СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК F02M67/02 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

В современных силовых установках транспортных средств, в частности в дизелях, наиболее широко распространены системы подачи топлива с непосредственным впрыскиванием разделенного типа. Такие системы состоят из топливных насосов высокого и низкого давления, топливопроводов высокого и низкого давления, форсунок для впрыскивания топлива в камеру сгорания и дополнительных элементов (фильтры, емкости, измерительные приборы и т.д.). При этом качество процесса впрыскивания во многом определяется режимом работы дизеля.

Системы подачи топлива с использованием насос-форсунок, а также аккумуляторного типа находят ограниченное применение вследствие сложности конструктивных схем и механизмов регулировки.

Известны системы топливоподачи с закрытыми форсунками с гидродинамическим управлением запорной иглой, которые обеспечивают впрыскивание топлива методом соударяющихся струй [1]. При асинхронном изменении параметров струй распространение происходит в общем случае по эллиптическому полому конусу с изменяющимся углом при вершине. Применение данных распылителей позволяет значительно увеличить использование объема камеры сгорания, снизить неравномерность концентрации топлива, что позволяет в целом улучшить показатели дизеля. Однако при гидравлическом управлении подъемом иглы указанное изменение параметров происходит только на этапах подъема и опускания запорной иглы форсунки, когда изменяется разность давлений топлива у соплового отверстия в седле и у отверстия в носике распылителя. Экспериментальные исследования показали высокую эффективность данных распылителей на режимах работы дизеля, обуславливающих незначительное время нахождения запорной иглы на упоре в сравнении с общим временем впрыскивания (режимы малых подач топлива). Недостатки, связанные с отсутствием всережимного управления развитием топливного факела, снижают эффективность применения данного способа впрыскивания на режимах средних и высоких нагрузок.

Применение в топливных системах дизелей пневматического распыливания [2-4] не находит всестороннего применения в быстроходных дизелях, так как это не обеспечивает требуемые энергетические и экономические показатели, и требует значительного усложнения конструкции для получения сжатого воздуха [5].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система топливоподачи с распылителем форсунки, обеспечивающим впрыскивание топлива методом соударяющихся струй, в котором сопловые отверстия расположены попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе - в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя и находятся в одной плоскости с его осью [1] . Однако данный распылитель работает неэффективно на режимах средних и высоких нагрузок, обуславливающих значительное время нахождения запорной иглы на упоре в сравнении с общим временем впрыскивания.

Настоящее изобретение направлено на повышение эффективности рабочего процесса дизеля, снижение затрат на получение сжатого воздуха, демпфирование остаточных волновых явлений в линии высокого давления, а также на улучшение распыливания и распределения топлива в камере сгорания при впрыскивании топлива методом соударяющихся струй.

Решение поставленной задачи достигается тем, что система дополнительно содержит нагнетатель воздуха высокого давления, ресивер, воздушную магистраль от нагнетателя к ресиверу и от ресивера к форсунке, золотник, расположенный в форсунке с изолированными топливными и воздушными каналами к каждой паре сопловых отверстий и обеспечивающий управление подачей воздуха в зависимости от давления топлива в кармане распылителя форсунки, при этом нагнетатель воздуха высокого давления в своем корпусе имеет две полости, разделенные подвижным поршнем: рабочую полость с впускным клапаном, соединенным с атмосферой, и выпускным клапаном, соединенным с ресивером, и вспомогательную, соединенную с линией высокого давления топлива.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемые мероприятия позволяют увеличить долю времени, в течение которого происходит изменение параметров струй за период впрыскивания, а следовательно, увеличивается временной диапазон, в течение которого факел изменяет свою форму, тем самым способствуя равномерному распределению топлива в объеме камеры сгорания и качественному протеканию процесса смесеобразования.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что система дополнительно содержит нагнетатель воздуха высокого давления, ресивер, воздушную магистраль от нагнетателя к ресиверу и от ресивера к форсунке, золотник, расположенный в форсунке с изолированными топливными и воздушными каналами к каждой паре сопловых отверстий и обеспечивающий управление подачей воздуха в зависимости от давления топлива в кармане распылителя форсунки, при этом нагнетатель воздуха высокого давления в своем корпусе имеет две полости, разделенные подвижным поршнем: рабочую полость с впускным клапаном, соединенным с атмосферой, и выпускным клапаном, соединенным с ресивером, и вспомогательную, соединенную с линией высокого давления топлива.

Таким образом, отличия, связанные с тем, что система топливоподачи дополнительно содержит нагнетатель воздуха высокого давления, ресивер, воздушную магистраль от нагнетателя к ресиверу и от ресивера к форсунке, золотник, расположенный в форсунке с изолированными топливными и воздушными каналами к каждой паре сопловых отверстий и обеспечивающий управление подачей воздуха в зависимости от давления топлива в кармане распылителя форсунки, при этом нагнетатель воздуха высокого давления в своем корпусе имеет две полости, разделенные подвижным поршнем: рабочую полость с впускным клапаном, соединенным с атмосферой, и выпускным клапаном, соединенным с ресивером, и вспомогательную, соединенную с линией высокого давления топлива, позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена система подачи топлива в дизель.

Система подачи топлива в дизель содержит плунжерный насос 1 с нагнетательным клапаном 2, топливопровод высокого давления 3, нагнетатель воздуха высокого давления 4, соединенный через штуцер 5 с топливопроводом 3, ресивер 12, соединенный воздушной магистралью 13 с нагнетателем 4 и форсункой 15, золотник 14, установленный в форсунке 15 и управляющий подачей воздуха в камеру сгорания дизеля 16. Нагнетатель воздуха высокого давления 4 состоит из корпуса 6, в котором имеется впускной клапан 7, соединенный с атмосферой, и выпускной клапан 10, соединенный через воздушную магистраль 13 с ресивером 12, рабочего элемента 9, выполненного в виде штока с поршнем на одном конце и запорным элементом на другом, пружины нагнетателя 11 и крышки 8.

Устройство работает следующим образом.

1. Работа нагнетателя воздуха высокого давления 4 основана на использовании энергии колебательных процессов в топливопроводе высокого давления. Так, в момент отсечки топлива и опускания запорной иглы форсунки в седло возникают волны сжатия и разрежения (глубина волны разрежения для некоторых видов топливной аппаратуры достигает 40 МПа). При подходе волны разрежения к нагнетателю шток 9 с поршнем под действием перепада давлений перемещаются в направлении топливопровода высокого давления. При этом поршень выталкивает порцию воздуха через выпускной клапан 10 в воздушную магистраль 13 и затем в ресивер 12. Волна сжатия, а также пружина 11 нагнетателя возвращают шток с поршнем в исходное положение, при этом очередная порция воздуха попадает в нагнетатель через впускной клапан 7. В промежуток между циклами топливоподачи происходит 3-4 подхода волн сжатия и разрежения с уменьшающейся амплитудой, в течение которых происходит заполнение ресивера 12 воздухом под необходимым давлением.

2. При работе дизеля топливо подается насосом 1 в топливопровод высокого давления 3 и затем через форсунку 15 к ее сопловым отверстиям. Одновременно воздух под высоким давлением подается из ресивера 12 в воздушную магистраль 13 к золотнику 14. В момент впрыскивания золотник открывает доступ воздуха к воздушным сопловым отверстиям и в камере сгорания дизеля 16 происходит соударение струй топлива и воздуха.

3. В момент впрыскивания происходит соударение струи топлива, параметры которой изменяются в соответствии с законом подачи и струи воздуха, параметры которой изменяются незначительно в процессе впрыскивания. Таким образом, в течение всего периода впрыскивания происходит изменение формы топливного факела, а именно непрерывное "раскрытие" и "схлопывание" полого конуса топливного факела, который образуется в результате соударения струи топлива и воздуха.

Применение данной системы топливоподачи позволяет эффективно использовать преимущества впрыскивания топлива методом соударяющихся струй воздуха и топлива для повышения качества протекания рабочего процесса, снижает затраты на получение сжатого воздуха, улучшает энергетические и экономические показатели дизеля.

Источники информации
1. Патент РФ 2078245, кл. F 02 M 61/10, 1997.

2. ЕП 0315328, кл. F 02 M 67/02, F 02 M 67/04, 1989.

3. Патент ФРГ 3914636, кл. F 02 M 67/02, F 02 M 69/08, 1990.

4. Патент США 4782809, кл. F 02 M 67/02, 1988.

5. Фанлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Л.: Машиностроение, 1990.

Изобретение может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Технический результат заключается в повышении эффективности рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания путем использования энергии волновых процессов в топливопроводе высокого давления для создания давления воздуха и его дальнейшего использования при впрыскивании топлива в камеру сгорания методом соударяющихся струй топлива и воздуха. Система содержит нагнетатель воздуха высокого давления, ресивер, воздушную магистраль от нагнетателя к ресиверу и от ресивера к форсунке, золотник, расположенный в форсунке с изолированными топливными и воздушными каналами к каждой паре сопловых отверстий. Золотник обеспечивает управление подачей воздуха в зависимости от давления топлива в кармане распылителя форсунки. Нагнетатель воздуха высокого давления в своем корпусе имеет две полости, разделенные подвижным поршнем: рабочую полость с впускным клапаном, соединенным с атмосферой, и выпускным клапаном, соединенным с ресивером, и вспомогательную, соединенную с линией высокого давления топлива. 1 ил.

Система подачи топлива в дизель, содержащая насос высокого давления, нагнетательный клапан, топливопровод высокого давления, форсунку с распылителем, обеспечивающим впрыскивание топлива методом соударяющихся струй, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит нагнетатель воздуха высокого давления, ресивер, воздушную магистраль от нагнетателя к ресиверу и от ресивера к форсунке, золотник, расположенный в форсунке с изолированными топливными и воздушными каналами к каждой паре сопловых отверстий и обеспечивающий управление подачей воздуха в зависимости от давления топлива в кармане распылителя форсунки, при этом нагнетатель воздуха высокого давления в своем корпусе имеет две полости, разделенные подвижным поршнем: рабочую полость с впускным клапаном, соединенным с атмосферой, и выпускным клапаном, соединенным с ресивером, и вспомогательную, соединенную с топливопроводом высокого давления топлива.