ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДИЗЕЛЯ ДЛЯ РАБОТЫ НА ДИМЕТИЛОВОМ ЭФИРЕ Российский патент 1999 года по МПК F02M21/02 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливным системам дизельных двигателей, а именно к системам, работающим на сжиженном диметиловом эфире.

Известна топливная система дизеля, обеспечивающая его работу на сжиженном газе, в том числе и на диметиловом эфире, содержащая по меньшей мере один расходный баллон, плунжерный насос высокого давления с полостями подвода и отсечки топлива, соединенный трубками высокого давления с форсунками (см. авторское свидетельство СССР и 1770598 МПК F 02 М 43/00, 1992г.).

Недостаток известной системы заключается в недостаточной стабильности подачи сжиженного топлива.

Техническими результатами, на достижение которых направлено изобретение, являются повышение стабильности подачи сжиженного диметилового эфира путем предотвращения парообразования и разрыва сплошности потока за счет рационального сочетания уровня повышения давления на входе в топливный насос высокого давления и кратности циркуляции через систему низкого давления жидкого диметилового эфира. Это достигается, согласно изобретению, тем, что в топливной системе дизеля, обеспечивающей его работу на сжиженном диметиловом эфире и содержащей по меньшей мере один расходный баллон со сжиженным диметиловым эфиром с двумя вентилями жидкой и паровой фазы, последовательно подсоединенные к вентилю жидкой фазы топливоподкачивающий насос и плунжерный насос высокого давления с полостями подвода и отсечки топлива, соединенный трубками высокого давления с форсунками, подающими диметиловый эфир в цилиндры двигателя в соответствующее время тактов сжатия и расширения, топливоподкачивающий насос выполнен шестеренчатым с объемной подачей, в 6... 8 раз большей, чем объемная подача насоса высокого давления, объемная подача насоса высокого давления в 2 раза больше, а суммарная эффективная площадь проходного сечения распиливающих отверстий форсунок в 1,2...1,5 раза больше, чем при работе на дизельном топливе, в то время как максимальное давление впрыскивания составляет 30...35 МПа, причем сообщающиеся между собой полости подвода и отсечки топлива насоса высокого давления выполнены односторонними, плунжерные пары с дренажными канавками в гильзах, соединенными с полостью подвода, а подплунжерная полость насоса сообщена с системой впуска двигателя, в то время как полость отсечки подсоединена к вентилю паровой фазы расходного баллона через подпружиненный клапан, обеспечивающий давление диметилового эфира в полостях подвода и отсечки на уровне, в 2...3 раза большем, чем давление насыщенных паров диметилового эфира. Кроме того, в гильзах плунжерных пар насоса высокого давления выполнены дополнительные кольцевые канавки, соединенные с системой смазки дизеля.

На фиг. 1 представлена топливная система дизеля для работы на сжиженном диметиловом эфире, на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 - плунжерная гильза с дренажем и подводом масла.

Топливная система дизеля 1 для работы на сжиженном диметиловом эфире содержит по меньшей мере один расходный баллон 2 с вентилями 3 и 4 жидкой и паровой фаз диметилового эфира соответственно. Вентиль 3 подключен последовательно к топливоподкачивающему насосу 5 и топливному насосу высокого давления 6 с помощью трубопроводов 7 и 8 низкого давления. Топливный насос высокого давления 6 сообщен с форсунками 9, установленными в головке дизеля, с помощью трубопровода высокого давления 10. Топливный насос высокого давления 6 имеет односторонний подвод 11 сжиженного диметилового эфира к плунжеру и односторонний отвод 12 отсечного топлива (диметилового эфира), которое поступает в расходный баллон 2 по трубопроводу через вентиль 4 паровой фазы и подпружиненный клапан 14. Подкачивающий насос 5 и подпружиненный клапан 14 поддерживают давления жидкого диметилового эфира на входе в насос 6 на уровне 1,0. .. 1,5 МПа, т.е. в 2...3 раза большем, чем давление его насыщенных паров.

Для снижения утечек диметилового эфира через зазоры в насосе высокого давления 6 использованы плунжерные пары, состоящие из плунжера 15 и гильзы 16 с дренажем топлива и подводом смазки. В средней части гильзы 16 выполнены дренажная канавка 17, которая по каналу 18 сообщается с полостью подвода 11 насоса 6, и вторая канавка 19 для подвода смазки. Топливо же, просочившееся из кольцевых канавок 17 и 19 гильз 16 в подплунжерную полость 20 (в корпусе насоса 6), испаряется там и вентилируется оттуда с помощью трубопровода 21 но впускной коллектор 22 двигателя 1.

Топливо, просочившееся через прецизионные элементы форсунок 9, отводится с помощью трубопровода 23 в паровую полость расходного баллона 2.

Топливная система дизеля, обеспечивающая его работу на сжиженном диметиловом эфире, работает следующим образом.

При открытии вентилей 3 и 4 и запуске двигателя диметиловый эфир под давлением насыщенных паров поступает из баллона 2 через вентиль 3 и трубку 7 в топливоподкачивающий насос 5, где он сжимается до давления 1,0... 1,5 МПа, т.е. в 2...3 раза превышающего давление его насыщенных паров, и направляется по трубопроводу 8 в полость подвода топлива 11 топливного насоса высокого давления 6. В насосе 6 диметиловый эфир сжимается до давления 30...35 МПа и подается через трубки высокого давления 10 и топливные форсунки 9 в цилиндры двигателя 1 в соответствующее время тактов сжатия и расширения. Излишки диметилового эфира, поступающего в полость подвода топлива 11, по трубопроводу 13 через клапан 14 и вентиль 4 направляются в баллон 2. Просочившийся диметиловый эфир в подплунжерную полость 20 топливного насоса 6 испаряется там и отводится с помощью трубки 21 во впускной коллектор 22 двигателя 1. Просочившийся через прецизионные элементы форсунок 9 диметиловый эфир отводится по трубопроводу 23 через вентиль 4 в баллон 2.

Для предотвращения парообразования и разрыва сплошности потока в системе низкого давления, помимо уже отмеченного повышения давления топлива на входе в насос высокого давления 6 до 1,0 ... 1,5 МПа, объемная производительность топливоподкачивающего насоса 5 принимается в 6...8 раз большей, чем подача насоса высокого давления 6, что позволяет соответствующим образом увеличить циркуляцию подводящегося в насос по трубопроводу 8 питающего топлива и отводящего по трубопроводу 13 в паровую полость расходного баллона отсечного топлива. В топливный насос высокого давления 6 топливо поступает через отвод 12, давление в полостях которых поддерживают на уровне 1,0... 1,5 МПа, т.е. в 2...3 раза большем, чем давление насыщенных паров диметилового эфира.

Для уменьшения утечек диметилового эфира через зазоры в плунжерных парах насоса высокого давления 6 в нем используются так называемые плунжерные пары с дренажем топлива, в средней части гильз которых выполнены дренажные кольцевые канавки 17 и которые по каналу 18 сообщаются с полостью подвода 11 насоса 6, куда и отводится просочившееся через зазоры топливо. Топливо же, просочившееся из кольцевых канавок гильз в подплунжерную полость 20 (в корпус насоса) и испаряющееся там, вентилируется из корпуса насоса с помощью трубки 21, подсоединенной к впускному коллектору 22 двигателя 1. Диметиловый эфир, просочившийся через прецизионные элементы топливных форсунок 9, отводится через объединенную сливную магистраль 23 форсунок 9 и вентиль 4 в паровую полость расходного баллона 2. Для более полного решения проблемы устранения утечек диметилового эфира в насосе высокого давления следует применять плунжерные пары с масляным затвором - в дополнительные кольцевые канавки 19 плунжерных гильз подводится масло под давлением.

Испытания предлагаемой топливной системы показали, что технический результат достигается тем, что в системе топливоподачи предотвращение парообразования и разрыва сплошности в потоке, в особенности, отсечного топлива достигается выбором рационального сочетания уровня повышения давления на входе в топливный насос и кратности циркуляции в системе низкого давления. С помощью подпружиненного клапана, установленного в отсечной магистрали топливного насоса, давление на его входе поддерживается на уровне 1,0...1,5 МПа, а обеспечиваемая топливоподкачивающим насосом кратность циркуляции диметилового эфира через топливный насос высокого давления, отводящегося по отсечной магистрали в паровую полость расходного баллона, достигается на уровне 6. ..8 объемных подач топливного насоса высокого давления. Повышению стабильности подачи топлива способствует также конструкция топливного насоса высокого давления, в котором предусмотрены раздельные подвод питающего топлива к плунжерным парам и отвод от них топлива отсечки. Что касается уменьшения утечек по зазорам плунжерных пар такой маловязкой жидкости как диметиловый эфир, то оно осуществляется комплексно путем применения плунжерных гильз с кольцевыми дренажными канавками, откуда просочившееся топливо дренируется в период наполнения в надплунжерную полость насоса, в то время как вытекающие из канавок и испаряющиеся в корпусе насоса остатки диметилового эфира вентилируются оттуда во впускную систему двигателя. Наши опыты показали, что применение описанных плунжерных пар с дренированием утечек позволяет уменьшить их относительную величину до уровня менее 5%, что открывает возможность их безопасного отвода во впускную магистраль двигателя, поскольку получающаяся концентрация топливовоздушной смеси оказывается за пределами воспламеняемости.

Испытания описанной топливной системы при работе на диметиловом эфире подтвердили высокую стабильность топливоподачи на всех возможных режимах эксплуатации, а также сравнительно малый уровень относительных утечек (менее 3. . . 5%). Топливная система смонтирована и работает на макете экологически чистого автомобиля.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Топливная система дизеля содержит расходный баллон со сжиженным диметиловым эфиром с двумя вентилями отбора жидкой и паровой фаз, последовательно подсоединенные к вентилю отбора жидкой фазы топливоподкачивающий насос и плунжерный насос высокого давления с полостями подвода и отсечки топлива, соединенный трубками высокого давления с форсунками, подающими диметиловый эфир в цилиндры двигателя в соответствующее время тактов сжатия и расширения. Топливоподкачивающий насос выполнен с объемной подачей, в 6-8 раз большей, чем объемная подача насоса высокого давления. Максимальное давление впрыскивания составляет 30-35 МПа. В насосе высокого давления полости подвода и отсечки топлива выполнены односторонними, плунжерные пары - с дренажными канавками в гильзах, соединенные с полостью подвода. Подплунжерная полость насоса сообщена с системой впуска двигателя. Полость отсечки подсоединена к вентилю паровой фазы расходного баллона через подпружиненный клапан, обеспечивающий давление жидкой фазы диметилового эфира в полости подвода высокого давления на уровне в 2-3 раза большем, чем давление насыщенных паров диметилового эфира. Технический результат заключается в повышении стабильности подачи сжиженного диметилового эфира. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Топливная система дизеля, обеспечивающая его работу на сжиженном диметиловом эфире и содержащая по меньшей мере один расходный баллон, плунжерный насос высокого давления с полостями подвода и отсечки топлива, соединенный трубками высокого давления с форсунками, отличающаяся тем, что она снабжена шестеренчатым топливоподкачивающим насосом с объемной подачей в 6 - 8 раз большей, чем объемная подача насоса высокого давления, расходный баллон со сжиженным диметиловым эфиром выполнен с двумя вентилями отбора жидкой и паровой фаз, к вентилю отбора жидкой фазы последовательно подсоединены топливоподкачивающий насос и плунжерный насос высокого давления, максимальное давление впрыскивания составляет 30 - 35 МПа, причем в насосе высокого давления полости подвода и отсечки топлива выполнены односторонними, плунжерные пары выполнены с дренажными канавками в гильзах, соединенными с полостью подвода, а подплунжерная полость насоса сообщена с системой впуска двигателя, в то время, как полость отсечки подсоединена к вентилю паровой фазы расходного баллона через подпружиненный клапан, обеспечивающий давление жидкой фазы диметилового эфира в полости подвода насоса высокого давления на уровне, в 2 - 3 раза большем, чем давление насыщенных паров диметилового эфира. 2. Топливная система по п.1, отличающаяся тем, что в гильзах плунжерных пар насоса высокого давления выполнены дополнительные кольцевые канавки, соединенные с системой смазки двигателя.