.The invention relates to engine building, in particular to elements of the fuel equipment of internal combustion engines with compression ignition.

Известны многодырчатые распылители форсунок с удлиненным корпусом типа DLL и DLLA по классификации фирмы R. Bosch (Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: справочник, 2 изд. / Б.Н.Файнлейб. - Л.: Машиностроение, 1990. - 362 с. (С.162-168).Known multi-hole nozzle nozzles with an elongated housing type DLL and DLLA according to the classification of the company R. Bosch (Faynleib BN Fuel equipment of automotive diesel engines: a guide, 2 ed. / BN Fainleib. - L .: Engineering, 1990. - 362 p. (S.162-168).

Основная идея удлиненного корпуса распылителя заключается в максимальном удалении прецизионного сопряжения «игла - корпус» от огневой поверхности головки цилиндров с одновременным снижением тепловоспринимающей поверхности корпуса.The main idea of the elongated atomizer housing is to maximize the removal of the precision needle-to-body mating from the firing surface of the cylinder head while reducing the heat-absorbing surface of the housing.

Однако конструкция удлиненных распылителей обладает рядом недостатков. Снижение жесткости выступающей части приводит к появлению трещин и уменьшению прочности корпуса. Удлинение иглы отрицательно сказывается на ее жесткости и устойчивости. Уменьшение диаметра выступающей части корпуса, вопреки ожиданиям, не сопровождается радикальным снижением температуры распыливающих отверстий, не решает проблему коксования топлива в них и затрудняет размещение на носке корпуса повышенного числа распыливающих отверстий распылителя.However, the design of elongated sprayers has several disadvantages. The decrease in the stiffness of the protruding part leads to the appearance of cracks and a decrease in the strength of the housing. Elongation of the needle negatively affects its rigidity and stability. Reducing the diameter of the protruding part of the body, contrary to expectations, is not accompanied by a radical decrease in the temperature of the spray holes, does not solve the problem of coking fuel in them and makes it difficult to place an increased number of spray holes on the body toe.

Широко известны многодырчатые укороченные распылители форсунок (Черкин А.П. Дизельная топливная аппаратура: справочник. / А.П.Черкин, И.И.Резник. - М.: Машиностроение, 1963. - С.64-67), обладающие значительно более жестким развитым корпусом и относительно короткой иглой. Недостатками этого типа распылителя являются высокие механические, температурные, монтажные деформации и повышенный износ, вызванные нарушением соосности иглы и отверстия в корпусе и, как следствие, неустойчивым положением иглы распылителя, обусловленным появлением неуравновешенной радиальной силы давления топлива. Эта сила, действуя в направляющем прецизионном сопряжении на иглу, вызывает непосредственный контакт поверхности иглы с поверхностью корпуса, износ которых вызван упруго-пластическим деформированием при контактном трении.The multi-hole shortened atomizer nozzles are widely known (A.P. Cherkin. Diesel fuel equipment: a reference book. / A.P. Cherkin, I.I. Reznik. - M.: Mashinostroenie, 1963. - P.64-67), which have much more rigid developed body and relatively short needle. The disadvantages of this type of atomizer are high mechanical, temperature, mounting deformations and increased wear caused by misalignment of the needle and the holes in the body and, as a result, the unstable position of the atomizer needle due to the appearance of an unbalanced radial fuel pressure force. This force, acting in the guiding precision mating on the needle, causes direct contact of the surface of the needle with the surface of the body, the wear of which is caused by elastic-plastic deformation during contact friction.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является распылитель форсунки (патент РФ на полезную модель №86668, 51 F02M 49/00), содержащий корпус с размещенными в нем иглой, содержащей хвостовик, направляющую часть и стержень с запирающей частью, топливоподводящими каналами, распыливающими отверстиями и полостью охлаждения под дифференциальной площадкой иглы. Недостатками этого распылителя являются относительно малые поверхность полости охлаждения под дифференциальной площадкой иглы для эффективного теплообмена и прочность корпуса распылителя при реализации повышенных давлений впрыскивания (более 200 МПа).The closest technical solution, selected as a prototype, is an atomizer nozzle (patent of the Russian Federation for utility model No. 866668, 51 F02M 49/00) containing a housing with a needle placed in it, containing a shank, a guide part and a rod with a locking part, fuel supply channels spray holes and a cooling cavity under the differential pad of the needle. The disadvantages of this atomizer are the relatively small surface of the cooling cavity under the differential pad of the needle for effective heat transfer and the strength of the atomizer body when realizing increased injection pressures (more than 200 MPa).

Настоящее изобретение направлено на совершенствование конструкции иглы и полости охлаждения с увеличением прочности корпуса для реализации повышенных давлений впрыскивания при обеспечении высокого ресурса распылителя.The present invention is aimed at improving the design of the needle and the cooling cavity with an increase in the strength of the housing to realize increased injection pressures while ensuring a high atomizer life.

Решение поставленной задачи достигается тем, что полость охлаждения выполнена состоящей из двух камер, образующая которой выполнена в виде З-образной кривой с образованием турбулизирующего выступа для более интенсивного отвода теплоты от корпуса распылителя.The solution to this problem is achieved by the fact that the cooling cavity is made up of two chambers, the generatrix of which is made in the form of a 3-shaped curve with the formation of a turbulent protrusion for more intensive heat removal from the atomizer body.

Верхняя камера полости охлаждения содержит турбулизирующие переходы в виде чашеобразных углублений, расположенных соосно с топливоподводящими каналами в месте сопряжения их с образующей полости. Благодаря турбулизирующим переходам осуществляется первичная турбулизация топлива, которая интенсифицирует начальную стадию отвода теплоты от направляющего прецизионного сопряжения.The upper chamber of the cooling cavity contains turbulent transitions in the form of cup-shaped recesses located coaxially with the fuel supply channels in the place of their interface with the generatrix of the cavity. Thanks to the turbulent transitions, primary fuel turbulence is carried out, which intensifies the initial stage of heat removal from the directing precision mating.

Диаметр направляющей части иглы и ее стержень уменьшены до значений, отвечающих условиям жесткости и устойчивости при образовании дифференциальной площадки, а отношение диаметров направляющей части и стержня иглы составляет 1,15. Хвостовик иглы выполнен коническим со сферической поверхностью контакта со штангой в целях уменьшения площади контакта для снижения вероятности перекоса иглы при ее движении.The diameter of the guide part of the needle and its shaft are reduced to values that meet the conditions of rigidity and stability during the formation of the differential pad, and the ratio of the diameters of the guide part and the shaft of the needle is 1.15. The shank of the needle is made conical with a spherical surface of contact with the rod in order to reduce the contact area to reduce the likelihood of the needle skewing when it moves.

Заявленное техническое решение, обеспечивая увеличение площади полости охлаждения и турбулентное движение топлива при впрыскивании, преследует цель снижения тепловой нагруженности распылителя. Уменьшение диаметра стержня иглы при увеличении объема топлива в зазоре между корпусом и стержнем необходимо для обеспечения равнопроточности проходных сечений гидравлического тракта. Уменьшение диаметра направляющей части иглы способствует снижению радиальной составляющей силы давлений топлива, действующей на иглу, что в свою очередь позволит уменьшить ее износ при значительном увеличении давления впрыскивания топлива (более 200 МПа). Кроме того, уменьшение диаметра направляющей части иглы позволит увеличить прочность корпуса распылителя в области перехода наружных диаметров.The claimed technical solution, providing an increase in the area of the cooling cavity and turbulent movement of fuel during injection, is aimed at reducing the thermal load of the atomizer. A decrease in the diameter of the needle shaft with an increase in the volume of fuel in the gap between the body and the shaft is necessary to ensure equal flow through sections of the hydraulic path. Reducing the diameter of the guide part of the needle helps to reduce the radial component of the pressure force of the fuel acting on the needle, which in turn will reduce its wear with a significant increase in fuel injection pressure (more than 200 MPa). In addition, reducing the diameter of the guide part of the needle will increase the strength of the spray gun body in the transition area of the outer diameters.

Заявляемое техническое решение представлено следующими чертежами, где на фиг.1 и 2 соответственно изображены продольный и поперечный разрез объемной модели распылителя форсунки.The claimed technical solution is presented by the following drawings, where Figures 1 and 2 respectively show a longitudinal and transverse section of a three-dimensional model of a nozzle atomizer.

Распылитель форсунки содержит: 1 - корпус, 2 - направляющая часть иглы, 3 - конусный хвостовик иглы с контактной сферой, 4 - топливоподводящие каналы в корпусе, 5 - верхняя камера полости охлаждения, 6 - нижняя камера полости охлаждения, 7 - запирающее сопряжение, 8 - распыливающие отверстия, 9 - стержень иглы, 10 - турбулизирующий выступ, 11 - турбулизирующие переходы.The nozzle nozzle contains: 1 - body, 2 - needle guide, 3 - tapered needle shank with contact sphere, 4 - fuel supply channels in the housing, 5 - upper cooling chamber, 6 - lower cooling chamber, 7 - locking mate, 8 - spray holes, 9 - needle shaft, 10 - turbulizing protrusion, 11 - turbulizing transitions.

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

Топливо под высоким давлением поступает по топливоподводящим каналам 4 в турбулизирующие переходы 11. При движении потока топлива из турбулизирующих переходов 11 в верхнюю камеру 5 полости охлаждения осуществляется первичная его турбулизация, которая интенсифицирует начальную стадию отвода теплоты от направляющего прецизионного сопряжения. По мере продвижения топлива из верхней камеры 5 пристеночный вихревой поток топлива при впрыскивании, двигаясь вдоль образующей поверхности к нижней камере 6 полости охлаждения и наталкиваясь на турбулизирующий выступ 10 образующей поверхности, образует турбулентный вихрь. Создание турбулентного движения топлива совместно с увеличением суммарной площади поверхности двухкамерной полости охлаждения дополнительно интенсифицирует отвод теплоты от корпуса, снижая таким образом его температуру. Затем давление топлива воздействует на дифференциальную площадку иглы, заставляя ее подниматься, преодолевая усилие пружины (не показана) хвостовиком 3, на заданную величину. По мере подъема иглы топливо из нижней камеры 6 полости охлаждения устремляется к распыливающим отверстиям 8, расположенным в корпусе ниже запирающего сопряжения 7 иглы. Из распыливающих отверстий 8 топливо поступает в камеру сгорания. По мере истечения топлива из распыливающих отверстий 8 давление падает и под действием усилия пружины игла перемещается в запирающее сопряжение 7, прекращая тем самым подачу топлива в камеру сгорания.Fuel under high pressure enters the turbulent transitions 11 through the fuel supply channels 4. When the fuel flow moves from the turbulent transitions 11 to the upper chamber 5 of the cooling cavity, its primary turbulization is carried out, which intensifies the initial stage of heat removal from the precision guiding interface. As the fuel moves from the upper chamber 5, the near-wall vortex fuel flow during injection, moving along the forming surface to the lower chamber 6 of the cooling cavity and encountering the turbulent protrusion 10 of the forming surface, forms a turbulent vortex. The creation of turbulent movement of fuel, together with an increase in the total surface area of the two-chamber cooling cavity, additionally intensifies the removal of heat from the housing, thereby reducing its temperature. Then the fuel pressure acts on the differential pad of the needle, forcing it to rise, overcoming the force of the spring (not shown) by the shank 3, by a predetermined amount. As the needle rises, fuel from the lower chamber 6 of the cooling cavity rushes to the spray holes 8 located in the housing below the locking interface 7 of the needle. From the spray holes 8, the fuel enters the combustion chamber. As the fuel flows out of the spray holes 8, the pressure drops and under the action of the spring force, the needle moves to the locking mate 7, thereby stopping the supply of fuel to the combustion chamber.

Таким образом, заявляемое техническое решение способствует повышению ресурса распылителя за счет снижения тепловой нагруженности увеличением суммарной площади поверхности полости охлаждения и турбулизации движения топлива вдоль ее образующей. Изменение геометрических параметров иглы заключается в уменьшении диаметров направляющей части, стержня и образовании конуса со сферой на хвостовике. Отношение диаметров направляющей части и стержня составляет D₁/D₂=1,15 и отвечает условиям жесткости и устойчивости при образовании дифференциальной площадки, что приводит к снижению радиальной силы в направляющем сопряжении при повышенных давлениях впрыскивания. Полученное в итоге снижение массы иглы уменьшает осевую силу в запирающем сопряжении. Снижение радиальной и осевой сил обеспечивает уменьшение износа поверхностей направляющего и запирающего прецизионных сопряжений. Создание конусного хвостовика со сферой снижает вероятность перекоса иглы при перемещении в корпусе.Thus, the claimed technical solution helps to increase the resource of the atomizer by reducing the heat load by increasing the total surface area of the cooling cavity and turbulizing the movement of fuel along its generatrix. Changing the geometric parameters of the needle is to reduce the diameters of the guide part, the rod and the formation of a cone with a sphere on the shank. The ratio of the diameters of the guide part and the rod is D ₁ / D ₂ = 1.15 and meets the conditions of stiffness and stability during the formation of a differential pad, which leads to a decrease in the radial force in the guiding mate at high injection pressures. The resulting reduction in needle mass reduces axial force in the locking mate. The reduction of radial and axial forces provides a decrease in wear of the surfaces of the guide and locking precision mates. Creating a tapered shank with a sphere reduces the likelihood of the needle skewing when moving in the body.

Claims

1. A spray nozzle of a diesel engine comprising a housing, a needle disposed therein, a shank, a guide part and a rod with a locking part, and fuel supply channels made in the housing, spray holes, a cooling cavity under the differential needle platform, characterized in that the cooling cavity consists of two chambers, and the cavity generatrix is made in the form of a 3-shaped curve with the formation of a turbulent protrusion, while the upper chamber of the cooling cavity at the interface with the fuel supply channels contains t turbulent transitions made in the form of cup-shaped recesses.

2. The sprayer according to claim 1, characterized in that the ratio of the diameters of the guide part and the needle shaft is 1.15, and the needle shaft is made conical with a spherical surface for contact with the rod.