АККУМУЛЯТОРНАЯ СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ ДИЗЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК F02M47/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в аккумуляторной системе топливоподачи дизеля.

Известна топливная система дизеля, содержащая топливный насос высокого давления, топливоподкачивающий насос, топливный бак, топливные фильтры, топливопроводы высокого и низкого давления, форсунки, редукционный клапан, температурный датчик, электромагнитный исполнительный механизм, связанный с датчиком температуры топлива, в которой по сигналу температурного датчика корректирование топливоподачи осуществляется изменением давления подкачки топлива путем воздействия исполнительного механизма на пружину редукционного клапана (см. А.с. СССР N 1652639, МПК: F 02 M 55/00, заявл. 02.11.87, опубл. 30.05.91).

Недостатком известной системы является то, что корректирование топливоподачи, которая влияет на мощностные показатели дизеля, производится только в зависимости от температуры топлива вне связи с режимами работы дизеля. Так, при работе в условиях высоких температур окружающей среды топливная система автоматически увеличит цикловую подачу топливного насоса высокого давления, а при работе в условиях низких (отрицательных) температур уменьшит ее. При этом часть энергии дизеля расходуется на привод топливной системы, т.е. используется неэффективно. Кроме того, так как устройство для изменения упругости пружины редукционного клапана выполнено в виде передачи винт-гайка и приводится в движение рычагом, связанным с электромагнитом, то осевое перемещение гайки зависит от шага резьбы и угла поворота указанного рычага. Из-за наличия мертвых зон угол поворота указанного рычага будет меньше 180^o, а перемещение гайки и изменение длины пружины клапана меньше половины шага резьбы (меньше полоборота). Учитывая ограниченные размеры деталей топливных систем дизелей, изменение параметров пружины, а следовательно, и диапазон регулирования давления подкачки будут незначительными. Из-за износа сопряжения винт-гайка эффективный угол поворота рычага будет уменьшаться и приведет к уменьшению диапазона регулирования давления топлива. Кроме того, подобная конструкция в процессе эксплуатации склонна к заеданиям и перекосам, т.е. сложна и недостаточно надежна.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является аккумуляторная система топливоподачи для дизеля, содержащая основной насос высокого давления, аккумулятор топлива с датчиком давления, сообщенный с основным насосом высокого давления и электрогидравлическими форсунками, электронный блок управления, связанный с датчиком давления аккумулятора, и регулятор давления в виде серводвигателя с двумя рабочими полостями, разделенными поршнем, воздействующим на управляющую рейку основного топливного насоса, причем упомянутый регулятор управляется механизмом, включающим вспомогательный гидронасос высокого давления с электроприводом, вспомогательный гидроаккумулятор и два электромагнитных клапана, имеющих возможность по команде электронного блока управления сообщать полости серводвигателя с вспомогательным гидроаккумулятором и сливным трубопроводом (см. А. с. СССР N 1746037, МПК: F 02 M 47/02, заявл. 08.02.90, опубл. 07.07.92). Описанная аккумуляторная система топливоподачи для дизеля принята за прототип.

В известной системе топливоподачи расход топлива из аккумулятора через форсунки при работе дизеля на установившемся режиме восполняется основным насосом высокого давления. При этом обе полости серводвигателя соединены с вспомогательным гидроаккумулятором и рейка основного насоса зафиксирована в определенном положении. При изменении нагрузки дизеля по команде электронного блока управления срабатывает один из электромагнитных клапанов, разобщает соответствующую полость серводвигателя с вспомогательным гидроаккумулятором и сообщает ее со сливным трубопроводом. Давление в этой полости резко падает и перемещает рейку основного насоса в сторону соответствующего изменения подачи топлива. После прекращения управляющего импульса с электронного блока управления электромагнитный клапан разобщает полость со сливным трубопроводом и сообщает с вспомогательным гидроаккумулятором. При этом давление в указанной полости резко возрастает и рейка основного насоса фиксируется. Таким образом осуществляется оперативное изменение производительности насоса на переходных режимах работы дизеля. Однако наличие таких агрегатов, как вспомогательный насос высокого давления с электроприводом, вспомогательный гидроаккумулятор, регулятор давления в виде серводвигателя, поршень которого соединен с рейкой основного насоса высокого давления, требует дополнительных затрат мощности на их привод.

Задачей изобретения является повышение мощностных показателей дизеля с аккумуляторной системой топливоподачи путем оптимизации по величине давления характеристики впрыскивания топлива в цилиндры дизеля, снижение затрат мощности на привод агрегатов в системе, в том числе топливного насоса высокого давления и упрощение конструкции.

Поставленная задача решается тем, что в аккумуляторной системе топливоподачи дизеля, содержащей насос высокого давления, управляемые электрогидравлические форсунки, аккумулятор топлива, снабженный датчиком давления и сообщенный с насосом высокого давления и форсунками, гидромеханический регулятор давления топлива в аккумуляторе, связанный с управляющими элементами в виде по меньшей мере двух электромагнитных клапанов, электронный блок управления, электрически связанный с датчиком давления аккумулятора топлива, форсунками и электромагнитными клапанами, топливоподкачивающий насос, гидравлически связанный с насосом высокого давления, систему топливопроводов и топливный бак, регулятор давления установлен на топливоподкачивающем насосе и выполнен в виде полого корпуса с двумя осесимметричными отверстиями, в одном из которых консольно установлена направляющая, имеющая сообщенные между собой осевой, нагнетательный и сливной каналы, на которой с возможностью осевого перемещения прецизионно установлен толкатель в виде глухой втулки с буртом на полом торце, контактирующий глухим торцом, выступающим через другое отверстие корпуса, с пружиной редукционного клапана, установленного в перепускном канале топливоподкачивающего насоса с возможностью изменения высоты и силы пружины, причем внутренние стенки толкателя и торец направляющей ограничивают переменный объем гидравлической камеры, образованной ими во внутренней полости толкателя и связанной осевым каналом с нагнетательным и сливным каналами, при этом первый электромагнитный клапан установлен в нагнетательном топливопроводе, связывающем аккумулятор топлива через дроссель с нагнетательным каналом направляющей, а второй электромагнитный клапан установлен в сливном топливопроводе, связывающем топливный бак через обратный клапан со сливным каналом направляющей, а гидравлическая камера переменного объема по команде электронного блока управления имеет возможность сообщения посредством осевого канала направляющей либо с аккумулятором топлива через нагнетательный канал, первый электромагнитный клапан и дроссель, либо с топливным баком через сливной канал, второй электромагнитный клапан и обратный клапан;
регулятор давления топлива может быть снабжен ограничителем хода толкателя, выполненным в виде сквозной втулки с буртом, размещенной в корпусе регулятора коаксиально толкателю с зазором и опертой буртом в корпус со стороны отверстия, через которое выступает толкатель, при этом между буртами ограничителя и толкателя размещена возвратная пружина и сила ее направлена на уменьшение объема гидравлической камеры регулятора;
толкатель регулятора давления установлен на направляющей с возможностью осевого хода Δ, ограниченного его концевыми положениями, одно из которых образовано упором дна толкателя в торец направляющей, а другое - контактом бурта толкателя с ограничителем хода, при этом величина осевого хода толкателя выбрана из условия обеспечения заданного диапазона регулирования давления топлива, а изменение этой величины обратно пропорционально изменению давления топлива на выходе из топливоподкачивающего насоса;
обратный клапан, установленный в сливном топливопроводе, отрегулирован на остаточное давление, меньшее чем минимальное давление топлива на выходе из топливоподкачивающего насоса;
аккумулятор топлива по команде электронного блока управления для аварийного сброса давления топлива имеет возможность сообщения с топливным баком одновременным открытием обоих электромагнитных клапанов.

Так как степень наполнения надплунжерной полости, а следовательно, и цикловая подача насоса высокого давления определяются давлением топлива на выходе из топливоподкачивающего насоса, которое задается электронным блоком управления в строгом соответствии с режимом работы дизеля (дозирование подачи отсечкой топлива на ходе нагнетания плунжера насоса высокого давления и связанные с ним затраты мощности отсутствуют), то в заявляемой аккумуляторной системе топливоподачи дизеля насос высокого давления, благодаря предлагаемой совокупности существенных признаков, создает такое давление в аккумуляторе топлива, которое обеспечивает оптимизированную по величине давления характеристику впрыскивания топлива в цилиндры дизеля, что повышает мощностные показатели дизеля и уменьшает затраты мощности на привод насоса высокого давления. Кроме того, возможность сообщения топливного бака с аккумулятором топлива для снижения давления в аккумуляторе позволяет отказаться от установки на последнем предохранительного клапана с топливопроводами, что упрощает конструкцию системы.

Выполнение аккумуляторной системы топливоподачи дизеля описанным выше образом с использованием всей предложенной совокупности существенных признаков позволит путем оптимизации по величине давления характеристики впрыскивания топлива в цилиндры дизеля улучшить мощностные показатели двигателя, снизить затраты мощности на привод агрегатов системы топливоподачи, в том числе на привод насоса высокого давления, и упростить конструкцию системы.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема аккумуляторной системы топливоподачи дизеля; на фиг. 2 - вид A на фиг. 1.

Аккумуляторная система топливоподачи дизеля содержит насос высокого давления 1 о головкой 2, надплунжерной полостью 3 и нагнетательным клапаном 4, управляемые электрогидравлические форсунки 5, аккумулятор топлива 6, снабженный датчиком давления 7 и сообщенный топливопроводами высокого давления 8 и 9 соответственно с насосом высокого давления 1 и управляемыми электрогидравлическими форсунками 5, гидромеханический регулятор давления топлива 10 в аккумуляторе 6, связанный с управляющими элементами в виде двух электромагнитных клапанов, первого 11 и второго 12, электронный блок управления 13, электрически связанный с датчиком давления 7 аккумулятора топлива 6, форсунками 5 и электромагнитными клапанами 11 и 12, топливный бак 14, фильтры грубой 15 и тонкой 16 очистки топлива, топливоподкачивающий насос 17 шестеренного типа, в корпусе 18 которого выполнены всасывающий 19, нагнетательный 20 и перепускной 21 каналы, а в последнем установлен редукционный клапан 22 с пружиной 23. Гидромеханический регулятор давления топлива 10 установлен на топливоподкачивающем насосе 17 и выполнен в виде полого корпуса 24 с двумя осесимметричными отверстиями 25 и 26, в одном 25 из которых консольно установлена направляющая 27, имеющая сообщенные между собой осевой 28, нагнетательный 29 и сливной 30 каналы. На направляющей 27 с возможностью осевого перемещения прецизионно установлен толкатель 31 в виде глухой втулки 32 с буртом 33 на полом торце 34, контактирующий глухим торцом 35, выступающим через другое отверстие 26 корпуса 24, с пружиной 23 редукционного клапана 22, установленного в перепускном канале 21 топливоподкачивающего насоса 17 с возможностью изменения высоты и силы пружины 23, причем внутренние стенки 36 толкателя 31 и торец 37 направляющей 27 ограничивают переменный объем гидравлической камеры 38, образованной ими во внутренней полости толкателя 31 и связанной осевым 28 каналом с нагнетательным 29 и сливным 30 каналами.

Первый электромагнитный клапан 11 установлен в нагнетательном топливопроводе 39, связывающем аккумулятор топлива 6 через дроссель 40 и клапан 11 с нагнетательным каналом 29 направляющей 27. Второй электромагнитный клапан 12 установлен в сливном топливопроводе 41, связывающем топливный бак 14 через обратный клапан 42 и клапан 12 со сливным каналом 30 направляющей 27. Гидравлическая камера 38 переменного объема по команде электронного блока управления 13 имеет возможность сообщения посредством осевого канала 28 направляющей 27 либо с аккумулятором топлива 6 через нагнетательный канал 29, первый электромагнитный клапан 11 и дроссель 40, либо с топливным баком 14 через сливной канал 30 направляющей 27, второй электромагнитный клапан 12 и обратный клапан 42.

Регулятор давления топлива 10 снабжен ограничителем 43 хода толкателя, выполненным в виде сквозной втулки 44 с буртом 45, размещенной в корпусе 24 регулятора 10 коаксиально толкателю 31 с зазором и опертой буртом 45 в корпус 24 со стороны отверстия 26, через которое выступает толкатель 31, при этом между буртом 33 толкателя 31 и буртом 45 ограничителя 43 размещена возвратная пружина 46 и сила ее направлена на уменьшение объема гидравлической камеры 38 регулятора давления топлива 10.

Толкатель 31 регулятора давления 10 установлен на направляющей 27 с возможностью осевого хода Δ, ограниченного концевыми положениями толкателя, одно из которых Δ′ образовано упором дна 36 толкателя 31 в торец направляющей 27, а другое Δ″ - контактом бурта 33 толкателя 31 с ограничителем 43 хода, при этом величина осевого хода толкателя 31 выбрана из условия обеспечения заданного диапазона регулирования давления топлива, а изменение этой величины обратно пропорционально изменению давления топлива на выходе из топливоподкачивающего насоса 17, в корпусе 18 которого установлены шестерни 46, 47.

Обратный клапан 42, установленный в сливном топливопроводе 41, отрегулирован на остаточное давление, меньшее, чем минимальное давление на выходе из топливоподкачивающего насоса 17.

Для аварийного сброса давления топлива аккумулятор 6 по команде электронного блока управления 13 имеет возможность сообщения с топливным баком 14 одновременным открытием обоих электромагнитных клапанов 11 и 12.

Топливоподкачивающий насос 17 топливопроводом 48 соединен через фильтр 15 с топливным баком 14, а топливопроводом 49 - через фильтр 16 с топливным насосом высокого давления 1.

Аккумуляторная система топливоподачи дизеля работает следующим образом.

При вращении шестерен 46 и 47 топливоподкачивающего насоса 17 топливо из топливного бака 14 через фильтр грубой очистки 15 и топливопровод 48 засасывается через канал 19 в корпус топливоподкачивающего насоса 17 и зубьями шестерен 46 и 47 переносится к нагнетательному каналу 20, выдавливается в трубопровод 49 и через фильтр 16 поступает в надплунжерную полость 3 топливного насоса 1, который под высоким давлением подает его в аккумулятор топлива 6. Заданное давление в топливопроводе 49 и головке 2 насоса высокого давления 1 поддерживается редукционным клапаном 22, нагруженным пружиной 23. Если давление в нагнетательном канале 20 превосходит силу упругости пружины 23, то клапан 22 открывается и перепускает избыток топлива во всасывающий канал 19 топливоподкачивающего насоса 17.

На установившемся режиме работы дизеля из аккумулятора топлива 6 через форсунки 5 расходуется некоторое количество топлива, восполняемое топливным насосом высокого давления 1. При этом в аккумуляторе 6 устанавливается оптимальное для данного режима давление, задаваемое электронным блоком управления 13 и контролируемое датчиком давления 7. В этом случае оба электромагнитных клапана 11 и 12 закрыты, гидравлическая камера 38 разобщена с аккумулятором топлива 6 и топливным баком 14, а толкатель 31 зафиксирован в определенном положении.

При увеличении нагрузки дизеля расход топлива из аккумулятора 6 возрастает, давление понижается и электрический импульс, сигнализирующий об этих изменениях, от датчика давления 7 поступает в электронный блок управления 13. Электронный блок управления 13 оценивает информацию и выдает сигнал на электромагнитный клапан 11, который открывается и сообщает аккумулятор топлива 6 с гидравлической камерой 38 регулятора давления топлива 10. При этом под воздействием давления топлива в гидравлической камере 38 толкатель 31 переместится на заданную величину, увеличит силу упругости пружины 23 редукционного клапана 22 и давление топлива на выходе из топливоподкачивающего насоса 17 и в головке топливного насоса высокого давления 1, что в свою очередь увеличит наполняемость надплунжерной полости 3 топливного насоса высокого давления 1 и увеличит его производительность. После достижения заданного давления, соответствующего новому режиму работы дизеля, в аккумуляторе топлива 6 электромагнитный клапан 11 закрывается, а толкатель регулятора 31 остается в заданном положении.

При снижении нагрузки дизеля расход топлива из аккумулятора 6 уменьшается, давление возрастает и электронный блок управления 13 выдает сигнал на электромагнитный клапан 12, который открывается и перепускает топливо из гидравлической камеры 38 регулятора 10 через сливной канал 30 направляющей и обратный клапан 42 в топливный бак 14. При этом давление в гидравлической камере 38 резко падает и толкатель 31 под воздействием возвратной пружины 46 переместится в сторону уменьшения объема гидравлической камеры 38 (увеличения зазора между ограничителем хода толкателя и буртом 33 толкателя), уменьшит силу упругости пружины 23 редукционного клапана 22, понизит давление на выходе топливоподкачивающего насоса 17 и наполняемость надплунжерного пространства 3 топливного насоса высокого давления 1. Это приведет к уменьшению производительности топливного насоса высокого давления 1 и понижению давления в аккумуляторе топлива 6.

Обратный клапан 42 отрегулирован на остаточное давление, меньшее, чем минимальное давление на выходе из топливоподкачивающего насоса 17, и препятствует полному перетеканию топлива из полостей регулятора давления в топливный бак 14.

После установления в аккумуляторе топлива 6 заданного давления по команде электронного блока управления 13 электромагнитный клапан 12 закрывается. На установившемся режиме работы дизеля оба электромагнитных клапана 11 и 12 закрыты.

При аварийном повышении давления в аккумуляторе 6 электронный блок управления 13 выдает сигнал на одновременное открытие электромагнитных клапанов 11 и 12.

При этом все топливо или часть его, в зависимости от длительности управляющего импульса, из аккумулятора 6 через топливопроводы 39 и 41, нагнетательный 29 и сливной 30 каналы направляющей 27 возвращается в топливный бак 14.

Выполнение аккумуляторной системы топливоподачи дизеля описанным выше образом в конечном итоге позволит управлять величиной давления впрыска, тем самым обеспечить оптимальное значение этой величины на всех режимах работы дизеля и использовать систему для высокооборотных автомобильных дизельных двигателей.

Изобретение относится к области двигателестроения. Технический результат заключается в повышении мощностных показателей, снижении затрат мощности на привод агрегатов в системе. Аккумуляторная система содержит насос высокого давления, форсунки, аккумулятор топлива, гидромеханический регулятор давления топлива в аккумуляторе, электронный блок управления, топливоподкачивающий насос, связанный с насосом высокого давления, систему топливопроводов и топливный бак. Регулятор давления установлен на топливоподкачивающем насосе и выполнен в виде полого корпуса с двумя отверстиями, в одном из которых консольно установлена направляющая, имеющая сообщенные между собой осевой нагнетательный и сливной каналы. На направляющей установлен толкатель в виде глухой втулки, контактирующий с пружиной редукционного клапана, установленного в перепускном канале топливоподкачивающего насоса. Внутренние стенки толкателя и торец направляющей ограничивают переменный объем гидравлической камеры, связанной осевым каналом с нагнетательным и сливным каналами. Гидравлическая камера переменного объема по команде электронного блока управления имеет возможность сообщения посредством осевого канала направляющей либо с аккумулятором топлива, либо с топливным баком. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Аккумуляторная система топливоподачи дизеля, содержащая насос высокого давления, управляемые электрогидравлические форсунки, аккумулятор топлива, снабженный датчиком давления и сообщенный с насосом высокого давления и форсунками, гидромеханический регулятор давления топлива в аккумуляторе, связанный с управляющими элементами в виде по меньшей мере двух электромагнитных клапанов, электронный блок управления, электрически связанный с датчиком давления аккумулятора топлива, форсунками и электромагнитными клапанами, топливоподкачивающий насос, гидравлически связанный с насосом высокого давления, систему топливопроводов и топливный бак, отличающаяся тем, что регулятор давления установлен на топливоподкачивающем насосе и выполнен в виде полого корпуса с двумя осесимметричными отверстиями, в одном из которых консольно установлена направляющая, имеющая сообщенные между собой осевой, нагнетательный и сливной каналы, на которой с возможностью осевого перемещения прецизионно установлен толкатель в виде глухой втулки с буртом на полом торце, контактирующий глухим торцем, выступающим через другое отверстие корпуса, с пружиной редукционного клапана, установленного в перепускном канале топливоподкачивающего насоса, с возможностью изменения высоты и силы пружины, причем внутренние стенки толкателя и торец направляющей ограничивают переменный объем гидравлической камеры, образованной ими во внутренней полости толкателя и связанной осевым каналом с нагнетательным и сливным каналами, при этом первый электромагнитный клапан установлен в нагнетательном топливопроводе, связывающем аккумулятор топлива через дроссель с нагнетательным каналом направляющей, а второй электромагнитный клапан установлен в сливном топливопроводе, связывающем топливный бак через обратный клапан со сливным каналом направляющей, а гидравлическая камера переменного объема по команде электронного блока управления имеет возможность сообщения посредством осевого канала направляющей либо с аккумулятором топлива через нагнетательный канал, первый электромагнитный клапан и дроссель, либо с топливным баком через сливной канал, второй электромагнитный клапан и обратный клапан. 2. Аккумуляторная система топливоподачи дизеля по п.1, отличающаяся тем, что регулятор давления топлива снабжен ограничителем хода толкателя, выполненным в виде сквозной втулки с буртом, размещенной в корпусе регулятора коаксиально толкателю с зазором и опертой буртом в корпус со стороны отверстия, через которое выступает толкатель, при этом между буртами ограничителя и толкателя размещена возвратная пружина и сила ее направлена на уменьшение объема гидравлической камеры регулятора. 3. Аккумуляторная система топливоподачи по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что толкатель регулятора давления установлен на направляющей с возможностью осевого хода Δ, ограниченного его концевыми положениями, одно из которых образовано упором дна толкателя в торец направляющей, а другое - контактом бурта толкателя с ограничителем хода, при этом величина осевого хода толкателя выбрана из условия обеспечения заданного диапазона регулирования давления топлива, а изменение этой величины обратно пропорционально изменению давления топлива на выходе из топливоподкачивающего насоса. 4. Аккумуляторная система топливоподачи по п.1, отличающаяся тем, что обратный клапан, установленный в сливном топливопроводе, отрегулирован на остаточное давление, меньшее, чем минимальное давление на выходе из топливоподкачивающего насоса. 5. Аккумуляторная система топливоподачи по п.1, отличающаяся тем, что аккумулятор топлива по команде электронного блока управления для аварийного сброса давления топлива имеет возможность сообщения с топливным баком одновременным открытием обоих электромагнитных клапанов.