ТЕРМОКОМПЕНСИРУЮЩАЯ ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДИЗЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК F02M63/02 F02D35/02 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при проектировании топливных систем автотракторных дизелей.

Известна термокомпенсирующая топливная система дизеля /1/, содержащая бак, подкачивающий насос, фильтр, трубопроводы, топливный насос высокого давления (ТНВД) с автоматическим компенсатором цикловой подачи, имеющим дроссель постоянного сечения, серводвигатель, управляющий дозирующим органом ТНВД, и механизм слива топлива.

Работа автоматического компенсатора основана на том, что количество топлива, проходящее через дроссель постоянного сечения, зависит от его вязкости. При изменении вязкости топлива изменяется давление в рабочем пространстве серводвигателя, что приводит к перемещению дозирующего органа ТНВД.

Недостатком данной топливной системы является невысокая точность компенсации цикловой подачи, так как топливо, проходящее через автоматический компенсатор и подводимое к ТНВД, может иметь разную температуру, а отсюда и различные значения теплофизических показателей (в том числе вязкости, плотности и т.п.).

Известна термокомпенсирующая топливная система дизеля /2/, содержащая бак, подкачивающий насос, фильтр, трубопроводы, ТНВД, имеющий вязкостный корректор, чувствительный элемент которого содержит линейный дроссель, камеру преобразователя с преобразующим механизмом, цилиндр, поршень с квадратичным дросселем постоянного сечения, дроссель переменного сечения, образующий с поршнем дозатор, и полость слива.

При изменении вязкости топлива изменяется его количество, проходящее через дроссель переменного сечения, и давление в камере преобразователя. Преобразующий механизм преобразует изменение давления в линейное перемещение дозирующего органа ТНВД.

Недостатком описанной топливной системы является пониженная точность корректирования цикловой подачи, так как не идентичны значения температуры топлива в полостях ТНВД и вязкостного корректора.

Известна термокомпенсирующая топливная система дизеля /3/, содержащая бак, подкачивающий насос, фильтр, трубопроводы, ТНВД с устройством для ограничения максимальной подачи топлива. Устройство имеет редукционный клапан, дроссель постоянного сечения, серводвигатель, управляющий дозирующим органом ТНВД, выполненный в виде упругой диафрагмы, механизм слива, выполненный в виде дросселя переменного сечения, состоящего из золотника, соединенного с упругой мембраной, на которую воздействует давление топлива в расходной магистрали. Давление топлива в рабочей полости, заключенной между дросселями постоянного и переменного сечений, зависит от его плотности и обуславливает перемещение упругой диафрагмы серводвигателя, а следовательно и дозирующего органа ТНВД.

Недостатком указанной топливной системы является недостаточная точность корректирования цикловой подачи, так как упругая мембрана воспринимает изотермическое давление топлива, создаваемое в расходной магистрали, а не в наполнительной полости ТНВД.

Известна термокомпенсирующая топливная система дизеля /4/, содержащая бак, подкачивающий насос, фильтр, трубопроводы, ТНВД рядного типа, в наполнительной магистрали которого установлен теплочувствительный элемент, выполненный в виде биметаллической мембраны. Бездействующий на рейку ТНВД.

Данная система обеспечивает поддержание максимальной мощности дизеля при изменении температуры топлива в наполнительной магистрали путем воздействия теплочувствительного элемента (биметаллической мембраны) на рейку (дозирующий орган) ТНВД механическим способом.

Недостатком этой топливной системы является пониженная точность корректирования топливоподачи, так как биметаллическая мембрана инерционна в действии и размещена в наполнительной магистрали, а не непосредственно на входе ТНВД, температура топлива в которых неодинакова.

Известна термокомпенсирующая топливная система дизеля /5/, содержащая бак, подкачивающий насос, фильтр, трубопроводы, ТНВД распределительного типа с автоматическим температурным корректором, встроенным в его дозирующий орган (дозатор). Чувствительным элементом корректора является одна или несколько термобиметаллических пластинок, которая(ые) изгибаясь под действием температуры, смещает(ют) дозатор в сторону увеличения цикловой подачи, компенсируя тем самым ее падение от повышения температуры топлива.

Недостатком описанной топливной системы является недостаточная точность коррекции цикловой подачи, так как автоматический температурный корректор, выполненный в виде темобиметаллических пластинок, обладает инерционностью при срабатывании и кроме того установлен в сливной полости ТНВД, где температура топлива выше, чем в наполнительной, что приводит к некоторой погрешности в коррекции топливоподачи, потому что на формирование показателей ТНВД (цикловая подача топлива, неравномерность подачи и т.д.) оказывает наибольшее влияние именно температура топлива в его наполнительной полости.

Известна топливная система дизеля /6/, содержащая бак, подкачивающий насос, фильтр, трубопроводы, ТНВД распределительного типа с регулятором частоты вращения (РЧВ), снабженным прямым корректором топливоподачи, размещенным в цилиндрическом корпусе, вворачиваемом снаружи в корпус РЧВ.

При регулировке ТНВД на безмоторном стенде требуемых значений регулировочных показателей топливоподачи добиваются путем ручного поворота корпуса корректора на номинальной частоте вращения валика насоса, который затем фиксируется.

Недостатком описанной топливной системы является то, что зафиксированное положение корпуса корректора всегда соответствует одной какой-либо температуре топлива, а именно той, при которой регулируется ТНВД.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является термокомпенсирующая топливная система дизеля /7/, содержащая бак, подкачивающий насос, фильтр, трубопроводы, ТНВД с РЧВ, снабженным прямым корректором топливоподачи, размещенным в цилиндрическом корпусе, вворачиваемом снаружи в корпус РЧВ, задатчик скоростного режима, имеющий возможность перемещаться в диапазоне от максимальной подачи топлива до полного ее выключения, датчик-терморезистор, установленный на входе в ТНВД, магистраль слива избыточного топлива, регулируемый электромагнитный исполнительный механизм, электрически соединенный через блок усиления с датчиком-терморезистором и источником питания, а также регулирующий орган редукционного клапана.

При изменении температуры топлива сигнал от датчика-терморезистора поступает через усилитель в цепь электромагнита, якорь которого перемещает на определенную величину регулирующий орган редукционного клапана, что приводит к изменению давления его открытия, а следовательно, наполняемости надплунжерного пространства насосных секций и цикловой подачи.

Недостатком этой системы является малый температурный диапазон корректирования топливоподачи, так как минимальная и максимальная величина давления подкачки не должна превышать значений, указанных в технических условиях.

Заявленное изобретение направлено на устранение отмеченных недостатков и от его использования получен следующий технический результат: повышение точности и расширение диапазона корректирования топливоподачи.

Корректирование топливоподачи осуществляется на регуляторной ветви работы дизеля в зависимости от изменения температуры топлива на входе в ТНВД.

Указанный технический результат достигается за счет того, что термокомпенсирующая топливная система дизеля, содержащая бак, подкачивающий насос, фильтр, трубопроводы, ТНВД с РЧВ, снабженным прямым корректором топливоподачи, размещенным в цилиндрическом корпусе, вворачиваемом снаружи в корпус РЧВ, задатчик скоростного режима, имеющий возможность перемещаться в диапазоне от максимальной подачи топлива до полного ее выключения, датчик- терморезистор, установленный на входе в ТНВД, магистраль слива избыточного топлива, регулируемый электромагнитный исполнительный механизм, электрически соединенный через блок усиления с датчиком-терморезистором и источником питания, при этом имеется датчик положения, кинематически связанный с задатчиком скоростного режима и электрически соединенный с блоком усиления, выключатель и зубчато-реечная передача, рейка которой механически связана с регулируемым электромагнитным исполнительным механизмом с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющей, установленной снаружи на ТНВД, а зубчатое колесо передачи жестко закреплено на корпусе корректора с возможностью автоматического поворота последнего на угол, пропорциональный значению сигнала, снимаемого с датчика-терморезистора.

Существенным отличием предлагаемой термокомпенсирующей топливной системы дизеля от известных решений является то, что автоматически, в зависимости от величины температуры топлива в ТНВД, при помощи зубчато-реечной передачи поворачивается корпус корректора, причем за счет датчика положения корректирование топливоподачи происходит при любом положении задатчика скоростного режима из диапазона его перемещения от максимальной подачи топлива до минимальных устойчивых оборотов коленчатого вала дизеля.

При осуществлении термокомпенсирующей топливной системы дизеля выявленные отличительные признаки (выключатель, датчик положения и зубчато-реечная передача для поворота корпуса корректора) в совокупности с известными признаками (регулируемый электромагнитный исполнительный механизм, срабатывающий от сигнала, поступающего от датчика-терморезистора через усилитель) обеспечивают получение технического результата, заключающегося в повышении точности и расширении диапазона корректирования топливоподачи, и в конечном итоге, обеспечении паспортных мощностных и экономических показателей дизеля при выходе температуры топлива в наполнительной полости ТНВД за пределы, при которых он регулировался на стенде, путем термокомпенсации цикловой подачи на безрегуляторной ветви работы дизеля.

На чертеже изображена функциональная схема термокомпенсирующей топливной системы дизеля.

Термокомпенсирующая топливная система дизеля содержит бак 1, подкачивающий насос 2, фильтр 3, трубопроводы 4, ТНВД 5 с РЧВ 6, снабженным прямым корректором 7 топливоподачи, размещенным в цилиндрическом корпусе 8, вворачиваемом снаружи в корпус РЧВ 6, задатчик скоростного режима 9, имеющий возможность перемещаться в диапазоне от максимальной подачи топлива до полного ее выключения, датчик-терморезистор 10, установленный на входе в ТНВД 5, магистраль 11 слива избыточного топлива, регулируемый электромагнитный исполнительный механизм 12, электрически соединенный через блок усиления 13 с датчиком-терморезистором 10 и источником питания 14, при этом имеется датчик положения 15, кинематически связанный с задатчиком скоростного режима 9 и электрически соединенный с блоком усиления 13, выключатель 16 и зубчато-реечная передача 17, рейка 18 которой механически связана с регулируемым электромагнитным исполнительным механизмом 12 с возможностью возвратно- поступательного перемещения по направляющей 19, установленной снаружи на ТНВД 5, а зубчатое колесо 20 передачи 17 жестко закреплено на корпусе 8 корректора 7 с возможностью автоматического поворота последнего на угол, пропорциональный значению сигнала, снимаемого с датчика-терморезистора 10.

Система работает следующим образом.

Перед началом работы датчик положения 15 устанавливают на момент его срабатывания при нахождении задатчика скоростного режима 9 в положении, соответствующем минимальному скоростному режиму, характерному работе дизеля на холостом ходу.

После пуска и прогрева дизеля выключателем 17 подключают источник питания 14 к цепи датчика положения 15. В последующем питание электрической цепи регулируемого электромагнитного исполнительного механизма 12, блока усиления 13 и датчика-терморезистора 10 будет осуществляться по сигналу датчика положения 15 при нахождении задатчика скоростного режима 9 в каком-либо фиксированном положении из диапазона его перемещения от максимальной подачи топлива до минимальной на холостом ходу.

Если температура топлива на входе в ТНВД 5, фиксируемая датчиком-терморезистором 10, не превышает нормативных значений, рекомендуемых для его регулировки на безмоторном стенде (например, +30^oC), то мост блока усиления 13 сбалансирован, сила намагничивания сердечника электромагнитного исполнительного механизма 12 незначительна, а связанная с ним рейка 18 занимает исходное положение, при котором корректор 7 обеспечивает цикловую подачу, необходимую для получения требуемых по техническим условиям мощностных и экономических показателей дизеля.

При превышении установленной температуры топлива (например, выше +30^oC) сопротивление датчика-терморезистора 10 уменьшится, что приводит к разбалансировке моста блока усиления 13, увеличению силы намагничивания сердечника электромагнитного исполнительного механизма 12, перемещению рейки 18 по направляющей 19, повороту зубчатого колеса 20 и корпуса 8 корректора 7 на угол, пропорциональный величине сигнала датчика-терморезистора 10, а следовательно, и величине превышения температуры топлива в ТНВД 5. При повороте корпуса 8 корректора 7 дозирующий орган ТНВД 5 перемещается в сторону увеличения цикловой подачи на величину ее снижения от повышения температуры топлива.

При уменьшении температуры топлива ниже установленной (например, ниже +30^oC) сопротивление датчика-терморезистора 10 увеличится и мост блока усиления 13 становится несбалансированным. Сила намагничивания сердечника электромагнитного исполнительного механизма 12 уменьшится и рейка 18, перемещаясь под действием пружины исполнительного механизма 12 по направляющей 19, поворачивает зубчатое колесо 20 и корпус 8 корректора 7 в сторону уменьшения цикловой подачи топлива на величину ее возрастания от снижения температуры.

По окончании работы задатчик скоростного режима 9, а вместе с ним и датчик положения 15 устанавливают в положение выключенной подачи топлива. При переходе задатчика скоростного режима 9 через положение, соответствующее минимальным устойчивым оборотам дизеля на холостом ходу, датчик положения 15 отключает питание в цепи электромагнитного исполнительного механизма 12. Затем выключателем 16 отключают источник питания 14 от цепи датчика положения 15.

Настройка системы на требуемую величину термокомпенсации цикловой подачи в зависимости от конкретной температуры топлива на входе в ТНВД производится переменным резистором блока усиления, изменением упругости пружины электромагнитного исполнительного механизма и длины (хода) рейки.

По сравнению с прототипом предложенная термокомпенсирующая топливная система дизеля имеет более широкий диапазон корректирования топливоподачи в зависимости от температуры топлива в наполнительной полости ТНВД, за счет автоматического поворота корпуса корректора, при нахождении задатчика скоростного режима в диапазоне его перемещения от максимальной подачи топлива до минимальной на режиме холостого хода дизеля. Каждому изменению температуры топлива соответствует вполне определенный угол поворота корпуса корректора, а следовательно, и своя величина термокомпенсации подачи при перемещении дозирующего органа ТНВД.

Диапазон поворота корректора устанавливается для конкретной модели НВД экспериментально. Так для насоса НД-21/4 каждому изменению температуры топлива на 10^oC соответствует поворот корпуса на 24...27 град., что приводит к термокомпенсации цикловой подачи на 3% при сохранении корректором своих прямых функций на повышенных нагрузках дизеля.

Источники информации
1. Крохотин Ю.М. Системы питания дизелей: Учеб. пособие /2-е изд., перераб. и доп. - Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. академия, 1999 (с. 231-232).

2. Авторское свидетельство СССР N 566947, кл. F 02 M 43/00, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР N 152144, кл. F 02 D 01/06, 1962.

4. Авторское свидетельство СССР N 164506, кл. F 02 D 01/02, G 05 D 16/06, 1962.

5. Колупаев В. Я. Автоматический температурный корректор для топливных насосов типа НД. // Труды ЦНИТА, вып. 61, 1974.

6. Кривенко П.М., Федосов И.М. Ремонт и техническое обслуживание системы питания автотранспортных двигателей. - М.: Колос, 1980 (с. 251).

7. Авторское свидетельство СССР N 1652639, кл. F 02 M 55/00, 1987 (прототип).

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Термокомпенсирующая топливная система дизеля содержит бак, подкачивающий насос, фильтр, трубопроводы, топливный насос высокого давления, датчик-терморезистор, установленный на входе в топливный насос высокого давления, магистраль слива избыточного топлива и регулируемый электромагнитный исполнительный механизм, электрически соединенный через блок усиления с датчиком-терморезистором и источником питания. Регулятор частоты вращения снабжен прямым корректором топливоподачи, размещенным в цилиндрическом корпусе, вворачиваемом снаружи в корпус регулятора. Задатчик скоростного режима имеет возможность перемещаться в диапазоне от максимальной подачи топлива до полного ее выключения, датчик положения кинематически связан с задатчиком скоростного режима и электрически соединен с блоком усиления. Имеется выключатель и зубчато-реечная передача, рейка которой механически связана с регулируемым электромагнитным исполнительным механизмом с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющей, установленной снаружи на топливном насосе высокого давления. Зубчатое колесо передачи жестко закреплено на корпусе корректора с возможностью автоматического поворота последнего на угол, пропорциональный значению сигнала, снимаемого с датчика-терморезистора. Технический результат заключается в повышении точности и расширении диапазона корректирования топливоподачи в зависимости от изменения температуры топлива. 1 ил.

Термокомпенсирующая топливная система дизеля, содержащая бак, подкачивающий насос, фильтр, трубопроводы, топливный насос высокого давления, датчик-терморезистор, установленный на входе в топливный насос высокого давления, магистраль слива избыточного топлива, регулируемый электромагнитный исполнительный механизм, электрически соединенный через блок усиления с датчиком-терморезистором и источником питания, отличающаяся тем, что имеется регулятор частоты вращения, снабженный прямым корректором топливоподачи, размещенным в цилиндрическом корпусе, вворачиваемом снаружи в корпус регулятора, задатчик скоростного режима, имеющий возможность перемещаться в диапазоне от максимальной подачи топлива до полного ее выключения, датчик положения, кинематически связанный с задатчиком скоростного режима и электрически соединенный с блоком усиления, выключатель и зубчато-реечная передача, рейка которой механически связана с регулируемым электромагнитным исполнительным механизмом с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющей, установленной снаружи на топливном насосе высокого давления, а зубчатое колесо передачи жестко закреплено на корпусе корректора с возможностью автоматического поворота последнего на угол, пропорциональный значению сигнала, снимаемого с датчика-терморезистора.