СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДИЗЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F02M59/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системам подачи топлива дизелей и может быть использовано, например, в автотранспорте.

Известна система подачи топлива дизеля, содержащая топливный насос высокого давления кулачкового типа, блок подпитки, подключенный через обратный клапан с трубопроводу высокого давления, камеру переменного объема, нагнетательный клапан и форсунку с игольчатым клапаном (Авторское свид.СССР N 1557347, кл. F 02 M 59/00).

В известной системе решается задача регулирования формы и сдвига по фазе импульса давления в линии гидрозапирания игольчатого клапана, а высокое давление в подигольной полости форсунки образуется с помощью насоса высокого давления. При этом дозирование топлива зависит от уровня высокого давления на выходе указанного насоса, что является недостатком системы.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является система подачи топлива дизеля, содержащая гидронасос высокого давления кулачкового типа, установленный на валу дизеля, гидроаккумулятор, мультипликатор давления, выполненный с последовательно расположенными и разделенными между собой входной, управляющей и выходной полостями, первый и второй обратные клапаны с соответствующими входами и выходами, трубопровод высокого давления, форсунку, сообщенную с выходной полостью мультипликатора давления и с выходом первого обратного клапана, блок подпитки, основной выход которого через второй обратный клапан подключен к выходу гидронасоса высокого давления, и электронный блок управления, причем выход упомянутого гидронасоса сообщен через трубопровод высокого давления с входной полостью мультипликатора давления.

Мультипликатор давления в указанной системе выполнен с поршнем и плунжером, механически соединенными между собой, при этом поршень разделяет входную и управляющую полости, а плунжер разделяет управляющую и выходную полости. (Пинский Ф.И. Электронное управление впрыскиванием топлива в дизелях, Учебное пособие, Коломенский филиал ВЗПИ, 1989 г. стр. 72-75, рис.19а).

Недостатком указанной системы является наличие управляемого клапана с электромагнитом и золотникового распределителя, имеющие ограниченное быстродействие и определяющие невысокую точность дозировки топлива. Формирование цикловой подачи топлива осуществляется здесь в каждом рабочем цикле, что усложняет техническую реализацию системы и не может обеспечить высокой точности дозирования при требуемых частотах работы дизеля. Кроме того питание электромагнита для обеспечения высокого быстродействия требует в импульсе большого значения тока, что определяет сложную конструкцию электронного блока управления и является причиной электромагнитных помех.

В предложенной системе подачи топлива дизеля решаются задачи улучшения характеристик впрыска, повышения точности дозирования путем использования объемного регулирования, при котором корректирование параметров цикловой подачи не связано с частотой рабочих циклов дизеля и не зависит от колебаний уровня высокого давления. В системе обеспечивается раздельное регулирование угла опережения впрыска, величины давления впрыска и объема цикловой подачи. В предложенной системе решается также задача уменьшения потребляемой электроэнергии и снижения электромагнитных помех.

Указанные задачи решаются тем, что система подачи топлива дизеля, содержащая гидронасос высокого давления кулачкового типа, установленный на валу дизеля, гидроаккумулятор, мультипликатор давления, выполненный с последовательно расположенными и pазделенными между собой входной, управляющей и выходной полостями, первый и второй обратные клапаны с соответствующими входами и выходами, трубопровод высокого давления, форсунку, сообщенную с выходной полостью мультипликатора давления и с выходом первого обратного клапана, блок подпитки, основной выход которого через второй обратный клапан подключен к выходу гидронасоса высокого давления, и электронный блок управления, причем выход упомянутого гидронасоса сообщен через трубопровод высокого давления с входной полостью мультипликатора давления, снабжена двум мембранными блоками, каждый из которых выполнен с последовательно расположенными рабочей, управляющей и компенсационной полостями, разделенными между собой мембранами с перфорированными упорами, разделителем сред с двумя полостями, подключенными соответственно к трубопроводу высокого давления и к гидроаккумулятору, тремя камерами переменного объема, каждая из которых выполнена с вытеснителем, и тремя электроуправляемыми приводами, выходы которых механически связаны с вытеснителями соответствующих камер переменного объема, блок подпитки снабжен дополнительным выходом, выходы первых двух камер переменного объема сообщены с управляющими полостями соответствующих мембранных блоков, выход третьей камеры переменного объема сообщен с гидроаккумулятором, рабочая полость первого мембранного блока подключена к трубопроводу высокого давления, рабочая полость второго мембранного блока подключена к управляющей полости мультипликатора давления, компенсационные полости обоих мембранных блоков подключены к основному выходу блока подпитки, дополнительный выход которого подключен к входу первого обратного клапана, а входы электроуправляемых приводов подключены к соответствующим выходам электронного блока управления.

В системе подачи топлива дизеля с указанной совокупностью существенных признаков обеспечивается высокая точность дозирования топлива путем раздельного регулирования в отдельных подсистемах угла опережения впрыска, величины давления впрыска и объема цикловой подачи. Реализованная в системе объемное регулирование определяет независимость дозирования топлива от частоты рабочих циклов дизеля и от колебаний уровня высокого давления.

В предложенной системе подачи топлива дизеля гидроаккумулятор может быть выполнен в упрощенном виде, а именно в виде емкости с жидкостью.

В предложенной системе подачи топлива дизеля гидроаккумулятор может быть выполнен в виде отдельных пневмогидравлических аккумуляторов, объединенных по выходам и заряженных на различные величины давлений.

Это обеспечивает возможность изменения уровня давления впрыска за счет регулировки уровня высокого давления гидроаккумулятора.

В предложенной системе подачи топлива дизеля блок подпитки может быть снабжен одним насосом, выход которого образует объединенные между собой основной и дополнительный выходы указанного блока подпитки. При этом система функционирует с единой топливной средой как в линии высокого давления, так и в линии впрыска топлива.

В предложенной системе подачи топлива дизеля блок подпитки может быть снабжен двумя насосами, выходы которых образуют соответственно основной и дополнительный выходы указанного блока подпитки. При этом система функционирует с разделенными средами в линиях высокого давления и впрыска, что позволяет исключить топливо в линии высокого давления и использовать в ней, например, минеральное масло.

В предложенной системе подачи топлива дизеля в мультипликаторе давления могут быть использованы мембраны или сильфоны для разделения входной, управляющей и выходной полостей. При этом устраняются утечки и дополнительно повышается точность дозирования топлива.

В предложенной системе подачи топлива дизеля электроуправляемый привод может быть выполнен в виде электрогидравлического следящего привода с гидроцилиндром на выходе. При этом осуществляется преобразование электрического управляющего сигнала в механическое перемещение поршня гидроцилиндра простыми техническими средствами.

В предложенной системе подачи топлива дизеля каждый из электроуправляемых приводов может быть снабжен на выходе профильной линейкой с профильными поверхностями по числу рабочих цилиндров дизеля, каждая из которых предназначена для соединения с вытеснителем соответствующей камеры переменного объема.

При этом в системе подачи топлива многоцилиндрового дизеля в каждой его подсистеме, регулирующих угол опережения впрыска, величину давления впрыска и объем цикловой подачи, требуется только по одному электроуправляемому приводу, благодаря чему упрощается общая конструкция системы.

На фиг.1 представлен пример выполнения системы подачи топлива в один из цилиндров дизеля в соответствии с изобретением; на фиг.2 пример выполнения гидроаккумулятора; на фиг.3,4 примеры выполнения блока подпитки; на фиг.5 - пример выполнения электроуправляемого привода с подключенной профильной линейкой; на фиг.6-9 графики формирования цикловой подачи.

Система подачи топлива дизеля содержит гидронасос 1 (фиг.1) высокого давления кулачкового типа, установленный на валу дизеля, гидроаккумулятор 2, мультипликатор давления 3, выполненный с последовательно расположенными и разделенными между собой входной 4, управляющей 5 и выходной 6 полостями, первый и второй обратные клапаны 7,8 с соответствующими входами и выходами, трубопровод 9 высокого давления, форсунку 10, сообщенную с выходной полостью мультипликатора давления 3 и с выходом первого обратного клапана 7, блок подпитки 11, основной выход 12 которого через второй обратный клапан 8 подключен к выходу гидронасоса 1 высокого давления, и электронный блок управления 13, причем выход упомянутого гидронасоса 1 сообщен через трубопровод 9 высокого давления с входной полостью мультипликатора давления 3.

Система подачи топлива дизеля снабжена двумя мембранными блоками 14,15, каждый из которых выполнен с последовательно расположенными рабочей 16, управляющей 17 и компенсационной 18 полостями, разделенными между собой мембранами с перфорированными упорами (мембраны на фиг.1 изображены сплошными линиями, а перфорированные упоры штриховыми).

Система снабжена также разделителем сред 19 с двумя полостями, подключенными соответственно к трубопроводу 9 высокого давления и к гидроаккумулятору 2, тремя камерами 20,21,22 переменного объема, каждая из которых выполнена с вытеснителем, и тремя электроуправляемыми приводами 23,24,25, выходы которых механически связаны с вытеснителями соответствующих камер 20,21,22 переменного объема.

Блок подпитки 11 снабжен дополнительным выходом 26. При этом выходы камер 20,21 переменного объема соединены с управляющими полостями 17 мембранных блоков 14,15. Выход камеры 22 переменного объема соединен с гидроаккумулятором 2. Рабочая полость 16 мембранного блока 14 подключена к трубопроводу 9 высокого давления, рабочая полость мембранного блока 15 подключена к управляющей полости 5 мультипликатора давления 3. Компенсационные полости 18 мембранных блоков 14, 15 подключены к основному выходу 12 блока подпитки 11, дополнительный выход 25 которого подключен к входу обратного клапана 7, а входы электроуправляемых приводов 23, 24, 25 подключены к соответствующим выходам электронного блока управления 13.

Мультипликатор давления 3, как это показано на фиг.1, может быть выполнен с поршнем 27 и плунжером 28, механически соединенными между собой и разделяющими полостями 4,5,6.

В мультипликаторе давления 3 для разделения полостей 4,5,6 могут быть использованы также мембраны или сильфоны.

Гидроаккумулятор 2 может быть выполнен в виде емкости с жидкостью.

Гидроаккумулятор 2 может быть выполнен также в виде "n" отдельных пневмогидравлических аккумуляторов 29 (фиг.2), объединенных по выходам и заряженных на различные величины давлений.

Блок подпитки 11 может быть снабжен одним насосом 30 (фиг.3), выход которого образует основной 12 и дополнительный 26 выходы указанного блока подпитки 11.

Блок подпитки 11 может быть снабжен двумя насосами 31, 32 (фиг.4), выходы которых образуют соответственно основной 12 и дополнительный 26 выходы указанного блока подпитки 11.

Каждый из электроуправляемых приводов 23,24,25 может быть выполнен в виде электрогидравлического следящего привода, снабженного электронным усилителем 33 (фиг. 5), элементом обратной связи 34, гидроцилиндром 35 и гидрораспределителем 36 с подключенными к нему насосом подпитки 37 и сливным баком 38. Элемент обратной связи выполнен в виде потенциометра, как это показано на фиг.5. Движок потенциометра механически соединен с поршнем гидроцилиндра 35, а электрически с входом обратной связи усилителя 33.

Каждый из электроуправляемых приводов 23,24,25 может быть снабжен на выходе профильной линейкой 39 (фиг.5) с профильными поверхностями по числу "j" рабочих цилиндров дизеля. Каждая из поверхностей предназначена для соединения с вытеснителем соответствующей камеры 20,21,22 переменного объема.

Камеры 20,21,22 переменного объема могут быть выполнены в виде гидроцилиндров.

Электронный блок управления 13 входит в комплекс единой системы управления дизелем и может быть выполнен с использованием микропроцессорной техники.

Топливная форсунка 10 может быть выполнена с игольчатым клапаном и возвратной пружиной, как в известной системе-прототипе.

Система содержит также устройство дренажа, которое на фиг.1 не показано.

Представленная фиг. 1 отражает пример выполнения системы подачи топлива только для одного из рабочих цилиндров дизеля.

При подаче топлива в многоцилиндровый дизель соответственно числу цилиндров увеличивается число топливных форсунок 10, мембранных блоков 14,15, мультипликаторов давления 3, обратных клапанов 7,8, разделителей сред 19, камер 20,21,22 переменного объема. Общим остаются насос 1 высокого давления, в котором количество рабочих камер выполняется в соответствии с числом рабочих цилиндров дизеля, а также гидроаккумулятор 2, блок подпитки 11 и электронный блок управления 13.

Благодаря применению профильных линеек 39 с числом профильных поверхностей, равным числу рабочих цилиндров, число самих электроуправляемых приводов в системе подачи топлива многоцилиндрового дизеля не превышает трех, как этого на фиг.1.

Система подачи топлива дизеля работает следующим образом.

Вращение коленчатого вала дизеля вызывает возвратно-поступательное движение плунжера гидронасоса 1 высокого давления кулачкового типа, благодаря чему осуществляется циклическое нагнетание рабочей жидкости в трубопровод 9. При этом формируемая насосом 1 подача превышает по объему требуемую цикловую подачу топлива и перекрывает весь диапазон возможных углов опережения.

В системе производится дозирование топлива с использованием объемного регулирования, не связанного с частотой рабочих циклов дизеля и с колебаниями уровня высокого давления при раздельном регулировании угла опережения впрыска, объема цикловой подачи и давления впрыска.

Электронный блок управления 13 формирует на своих выходах сигналы управления U1упр, U2упр, U3упр, определяющие входные воздействия для подсистем, регулирующих соответственно угол опережения впрыска, объем цикловой подачи и давление впрыска.

Мультипликатор давления 3 обеспечивает возможность снижения уровня давления, создаваемого насосом 1. Объем вытеснения насоса должен быть при этом больше предельной цикловой подачи топлива с учетом коэффициента мультипликации. В качестве насоса 1 высокого давления могут использоваться обычные объемные гидронасосы.

Объем жидкости, вытесняемой гидронасосом 1 высокого давления через трубопровод 9, поступает в полость 4 мультипликатора давления 3, с помощью которого в полости 6 преобразуется в требуемую цикловую подачу топлива, направляемую в форсунку 10.

На фиг. 6 представлен график предельной цикловой подачи W" в осях: Q - расход жидкости, Φ текущий угол поворота вала дизеля. Здесь v_o- - предельный угол опережения относительно верхней мертвой точки j-ого цилиндра дизеля (положение этой точки показано штриховой линией).

Регулирование угла опережения впрыска топлива производится за счет поглощения части предельного объема W", вытесняемого плунжером насоса 1 в рабочей полости 16 мембранного блока 14.

По сигналу управления U1упр, поступающему с блока управления 13, электроуправляемый привод 23 перемещает поршень гидроцилиндра 35 и связанный с ним вытеснитель камеры 20 переменного объема. Величина хода вытеснителя камеры 20 определяет объем жидкости, направляемый в управляющую полость 17 мембранного блока 14.

В процессе всасывания насоса 1 указанный объем заполняет часть его рабочей полости 16 мембранного блока 14, поднимая мембрану о жесткого перфорированного упора. В процессе нагнетания насоса 1 жидкость из трубопровода 9 вытесняет этот объем из рабочей полости 16 с компенсационную полость 18, преодолевая давление подпитки от блока 11.

При этом ход мембраны ограничивается перфорированным упором, а объем поглощаемой жидкости равен объему, вытесненному из камеры 20 переменного объема.

На фиг.7 представлен график скорректированной цикловой подачи W' с требуемым углом Φ₁ опережения впрыска.

По сигналу управления U2упр, поступающему с блока управления 13, с помощью электроуправляемого привода 24 производства перемещения вытеснителя камеры 21 переменного объема и внедрение требуемого объема жидкости в управляющую полость 17 мембранного блока 15.

Ход плунжера 28 в мультипликаторе давления 3 определяется при этом объемом, который вытесняется в рабочую полость 16 мембранного блока 15, благодаря чему формируется требуемый объем цикловой подачи, равный произведению площади плунжера 28 на его ход.

На фиг.8 представлен сформированный таким образом объем цикловой подачи W.

Заполнение полости 6 мультипликатора давления 3 производится от блока подпитки 11 через обратный клапан 7.

По сигналу управления U3упр, поступающему с блока управления 13, с помощью электроуправляемого привода 25 производится перемещение вытеснителя камеры 22 переменного объема и внедрение требуемого объема жидкости в аккумулятор 2. При этом соответственно увеличивается уровень рабочего давления гидроаккумулятора 2. Следовательно увеличивается и уровень давления в трубопроводе 9 высокого давления, т.к. давления в обоих полостях разделителя сред 19 устанавливаются равными.

Уровень давления в трубопроводе 9 высокого давления определяет давление впрыска и скорость перемещения плунжера 28 мультипликатора давления 3 силу того, что впрыск происходит через дросселируемые отверстия форсунки. Следовательно, при заданном объеме цикловой подачи (с помощью камеры 21 переменного объема) уровень давления определяет продолжительность впрыска топлива.

На фиг.9 представлены графики цикловой подачи W1, E2, W3 (W1 W2 W3) при уровнях давлений впрыска Р1, Р2, Р3 соответственно, причем Р1 > Р2 > Р3.

Компенсация утечек в системе, выполнение условий всасывания для насоса 1, а также приведение в исходное состояние мембранных блоков 14,15 осуществляется с помощью блока подпитки 11. Компенсация утечек производится через обратный клапан 8.

Выполнение блока подпитки 11 с одним насосом 30 и объединенными выходами 12,26, как это представлено на фиг.3, опpеделяет наличие одной и той же топливной среды в линии высокого давления и линии впрыска.

Выполнение блока подпитки 11 с двумя насосами 31,32, как это представлено на фиг.4, определяет возможность разделения сред и применения топлива только в линии впрыска, при этом в канале нагнетания может быть применена любая другая жидкость, например, минеральное масло. Это позволяет снизить требования к технологии изготовления деталей системы.

Таким образом, реализация предложенной системы подачи топлива дизеля в сравнении с известной системой-прототипом не требует установки управляемых клапанов с электромагнитами с большой импульсной мощностью, благодаря чему снижаются потребляемая электроэнергия и уровень электромагнитных помех. Дозирование топлива в предложенной системе осуществляется с более высокой точностью благодаря объемному регулированию, не связанному с частотой рабочих циклов дизеля и с колебаниями уровня высокого давления, при раздельном регулировании угла опережения впрыска, величины давления впрыска и объема цикловой подачи топлива.

Использование: двигателестроение, а именно системы подачи топлива дизелей и может быть использовано, например, в автотранспорте. Сущность изобретения: система подачи дизеля содержит гидронасос 1 высокого давления кулачкового типа, гидроаккумулятор 2, мультипликатор давления, топливную форсунку 10, обратные клапаны 7,8 блок подпитки 11, и электронный блок управления 13. С целью улучшения характеристик впрыска, повышения точности дозирования путем использования объемного регулирования при раздельном регулировании угла опережения впрыска, величины давления впрыска и объема цикловой подачи в систему введены два мембранных блока 14,15 каждый из которых выполнен с последовательно расположенными рабочей 16, управляющей 17 и компенсационной 18 полостями, разделенными между собой мембранами с перфорированными упорами, разделитель сред 19 с двумя полостями, три камеры 20-22 переменного объема, и три электроуправляемых привода 23-25, выходы которых механически соединены с вытеснителями соответствующих камер переменного объема. Предложено различное выполнение гидроаккумулятора, блока подпитки, представлены примеры выполнения электроуправляемого привода и мультипликатора давления. В системе осуществляется дозирование топлива с высокой точностью и обеспечивается снижение потребляемой электроэнергии и электромагнитных помех. 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система подачи топлива дизеля, содержащая гидронасос высокого давления кулачкового типа, установленный на валу дизеля, гидроаккумулятор, мультипликатор давления, выполненный с последовательно расположенными и разделенными между собой входной, управляющей и выходной полостями, первый и второй обратные клапаны с соответствующими входами и выходами, трубопровод высокого давления, форсунку, сообщенную с выходной полостью мультипликатора давления и с выходом первого обратного клапана, блок подпитки, основной выход которого через второй обратный клапан подключен к выходу гидронасоса высокого давления, и электронный блок управления, причем выход упомянутого гидронасоса сообщен через трубопровод высокого давления с входной полостью мультипликатора давления, отличающаяся тем, что она снабжена двумя мембранными блоками, каждый из которых выполнен с последовательно расположенными рабочей, управляющей и компенсационной полостями, разделенными между собой мембранами с перфорированными упорами, разделителем сред с двумя полостями, подключенными соответственно к трубопроводу высокого давления и гидроаккумулятору, тремя камерами переменного объема, каждая из которых выполнена с вытеснителем, и тремя электроуправляемыми приводами, выходы которых механически связаны с вытеснителями соответствующих камер переменного объема, блок подпитки снабжен дополнительным выходом, выходы первых двух камер переменного объема сообщены с управляющими полостями соответствующих мембранных блоков, выход третьей камеры переменного объема сообщен с гидроаккумулятором, рабочая полость первого мембранного блока подключена к трубопроводу высокого давления, рабочая полость второго мембранного блока подключена к управляющей полости мультипликатора давления, компенсационные полости обоих мембранных блоков подключены к основному выходу блока подпитки, дополнительный выход которого подключен к входу первого обратного клапана, а входы электроуправляемых приводов подключены к соответствующим выходам электронного блока управления. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что гидроаккумулятор выполнен в виде емкости с жидкостью. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что гидроаккумулятор выполнен в виде отдельных пневмогидравлических аккумуляторов, объединенных по выходам и заряженных на различные величины давлений. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок подпитки снабжен одним насосом, выход которого образован объединенными между собой основным и дополнительным выходами указанного блока подпитки. 5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок подпитки снабжен двумя насосами, выходы которых образуют соответственно основной и дополнительный выходы указанного блока подпитки. 6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что мультипликатор давления выполнен с мембранами, а входная, управляющая и выходная полости ограничены мембранами. 7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в мультипликаторе давления использованы сильфоны для разделения входной, управляющей и выходной полостей. 8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что электроуправляемый привод выполнен в виде электрогидравлического следящего привода с гидроцилиндром на выходе. 9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что каждый из электроуправляемых приводов снабжен на выходе профильной линейкой с профильными поверхностями по числу рабочих цилиндров дизеля, каждая из линеек соединена с вытеснителем соответствующей камеры переменного объема.