RU2009364C1

RU2009364C1 - Nozzle for two-stage fuel injection into internal combustion engine

Info

Publication number: RU2009364C1
Authority: RU
Inventors: М.Х. Вейнблат
Original assignee: Акционерное общество "Турбомоторный завод"
Priority date: 1991-03-11
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: nozzle has closed sprayer 6 whose needle 8 is spring-loaded by spring 4 and positioned coaxially to sleeve 9 having precision conjugation with needle 8 and case 1 of sprayer 6. There are stops for arresting movements of needle 8 and sleeve 9 in the direction of spring 4. Magnitude of sleeve 9 stroke is less than magnitude of needle stroke. A stop of maximum displacement of needle 8 is positioned on sleeve 9. . The needle is provided with cylindric collar 12 which is coaxial to the needle. Outer diameter of the collar is less than diameter of conjugation of sleeve 9 with case 1 of sprayer 6. EFFECT: enhanced quality of spraying. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к форсункам для впрыскивания топлива, например, в двигатель внутреннего сгорания, работающий в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузки. The invention relates to mechanical engineering, in particular to nozzles for injecting fuel, for example, into an internal combustion engine operating in a wide range of changes in speed and load.

Известны форсунки для двухступенчатого впрыскивания топлива, у которых начальная фаза впрыскивания топлива осуществляется при частичном подъеме иглы распылителя, а основная фаза впрыскивания осуществляется при полном подъеме иглы распылителя (см. заявку ЕР N 279528, кл. F 02 M 45/08, 61/16). Known nozzles for two-stage fuel injection, in which the initial phase of the fuel injection is carried out with a partial lift of the sprayer needle, and the main injection phase is carried out with the complete lift of the sprayer needle (see application EP N 279528, class F 02 M 45/08, 61/16 )

Известная форсунка содержит корпус распылителя, гильзу, размещенную в корпусе прецизионно с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, подпружиненную иглу, установленную соосно в гильзе прецизионно с возможностью осевого перемещения. Перемещение иглы и гильзы в сторону пружины ограничено упорами, а величина хода гильзы выполнена меньшей, чем величина хода иглы. Упор максимального перемещения иглы размещен на шайбе, установленной между торцом гильзы и пружиной. Поскольку ударные нагрузки при посадке иглы на упор воспринимает указанная шайба, они не приводят к ускоренному износу корпуса форсунки, чем обеспечивается ее надежность. The known nozzle comprises a sprayer housing, a sleeve placed precision in the housing with axial movement relative to the housing, a spring loaded needle mounted axially in the sleeve coaxially with precision. The movement of the needle and the sleeve toward the spring is limited by the stops, and the stroke value of the sleeve is made smaller than the stroke value of the needle. The emphasis on the maximum movement of the needle is placed on the washer installed between the end face of the sleeve and the spring. Since shock loads when the needle is seated against the stop, the specified washer perceives them, they do not lead to accelerated wear of the nozzle body, which ensures its reliability.

Недостатком известной форсунки является то, что ее функционирование обеспечивается только при положительной дифференциальности иглы, т. е. когда диаметр сопряжения иглы с гильзой больше диаметра линии контакта запирающего конуса иглы. При этом давление топлива, действующее на дифференциальную площадку, отрывает иглу от седла в начале впрыскивания. При нулевой или отрицательной дифференциальности (т. е. когда диаметр сопряжения иглы с гильзой выполнен равным или меньшим линии контакта запирающего конуса иглы) отсутствует усилие, отрывающее иглу от седла, и впрыскивание топлива становится невозможным. Этот недостаток сужает возможности варьирования продолжительностью первой и второй ступеней процесса впрыскивания и ограничивает возможность оптимизации форсунки применительно к конкретному двигателю. A disadvantage of the known nozzle is that its operation is ensured only with a positive differential needle, that is, when the diameter of the pairing of the needle with the sleeve is greater than the diameter of the contact line of the locking cone of the needle. In this case, the fuel pressure acting on the differential platform, tears the needle from the seat at the beginning of injection. With zero or negative differential (i.e., when the diameter of the needle to the sleeve is made equal to or less than the contact line of the locking needle cone) there is no force breaking the needle from the seat, and fuel injection becomes impossible. This drawback narrows the possibility of varying the duration of the first and second stages of the injection process and limits the possibility of optimizing the nozzle as applied to a specific engine.

Указанный недостаток устранен в конструкции форсунки для двухступенчатого впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащей корпус распылителя, гильзу, размещенную в корпусе прецизионно с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, подпружиненную иглу, установленную соосно в гильзе прецизионно с возможностью осевого перемещения. Форсунка имеет упоры максимального перемещения гильзы и иглы в сторону пружины, причем величина максимального перемещения гильзы выполнена меньшей, чем величина максимального перемещения иглы. В прототипе отрыв иглы от седла осуществляется в результате взаимодействия уступа на гильзе с кольцом, установленным в канавке иглы, что обеспечивает функционирование форсунки как при положительной, так и при отрицательной дифференциальности иглы. This drawback has been eliminated in the design of the nozzle for two-stage fuel injection into the internal combustion engine, comprising a nozzle body, a sleeve placed precision in the body with axial movement relative to the body, a spring-loaded needle mounted axially in the sleeve coaxially with precision. The nozzle has stops for the maximum movement of the sleeve and needle toward the spring, and the maximum movement of the sleeve is made smaller than the maximum value of the movement of the needle. In the prototype, the needle is detached from the saddle as a result of the interaction of the step on the sleeve with a ring mounted in the needle groove, which ensures the functioning of the nozzle both with positive and negative needle differential.

Недостатком прототипа является пониженная надежность вследствие больших удельных ударных нагрузок, действующих при посадке иглы с большой скоростью на упор, ограничивающий максимальную величину ее подъема и при посадке кольца на гильзу в конце впрыскивания. Возможности снижения ударных нагрузок путем увеличения площади контактирующих поверхностей ограничены, т. к. при этом необходимо увеличение диаметров иглы, гильзы и распылителя, что не всегда возможно, т. к. увеличиваются габариты форсунки. Кроме того, увеличение диаметра иглы приводит к увеличению ее массы и необходимости увеличения усилия пружины, а, следовательно, к возрастанию энергии удара при посадке иглы на упор и седло, что может свести к нулю эффект от увеличения площади контакта. Поскольку упор перемещения иглы в прототипе размещен на корпусе форсунки, ускоренный износ упора приводит к необходимости частой замены всей форсунки. The disadvantage of the prototype is the reduced reliability due to the large specific shock loads acting when landing the needle at high speed against the limit, limiting the maximum value of its rise and when landing the ring on the sleeve at the end of injection. The possibilities of reducing shock loads by increasing the area of contacting surfaces are limited, since it is necessary to increase the diameters of the needle, sleeve, and spray, which is not always possible, since the nozzle dimensions increase. In addition, an increase in the diameter of the needle leads to an increase in its mass and the need to increase the force of the spring, and, consequently, to an increase in the impact energy when the needle lands on the stop and seat, which can nullify the effect of an increase in the contact area. Since the emphasis on the movement of the needle in the prototype is placed on the nozzle body, the accelerated wear of the emphasis necessitates frequent replacement of the entire nozzle.

Целью изобретения является повышение надежности форсунки для двухступенчатого впрыскивания топлива. The aim of the invention is to increase the reliability of the nozzle for two-stage fuel injection.

Указанная цель достигается тем, что форсунка для двухступенчатого впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания содержит корпус распылителя, гильзу, размещенную в корпусе прецизионно, с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, подпружиненную иглу, установленную соосно в гильзе прецизионно, с возможностью осевого перемещения. Форсунка содержит также упоры максимального перемещения иглы и гильзы в сторону пружины, причем, величина хода гильзы выполнена меньшей, чем величина хода иглы. Согласно изобретению упор максимального перемещения иглы размещен на гильзе, а на игле выполнен соосный с ней цилиндрический бурт, внешний диаметр которого меньше диаметра сопряжения гильзы с корпусом распылителя. This goal is achieved by the fact that the nozzle for two-stage injection of fuel into the internal combustion engine contains a sprayer body, a sleeve placed precision in the body, axially movable relative to the body, a spring-loaded needle mounted axially in the sleeve coaxially with precision. The nozzle also contains stops for the maximum movement of the needle and the sleeve toward the spring, moreover, the stroke value of the sleeve is made smaller than the stroke value of the needle. According to the invention, the emphasis of the maximum movement of the needle is placed on the sleeve, and a cylindrical collar coaxial with it is made on the needle, the outer diameter of which is less than the diameter of the coupling of the sleeve with the atomizer body.

Частным случаем исполнения форсунки является выполнение на внутренней поверхности гильзы кольцевой канавки, в которой размещен бурт иглы, причем, ширина канавки больше ширины бурта на величину разницы максимального хода иглы и максимального хода гильзы. На внешней поверхности бурта иглы выполнены две взаимопараллельные плоскости, а на торце гильзы, обращенном к запирающему конусу иглы, выполнен паз, поверхности которого перпендикулярны параллельным плоскостям бурта. A particular case of the nozzle is the execution on the inner surface of the sleeve of the annular groove in which the needle collar is located, moreover, the width of the groove is greater than the width of the collar by the difference between the maximum needle stroke and the maximum sleeve stroke. On the outer surface of the collar of the needle, two mutually parallel planes are made, and on the end of the sleeve facing the locking cone of the needle, a groove is made, the surfaces of which are perpendicular to the parallel planes of the collar.

Другим частным случаем исполнения форсунки является выполнение гильзы из двух частей, сопряженных по плоскости, перпендикулярной оси иглы, причем кольцевая канавка выполнена на торце одной из частей, а бурт иглы размещен между этими торцами. Another particular case of nozzle execution is the execution of a sleeve of two parts, mated along a plane perpendicular to the axis of the needle, with an annular groove made at the end of one of the parts, and the needle shoulder is placed between these ends.

Другим частным случаем исполнения форсунки является выполнение гильзы из двух частей, сопряженных по плоскости перпендикулярной оси иглы, при этом кольцевая канавка выполнена на обоих сопряженных торцах этих частей. Another particular case of the nozzle is the implementation of the sleeve of two parts, mated along the plane perpendicular to the axis of the needle, while the annular groove is made on both mating ends of these parts.

На фиг. 1 изображена форсунка, общий вид в разрезе; на фиг. 2 и 4 представлены частные случаи исполнения форсунки; на фиг. 3 - разрез, поясняющий частный случай, изображенный на фиг. 2. In FIG. 1 shows a nozzle, a General view in section; in FIG. 2 and 4 show particular cases of nozzle execution; in FIG. 3 is a sectional view illustrating a particular case of FIG. 2.

В корпусе 1 с топливоподводящим 2 и дренажным 3 каналами (см. фиг. 1) размещена пружина 4 и винт 5 для регулировки ее затяжки. Распылитель 6 закреплен на корпусе 1 с помощью гайки 7. Игла 8 соосно размещена в гильзе 9 и прижата пружиной 4 с помощью штока 10 своим запирающим конусом 11 к седлу в корпусе распылителя 6. Гильза 9 имеет подвижное прецизионное сопряжение с корпусом распылителя 6 и с иглой 8. На игле 8 выполнен бурт 12 и установлено кольцо 13. Распылитель 6 прижат к плоскому торцу 14 корпуса 1. Торец 14 является упором, ограничивающим величину S₁ максимального хода гильзы 9. Зазор S₂ между торцами бурта 12 и гильзы 9 равен h - S₁, где h - максимальный ход иглы 8. Диаметр линии контакта запирающего конуса иглы равен d, наружный диаметр гильзы 9 равен D. В конкретном примере форсунки, изображенной на фиг. 1, диаметр прецизионного сопряжения иглы 8 и гильзы 9 выполнен равным диаметру d линии контакта запирающего конуса иглы, т. е. дифференциальность иглы 8 δ = 0. Возможны и другие варианты, при которых диаметр этого сопряжения больше d (δ> 0) и меньше d (δ < 0).In the housing 1 with the fuel supply 2 and drainage 3 channels (see Fig. 1) there is a spring 4 and a screw 5 for adjusting its tightening. The spray gun 6 is mounted on the housing 1 by means of a nut 7. The needle 8 is coaxially placed in the sleeve 9 and pressed by the spring 4 with the help of the rod 10 with its locking cone 11 to the seat in the spray housing 6. The sleeve 9 has a movable precision interface with the spray housing 6 and with the needle 8. A collar 12 is made on the needle 8 and a ring 13 is installed. The sprayer 6 is pressed against the flat end 14 of the housing 1. The end 14 is an abutment restricting the value S _{1 of the} maximum stroke of the sleeve 9. The clearance S ₂ between the ends of the shoulder 12 and the sleeve 9 is equal to h - S ₁ , where h is the maximum stroke of the needle 8. The diameter of the line cont the act of the locking cone of the needle is d, the outer diameter of the sleeve 9 is D. In a specific example of the nozzle shown in FIG. 1, the diameter of the precision mating of the needle 8 and the sleeve 9 is made equal to the diameter d of the contact line of the locking cone of the needle, i.e., the differential needle 8 δ = 0. There are other options in which the diameter of this mating is greater than d (δ> 0) and less d (δ <0).

На фиг. 2 представлен частный случай исполнения форсунки, при котором на внутренней поверхности гильзы выполнена канавка 15, в которой размещен бурт 12. Ширина А канавки 15 выполнена большей ширины В бурта 12 на величину h - S₁. Вариант размещения бурта 12 в канавке 15 (см. фиг. 3) предусматривает выполнение на внешней поверхности бурта двух взаимно параллельных плоскостей 16, а на торце гильзы 9, обращенном к запирающему конусу 11, - паза 17, поверхности которого перпендикулярны плоскостям 16. Расстояние между плоскостями 16 выполнено меньшим ширины паза 17. При сборке плоскости 16 бурта 12 совмещаются с пазом 17, бурт 12 вдвигается в паз 17 до совмещения с канавкой 15, после чего разворачивается на 90^о.In FIG. 2 shows a special case of the nozzle, in which a groove 15 is made on the inner surface of the sleeve, in which the shoulder 12 is placed. The width A of the groove 15 is made larger than the shoulder B 12 by the width h - S ₁ . The option of placing the shoulder 12 in the groove 15 (see Fig. 3) involves performing on the outer surface of the shoulder two mutually parallel planes 16, and on the end of the sleeve 9 facing the locking cone 11, a groove 17, the surfaces of which are perpendicular to the planes 16. The distance between planes 16 is smaller than the width of the slot 17. When assembling plane 16 aligned with shoulder 12, groove 17, shoulder 12 slides into the slot 17 to align with groove 15, and then turns ^about 90.

В частном случае исполнения, представленном на фиг. 4, гильза выполнена составной из двух частей 18 и 19, сопряженных по плоскости 20, перпендикулярной оси иглы 8, кольцевая канавка 15 выполнена на одном или обоих сопряженных торцах этих частей, а бурт 12 иглы 8 размещен между ними. In the particular case of execution shown in FIG. 4, the sleeve is made up of two parts 18 and 19, mated along a plane 20, perpendicular to the axis of the needle 8, an annular groove 15 is made on one or both of the mating ends of these parts, and the shoulder 12 of the needle 8 is placed between them.

Форсунка для двухступенчатого впрыскивания работает следующим образом. Импульс давления, создаваемый топливным насосом двигателя (не показан), поступает в полость 21 распылителя 6 и, воздействуя на торец 22 гильзы 9, прижимает ее к кольцу 13 или к торцу бурта 12 иглы 8. Когда усилие от давления топлива в полости 21, воздействующее на торец 22, превысит усилие предварительной затяжки пружины 4, отрегулированное винтом 5, гильза 9 перемещается до упора в торец 14 на величину S₁, поднимая при этом иглу 8, которая таким образом, на первой стадии процесса впрыскивания поднимается на величину S₁, открывая доступ топлива к распыливающим отверстиям распылителя 6 и далее - в камеру сгорания двигателя. Поскольку S₁ меньше максимального хода h иглы 8, дросселирование потока топлива в запирающем конусе иглы велико и впрыскивание топлива в начальной фазе топливоподачи происходит с пониженной интенсивностью.The nozzle for two-stage injection works as follows. The pressure pulse generated by the fuel pump of the engine (not shown) enters the cavity 21 of the spray gun 6 and, acting on the end face 22 of the sleeve 9, presses it against the ring 13 or to the end face of the collar 12 of the needle 8. When the force from the fuel pressure in the cavity 21, the on the end 22, will exceed the pre-tightening force of the spring 4, adjusted by the screw 5, the sleeve 9 is moved all the way to the end 14 by the amount S ₁ , while raising the needle 8, which thus rises by the amount S ₁ in the first stage of the injection process, opening fuel spray the opening of the atomizer 6 and further into the combustion chamber of the engine. Since S _{1 is} less than the maximum stroke h of the needle 8, the throttling of the fuel flow in the locking cone of the needle is large and fuel injection in the initial phase of the fuel supply occurs with reduced intensity.

Вследствие того, что осевое усилие от давления топлива, действующее на иглу 8 меньше, чем усилие от такого же давления топлива, действующее на гильзу 9 (в соответствии с соотношением их площадей), то дальнейший (сверх S₁ ход иглы 8 возможен лишь тогда, когда давление топлива возрастет и усилие, действующее на иглу 8, превысит усилие пружины 4. При этом игла 8 поднимается дополнительно на величину S₂ до упора в торец 22 (т. е. максимальный ход иглы 8: h = S₁ + S₂, проходное сечение распылителя достигает своего максимального значения и происходит впрыскивание основной порции топлива.Due to the fact that the axial force from the fuel pressure acting on the needle 8 is less than the force from the same fuel pressure acting on the sleeve 9 (in accordance with the ratio of their areas), then the further (over S ₁ stroke of the needle 8 is possible only then when the fuel pressure increases and the force acting on the needle 8 exceeds the force of the spring 4. In this case, the needle 8 rises an additional amount of S ₂ until it stops at the end 22 (i.e., the maximum needle travel 8: h = S ₁ + S ₂ , the nozzle cross-section reaches its maximum value and injection occurs tion of the main portion of fuel.

После отсечки подачи топлива насосом высокого давления и снижения давления в плоскости 21 посадка иглы 8 на седле происходит в обратном порядке: сначала игла 8 опускается до упора кольца 13 или ее бурта 12 в торец гильзы 9, затем при соответствующем снижении давления происходит совместное опускание иглы 8 и гильзы 9 и запирание распылителя. After cutting off the fuel supply by the high-pressure pump and reducing the pressure in the plane 21, the needle 8 on the saddle is seated in the reverse order: first, the needle 8 is lowered to the stop of the ring 13 or its collar 12 at the end of the sleeve 9, then, with a corresponding decrease in pressure, the needle 8 is jointly lowered and sleeves 9 and locking the sprayer.

Размещение упора максимального перемещения иглы распылителя на гильзе и выполнение на игле соосно с ней цилиндрического бурта, внешний диаметр которого меньше диаметра сопряжения гильзы с корпусом, повышает надежность форсунки, при этом увеличивается срок службы форсунки. Placing the stop of the maximum movement of the atomizer needle on the sleeve and performing a cylindrical collar coaxially with the needle on the needle, the outer diameter of which is less than the diameter of the coupling between the sleeve and the housing, increases the reliability of the nozzle, while increasing the life of the nozzle.

(56) Заявка ФРГ N 3803749, кл. F 02 M 61/16, опубл. 1988. (56) Application of Germany N 3803749, cl. F 02 M 61/16, publ. 1988.

Claims

1. NOZZLE FOR TWO-STAGE INJECTION OF FUEL INTO THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a sprayer housing, a sleeve placed in the housing with precision axial movement relative to the housing, a spring-loaded needle mounted coaxially in the sleeve with the maximum precision, precision springs, moreover, the magnitude of the stroke of the sleeve is made smaller than the magnitude of the stroke of the needle, characterized in that, in order to increase reliability, the emphasis on the maximum movement of the The liner is placed on the sleeve, and a cylindrical collar coaxial with it is made on the needle, the outer diameter of which is less than the diameter of the interface between the sleeve and the body.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that an annular groove is made on the inner surface of the sleeve with a needle located in the last shoulder, and the width of the groove is greater than the shoulder width by the difference between the maximum needle stroke and the maximum sleeve stroke.

3. Injector according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that on the outer surface of the collar of the needle there are two mutually parallel symmetrical planes, and at the end of the sleeve facing the locking cone of the needle, a groove is made, the surfaces of which are perpendicular to the parallel planes of the collar.

4. Injector according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the sleeve is made of two parts that are mated along a plane perpendicular to the axis of the needle, an annular groove is made at the end of one of the parts, and the needle shoulder is placed between these ends.

5. Injector according to claims 1 and 2, characterized in that the sleeve is made of two parts, mated along the plane perpendicular to the axis of the needle, and an annular groove is made on both mating ends of these parts.