СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ ДИЗЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК F02M45/02 F02M63/02 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям топливоподающей аппаратуры дизелей, и в частности к системам впрыска с несколькими форсунками, питаемыми общей секцией насоса.

Уже известна система топливоподачи дизеля, содержащая линию низкого давления, сообщенную с источником топлива, насос высокого давления с размещенным в его корпусе плунжером, нагнетательной полостью и нагнетательным клапаном и подключенным трубопроводом высокого давления к тройнику, сообщенному с основной форсункой закрытого типа, установленной в цилиндре, и с дополнительной форсункой открытого типа с калиброванным распылительным отверстием и обратным клапаном, установленной во впускном трубопроводе, причем ось распылительного отверстия ориентирована на горячую поверхность впускного клапана, а впускной трубопровод снабжен воздушной заслонкой /А.С. СССР N 228374, F 02 B 19/00, 1967 г./.

Указанная система, реализуя способ работы дизеля с двухстадийным смесеобразованием путем подачи части топлива в конце такта сжатия в камеру сгорания и части во впускной трубопровод, позволяет обеспечить оптимальную степень сжатия и повышает литровую мощность двигателя. При малых подачах насоса и холостых пониженных оборотах вала двигателя работает только открытая форсунка во впускном трубопроводе. При увеличении подачи, в силу ограниченности пропускной способности открытой форсунки, вступает в действие закрытая форсунка. По мере дальнейшего увеличения подачи расход через закрытую форсунку изменяется в широких пределах в зависимости от режима работы дизеля, в то время как расход через открытую форсунку остается постоянным или увеличивается незначительно. Около 15-20% топлива от общей подачи при полной мощности подается открытой форсункой. Попадая на горячую поверхность впускного клапана, это топливо предварительно нагревается и в следующем цикле во время процесса впуска /т. е. через два такта/ увлекается воздухом в цилиндр. Под действием высокой температуры в топливе начинаются подготовительные химические реакции, которые продолжаются во время процессов впуска и сжатия. В этих условиях основная порция топлива, впрыскиваемая форсункой закрытого типа в конце такта сжатия, быстро воспламеняется и сгорает без значительного возрастания давления. Указанная система топливоподачи повышает эффективный КПД дизеля и снижает механические нагрузки на детали кривошипного механизма. Однако из-за наличия тройника-распределителя в линии высокого давления нарушается закон изменения давления у штуцера основной форсунки, снижается давление впрыскивания и ухудшается качество распыливания топлива, что отрицательно влияет на протекание рабочего процесса.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является система топливоподачи дизеля, содержащая линию низкого давления, сообщенную с источником топлива, насос высокого давления с размещенным в его корпусе плунжером, нагнетательной полостью и расположенными с возможностью сообщения с последней каналом впуска и наполнительным клапаном, подключенным к линии низкого давления, нагнетательным каналом, снабженным нагнетательным клапаном и подключенным трубопроводом высокого давления к первому распылителю, размещенному в камере сгорания дизеля, и каналом отсечки, подключенным трубопроводом к второму распылителю, размещенному вблизи впускного клапана во впускном коллекторе дизеля, и содержащая регулируемый запорный орган, связанный с устройством управления топливным насосом /патент США N 3990413, НКИ 123-32, опубл. 1976 г./.

Неоптимальное соотношение объемов линий высокого и низкого давления приводит к снижению давления нагнетания топлива к форсунке, подающей топливо в камеру сгорания, ухудшает характеристики распыливания и качество сгорания топлива в дизеле, а следовательно, снижает экономические и экологические показатели двигателя.

Задачей изобретения является улучшение экономических и экологических показателей дизеля путем совершенствования процесса смесеобразования в дизеле, особенно на высоких нагрузках, снижения жесткости и максимального давления сгорания, а также путем увеличения полноты сгорания.

Для достижения поставленной задачи с заявляемым техническим результатом систему топливоподачи дизеля, содержащую линию низкого давления, сообщенную с источником топлива, насос высокого давления с размещенным в его корпусе плунжером, нагнетательной полостью и расположенными с возможностью сообщения с последней каналом впуска и наполнительным клапаном, подключенным к линии низкого давления, нагнетательным каналом, снабженным нагнетательным клапаном и подключенным трубопроводом высокого давления к первому распылителю, размещенному в камере сгорания дизеля, и каналом отсечки, подключенным трубопроводом к второму распылителю, размещенному вблизи впускного клапана во впускном коллекторе дизеля, и содержащая регулируемый запорный орган, связанный с устройством управления топливным насосом, согласно изобретению систему дополнительно снабжают формирователем импульса давления отсечного топлива, центральный канал корпуса которого выполнен в виде линии низкого давления, а также снабжают линией слива излишков топлива, сообщенной с источником топлива и подключенной через дроссель к корпусу формирователя импульса давления /ФИД/ отсечного топлива, причем каналы впуска и отсечки выполнены в виде одного общего канала впуска-отсечки, примыкающего к центральному каналу корпуса ФИД, регулируемый запорный орган размещен в трубопроводе подвода топлива во второй распылитель, закрепленном штуцером на корпусе ФИД напротив дросселя и сообщенном с центральным каналом его корпуса, наполнительный клапан установлен в торце ФИД, и соотношение объема каналов внутри корпуса ФИД к суммарному объему трубопроводов, полостей и каналов высокого давления выполнено равным /1-7/:1.

Первый и второй распылители могут быть выполнены в виде форсунок закрытого типа. Диаметр отверстия в дросселе линии слива излишков топлива может быть выполнен меньше внутреннего диаметра нагнетательного трубопровода высокого давления, а их соотношение может составлять предпочтительно 0,1-0,5.

Дроссель линии слива излишков топлива и штуцер трубопровода подвода топлива во второй распылитель размещены в корпусе ФИД на одинаковом расстоянии от канала впуска-отсечки, соосны и перпендикулярны оси центрального канала корпуса ФИД.

Анализ известной патентной и научно-технической литературы не выявил наличия технических решений с заявляемой совокупностью существенных признаков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид заявляемой системы топливоподачи дизеля.

Система топливоподачи дизеля содержит топливный насос 1 высокого давления, в корпусе которого размещен плунжер 2, ограничивающий своим торцом 3 нагнетательную полость 4, снабженную объединенным каналом 5 впуска-отсечки и нагнетательным каналом 6 с нагнетательным клапаном 7, нагруженным пружиной 8 и подключенным к топливной форсунке 9 закрытого типа, размещенной в камере сгорания 10 дизеля.

Источник 11 топлива и канал 5 впуска-отсечки насоса 1 высокого давления сообщены линией 12 низкого давления топлива.

Система топливоподачи дизеля снабжена ФИД, корпус 13 которого жестко закреплен на корпусе топливного насоса 1 высокого давления. Центральный канал 14 ФИД выполнен в виде участка линии 12 низкого давления. Система снабжена линией 15 слива излишков топлива, сообщенной с источником 11 топлива и подключенной к корпусу ФИД через штуцер 16, снабженный дросселем 17, диаметр отверстия которого оптимизирован. В торце 18 корпуса ФИД вблизи дросселя 17 на входе в него потока топлива из источника 11 топлива в линии 12 низкого давления установлен наполнительный клапан 19, нагруженный пружиной 20. Центральный канал 14 внутри корпуса ФИД может быть выполнен коническим, в виде сопла, в частности, с поверхностью, выполненной по лемнискате. Кроме форсунки 9, размещенной в цилиндре 10 дизеля, система топливоподачи содержит второй распылитель 21, установленный вблизи впускного клапана 22 во впускном коллекторе 23 дизеля.

Система топливоподачи снабжена регулируемым запорным органом 24, выполненным в виде золотника, сблокированного с устройством 25 управления топливным насосом 1. Трубопровод 26 подвода топлива во второй распылитель 21 закреплен штуцером 27 на корпусе 13 ФИД напротив дросселя 17 и сообщен с центральным каналом 14 его корпуса 13 и снабжен обратным клапаном 28 с пружиной 29, установленным непосредственно перед вторым распылителем 21. Ось 30 штуцера 27 крепления трубопровода 26 ко второму распылителю 21 и ось 31 дросселя 17 в линии 15 слива могут быть соосны, удалены на одинаковое расстояние от канала 5 впуска-отсечки и перпендикулярны оси центрального канала 14 корпуса ФИД. Регулирование топливного насоса 1 высокого давления на рабочих режимах работы дизеля осуществляется специальным устройством 25 управления, например, с помощью рейки, подсоединенной тягой 32 к запорному органу 24.

Линия 33 высокого давления представляет собой трубопровод высокого давления, связывающий нагнетательную полость 4 насоса 1 через нагнетательный канал 6 с клапаном 7 и с топливной форсункой 9. Объем каналов внутри корпуса 13 ФИД включает объем центрального канала 14, канала 5 впуска-отсечки и соединительных каналов 34 и 35 с дросселем 17 и трубопроводом 26 соответственно.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Для нагнетания топлива в линию 33 высокого давления осуществляют забор его, например, с помощью подкачивающего насоса /не показан/ из источника 11 топлива. Далее по линии 12 низкого давления топливо поступает к наполнительному клапану 19, отрегулированному на давление открытия. В момент, когда перепад на клапане 19 превысит давление его открытия, топливо, пройдя через клапан 19, поступает в центральный канал 14 ФИД и далее по каналу 5 впуска-отсечки подается в топливный насос 1 высокого давления. При этом плунжер 2 насоса 1 движется вниз, создавая разрежение в нагнетательной полости 4 и канале 14. При движении плунжера 2 вверх и после перекрытия им канала 5 впуска-отсечки начинается процесс нагнетания, давление в полости 4 увеличивается, и, когда оно превысит давление затяжки пружины 8, нагнетательный клапан 7 откроется и топливо поступает в линию 33 высокого давления к топливной форсунке 9 для впрыскивания в камеру сгорания 10 дизеля.

Плунжер 2 продолжает перемещаться вверх и в момент совмещения отсечной кромки плунжера с каналом 5 впуска-отсечки происходит отсечка топлива из линии 33 высокого давления. Давление в нагнетательной полости 4 падает, и процесс нагнетания заканчивается. При отсечке образуется импульс, величину которого можно регулировать посредством изменения проходного сечения дросселя 17 и оптимизации объема полости внутри корпуса 13 ФИД.

Импульс отсечки перемещается по трубопроводу 26 к второму распылителю 21, преодолевая затяжку пружины 29. Клапан 28 открывается, и, таким образом, осуществляется впрыск дополнительной порции топлива во впускной коллектор 23 только под действием импульса отсечки без связи с линией 33 высокого давления. Количество поступающего топлива и качество распыливания через второй распылитель 21 зависит от затяжки пружины 29 клапана 28 и пропускной способности дросселя 17. При изменении скоростного и нагрузочного режима дизеля количество поступающего топлива через второй распылитель 21 автоматически регулируется при помощи запорного органа 24 - золотника, сблокированного с устройством 25 управления топливным насосом 1, например, посредством рейки, подсоединенной тягой 32. Кроме того регулирование производительности распылителя 21 достигается также посредством воздействия на давление открытия клапана 28 и величину проходного сечения соединительного канала 35.

Лишнее топливо, не участвующее в процессе впрыскивания дополнительной порции во впускной коллектор 23, возвращается в линию слива 15, по центральному каналу 14, соединительному каналу 34 и далее через дроссель 17 в емкость источника 11 топлива.

Впрыскивание дополнительной порции топлива во впускной коллектор 23 осуществляется в конце такта сжатия, в начале такта рабочего хода, когда впускной клапан 22 и выпускной клапан /не показан/ находятся в закрытом положении. Струю дополнительной порции топлива направляют на тарелку впускного клапана 22. Таким образом, данная порция топлива в течение большей части цикла остается в околоклапанной зоне, под действием температуры поверхностей впускного клапана подогревается, испаряется и хорошо смешивается с воздухом при впуске. При этом в камеру сгорания дизеля поступает смесь воздуха с топливом в виде пара, что приводит к наилучшим результатам рабочего процесса.

Оптимизация соотношения объемов линии высокого и низкого давления, полости ФИД, приводит к увеличению давления нагнетания топлива к форсунке, подающей топливо в камеру сгорания, улучшает характеристики распыла и полноту сгорания топлива в дизеле, а следовательно, его экономические и экологические показатели.

Предлагаемое техническое решение является новым, имеющим изобретательский уровень и промышленно применимо в автотракторной технике.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям топливоподающей аппаратуры дизелей и в частности к системам впрыска с несколькими форсунками, питаемыми общей секцией насоса. Задачей изобретения является улучшение экономических и экологических показателей дизеля путем увеличения давления впрыска и улучшения качества распыливания топлива, снижения жесткости процесса сгорания. Система топливоподачи дизеля содержит линию низкого давления, сообщенную с источником топлива, насос высокого давления с нагнетательной полостью, снабженной впускным, нагнетательным и отсечным каналами. Впускной канал и наполнительный клапан подключены линией низкого давления к источнику топлива, нагнетательный канал и клапан трубопроводом высокого давления - к первому распылителю, установленному в камере сгорания, и канал отсечки - к второму распылителю, размещенному во впускном коллекторе вблизи впускного клапана. Система снабжена регулируемым запорным органом, связанным с устройством управления топливным насосом и размещенным в трубопроводе связи с вторым распылителем. Система топливоподачи снабжена формирователем импульса отсечного топлива, центральный канал которого выполнен в виде линии низкого давления, и подключен к объединенному каналу впуска-отсечки, к линии слива излишков топлива через дроссель с оптимизированным отверстием и к второму распылителю через трубопровод, снабженный золотником, связанным с устройством управления топливным насосом. Оптимизирован объем каналов внутри корпуса формирователя импульсов в зависимости от суммарного объема трубопроводов, полостей и каналов высокого давления. Оптимизировано размещение наполнительного клапана, дросселя и штуцера подключения второго распылителя. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система топливоподачи дизеля, содержащая линию низкого давления, сообщенную с источником топлива, насос высокого давления с размещенным в его корпусе плунжером, нагнетательной полостью и расположенными с возможностью сообщения с последней каналом впуска и наполнительным клапаном, подключенным к линии низкого давления, нагнетательным каналом, снабженным нагнетательным клапаном и подключенным трубопроводом высокого давления к первому распылителю, размещенному в камере сгорания дизеля, и каналом отсечки, подключенным трубопроводом к второму распылителю, размещенному вблизи впускного клапана во впускном коллекторе дизеля, и содержащая регулируемый запорный орган, связанный с устройством управления топливным насосом, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена формирователем импульса давления отсечного топлива, центральный канал в корпусе которого выполнен в виде линии низкого давления, а также снабжена линией слива излишков топлива, сообщенной с источником топлива и подключенной через дроссель к корпусу формирователя импульса давления отсечного топлива, причем каналы впуска и отсечки выполнены в виде одного общего канала впуска-отсечки, примыкающего к центральному каналу корпуса формирователя импульса давления (ФИД), регулируемый запорный орган размещен в трубопроводе подвода топлива во второй распылитель, закрепленном штуцером на корпусе ФИД напротив дросселя и сообщенном с центральным каналом его корпуса, наполнительный клапан установлен в торце ФИД и соотношение объема каналов внутри корпуса ФИД и суммарного объема трубопроводов, полостей и каналов высокого давления выполнено равным 1 - 7 : 1. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй распылители выполнены в виде форсунок закрытого типа. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что диаметр отверстия в дросселе линии слива излишков топлива выполнен меньше внутреннего диаметра нагнетательного трубопровода высокого давления, а их отношение составляет предпочтительно 0,1 - 0,5. 4. Система по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что дроссель линии слива излишков топлива и штуцер трубопровода подвода топлива во второй распылитель размещены в корпусе ФИД на одинаковом расстоянии от канала впуска-отсечки, соосны и перпендикулярны оси центрального канала корпуса.