СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ МНОГОЦИЛИНДРОВОГО ДИЗЕЛЯ И НАСОС-ФОРСУНКА ДЛЯ НЕЕ Российский патент 1997 года по МПК F02M39/00 F02M57/02 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в многоцилиндровых дизелях.

В системах топливоподачи многоцилиндровых дизелей существует проблема обеспечения на разных режимах работы равномерности подачи топлива в цилиндры дизеля. Особенно актуально решение этой проблемы для систем топливоподачи многоцилиндровых дизелей с насос-форсунками, которые обеспечивают более высокие давления впрыскивания, чем системы топливоподачи с раздельными топливными насосами высокого давления и форсунками.

Известны системы топливоподачи многоцилиндровых дизелей, содержащие источник подачи топлива под постоянным давлением, гидравлически связанные с ним насос-форсунки, каждая из которых снабжена отдельным устройством регулирования подачи топлива, и механизм управления, соединенный с устройствами регулирования подачи топлива насос форсунками [1]
В этих системах топливоподачи многоцилиндровых дизелей использованы насос-форсунки, и содержащие корпус с каналами подвода и отвода топлива и насосной камерой, которая соединена с указанными каналами посредством соответствующих окон, плунжер, установленный в насосной камере с возможностью возвратно-поступательного перемещения и поворота вокруг своей оси и имеющий отсечную кромку, расположенную по углом к оси плунжера, соединенный с насосной камерой распылитель и зубчато-реечное устройство регулирования подачи топлива, предназначенное для поворота плунжера вокруг своей оси, в результате чего происходит изменение активного хода плунжера между первым положением его хода, в котором он перекрывает окно, соединенное с каналом подвода топлива, и вторым положением его хода, в котором он своей управляющей кромкой открывает окно, соединенное с каналом отвода топлива.

В таких системах топливоподачи возникают значительные трудности обеспечения равномерности подачи топлива в цилиндры дизеля вследствие невозможности стендовой регулировки системы на требуемую равномерность подачи топлива соответствующими насос-форсунками. Кроме того, наличие в каждой насос-форсунке своего устройства регулирования подачи топливам и плунжера с отсечной кромкой, расположенной под углом к его оси, усложняет насос-форсунку и уменьшает срок ее службы.

Известна также система топливоподачи многоцилиндрового дизеля, содержащая источник подачи топлива под постоянным давлением, гидравлически последовательно соединенный с ним регулируемый дроссель, связанный с управляющим устройством, и насос-форсунки с насосными камерами, в которые гидравлически соединены последовательно с регулируемым дросселем и параллельно между собой посредством гидравлической разветвленной цепи, включающей в себя трубопроводы и соединяющие их переходники, каждый из которых выполнен с подводящим каналом и по меньшей мере двумя отводящими каналами, соединенными, соответственно, с подводящими и отводящими трубопроводами [5]
Использование в этой системе единого регулирующего устройства - регулируемого дросселя, а также насос-форсунок с плунжерами, у которых управляющие кромки расположены перпендикулярно осям плунжеров, упрощает систему. Однако, расположение по меньшей мере одного отводящего трубопровода соосно с каналом, соединенным с подводящим трубопроводом, ухудшает равномерность подачи топлива в цилиндры дизеля на разных режимах работы из-за влияния скоростного напора в трубопроводах на наполнение насосных камер разных насос-форсунок.

Известны также насос-форсунки для такой системы топливоподачи, содержащие корпус с первым каналом подвода топлива, вторым каналом отвода топлива и насосной камерой, соединенной с первым каналом посредством первого окна и со вторым каналом посредством второго окна, подвижно установленный в насосной камере плунжер, перекрывающий в первом положении своего хода первое окно и открывающий во втором положении своего хода второе окно, гидравлически соединенный с насосной камерой распылитель, дроссель, установленный в первом канале, и обратный клапан, установленный во втором канале [6]
Такие насос-форсунки обеспечивают получение достаточно высоких показателей работы дизеля. Однако, равномерность подачи топлива в цилиндры дизеля на разных режимах работы при использовании этих известных насос-форсунок недостаточна.

Кроме того, известны системе топливоподачи многоцилиндровых дизелей с насос-форсунками и единым устройством регулирования подачи топлива, выполненным в виде роторного распределителя, установленного между источником подачи топлива под давлением, каналами подвода топлива к насос-форсункам и сливным каналом [2,3] а также системы топливоподачи с насос-форсунками, имеющими клапаны регулирования подачи топлива с электромагнитным приводом [4] Такие системы сложнее вышеуказанной системы с регулируемым дросселем.

Таким образом, несмотря на большое число известных систем топливоподачи многоцилиндровых дизелей и насос-форсунок для них, задача обеспечения равномерности подачи топлива в цилиндры дизеля на разных режимах работы без значительного усложнения системы не решена.

В основу изобретения поставлена задача создания системы топливоподачи многоцилиндрового дизеля, обеспечивающей необходимую равномерность подачи топлива в цилиндры дизеля на разных режимах работы без значительного усложнения самой системы и входящих в нее элементов.

Эта задача решается тем, что в системе топливоподачи многоцилиндрового дизеля, содержащей источник подачи топлива под постоянным давлением, гидравлически последовательно соединенный с ним регулируемый дроссель, связанный с управляющим устройством, и насос-форсунки с насосными камерами, которые гидравлически соединены последовательно с регулируемым дросселем и параллельно между собой посредством гидравлической разветвленной цепи, включающей в себя трубопроводы и, по меньшей мере один, соединяющий их переходник с подводящим каналом, соединенным с подводящим трубопроводом и, по меньшем мере двумя, отводящими каналами, соединенными с отводящими трубопроводами, согласно изобретению каждый отводящий трубопровод расположен под углом, близким к прямому, к подводящему трубопроводу.

Такое выполнение системы позволяет уменьшить влияние на процесс топливоподачи динамических волновых процессов, происходящих при поступлении топлива в насосные камеры разных насос-форсунок, и способствует повышению равномерности подачи топлива в насосные камеры разных насос-форсунок, а следовательно, и в цилиндры дизеля на разных режимах работы. При этом сама система практически не усложнена.

По меньшей мере в одном канале переходника может быть установлен обратный клапан, препятствующий распространению разрывов сплошности потока топлива, возникающих в частях гидравлической цепи при работе системы. Это также способствует повышению равномерности подачи топлива в насосные камеры разных насос-форсунок при незначительном усложнении системы.

Вышеуказанная задача решается также тем, что насос-форсунка для системы топливоподачи многоцилиндрового дизеля с источником подачи топлива под постоянным давлением и регулируемым дросселем, связанным с управляющим устройством, содержащая корпус с первым каналом подвода топлива, вторым каналом отвода топлива и насосной камерой, соединенной с первым каналом посредством первого окна и со вторым каналом посредством второго окна, подвижно установленный в насосной камере плунжер, перекрывающий в первом положении своего хода первое окно и во втором положении своего хода второе окно, гидравлически соединенный с насосной камерой распылитель, дроссель, установленный в первом канале, и первый обратный клапан, установленный во втором канале, согласно изобретению снабжена вторым обратным клапаном, установленным между насосной камерой и распылителем. Такое выполнение насос-форсунки позволяет исключить влияние объема топлива, остающегося в распылителе и подходящих к нему каналах, на наполнение насосной камеры, что также способствует повышению равномерности подачи топлива в цилиндры дизеля.

Насос-форсунка может быть снабжена третьим обратным клапаном, установленным в первом канале перед дросселем. Такое выполнение насос-форсунки исключает обратный выброс топлива из насосной камеры в начале насосного хода плунжера до перекрытия им первого окна, что также способствует повышению равномерности подачи топлива в цилиндры дизеля.

Дроссель насос-форсунки может быть выполнен сменным или регулируемым. Такое выполнение позволяет повысить равномерность подачи топлива в цилиндры дизеля путем подбора или регулировки дросселя при регулировке системы топливоподачи на стенде, причем регулировка не нарушается при установке насос-форсунок на дизель.

Таким образом, отличительные признаки системы топливоподачи в целом и ее частей насос-форсунок связанны единым изобретательским замыслом и направлены на решение одной задачи с достижением одного и того же технического результата.

На фиг. 1 схематично изображена система топливоподачи многоцилиндрового дизеля; на фиг. 2 переходник в разрезе место 1 на фиг. 1; на фиг. 3 - насос-форсунка в продольном разрезе; на фиг. 4 в увеличенном масштабе место II на фиг. 3, другой вариант.

Как оказано на фиг. 1, система топливоподачи многоцилиндрового дизеля содержит источник 1 подачи топлива под постоянным давлением, регулируемый дроссель 2 и насос-форсунки 3.

В состав источника 1 подачи топлива под постоянным давлением входят топливный бак 4, фильтры 5 и 6, топливоподающий насос 7 низкого давления, приводимый двигателем (не показан), и регулятор давления 8, соединенный с топливным баком 4 посредством сливного трубопровода 9.

Регулируемый дроссель 2 гидравлически последовательно соединен с источником 1 подачи топлива под постоянным давлением посредством напорного трубопровода 10 и связан с управляющим устройством 11, включающим в себя датчики 12, 13 параметров работы дизеля (не показан), задатчик 14, управляемый оператором, процессор 15, к которому подключены датчики и задатчик, и электрический узел 16 управления регулируемым дросселем 2.

Регулируемый дроссель 2 содержит корпус 17 с каналом 18, соединенным с напорным трубопроводом 10, каналом 19, соединенным с трубопроводом 20, и расточкой 21, в которой установлен подвижный золотник 22, связанный с подвижным элементом 23 электрического узла 16 управления регулируемым дросселем 2.

Золотник 22 имеет рабочую кромку 24, перекрывающую каналы 18, 19, в результате чего происходит дросселирование потока топлива, проходящего из канала 18 в канал 19 и далее в трубопровод 20.

Каждая насос-форсунка 3 (фиг. 3) содержит корпус 25 с первым каналом 26 подвода топлива, вторым каналом 27 отвода топлива и насосной камерой 28, выполненной во втулке 29 и соединенной с первым каналом 26 посредством первого окна 30 и со вторым каналом 27 посредством второго окна 31. В насосной камере 28 подвижно установлен плунжер 32, соединенный с толкателем 33, предназначенным для взаимодействия с кулачком (не показан) механизма привода непосредственно или через передаточное устройство (не показаны). Между корпусом 25 и толкателем 33 установлена пружина 34.

Плунжер 32 имеет проточку 35 между рабочими кромками 36, 37 и канал 38, соединяющий проточку 35 с насосной камерой 28. Во втором канале 27 корпуса 25 установлен первый обратный клапан 39, выполненный в виде шарика, поджатого пружиной40. Насос-форсунка 3 имеет распылитель 41 закрытого типа с сопловыми отверстиями 42, предназначенными для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля (не показан), и запорным элементом-иглой 43 поджатой пружиной 44, размещенной в надыгольной полости 45, выполненный во втулке 46. Подыгольная полость 47 распылителя 41 соединена с насосной камерой 28 при помощи канала 48. Между насосной камерой 28 и распылителем 41 установлен второй обратный клапан 49. Надыгольная полость 45 сообщена со вторым каналом 27 корпуса 25 через клапан 50, предназначенный для поддержания заданного давления в надыгольной полости 45.

В первом канале 26 корпуса установлен дроссель 51, который может быть выполнен регулируемый (дроссель 51а, фиг. 3) или сменным (дроссель 51b, фиг. 4). Регулируемый дроссель 51a (фиг. 4) снабжен иглой 52, предназначенной для регулирования его проходного сечения. Кроме того, в канале 26 (фиг. 4) может быть установлен третий обратный клапан 53.

Насосные камеры 28 насос-форсунок 3 через первые каналы 26 гидравлически соединены последовательно с регулируемый дросселем 2 и параллельно между собой посредством разветвленной гидравлической цепи (фиг.1), включающей в себя трубопроводы 20, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61 и соединяющие их переходники 62, 63, 64. Каждый переходник (фиг.2) имеет один подводящий канал 65, соединенный с подводящим трубопроводом 20 (для переходников 63, 64, подводящими трубопроводами являются трубопроводы 54, 55) и два отводящих канала 66, 67 (переходник 62) или три отводящих канала (у переходников 63, 64 каналы не показаны). Отводящие каналы переходников соединены с отводящими трубопроводами, у переходника 62 с трубопроводами 54, 55, у переходника 63 - соответственно с трубопроводами 56, 57, 58, у переходника 64 соответственно с трубопроводами 59, 60, 61. Каждый отводящий трубопровод (трубопроводы 54, 55 для переходника 62) расположен под углом, близким к прямому к подводящему трубопроводу (трубопроводу 20 для переходника 62). В отводящих каналах 66, 67 переходника 62 установлены обратные клапаны 68, 69. Вторые каналы 27 насос-форсунок 3 посредством трубопроводов 70-76 соединены с топливным баком 4.

Описанная система топливоподачи многоцилиндрового дизеля с описанными насос-форсунками работает следующим образом.

Топливоподкачивающий насос 7 низкого давления подает топливо из топливного бака 4 в регулируемый дроссель 2 под постоянным давлением, поддерживаемым регулятором давления 8. Процессор 15управляющего устройства 11 в зависимости от сигналов, поступающих от датчиков 12, 13 и задатчика 14, посредством электрического узла 16 управления устанавливает в заданное положение золотник 22 регулируемого дросселя 2, который поддерживает в трубопроводе 20 давление меньше, чем давление топлива, поступающего к регулируемому дросселю 2 по трубопроводу 10. Топливо из трубопровода 20 через переходник 62, трубопроводы 54, 55, переходники 63, 64 и трубопроводы 56-61 поступает к насос-форсункам 3.

В каждой насос-форсунке 3 топливо поступает через первый канал 26 и дроссель 51a или 51b к окну 30.

В крайнем нижнем положении плунжера 32 насосная камера 28 разобщена от канала 26. В начале движения плунжера 32 вверх вместе с толкателем 33 под действием пружины 34 при соответствующем движении кулачка механизма привода (не показаны) геометрический объем насосной камеры 28 увеличивается, и остающееся в ней топливо переходит в парообразное состояние. При открытий окна 30 рабочей кромкой 36 плунжера 32 топливо из канала 26 через окно 30, проточку 35 и канал 38 начинает поступать в насосную камеру 28. Поступление топлива в насосную камеру 28 прекращается, когда рабочая кромка 36 плунжера 32 перекрывает окно 30 при движении плунжера 32 вниз вместе с толкателем 33 под действием кулачка механизма привода (не показан). При этом заполнение насосной камеры 28 топливом зависит от продолжительности открытия окна 30 и от давления топлива в окне 30, определяемого дросселированием потока топлива регулируемым дросселем 2 и дросселем 51 насос-форсунке, так что в момент перекрытия окна 30 часть объема насосной камеры 28 оказывается занятой парами топлива.

При насосном ходе плунжера 32 (движение плунжера вниз) сначала пары топлива в насосной камере 28 переходят в жидкое состояние, и только после этого происходит сжатие жидкого топлива.

При повышении давления жидкого топлива в насосной камере 28 оно через клапан 49 и канал 48 поступает в подыгольную полость 47 распылителя 41 и при заданном давлении преодолевает усилие пружины 44 и давление и надыгольной полости 45, в результате чего игла 43 открывает сопловые отверстия 42, и топливо впрыскивается в цилиндр дизеля (не показан). Впрыскивание топлива заканчивается при открытии второго окна 31 кромкой 37 плунжера 32. При этом топливо из насосной камеры 28 через обратный клапан 39, канал 27 и соответствующий трубопровод 70-76 поступает в топливный бак 4.

Для обеспечения равномерности подачи топлива в разные цилиндры двигателя производят регулировку системы на стенде (не показан) путем подбора сменных дросселей 51b разных насос-форсунок 3, либо путем регулировки регулируемых дросселей 51a. При этом после установки системы на дизель не происходит нарушения регулировки.

Обратный клапан 49 способствует стабильности подачи топлива насос-форсунок благодаря тому, что исключает влияние объема топлива, заполняющего канал 48 и подыгольную полость 47 распылителя 41, на наполнение насосной камеры 28. Клапан 50, поддерживающий заданное давление в надыгольной полости 45, способствует дополнительному гидрозапиранию иглы 43 распылителя, в результате чего улучшаются начальная и завершающая фазы процесса впрыскивания. Описанное взаимное расположение трубопровода способствует равномерности подачи топлива в цилиндры дизеля благодаря тому, что исключает вредное влияние на равномерность наполнения насосных камер насос-форсунок динамических процессов в трубопроводах. Обратные клапаны 53, 68, 69 препятствуют распространению разрыва сплошности потоков топлива, благодаря чему также повышается равномерность подачи топлива.

Таким образом, описанная система топливоподачи многоцилиндрового дизеля и насос-форсунки для нее улучшает эксплуатационные характеристики дизеля без существенного его усложнения и удорожания.

Использование: двигатели внутреннего сгорания, в частности многоцилиндровые дизели. Сущность изобретения: система топливоподачи многоцилиндрового дизеля содержит источник подачи топлива под давлением, гидравлически последовательно соединенный с ним регулируемый дроссель, связанный с управляющим устройством, и насос-форсунки с насосными камерами, которые гидравлически соединены последовательно с регулируемым дросселем и параллельно между собой посредством гидравлически разветвленной цепи, включающей в себя трубопроводы и переходники. Каждый подводящий трубопровод, соединенный с переходником, расположен под углом, близким к прямому, к отводящим трубопроводам, соединенным с тем же переходником. Насос-форсунка для системы топливоподачи многоцилиндрового дизеля снабжена обратным клапаном, установленным между насосной камерой и распылителем. Дроссель, установленный в канале подвода топлива к насосной камере насос-форсунки, может быть сменным или регулируемым. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система топливоподачи многоцилиндрового дизеля, содержащая источник подачи топлива под постоянным давлением, гидравлически последовательно соединенный с ним регулируемый дроссель, связанный с управляющим устройством, и насос-форсунки с насосными камерами, которые соединены последовательно с регулируемым дросселем и параллельно между собой посредством гидравлической разветвленной цепи, включающей в себя трубопроводы, по меньшей мере один соединяющий их переходник с подводящим каналом и по меньшей мере двумя отводящими каналами, отличающаяся тем, что каждый отводящий трубопровод расположен под углом, близким к прямому, к подводящему трубопроводу и по меньшей мере в одном отводящем канале переходника установлен обратный клапан. 2. Насос-форсунка для системы топливоподачи многоцилиндрового дизеля с источником подачи топлива под постоянным давлением и регулируемым дросселем, связанным с управляющим устройством, содержащий корпус с первым каналом подвода топлива, вторым каналом отвода топлива и насосной камерой, соединенной с первым каналом посредством первого окна и с вторым каналом посредством второго окна, подвижно установленный в насосной камере плунжер, перекрывающий в первом положении своего хода первое окно и открывающий во втором положении своего хода второе окно, соединенный с насосной камерой распылитель, дроссель, установленный в первом канале, первый обратный клапан, установленный во втором канале, и второй обратный клапан, установленный между насосной камерой и распылителем, отличающаяся тем, что она снабжена третьим обратным клапаном, установленным в первом канале перед дросселем. 3. Насос-форсунка по п.2, отличающаяся тем, что дроссель выполнен сменным. 4. Насос-форсунка по п.2, отличающаяся тем, что дроссель выполнен регулируемым.