ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДИЗЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК F02M59/44 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к топливной системе высокого давления дизеля, и может быть использовано в топливном насосе высокого давления.

Известно устройство топливной системы высокого давления дизеля с золотниковым насосом высокого давления, содержащим корпус с нагнетательным, всасывающим и сливным каналами, торцовую крышку, втулку плунжера и плунжер с винтовой кромкой, механизм возвратно-поступательного движения плунжера, механизм регулирования цикловой подачи, отсечной механизм подачи топлива. Цикловая подача регулируется путем поворота плунжера с винтовой кромкой, чем достигается изменение активного хода плунжера. Отсечка подачи топлива происходит при нагнетательном ходе плунжера путем сообщения надплунжерного пространства со сливной магистралью насоса и осуществляется посредством постепенного совмещения кольцевых проточек плунжера и втулки с тонкими радиальными отверстиями в них.

Известно также устройство топливной системы высокого давления дизеля, включающее в себя форсунку, топливопровод высокого давления и золотниковый топливный насос высокого давления, содержащий корпус, торцовую крышку, втулку плунжера, плунжер, нагнетательный, всасывающий и сливной каналы, механизм возвратно-поступательного перемещения плунжера, а также механизм поворота плунжера вокруг его продольной оси для регулирования объема цикловой подачи топлива отсечкой. Для этого отсечную кромку выполняют в форме винтовой канавки, образованной на боковой поверхности плунжера. Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатки этих устройств общие: искажение протекания процесса впрыскивания из-за влияния применяемого способа отсечки подачи топлива, выражающееся во вредном дополнительном впрыске (подвпрыске) топлива в цилиндр в результате дросселирования потока топлива при перепуске в момент отсечки.

Качество распыливания топлива, а следовательно, и степень совершенства протекания процесса впрыскивания, определяющего рабочий процесс дизеля, оценивается характеристикой впрыскивания, от протекания заключительной фазы которой зависит и процесс догорания топлива. Необходимо стремиться к тому, чтобы в этой фазе как можно меньшее количество топлива было впрыснуто в цилиндр. Данное требование может быть выполнено при резкой отсечке подачи топлива. В известных устройствах не происходит резкой отсечки подачи топлива из-за дросселирования потока топлива в окнах сливных каналов втулки плунжера, в результате чего не сразу давление в нагнетательной магистрали снижается до давления в сливном канале и некоторое время, уже после ВМТ, продолжается дополнительная подача топлива в трубопровод высокого давления и далее через форсунку в цилиндр, т. е. происходит подвпрыскивание. При таком способе отсечки, когда она (отсечка) идет по линии открывания отсечных окон сливного канала, дросселирование потока топлива неизбежно и не может быть никак устранено, в смысле его вредного влияния на возникновение подвпрыскивании, а следовательно, не может быть устранено и само подвпрыскивание. Влияние процесса подвпрыскивания на рабочий процесс дизеля нельзя скорректировать т. к. подвпрыск происходит в момент расширения газов, т. е. после ВМТ, в результате чего увеличивается период догорания. Следовательно, подвпрыскивание крайне нежелательно: оно повышает удельный расход топлива (т. е. снижает экономичность дизеля), увеличивает дымность выпуска, способствует интенсивному нагарообразованию, а также закоксовыванию сопловых отверстий распылителей и окон втулок цилиндров двухтактных дизелей.

Желательно иметь такой способ отсечки, когда подвспрыск топлива был бы исключен.

Цель изобретения - улучшение процесса впрыска топлива.

Эта цель достигается тем, что в топливной системе высокого давления дизеля, включающей в себя также форсунку с топливопроводом высокого давления, топливный насос высокого давления с корпусом, торцовой крышкой, втулкой плунжера, плунжером, нагнетательным, всасывающим и выполненным в стенках втулки плунжера и корпуса сливным каналами, механизмом возвратно-поступательного перемещения плунжера, рабочей камерой, образованной внутренней поверхностью втулки плунжера и торцами плунжера и крышки, с возможностью сообщения топливопровода высокого давления форсунки с нагнетательным каналом, снабжен подвижной втулкой с выступом на ее внутренней поверхности, установленной коаксиально втулке плунжера с возможностью осевого перемещения вдоль оси последней, механизмом осевого перемещения подвижной втулки, причем в стенке втулки плунжера выполнен сквозной вырез, в котором установлен выступ подвижной втулки с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью плунжера, нагнетательный канал выполнен в стенке корпуса, в выступе подвижной втулки выполнен сквозной нагнетательный канал, сообщающийся с нагнетательным каналом корпуса, в стенке подвижной втулки выполнен сквозной канал, сообщающийся со сливным каналом в корпусе и втулке плунжера, а объем цикловой подачи топлива ограничен объемом втулки плунжера между верхними кромками сливного канала втулки плунжера и сквозного нагнетательного канала, выполненного в выступе подвижной втулки.

Такое формирование объема цикловой подачи топлива позволяет использовать окно сквозного нагнетательного канала в выступе подвижной втулки как отсечное окно для резкого окончания подачи топлива путем перекрытия торцовой кромкой, а затем и боковой поверхностью плунжера, как золотником, окна сквозного нагнетательного канала. Процесс отсечки подачи топлива начинается с момента возникновения дросселирования потока топлива около верхней кромки окна нагнетательного канала, при этом дросселирование усиливается и переходит в полное запирание потока с последующим разрывом струи и полным перекрытием окна сквозного нагнетательного канала, что исключает дополнительный впрыск топлива. Оторванный поток в канале нагнетания под действием импульса сил освобождает часть объема нагнетательного канала, приводя к падению давления топлива в этом объеме, тем самым вызывая срабатывание клапана нагнетательного штуцера, блокируя возможное воздействие обратной волны.

Таким образом, отсечка, начавшись в окне нагнетательного канала, сопровождается дросселированием, переходящим в полное запирание потока, и следующим за ним разрывом струи, что исключает подвпрыск дополнительного топлива.

Для известных устройств характерно, что поскольку окна каналов и сами каналы нагнетания и перепуска топлива для отсечки подачи разобщены, а в конце нагнетания с момента открытия отсечного окна его площадь нарастает постепенно (объемная же скорость подачи в этот момент все еще растет за счет увеличения скорости плунжера), не сразу давление в нагнетательном штуцере снижается до давления в отводящем канале насоса. Поэтому и резкого окончания подачи топлива у известных устройств не происходит из-за чего в момент дросселирования осуществляется подвпрыск дополнительного топлива, что равносильно запаздыванию действительного конца нагнетания.

Таким образом, отсечка, начавшись сопровождается дросселированием потока, переходящим в полное открытие окна перепуска. На момент дросселирования приходится подвспрыск, т. е. дросселирование здесь препятствует осуществлению быстрой отсечки.

Следовательно, объем цикловой подачи в заявленном устройстве не зависит от степени дросселирования при отсечке и определяется только объемом рабочей камеры, а формируется только режимом работы дизеля, когда необходимый объем цикловой подачи выставляется уже с учетом степени дросселирования.

Наоборот, для известных устройств цикловый объем подачи зависит от степени дросселирования в отсечном окне перепуска топлива, что выражается в подвпрыске топлива. Этот подвпрыск не может быть скорректирован автоматикой поддерживания режимов работы дизеля, т. к. подвпрыск происходит после ВМТ.

Необходимо подчеркнуть, что именно противоположность характера образования, развития и протекания процесса дросселирования определяет процесс вспрыскивания без подвпрыскивания в заявленном устройстве и создает условия возникновения подвпрыска в известных устройствах. Так, опытные данные по задвижкам и дроссельным клапанам, подтвержденные теорией, показывают, что даже при 80% перекрытия отсечного окна (случай отсечки по заявленному устройству) потери напора (или степень проявления "вялости" потока нагнетания) составляют всего 10% от полного напора подачи. Следующие за потерями запирание потока и разрыв струи исключают подвпрыскивание.

Очевидно, что по известному способу отсечки картина обратная, а именно: при открытии отсечного окна, например, уже на 20% запирание (дросселирование) потока топлива, идущего на слив, выразится 90% -ной потерей скоростного напора перепускаемого топлива, что препятствует резкому падению давления в надплунжерном пространстве и при все еще возрастающей в этот момент объемной скорости подачи топлива приводит процесс отсечки к созданию дополнительного впрыска.

На фиг. 1 представлена топливная система высокого давления - форсунка, топливопровод высокого давления, поперечное сечение секции топливного насоса высокого давления; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.

Топливная система высокого давления дизеля содержит форсунку 1, топливопровод высокого давления 2, топливный насос высокого давления 3. Насос высокого давления 3 содержит корпус 4, торцовую крышку 5 с каналами подвода 6 и отвода 7 топлива, втулку 8 плунжера со сквозным вырезом 9 в стенке этой втулки, плунжер 10 с приводом в виде кулачковой шайбы 11, размещенной на распределительном валу 12, и ролика 13 толкателя 14 с пружиной возврата 15, подвижную втулку 16 с выступом 17, входящим в сквозной вырез 9 втулки 8 плунжера, механизм осевого перемещения 18 подвижной втулки 16 с выступом 17, состоящий из червячного колеса 19, опертого на упорно-радиальный шарикоподшипник 20 с резьбовой фиксацией в виде фланца 21 и упорного кольца 22, и червяка 23. В стенке корпуса 4 выполнен нагнетательный канал 24, а в выступе 17 подвижной втулки 16 выполнен сквозной Г-образный нагнетательный канал 25, соединяющий рабочую камеру 26 через нагнетательный канал 24 с форсункой 1 посредством нагнетательного клапана 27 нагнетательного штуцера 28. В стенке подвижной втулки 16 выполнен сквозной Г-образный сливной канал 29, сообщающийся со сквозным Г-образным сливным каналом 30 во втулке 8 плунжера и со сливным каналом 31 в корпусе 4 для отвода сливного топлива через клапан 32. Каналы подвода 6 и отвода 7 топлива снабжены обратным клапаном 33 и пpедохранительным клапаном 34 соответственно. Подвижная втулка на нижнем конце имеет резьбовую нарезку 35 и образует с червячным колесом 19 винтовую пару. Червячное колесо 19 установлено в механизме осевого перемещения 18 без возможности осевого смещения, но с возможностью вращательного относительно своей продольной оси движения, которое оно получает от червяка 23. Винты 36 и 37 удерживают подвижную втулку 16 и толкатель 14 соответственно от проворота. Торцовая крышка 5 хвостовой частью 38 с коллектором 39, выполненным в виде сверления, ввинчивается в верхнюю часть втулки 8 плунжера, тем самым фиксируя ее относительно корпуса 4, одновременно соединяя надплунжерное пространство 40 с каналами подвода 6 и отвода 7 топлива.

Система работает следующим образом.

В зависимости от режима работы дизеля червячное колесо 19, вращаясь от червяка 23, перемещает подвижную втулку 16 с выступом 17 и Г-образным нагнетательным каналом 25 в нем относительно продольной оси плунжера 10 так, что образуется соответственно этому режиму положение взаимного размещения верхних кромок сливного канала 30 втулки 8 плунжера и сквозного нагнетательного канала 25 - мгновенное (текущее) положение рабочей камеры 26 с объемом, равным объему данной цикловой подачи топлива. Когда кулачковая шайба 11 выходит из-под ролика 13 толкателя 14, плунжер 10 под действием пружины возврата 15 опускается вниз и топливо через обратный клапан 33 и канал подвода 6 поступает в надплунжерное пространство 40. При подъеме плунжера 10, что происходит в результате набегания кулачковой шайбы 11 распределительного вала 12 на ролик 13 толкателя 14, топливо вначале вытесняется через Г-образный сливной канал 30 во втулке 8 плунжера, сквозной Г-образный сливной канал 29 в стенке подвижной втулки 16, сливной канал 31 в корпусе 4 и далее через обратный клапан 32 к подкачивающему насосу (не показан). Затем плунжер перекрывает сливной канал 30 во втулке 8 плунжера своей боковой поверхностью и топливо начинает сжиматься в рабочей камере 26 и далее вытесняется из нее через Г-образный нагнетательный канал 25 в выступе 17 подвижной втулки 16, нагнетательный канал 24 в стенке корпуса 4, нагнетательный клапан 27 нагнетательного штуцера 28 и топливопровод высокого давления 2 к форсунке 1. После того, как плунжер 10 перекроет отверстие нагнетательного канала 25, а клапан 27 нагнетательного штуцера 28 перекроет нагнетательный канал 24, подача топлива к форсунке 1 прекращается и при дальнейшем ходе плунжера 10 вверх часть топлива из надплунжерного пространства 40 перепускается через предохранительный клапан 34 к фильтрам очистки.

Полное прекращение подачи топлива при остановке двигателя происходит путем совмещения положения верхних кромок отверстий сливного 30 и нагнетательного 25 каналов. В этом случае топливо при ходе нагнетания только сливается через канал 30 и после перекрытия плунжером отверстий каналов 30 и 25 часть топлива из надплунжерного пространства перепускается через предохранительный клапан 34.

(56) Заявка ФРГ N 1947763, кл. F 02 M 59/44, опулик. 1974.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: топливная система высокого давления дизеля содержит форсунки с топливопроводом высокого давления, топливный насос высокого давления с корпусом, торцевой крышкой, втулкой плунжера, плунжером, нагнетательным, всасывающим и сливным каналами, механизмом возвратно-поступательного перемещения плунжера. Топливный насос снабжен подвижной втулкой с выступом на ее внутренней поверхности, установленной коаксиально втулке плунжера, причем в стенке последней выполнен сквозной вырез , в котором установлен выступ подвижной втулки с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью плунжера. Нагнетательный канал выполнен в стенке корпуса, в выступе подвижной втулки выполнен сквозной нагнетательный канал, в стенке подвижной втулки выполнен сквозной сливной канал, сообщающийся со сливным каналом в корпусе и втулке плунжера. Объем цикловой подачи топлива ограничен объемом втулки плунжера между верхними кромками сливного канала втулки плунжера и сквозного нагнетательного канала, выполненного в выступе подвижной втулки. 4 ил.

ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДИЗЕЛЯ, содержащая форсунку с топливопроводом высокого давления, топливный насос высокого давления с корпусом, торцевой крышкой, втулкой плунжера, плунжером, нагнетательным, всасывающим и сливным каналами, механизм возвратно-поступательного перемещения плунжера, причем рабочая камера топливного насоса высокого давления образована внутренней поверхностью втулки плунжера и торцами плунжера и крышки, топливопровод высокого давления форсунки сообщен с нагнетательным каналом, а сливной канал выполнен в стенках втулки плунжера и корпуса, отличающаяся тем, что, с целью улучшения процесса впрыска топлива, топливный насос снабжен подвижной втулкой с выступом на ее внутренней поверхности, установленной коаксиально втулке плунжера с возможностью осевого перемещения вдоль оси последней, механизмом осевого перемещения подвижной втулки, причем в стенке втулки плунжера выполнен сквозной вырез, в котором установлен выступ подвижной втулки с возможностью взаимодействия с боковой поверхностью плунжера, нагнетательный канал выполнен в стенке корпуса, в выступе подвижной втулки выполнен сквозной нагнетательный канал, сообщающийся с нагнетательным каналом корпуса, в стенке подвижной втулки выполнен сквозной сливной канал, сообщающийся со сливным каналом в корпусе и втулке плунжера, а объем цикловой подачи топлива ограничен объемом втулки плунжера между верхними кромками сливного канала втулки плунжера и сквозного нагнетательного канала, выполненного в выступе подвижной втулки.