СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ЦИЛИНДРЫ ДИЗЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F02M63/04 

Изобретение относится к области двигателестроения и может применяться в дизельных двигателях для регулирования начального давления топлива.

Современная тенденция увеличения удельной (литровой) мощности дизелей требует интенсификации процесса подачи топлива, т.е. повышения давления и сокращения продолжительности процесса впрыскивания. Чрезвычайно важным является повышение равномерности и стабильности подачи топлива, что достигается за счет повышения начального давления Р_НАЧ в линии высокого давления (ЛВД). В традиционной системе давление Р_НАЧ в последующем цикле равно остаточному давлению Рост в предыдущем цикле (Р_НАЧ=Р_ОСТ). Р_НАЧ и Р_ОСТ изменяются в зависимости от конструктивных особенностей системы и режима ее работы. Регулирование Р_НАЧ заключается в повышении его в межцикловый период ϕ_МЦ. При этом принудительное заполнение линии высокого давления производится обычно с помощью отдельного насоса и (или) аккумулятора.

Известен способ регулирования подачи топлива в цилиндр дизеля, в котором повышенное начальное давление топлива в ЛВД создают при нагнетательном ходе плунжера специального дополнительного насоса (Н.Н. Патрахальцев. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления // Двигателестроение. - 1980, 10. - с. 35, рис. II).

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является следующий недостаток способа - недостаточно высокая скорость движения плунжера основного насоса во время подачи топлива в цилиндр, что приводит к недостаточному сокращению продолжительности впрыскивания топлива.

Известен способ регулирования подачи топлива в цилиндр дизеля, в котором повышенное начальное давление топлива создают в аккумуляторе, откуда производят подпитку ЛВД, создавая в ней повышенное начальное давление топлива (Н. Н. Патрахальцев. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления // Двигателестроение. - 1980, 10, -с. 36, рис.IIIа).

Также известен способ регулирования подачи топлива в цилиндры многоцилиндрового дизеля, в котором создают повышенное начальное давление топлива в ЛВД, используя нагнетательный ход соседней секции штатного топливного насоса (Н. Н. Патрахальцев. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления // Двигателестроение. - 1980, 10, -с. 36, рис. VII).

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является следующий недостаток способов - введение в линию высокого давления дросселя, через который перетекает топливо, либо для создания повышенного давления топлива в аккумуляторе (рис.IIIa), либо для подпитки линии высокого давления соседней секции (рис. VII), что приводит к потере интенсивности впрыскивания как в начале процесса, так и в его завершающей фазе.

Известен способ регулирования подачи топлива в цилиндр дизеля, в котором повышенное давление топлива создают в аккумуляторе с помощью нагнетательного хода плунжера специального дополнительного насоса, ЛВД подпитывают, создавая в ней повышенное начальное давление, из аккумулятора (Н.Н. Патрахальцев. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления // Двигателестроение. - 1980, 10, - с. 35, рис.I).

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является следующий недостаток способа - недостаточно высокая скорость движения плунжера основного насоса во время подачи топлива в цилиндр, что приводит к недостаточно высоким максимальным и средним давлениям впрыскивания, к недостаточному сокращению продолжительности впрыскивания, к недостаточно высокой стабильности и равномерности подачи топлива.

Наиболее близким к данному изобретению является способ регулирования подачи топлива в цилиндры многоцилиндрового дизеля (Авт. св. 1348552 А1, кл. F 02 D 17/02, F 02 М 55/00, опубл. БИ 40, 1987), который заключается в том, что при работе дизеля на режимах холостого хода и малых нагрузок отключают подачу топлива системой в часть цилиндров путем стравливания топлива из линий высокого давления отключенных секций, одновременно увеличивая подачу в неотключенные цилиндры, причем стравливание топлива ведут из линий высокого давления отключенных секций в аккумулятор топлива и создают в нем повышенный уровень давления.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является следующий недостаток способа - недостаточно высокая скорость движения плунжера топливного насоса во время подачи топлива в цилиндр, что приводит к недостаточно высоким максимальным и средним давлениям впрыскивания, к недостаточному сокращению продолжительности впрыскивания, к недостаточно высокой стабильности и равномерности подачи топлива. Кроме того, регулирование начального давления при осуществлении способа возможно только в случае работы дизеля на режиме холостого хода и при малых нагрузках, когда часть отключена, на всех остальных возможных режимах работы дизеля регулирование начального давления не производится, что значительно снижает интенсивность, стабильность и равномерность подачи топлива на этих режимах.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является наиболее полное использование возможностей улучшения основных показателей процесса подачи топлива в цилиндр - повышения давления впрыскивания, сокращения продолжительности впрыскивания, повышения равномерности и стабильности подачи топлива системами топливоподачи с плунжерными насосами высокого давления.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение интенсивности впрыскивания, стабильности и равномерности подачи топлива в цилиндры дизеля.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля системой топливоподачи с регулированием начального давления, содержащей аккумулятор топлива и линии связи аккумулятора с линиями высокого давления через распределители, заключающемся в том, что отключают подачу топлива системой в цилиндры путем стравливания топлива из линий высокого давления в аккумулятор, отключают подачу топлива системой в цилиндры при дополнительном ходе плунжеров насоса, а стравливание ведут до получения заданного начального давления топлива в линиях высокого давления путем изменения времени открытия клапанов распределителя.

Отличием предлагаемого способа является наличие дополнительного хода плунжера штатного насоса за счет использования привода вала насоса от коленчатого вала дизеля с таким передаточным отношением, что за один цикл работы цилиндра дизеля в соответствующей секции насоса реализуется два нагнетательных хода плунжера. Это обуславливает увеличенную объемную скорость движения плунжера во время рабочего хода. Заданное начальное давление Р_НАЧ топлива в ЛВД получают стравливанием части топлива, подаваемого в ЛВД во время дополнительного хода плунжера. Тем самым повышается интенсивность, стабильность и равномерность подачи топлива.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: фиг.1 - общая схема системы топливоподачи дизеля, реализующая предлагаемый способ топливоподачи; на фиг.2 - распределитель при основном ходе плунжера; на фиг. 3 - распределитель при дополнительном ходе плунжера; на фиг.4 - график зависимости давления впрыскивания топлива P_в от угла поворота вала насоса ϕ; на фиг.5 - график зависимости изменения скорости впрыскивания от угла поворота вала насоса ϕ.
Предлагаемая система (фиг.1) содержит насос высокого давления 1 плунжерный, золотникового типа. Привод кулачкового вала 2 насоса 1 осуществляется от коленчатого вала 3 дизеля с передаточным отношением 1:1, что обеспечивает два нагнетательных хода плунжера 4 - рабочий и дополнительный за два оборота коленчатого вала 3, т.е. один цикл четырехтактного дизеля, чем обеспечивается интенсивность процесса впрыскивания. К насосу 1 топливо подводится из линии низкого давления (ЛНД) 5. Линией высокого давления 6 насос 1 связан с форсункой 7 закрытого типа.

Для регулирования начального давления в ЛВД 6 последняя связана с ЛНД 5 через аккумулятор 8 и распределитель 9, состоящий из двух клапанов (фиг.2 и 3) - с электрическим 10 и гидравлическим 11 приводом, и запирающей полости 12. Для придания движения электромагнитному клапану служит обмотка 13. Гидравлический клапан 11 имеет с одной стороны дифференциальную площадку 14, а с другой стороны поршень 15, которые обеспечивают закрытие или открытие клапана 11. Изменением времени открытия клапанов 10 и 11 обеспечивается стравливание топлива в ЛНД 5 до получения заданного начального давления топлива в ЛВД 6.

Чередование рабочего и дополнительного ходов плунжера 4, т.е. режимов подачи и отключения подачи топлива, обеспечивается сигналами от электронного блока управления (ЭБУ) 16, соединенного с датчиком 17, например электромагнитным, отслеживающим положение коленчатого вала 3.

Работа системы при осуществлении способа происходит следующим образом.

Регулирование начального давления осуществляется путем стравливания определенной части топлива из ЛВД 6 в ЛНД 5 во время дополнительного хода плунжера 4, предшествующего основному ходу.

При основном ходе плунжера 4, в режиме подачи топлива, насос 1 подает топливо в ЛВД 6, а из нее - к форсунке 7, через которую происходит впрыскивание топлива в цилиндр. Клапаны 10 и 11 распределителя 9 закрыты (фиг.2), т. е. происходит подача топлива в цилиндр как в обычной топливоподающей системе, но с повышенной объемной скоростью плунжера 4, т.к. частота вращения кулачкового вала 2 насоса 1 равна частоте вращения коленчатого вала 3 двигателя. Одновременно с этим топливо из аккумулятора 8 поступает в запирающую полость 12, воздействуя при этом на поршень 15 и дифференциальную площадку 14 гидравлического клапана 11. Состояние закрытого клапана 11 обеспечивается значительно большим усилием, действующим на него со стороны поршня 15, чем со стороны дифференциальной площадки 14, обращенной к ЛВД 6. Следовательно, клапан 11 прижат к седлу за счет силы, действующей со стороны поршня 15. Питание на обмотку 13 электромагнитного клапана 10 не подается, чем обеспечивается его закрытое состояние.

При дополнительном ходе плунжера 4, в режиме отключения подачи топлива, насос 1 также подает топливо в ЛВД 6. ЭБУ 16, преобразовав сигнал от датчика положения коленчатого вала 17, подает импульс напряжения на обмотку 13 электромагнитного клапана 10 (фиг.3). Клапан 10 открывается, сообщая запирающую полость 12 с ЛНД 5. При падении давления в запирающей полости 12 усилие, действующее на гидравлический клапан 11 со стороны дифференциальной площадки 16, становится больше, чем со стороны поршня 15, в результате чего клапан 11 открывается. Топливо перетекает из ЛВД 6 через запирающую полость 12 в ЛНД 5. При этом часть топлива из ЛВД 6 поступает в аккумулятор 8. Количество топлива, стравливаемое из ЛВД 6, определяет давление топлива в ЛВД 6 и зависит от продолжительности пребывания клапана 10 в открытом состоянии. Время открытого состояния клапана 10 можно изменять путем изменения длительности импульсов напряжения, поступающих из ЭБУ 16 на обмотку 13 электромагнитного клапана 10.

Таким образом, во время дополнительного хода плунжера происходит стравливание топлива из ЛВД 6 через распределитель 9 и аккумулятор 8 в ЛНД 5, в результате чего получают заданное повышенное начальное давление в ЛВД 6, что приводит к повышению интенсивности впрыскивания, стабильности и равномерности подачи топлива. На фиг.4 показана характеристика давления впрыскивания топлива, полученная по предлагаемому способу - система имеет привод вала насоса 2 от коленчатого вала 3 дизеля с передаточным отношением 1:1, а также характеристика давления впрыскивания системы с обычной частотой вращения вала насоса, в том числе и по способу-прототипу. Кроме того, предлагаемый способ позволяет уменьшить продолжительность впрыскивания топлива (фиг.5).

Для подтверждения вышеизложенного были проведены экспериментальные исследования.

Эксперимент проводился на стенде для испытания топливной аппаратуры марки КИ-15716-ГОСНИТИ УХЛ42, на который поочередно устанавливались система топливоподачи по предлагаемому способу, и система аналогичная той, что применена в способе-прототипе. В системах использовался топливный насос высокого давления УТН-5. Частота вращения вала насоса в системе по способу-прототипу n= 1000 об/мин, в системе по предлагаемому способу n=2000 об/мин. Цикловая подача топлива qц=71 мм³. Цель эксперимента - определение параметров процесса впрыскивания топлива системой топливоподачи по предлагаемому способу и системой топливоподачи по способу-прототипу. Результаты эксперимента представлены в виде графиков зависимости давления Р_B впрыскивания топлива от угла поворота ϕ коленчатого вала дизеля - фиг.4 и зависимости скорости впрыскивания топлива dQ/dt угла поворота ϕ коленчатого вала дизеля - фиг.5.

Как видно из графика (фиг.4), интенсивность процесса впрыскивания значительно возрастает - максимальное давление впрыскивания по предлагаемому способу (кривая 1) больше в 2,5 раза максимального давления впрыскивания по способу-прототипу (кривая 2). Скорость впрыскивания увеличивается на 30%, что наглядно демонстрируют дифференциальные характеристики подачи топлива (фиг.5). Продолжительность впрыскивания топлива, отсчитанная по углу поворота коленчатого вала дизеля, уменьшается на 25% (фиг.5).

Изобретение относится к области двигателестроения и может применяться в дизельных двигателях для регулирования начального давления топлива. Способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля системой топливоподачи с регулированием начального давления, содержащей аккумулятор топлива и линии связи аккумулятора с линиями высокого давления через распределители, заключается в том, что отключают подачу топлива системой в цилиндры путем стравливания топлива из линий высокого давления в аккумулятор. Отключение осуществляют при дополнительном ходе плунжеров насоса. Стравливание ведут до получения заданного начального давления топлива в линиях высокого давления путем изменения времени открытия клапанов распределителей. Технический результат - повышение интенсивности впрыскивания, стабильности и равномерности подачи топлива в цилиндр дизеля. 5 ил.

Способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля системой топливоподачи с регулированием начального давления, содержащей аккумулятор топлива и линии связи аккумулятора с линиями высокого давления через распределители, заключающийся в том, что отключают подачу топлива системой в цилиндры путем стравливания топлива из линий высокого давления в аккумулятор, отличающийся тем, что отключают подачу топлива системой в цилиндры при дополнительном ходе плунжеров насоса, а стравливание ведут до получения заданного начального давления топлива в линиях высокого давления путем изменения времени открытия клапанов распределителей.