СПОСОБ ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С НЕРАЗДЕЛЕННОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02M47/00 F02M57/02 

Изобретение относится к системе подачи топлива, в частности для дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания.

Известен способ подачи топлива для дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания (заявка Японии N 63259156, МКИ4 F 02 V 47/00, опубл. 1988), при котором плунжером насоса высокого давления подают топливо в насос-форсунку со ступенчатым поршнем, вначале в полость под ступенью поршня малого диаметра через открытый первый перепускной электромагнитный клапан и далее через открытый второй перепускной электромагнитный клапан топливо направляют на слив. После закрытия первого перепускного электромагнитного клапана топливо от насоса высокого давления направляют в полость под ступенью поршня большого диаметра, перемещают ступенчатый поршень, закрывают второй перепускной электромагнитный клапан на сливе топлива, повышают давление в полости под ступенью поршня малого диаметра, впрыскивают топливо через распылитель форсунки в цилиндр дизельного двигателя. Заканчивают впрыскивание топлива в момент открытия второго перепускного электромагнитного клапана, когда топливо направляют на слив, открывают первый перепускной электромагнитный клапан и ступенчатый поршень возвратной пружиной перемещают в исходное положение.

Этот способ реализован в системе подачи топлива, содеpжащей насос высокого давления с перепускным электромагнитным клапаном, два топливопровода и насос-форсунку с другим перепускным электромагнитным клапаном, включающий корпус насоса-форсунки с рабочим цилиндром ступенчатого диаметра с размещенным в рабочем цилиндре ступенчатым поршнем со ступенью поршня большого диаметра и со ступенью поршня малого диаметра, возвратную пружину, систему каналов подвода-отвода топлива.

Недостатком такого способа подачи топлива является неэффективный, большой расход топлива насосом высокого давления при наполнении полости под ступенью поршня малого диаметра насоса-форсунки, когда первый и второй перепускные электромагнитные клапана открыты и большая часть топлива поступает на слив, что требует существенного увеличения активного хода и диаметра плунжера насоса высокого давления.

Недостатком системы подачи топлива, реализующей этот способ, является то, что насос высокого давления соединен с насосом-форсункой двумя топливопроводами, что усложняет систему и ухудшает ее компактность.

Известен также способ подачи топлива для дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания (заявка ФРГ N 3730479, МКИ6 F 02 M 57/02, опубл. 11.05.88), более близкий к предлагаемому изобретению, при котором плунжером дозирующего насоса подают через двойной обратный клапан регулируемое по началу и концу количество топлива в насос-форсунку со ступенчатым поршнем. Вначале в полость над ступенью поршня большого диаметра, далее через соединительный обратный клапан в полость под ступенью поршня малого диаметра перемещают ступенчатый поршень, повышают давление в полости под ступенью поршня малого диаметра, впрыскивают через распылитель форсунки топливо в цилиндр дизельного двигателя. Заканчивают впрыскивание и перемещение ступенчатого поршня в момент отсечки топлива плунжером дозирующего насоса, перемещают ступенчатый поршень возвратной пружиной в исходное положение, создают двойным обратным клапаном остаточное давление после окончания впрыскивания топлива, противодействующее силе обратной пружины и удерживающее ступенчатый поршень в положении зависания его перед упором.

Этот способ реализован в системе впрыскивания топлива для дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания, содержащей дозирующий насос высокого давления с двойным обратным клапаном, топливопровод и насос-форсунку, включающую корпус насоса-форсунки с внутренней расточкой ступенчатого диаметра, размещенный во внутренней расточке ступенчатого диаметра, ступенчатый поршень со ступенью поршня большого диаметра и со ступенью поршня малого диаметра с возможностью возвратно-поступательного перемещения с выполненным в поршне сквозным осевым каналом и установленным в канале соединительным обратным клапаном для сообщения полости над ступенью поршня большого диаметра и полости под ступенью поршня малого диаметра.

Недостатком известного способа является низкий уровень остаточного давления, который ограничивается площадью поперечного сечения ступени поршня большого диаметра и силой возвратной пружины при положении ступенчатого поршня зависания его перед упором. При низкой величине остаточного давления топливо в период наполнения и в начале перемещения ступенчатого поршня находится в полости под ступенью поршня малого диаметра в двухфазном состоянии (топливо и пузырьки воздуха), что, как известно, снижает скорость распространения импульсов давления и увеличивает сжимаемость топлива, а следовательно уменьшает максимальное давление впрыскивания и количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр дизельного двигателя, а также удлиняет продолжительность впрыскивания, то есть ухудшает параметры впрыскивания.

Недостатком системы впрыскивания топлива, реализующей известный способ, является то, что наличие соединительного обратного клапана уменьшает давление топлива под ступенью поршня малого диаметра при наполнении на величину давления открытия этого клапана в исходном положении ступенчатого поршня зависания его перед упором. Ступенчатый поршень не позволяет повышать давление над ступенью поршня большого диаметра и под ступень поршня малого диаметра перед началом перемещения ступенчатого поршня, поскольку ступенчатый поршень начинает перемещаться одновременно с началом перемещения плунжера дозирующего насоса.

Задача предлагаемого изобретения повышение давления впрыскивания и увеличение количества топлива, подаваемого насосом-форсункой при минимальной затрате мощности двигателя на привод дозирующего насоса высокого давления.

Для решения задачи в предлагаемом изобретении плунжером дозирующего насоса подают регулируемое по началу и концу и регулируемое по давлению количество топлива в насос-форсунку со ступенчатым поршнем, повышают это давление, одновременно в полости у запорной поверхности ступени поршня большого диаметра и в полости под ступенью поршня малого диаметра перед началом перемещения ступенчатого поршня, увеличением давления начала перемещения до давления, характеризующего однофазное состояние топлива, перемещают ступенчатый поршень повышенным давлением, вторично повышают давление в полости под ступенью поршня малого диаметра в соответствии с повышенным давлением над ступенью поршня большого диаметра, впрыскивают через распылитель форсунки топливо в цилиндр дизельного двигателя.

Величину регулируемого давления топлива, подаваемого плунжером дозирующего насоса, определяют давлением начала открытия перепускного электромагнитного клапана, открываемого силой давления топлива и закрываемого силой, развиваемой электромагнитом.

Величину перемещения ступенчатого поршня выбирают из условия равенства объемов топлива, вытесняемого плунжером дозирующего насоса за период активного хода плунжера, и объема, высвобождаемого ступенью поршня большого диаметра за этот период и заполняемого вытесненным топливом.

Ступень поршня большого диаметра со стороны упора выполняют с дифференциальной поверхностью, площадь которой больше площади поперечного сечения ступени поршня малого диаметра, и запорной поверхностью с опорным диаметром запорной поверхности, большим малого диаметра ступенчатого поршня.

Насос-форсунку выполняют с кольцевой питающей полостью с управляющей кромкой, размещенной в корпусе насос-форсунки вокруг ступени поршня малого диаметра, сообщенной топливопроводом с дозирующим насосом.

Ступень поршня малого диаметра выполняют с глухим осевым каналом, выходящим в полость под ступенью поршня малого диаметра и сообщенным с глухим осевым каналом, одним и более радиальным каналом с управляющими окнами, взаимодействующими при возвратно-поступательном перемещении ступенчатого поршня с управляющей кромкой кольцевой питающей полости, соединяя и разъединяя питающую полость с полостью под ступенью поршня малого диаметра.

Упор ступенчатого поршня выполняют с уплотняющей, например конической поверхностью, с возможностью самоустановки по опорному диаметру запорной конической поверхности ступени поршня большого диаметра.

На чертеже показаны схемы способа подачи топлива для дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания согласно изобретению и устройство для его осуществления, где изображены насос-форсунка 1, дозирующий насос высокого давления 2, перепускной электромагнитный клапан 3, топливопровод 4, нагнетательный клапан 5.

Насос-форсунка содержит корпус 6 с внутренней расточкой ступенчатого диаметра с образованием ступени цилиндра большого диаметра 7 и ступени цилиндра малого диаметра 8. Во внутренней расточке корпуса ступенчатого диаметра размещен ступенчатый поршень, состоящий из ступени поршня большого диаметра 9 и ступени поршня малого диаметра 10. Ступень поршня малого диаметра прижата к ступени поршня большого диаметра возвратной пружиной 11, которая одновременно прижимает ступень поршня большого диаметра к упору 12. Упор прижат к торцу корпуса насоса-форсунки 13 нажимной гайкой 14. Возвратная пружина опирается на регулировочную прокладку 15.

Ступень поршня большого диаметра имеет дифференциальную поверхность 16 и запорную коническую поверхность 17. Упор выполнен с внутренней конической поверхностью 18.

Ступень поршня малого диаметра выполнена с глухим осевым каналом 19 и радиальным каналом 20 с управляющими окнами 21.

К торцу корпуса насоса-форсунки 22 прикреплены гайкой распылителя 23 промежуточная втулка 24, проставка 25 и корпус распылителя 26 с иглой 27. Внутри промежуточной втулки 24 размещена пружина 28, прижимающая через штангу 29 иглу распылителя 27 к седлу 30.

В корпусе насоса-форсунки 6 выполнены кольцевая питающая полость 31 с управляющей кромкой 32, каналы подвода-отвода топлива 33, 34 и дренажные каналы 35, 36, 37. В промежуточной втулке 24 выполнены топливоподводящий канал 38 и дренажный канал 39. В проставке 25 имеется топливоподводящий канал 40, в корпусе распылителя 26 топливный канал 41.

В насосе-форсунке 1 дифференциальная поверхность 16 ступени поршня большого диаметра 9, запорная поверхность 17 и стенка ступени цилиндра большого диаметра 7 образуют полость 42 перед запорной поверхностью ступени поршня большого диаметра, а торцовая поверхность 43 ступени поршня малого диаметра 10 и стенка ступени цилиндра малого диаметра 8 со стороны распылителя образуют полость 44 под ступенью поршня малого диаметра.

Устройство подачи топлива работает следующим образом.

Дозирующий насос высокого давления 2 подает регулируемое по началу и концу и регулируемое по давлению количество топлива в насос-форсунку 1 через перепускной электромагнитный клапан 3, топливопровод 4 и нагнетательный клапан 5.

При достижении определенного давления перепускной электромагнитный клапан 3 открывается давлением топлива и топливо сливается в полость низкого давления дозирующего насоса 2, а полость 42 перед запорной поверхностью ступени поршня большого диаметра и полость 44 под ступенью поршня малого диаметра заполняются топливом под этим давлением по каналам 33, 34.

Момент, когда перепускной электромагнитный клапан 3 закроется силой, развиваемой электромагнитом, будет считаться геометрическим началом подачи, после чего давление на участке от дозирующего насоса 2 до насоса-форсунки 1 будет резко увеличиваться. Топливо при увеличенном давлении будет поступать одновременно в полость 42 у запорной поверхности ступени поршня большого диаметра и в полость 44 под ступенью поршня малого диаметра по радиальному каналу 20 и осевому каналу 19. Ступенчатый поршень будет оставаться в исходном положении на упоре 12 до тех пор, пока сила давления топлива, действующая на разность площадей дифференциальной поверхности 16 и площади поперечного сечения ступени поршня малого диаметра 10, не будет превышать усилие возвратной пружины 11, и когда давление достигнет величины, характеризующей однофазное состояние топлива (топливо и растворенные в топливе пузырьки воздуха).

Давление начала перемещения ступенчатого поршня определяется давлением отрыва запорной конической поверхности 17 ступени поршня большого диаметра 9 от внутренней конической поверхности 18 упора 12. Далее давление топлива будет действовать на полную площадь поперечного сечения ступени поршня большого диаметра 9 и ступенчатый поршень будет перемещаться со скоростью, определяемой объемной скоростью топлива, создаваемой плунжером дозирующего насоса, при этом величина перемещения ступенчатого поршня определяется из условия равенства объемов топлива, вытесняемого плунжером дозирующего насоса за период активного хода плунжера и объема, высвобождаемого ступенью поршня большого диаметра за этот период и заполняемого вытесненным топливом.

После перекрытия управляющих окон 21 радиального канала 20 управляющей кромкой 32 питающей кольцевой полости 31 давление в полости 44 под ступенью поршня малого диаметра будет повышаться в соответствии с отношением площадей поперечного сечения ступени поршня большого диаметра 9 и ступени поршня малого диаметра 10 и в соответствии с повышенным давлением над ступенью поршня большого диаметра, которое может быть выбрано определенной величины, снижающей нагрузку на привод дозирующего насоса высокого давления 2. Повышающееся давление из полости 44 поступает по каналам 38, 40, 41 в корпус распылителя 26, откроет иглу 27, перемещая ее от седла 30 в направлении, противоположном направлению движения потока топлива, и топливо при повышенном давлении будет впрыскиваться в цилиндр дизельного двигателя. Закончится впрыскивание топлива и перемещение ступенчатого поршня, когда произойдет отсечка и прекращение подачи топлива дозирующим насосом высокого давления.

После снижения давления в топливопроводе 4 в кольцевой питающей полости 31 и в полости над ступенью поршня большого диаметра 42 ступенчатый поршень переместится возвратной пружиной 11 в исходное положение на упор 12, осуществляя демпфированную посадку на коническую поверхность 18. Просочившееся топливо через зазоры в ступени поршня большого диаметра 9, в ступени поршня малого диаметра 10, а также через зазор иглы распылителя 27 направляется на слив по каналам 39, 35, 36, 37.

Реализация описанного способа подачи топлива для дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания и устройства для его осуществления согласно предлагаемому изобретению позволит получить повышенное давление впрыскивания (150 250 МПа), увеличить количество топлива, впрыскиваемого насосом-форсункой, получить относительное снижение мощности двигателя, затрачиваемой на привод дозирующего насоса высокого давления, а также улучшить компактность конструкции насоса-форсунки.

Использование: в двигателестроении, в системах подачи топлива для дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания. Сущность изобретения: плунжером насоса высокого давления подают регулируемое по началу и концу и регулируемое по давлению количество топлива в насос-форсунку со ступенчатым поршнем, повышают это давление, одновременно в полости 42 перед запорной поверхностью ступени поршня большего диаметра (БД) и в полости 44 под ступенью поршня малого диаметра 10 (МД) перед началом перемещения СП, увеличением давления начала перемещения до давления, характеризующего однофазное состояние топлива, перемещают СП повышенным давлением, вторично повышают давление в полости 44 под ступенью поршня 10 МД в соответствии с отношением площадей поперечного сечения ступени поршня 9 БД и ступени поршня 10 МД, в соответствии с повышенным давлением над ступенью поршня 9 БД, впрыскивают через распылитель форсунки топливо в цилиндр двигателя. Ступень поршня 9 БД выполняют дифференциальной поверхностью 16, площадь которой больше площади поперечного сечения ступени поршня 10 МД и запорной поверхностью 17 с опорным диаметром запорной поверхности, большим МД ступенчатого поршня 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подачи топлива для дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания, заключающийся в том, что плунжером дозирующего насоса подают регулируемое по началу и концу количество топлива в насос-форсунку со ступенчатым поршнем, вначале в полость над ступенью поршня большого диаметра, далее в полость под ступенью поршня малого диаметра, перемещают ступенчатый поршень давлением, создаваемым плунжером дозирующего насоса, повышают давление в полости под ступенью поршня малого диаметра в соответствии с отношением площадей поршня большого диаметра и поршня малого диаметра, впрыскивают через распылитель форсунки топливо в цилиндр дизельного двигателя, заканчивают впрыскивание и перемещение ступенчатого поршня в момент отсечки топлива плунжером дозирующего насоса, перемещают ступенчатый поршень возвратной пружиной в исходное положение, отличающийся тем, что плунжером дозирующего насоса подают регулируемое по началу и концу и регулируемое по давлению количество топлива в насос-форсунку со ступенчатым поршнем, повышают это давление одновременно в полости у запорной поверхности ступени поршня большого диаметра и в полости под ступенью поршня малого диаметра перед началом перемещения ступенчатого поршня увеличением давления начала перемещения до давления, характеризующего однофазное состояние топлива, перемещают ступенчатый поршень повышенным давлением, вторично повышают давление в полости под ступенью поршня малого диаметра в соответствии с повышенным давлением над ступенью поршня большого диаметра, впрыскивают через распылитель форсунки топливо в цилиндр дизельного двигателя. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину регулируемого давления топлива, подаваемого плунжером дозирующего насоса, определяют давлением начала открытия перепускного электромагнитного клапана, открываемого силой давления топлива и закрываемого силой, развиваемой электромагнитом. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемещают ступенчатый поршень на величину, выбираемую из условия
S_п(F_пл•h_пл.акт) /F_п.б.,
где S_п величина перемещения ступенчатого поршня, мм;
F_п.б. площадь поперечного сечения ступени поршня большого диаметра, мм²;
F_пл. площадь поперечного сечения плунжера дозирующего насоса,мм²;
h_пл.акт активный ход плунжера дозирующего насоса, мм. 4. Устройство подачи топлива для дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания, содержащее дозирующий насос высокого давления, топливопровод и насос-форсунку со ступенчатым поршнем, включающую корпус форсунки с внутренней расточкой ступенчатого диаметра, размещенные во внутренней расточке ступенчатого диаметра упор, ступенчатый поршень со степенью поршня большого диаметра и со ступенью поршня малого диаметра с возможностью возвратно-поступательного перемещения, систему каналов подвода-отвода топлива, возвратную пружину, отличающееся тем, что ступень поршня большого диаметра со стороны упора выполнена с дифференциальной поверхностью, площадь которой больше площади сечения ступени поршня малого диаметра, и запорной поверхностью с опорным диаметром запорной поверхности, большим малого диаметра ступенчатого поршня. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что насос-форсунка выполнена с кольцевой питающей полостью с управляющей кромкой, размещенной в корпусе насос-форсунки вокруг ступени поршня малого диаметра, сообщенной топливопроводом с дозирующим насосом. 6. Устройство по пп. 4 и 5, отличающееся тем, что ступень поршня малого диаметра выполнена с глухим осевым каналом, выходящим в полость под ступенью поршня малого диаметра и сообщенным с глухим осевым каналом, одним и более радиальными каналами с управляющими окнами, взаимодействующими при возвратно-поступательном перемещении ступенчатого поршня с управляющей кромкой кольцевой питающей полости, соединяя и разъединяя питающую полость с полостью под ступенью поршня малого диаметра. 7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что упор ступенчатого поршня выполнен с уплотняющей, например конической, поверхностью с возможностью самоустановки по опорному диаметру запорной конической поверхности ступени поршня большого диаметра.