СИСТЕМА ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 2001 года по МПК F02M41/12 F02M45/08 F02M59/36 

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к системе впрыскивания топлива согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения. В такой системе, известной, например, из заявки DE-A-3644257, в качестве топливного насоса высокого давления используется распределительный топливный насос высокого давления, плунжер которого приводится в возвратно-поступательное и одновременно вращательное движение, причем плунжер при каждом своем повороте и на каждом ходе нагнетания подает топливо, давление которого доведено до давления впрыскивания, в один из нескольких топливопроводов высокого давления, каждый из которых проходит к соответствующей клапанной форсунке. Для разделения процесса впрыскивания на предварительное и основное впрыскивания клапан с электроприводом, в качестве которого используется электромагнитный клапан, открывается на короткое время с целью сбросить давление в надплунжерном пространстве и кратковременно снизить достигнутое давление топлива. Это означает, что необходимо использовать очень быстро переключающийся электромагнитный клапан, который требует значительных затрат на электронную систему управления и на его собственную конструкцию. В частности, на соединительном участке между надплунжерным пространством и клапанной форсункой предусматривается также специальный нагнетательный клапан, открывающийся в направлении подачи при подаче топлива под высоким давлением к распылителю форсунки и закрывающийся по окончании впрыскивания и предназначенный для гашения волн давления между нагнетательным клапаном и клапанной форсункой и поддержания на этом участке установившегося давления на требуемом постоянном уровне в интервалах между впрыскиваниями. При ступенчатом впрыскивании с разделением на предварительное и основное впрыскивания за один рабочий ход поршня соответствующего запитываемого топливом цилиндра двигателя внутреннего сгорания предпочтительно обеспечить постоянное установившееся давление в интервалах между впрыскиваниями.

Преимущества изобретения
Согласно предлагаемому в изобретении решению значительно упрощается управление впрыскиванием, разделенным на предварительное и основное впрыскивания. Благодаря конструктивно заданному с помощью профиля кулачка прерыванию отпадает необходимость в электрическом управлении с промежуточным открытием и повторным закрытием клапана с электроприводом для прерывания процесса впрыскивания между предварительным и основным впрыскиваниями и в связанных с этим затратах. От клапана с электроприводом более не требуется также высокая скорость переключения, необходимая для точного выдерживания интервала между предварительным и основным впрыскиваниями, а сам клапан может иметь значительно более простую конструкцию и меньшие размеры в сравнении со специальным клапаном, обладающим высокой скоростью переключения.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - принципиальная схема управляемого электромагнитным клапаном топливного насоса высокого давления и
на фиг. 2 - характеристика предлагаемого согласно изобретению профиля кулачка в виде кривой изменения подъема кулачка в зависимости от угла его поворота.

Описание варианта выполнения
Реализация предлагаемого согласно изобретению технического решения в описываемом ниже варианте выполнения рассматривается на примере распределительного топливного насоса высокого давления (ТНВД), схематично показанного на фиг. 1. Хотя при этом речь идет о распределительном ТНВД аксиально-поршневого типа, настоящее изобретение может найти применение и в других ТНВД, как, например, распределительных ТНВД радиально-поршневого типа, или в насосных секциях ТНВД, имеющих всего один плунжер для подачи топлива в один отдельный цилиндр двигателя внутреннего сгорания (ДВС), или в рядных ТНВД. Однако особые преимущества согласно настоящему изобретению достигаются прежде всего в отношении распределительного ТНВД, поскольку в этом случае для подачи топлива к клапанным форсункам требуется всего лишь один клапан с электроприводом, а распределение подаваемого к отдельным клапанным форсункам топлива осуществляется с помощью соответствующего распределителя. В распределительном ТНВД показанного на фиг. 1 типа имеется плунжер 1, который может совершать возвратно-поступательное и вращательное движения в цилиндрическом отверстии 2 и который своим торцем ограничивает надплунжерное пространство 10. При этом плунжер кинематически связан, например, через не показанную на чертеже пружину, с кулачковым диском 6, имеющим обращенные в осевом направлении вниз кулачки 5 предлагаемой согласно изобретению формы. Привод кулачкового диска во вращение, в частности синхронно частоте вращения двигателя внутреннего сгорания, в который топливо подается ТНВД, осуществляется известным образом с помощью не показанного на чертеже приводного вала, при этом кулачковый диск, поджимаемый пружиной, обкатывается по известному неподвижному в осевом направлении кольцу с роликами, приводя в результате этого вращающийся плунжер распределительного ТНВД в возвратно-поступательное движение для нагнетания и впуска топлива. При своем вращении во взаимосвязи с ходом нагнетания, во время которого топливо под высоким давлением вытесняется из надплунжерного пространства 10, плунжер через распределительное отверстие 8, выполненное сбоку плунжера распределительного ТНВД, соединяется с одним из нескольких топливопроводов 7 высокого давления. При этом распределительное отверстие через продольный канал 9 постоянно сообщается с надплунжерным пространством. Каждый из топливопроводов высокого давления через нагнетательный клапан 12 проходит к клапанной форсунке 13 соответствующего цилиндра ДВС.

Подача топлива в надплунжерное пространство 10 осуществляется по впускному трубопроводу 15, который подает топливо из камеры 17 всасывания, контур которой на чертеже лишь обозначен штрихпунктирной линией и которая заключена внутри корпуса ТНВД. В камеру всасывания топливо подается топливоподкачивающим насосом 18, привод которого осуществляется синхронно с ТНВД, например, приводным валом и который таким образом нагнетает топливо в камеру всасывания в количестве, зависящем от частоты вращения. С помощью дополнительного редукционного клапана 19 давление в камере всасывания обычно регулируется в зависимости от частоты вращения, если при помощи данного давления необходимо управлять дополнительными функциями ТНВД. Через перепускной дроссель 22 топливо постоянно стекает обратно в бак 23, обеспечивая таким путем охлаждение топливного насоса, соответственно отвод газов из камеры всасывания. Впускной трубопровод 15 сообщается с надплунжерным пространством через обратный клапан 16, при этом последний открывается в направлении надплунжерного пространства. Параллельно указанному обратному клапану предусмотрен клапан 24 с электроприводом, который управляет байпасным трубопроводом 21, проходящим к нагнетательному клапану 16, и с помощью которого при открытии клапана надплунжерное пространство 10 соединяется с камерой 17 всасывания, а при закрытии клапана надплунжерное пространство 10 запирается. Управление клапаном 24 с электроприводом, условно изображенным на чертеже в виде электромагнитного клапана, осуществляется известным образом блоком 25 управления в соответствии с параметрами режима работы ДВС. Однако при достаточно большом проходном сечении клапана 24 обратный клапан 16 можно и не использовать. В этом случае надплунжерное пространство на ходе впуска заполняется топливом исключительно через клапан с электроприводом.

С помощью указанного клапана с электроприводом начало подачи плунжером топлива под высоким давлением регулируется таким образом, что с его помощью в конечном итоге регулируется и начало впрыскивания. При закрытии клапана давление в надплунжерном пространстве 10 возрастает до давления впрыскивания, которое через продольный канал 9 и распределительное отверстие 8 передается в один из топливопроводов 7 высокого давления. При повторном открытии клапана с электроприводом подача топлива под высоким давлением прерывается, вследствие чего моментом закрытия клапана определяется момент начала впрыскивания и количество впрыскиваемого топлива. С помощью указанного клапана можно также реализовать предварительное впрыскивание, не используя особую систему управления.

Согласно изобретению рабочие поверхности кулачков 5, управляющие фазой подачи топлива, имеют такую геометрию, что они, как показано на фиг. 2, обеспечивают возвратно-поступательное движение плунжера в зависимости от времени по такому закону, который подразделяется на первый участок V, начинающийся с хода нагнетания плунжера и заканчивающийся после малого хода нагнетания, на второй участок P, на котором плунжер совершает обратное перемещение, в результате чего подача топлива под высоким давлением фактически прекращается и возникает интервал между впрыскиваниями, и, наконец, на третий участок H, на котором рабочая поверхность кулачка снова имеет участок подъема, перемещающий плунжер для дальнейшей подачи на впрыскивание основного количества топлива.

Из диаграммы на фиг. 2 видно также, что клапан с электроприводом, например электромагнитный клапан или клапан с пьезоприводом, закрывается в точке FB, определяя момент начала подачи предварительно впрыскиваемого количества топлива, а тем самым одновременно и начала впрыскивания, и снова открывается лишь в точке FE, определяя момент завершения основного впрыскивания. Прерывание процесса впрыскивания происходит исключительно за счет того, что благодаря наличию у кулачка участка P подача топлива под высоким давлением на этом участке фактически невозможна. С помощью указанного, конструктивно заданного интервала между впрыскиваниями продолжительность прерывания впрыскивания под высоким давлением может в принципе определяться остающимися постоянными углами действия кулачка и не зависеть, в частности, от скорости переключения клапана с электроприводом и от частоты вращения. В отдельных случаях профиль кулачка можно также изменить с целью обеспечить требуемое разделение фаз впрыскивания. Вместо перемещения плунжера в обратном направлении его можно также лишь удерживать на месте или перемещать далее лишь на столь малую величину таким образом, чтобы этого движения было недостаточно для сколь-нибудь существенного впрыскивания, в результате чего между впрыскиваниями фактически наступит пауза, которая в целом настолько сократит подачу топлива в камеру сгорания ДВС, что повышение давления в камере сгорания замедлится и таким путем можно достичь практически бесшумного сгорания топлива.

В предпочтительном варианте ТНВД согласно изобретению используется для подачи топлива к клапанным форсункам, которые пригодны для разнесенного по времени или ступенчатого впрыскивания топлива с различным расходом, создавая при этом для предварительного впрыскивания меньшее проходное сечение, чем для основного впрыскивания. Подобные форсунки известны и поэтому не требуют подробного описания. В этой связи можно сослаться, например, на патент Германии DE-C2-3606246. С помощью форсунок подобной конструкции можно с гораздо большей точностью выдерживать требуемый интервал между предварительным и основным впрыскиваниями.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам впрыскивания топлива в двигатели внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию и управление впрыскиванием, а также выдерживать требуемый интервал между предварительным и основным впрыскиванием с гораздо большей точностью. Система впрыскивания топлива с топливным насосом высокого давления содержит плунжер, кулачковый привод по меньшей мере с одним кулачком, по меньшей мере одну клапанную форсунку, клапан с электроприводом. Закрытие этого клапана определяет фазу впрыскивания. По меньшей мере один кулачок выполнен такими образом, что на его рабочей поверхности имеется участок (Р), на котором плунжер после первого хода нагнетания, предназначенного для предварительного впрыскивания, по меньшей мере неподвижно удерживается в достигнутом положении или отводится назад для прерывания нагнетания топлива под высоким давлением, а затем для осуществления хода нагнетания, предназначенного для основного впрыскивания, перемещается дальше. Управление клапаном с электроприводом осуществляется таким образом, что в начале хода нагнетания при предварительном впрыскивании он закрыт, а снова открывается только по окончании основного впрыскивания. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система впрыскивания топлива с топливным насосом высокого давления, имеющим надплунжерное пространство (10), которое ограничено плунжером, приводимым в действие кулачковым приводом по меньшей мере с одним кулачком, и которое служит для подачи доведенного до давления впрыскивания топлива по меньшей мере к одной клапанной форсунке (13), а также с клапаном (24) с электроприводом, с помощью которого надплунжерное пространство (10) топливного насоса высокого давления соединяется с камерой (17) всасывания или отсоединяется от нее для регулирования количества впрыскиваемого топлива и управления началом впрыскивания, и с прерыванием процесса впрыскивания между предварительным и основным впрыскиваниями при каждом цикле впрыскивания, отличающаяся тем, что по меньшей мере один кулачок выполнен таким образом, что на его рабочей поверхности, которая служит для управления ходом нагнетания плунжера, имеется участок (Р), на котором плунжер (1) после первого хода нагнетания, предназначенного для предварительного впрыскивания, по меньшей мере неподвижно удерживается в достигнутом положении или отводится назад для прерывания нагнетания топлива под высоким давлением, а затем для осуществления хода нагнетания, предназначенного для основного впрыскивания, перемещается дальше, причем управление клапаном (24) с электроприводом осуществляется таким образом, что в начале хода нагнетания при предварительном впрыскивании он закрыт, а снова открывается только по окончании основного впрыскивания. 2. Система впрыскивания топлива по п.1, отличающаяся тем, что в качестве клапанной форсунки используется форсунка, служащая для разделения процесса впрыскивания на впрыскивания с различным расходом и имеющая двухступенчато регулируемое клапанным элементом проходное сечение. 3. Система впрыскивания топлива по п.2, отличающаяся тем, что клапанная форсунка имеет по меньшей мере две пружины, управляющие ее закрытием, а клапанный элемент за счет подводимого высокого давления топлива против действия первой из пружин осуществляет первый ход открытия клапана для предварительного впрыскивания, а затем против действия первой и/или второй пружины осуществляет еще один ход открытия клапана для основного впрыскивания. 4. Система впрыскивания топлива по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что в качестве топливного насоса высокого давления используется распределительный топливный насос высокого давления.