УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F02M51/00 F02D1/00 

Изобретение относится к области двигателестроения и предназначено для подачи топлива в цилиндр дизеля.

Современная тенденция увеличения удельной (литровой) мощности дизелей требует интенсификации процесса подачи топлива, т.е. повышения давления и сокращения продолжительности процесса впрыскивания. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что особое внимание необходимо уделять параметрам начальной и конечной фаз впрыскивания. То есть важно управлять крутизной переднего и заднего фронтов характеристики, что в значительной степени влияет на экономические показатели дизеля, скорость нарастания давления, а также на токсичность отработавших газов. Протекание заднего фронта определяет скорость падения давления в конечной фазе подачи и, следовательно, продолжительность впрыскивания и показатели дизеля.

Известно устройство для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля (авт.св. 891993, кл. F 02/ D 5/02, опубл. БИ 47, 1981), содержащее топливный бак, первую систему постоянного давления, электроуправляемую форсунку, вторую систему постоянного давления, первый и второй нагнетательные трубопроводы, первый электромагнитный клапан, второй электромагнитный клапан, сливной трубопровод, который через третий электромагнитный клапан связывает второй нагнетательный трубопровод с топливным баком и дополнительным сливным трубопроводом, устройство управления.

Недостатком данного устройства является то, что изменение скоростного и нагрузочного режима, т. е. изменение цикловой подачи топлива и давления в нагнетательной магистрали приводит после сложения двух волн давления, к изменению результирующей волны давления, т.е. к изменению характера протекания переднего и заднего фронтов. Таким образом, устройство обладает ограниченной возможностью управления законом подачи топлива.

Наиболее близким из известных устройств, позволяющим управлять крутизной переднего и заднего фронтов, является устройство (авт.св. 918471, кл. F 02 D 1/00, опубл. БИ 13, 1982), содержащее систему для создания высокого давления, нагнетательную магистраль, электроуправляемую форсунку, сливной трубопровод, электромагнитный клапан.

Недостатком данного устройства является то, что изменение цикловой подачи топлива, т. е. длины импульса напряжения, открывающего иглу форсунки, всегда будет приводить к изменению закона подачи топлива (крутизны переднего фронта), поскольку изменение импульса напряжения будет означать использование определенного участка кривой сложно изменяющегося давления. Известно, что в начале впрыскивания необходимо подать небольшое количество топлива - это сократит период задержки воспламенения и обеспечит мягкую работу дизеля. Данная система позволяет решить такую задачу при заданных цикловых подачах. Управление крутизной заднего фронта в данной системе решается за счет скорости открывания электромагнитного клапана, тем самым регулируется скорость спада давления в нагнетательной магистрали, т.е. трудно обеспечить уменьшение давления в подыгольном пространстве форсунки за счет изменения скорости открытия электромагнитного клапана, тем более, что давление в нагнетательной магистрали, как уже было сказано выше, будет зависеть от величины цикловой подачи. Таким образом, устройство обладает ограниченной возможностью управления законом подачи топлива.

В этой связи важнейшей является задача создания новой высокоэффективной системы топливоподачи с электронным управлением, снабженной новой электрогидравлической системой, состоящей из поршня, связанного с перепускным клапаном, управление которого осуществляется за счет разности давлений в верхней и нижней управляющих полостях, что позволяет перепускать часть топлива в начале и в конце подачи топлива, тем самым управлять крутизной переднего и заднего фронтов характеристики топливоподачи, в результате чего улучшается управление топливоподачей.

Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение управления топливоподачей.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для впрыскивания топлива в дизель, содержащее систему для создания высокого давления, нагнетательную магистраль, форсунку, сливной трубопровод, электромагнитный клапан, снабжено электрогидравлической системой, состоящей из корпуса с установленным в нем поршнем, соединенным с перепускным клапаном и разделяющим ее на верхнюю и нижнюю полости, каждая из которых соединена с гидроаккумулятором, при этом в верхней полости размещен электромагнитный клапан, соединенный с системой управления, состоящей из генератора прямоугольных импульсов, соединенного с электронным блоком управления, соединенным с датчиком подъема иглы форсунки, установленным на последней.

Благодаря тому, что устройство снабжено новой электрогидравлической системой, состоящей из корпуса, в котором установлен поршень, соединенный с перепускным клапаном и разделяющий его на нижнюю и верхнюю полости, каждая из которых соединена с гидроаккумулятором, при этом в верхней полости размещен электромагнитный клапан, связанный с генератором прямоугольных импульсов, соединенным с электронным блоком управления, преобразующим кривую подъема иглы форсунки в прямоугольный импульс напряжения, сигналы на который поступают с датчика подъема иглы форсунки, обеспечивается управление передним и задним фронтами характеристики топливоподачи за счет перепуска топлива из нагнетательной магистрали в сливной трубопровод.

Вследствие того, что в верхней управляющей полости электрогидравлической системы размещен электромагнитный клапан, обеспечивается управление перепускным клапаном за счет перепуска топлива в сливной трубопровод, тем самым обеспечивается открытие или закрытие перепускного клапана, таким образом слив части топлива из нагнетательной магистрали в начале подачи топлива означает управление передним фронтом характеристики, а слив части топлива в конце подачи позволяет резко сбросить давление в нагнетательной магистрали, т.е. обеспечить быструю посадку иглы форсунки за счет длины импульса напряжения, подаваемого на электромагнитный клапан, т.е. продолжительность пребывания электромагнитного клапана в открытом состоянии, тем самым управлять задним фронтом характеристики топливоподачи, т.е. позволяет улучшить управление топливоподачей.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенном в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результат которого показывает, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 изображена электрогидравлическая система; на фиг.3 - график, иллюстрирующий преобразование кривой подъема иглы форсунки в прямоугольный импульс напряжения; на фиг.4 - график, иллюстрирующий управление передним фронтом характеристики топливоподачи; на фиг.3 - график, иллюстрирующий управление задним фронтом характеристики топливоподачи.

Предлагаемое устройство содержит систему для создания высокого давления, выполненную в виде плунжерного насоса высокого давления 1 золотникового типа для подачи топлива (фиг.1). Нагнетательной магистралью 2 насос 1 связан с форсункой 3 закрытого типа, которая подает топливо в цилиндр двигателя.

Для управления подачей топлива нагнетательная магистраль 2 связана со сливным трубопроводом 4 электрогидравлической системой 5 (фиг.1, 2), состоящей из корпуса 6, предназначенного для установки в нем управляющего поршня 7, разделяющего его на две управляющие полости верхнюю полость 8 и нижнюю полость 9, предназначенные для управления открытием или закрытием перепускного клапана 10. Для увеличения быстродействия электрогидравлической системы 5 поршень 7 выполнен двойным. Поршень 7 имеет большую площадь 11 и малую площадь 12. Меньшей стороной поршень 7 через уплотнительное кольцо 13 соединен с перепускным клапаном 10, который установлен в корпусе 14, соединяющим электрогидравлическую систему 5 с нагнетательной магистралью 2. При увеличении давления в верхней управляющей полости 8 поршень 7 из-за большей силы будет перемещаться в сторону закрытия перепускного клапана 10, преодолевая силы от давления топлива в нагнетательной магистрали 2, от деформации пружины 15, затяжка которой регулируется болтом 16, от давления на малую площадь 12 поршня 7. В верхней управляющей полости 8 установлен электромагнитный клапан 17, предназначенный для сообщения этой полости со сливным трубопроводом 4. Для придания движения электромагнитному клапану 17 служит обмотка 18. При обратном ходе (при открытом электромагнитном клапане 17), вследствие сбрасывания давления из верхней управляющей полости 8, сила от давления на малую площадь 12 поршня 7 окажется больше, чем сила от давления на большую площадь 11 поршня 7. Тем самым решается вопрос об увеличении быстродействия электрогидравлической системы 5.

Управление поршнем 7 осуществляется от гидроаккумулятора 19, топливо из которого поступает через дросселирующие отверстия 20 и 21 в верхнюю управляющую полость 8 и нижнюю управляющую полость 9. Обмотка 18 электромагнитного клапана 17 связана с генератором прямоугольных импульсов 22, предназначенным для подачи управляющих импульсов напряжения на открытие или закрытие электромагнитного клапана 17. Генератор прямоугольных импульсов 22 соединен с электронным блоком управления 23, предназначенным для преобразования кривой подъема иглы форсунки 3 в прямоугольный импульс напряжения и синхронизации моментов начала подъема или опускания иглы форсунки 3 с моментом подачи на обмотку 18 электромагнитного клапана 17 импульса напряжения. Сигнал на электронный блок управления 23 поступает с датчика 24 подъема иглы форсунки 3, установленного на последней.

Работа устройства при управлении подачей топлива осуществляется следующим образом.

Насос 1 подает топливо в нагнетательную магистраль 2, а из нее - к форсунке 3, через которую происходит впрыскивание топлива в цилиндр. Клапаны 10 и 17 электрогидравлической системы 5 закрыты, т.е. происходит подача топлива в цилиндр, как в обычной системе. Одновременно топливо из гидроаккумулятора 19 поступает в верхнюю 8 и нижнюю 9 управляющие полости через дросселирующие отверстия 20 и 21, воздействуя при этом на большую площадь 11 и меньшую площадь 12 поршня 7. Закрытое положение перепускного клапана 10 обеспечивается разностью сил, действующих на площади 11 и 12 поршня 7 при равенстве давлений в верхней 8 и нижней 9 управляющих полостях. Питание на обмотку 18 электромагнитного клапана 17 не подается, чем обеспечивается его закрытое состояние.

Управление подачей топлива осуществляется стравливанием части топлива из нагнетательной магистрали 2 в сливной трубопровод 4, то есть открытием перепускного клапана 10. Для этого сигнал с датчика 24 подъема иглы форсунки 3 поступает на электронный блок управления 23, который преобразует кривую подъема иглы форсунки 3 в прямоугольный импульс напряжения (фиг.3).

На фиг. 3 показана характеристика подъема иглы форсунки 3 в функции поворота кулачкового вала Hи=f(ϕ). Электронный блок управления 23 основан на принципе триггера Шмитта, позволяющего получать прямоугольный сигнал напряжения из сигналов произвольной формы. Преобразованный сигнал с электронного блока управления 23 поступает на генератор прямоугольных импульсов 22, который может запускаться от переднего или заднего фронта прямоугольного преобразованного импульса, в зависимости от того, какая часть характеристики должна быть изменена (фиг.4,5).

На фиг.4 показана зависимость давления впрыскивания как функции угла поворота кулачкового вала Рв=f(ϕ) от длины импульсов напряжения (изменение переднего фронта характеристики).

На фиг.3 показана зависимость подъема иглы форсунки 3 в функции поворота кулачкового вала Ни=f(ϕ) от продолжительности импульсов напряжения (изменение заднего фронта характеристики). Генератор прямоугольных импульсов 22 подает импульс напряжения на обмотку 18 электромагнитного клапана 17. Электромагнитный клапан 17 открывается, сообщая верхнюю управляющую полость 8 со сливным трубопроводом 4. При падении давления в верхней управляющей полости 8 усилие на меньшую площадь 12 поршня 7 становится больше, чем на большую площадь 11 поршня 7. Поршень 7 будет перемещаться в сторону открытия перепускного клапана 10, при этом часть топлива из нагнетательной магистрали 2 поступает в сливной трубопровод 4. После прекращения подачи импульса напряжения на обмотку 18 электромагнитного клапана 17 последний закрывается. Давление в верхней управляющей полости 8 увеличивается, и поршень 7 из-за большей силы на большую площадь 11 будет перемещаться в сторону закрытия перепускного клапана 10, преодолевая силы от давления топлива в нагнетательной магистрали 2, от деформации пружины 15, от давления на нижнюю площадь 12. Количество стравливаемого топлива зависит от продолжительности пребывания клапана 17 в открытом состоянии. Время открытого состояния перепускного клапана 17 определяется продолжительностью импульсов напряжения, поступающих с генератора прямоугольных импульсов 22.

Слив части топлива из нагнетательной магистрали 2 при подъеме иглы форсунки 3, т.е. в начале подачи топлива, изменяет скорость последней, что означает изменение переднего фронта характеристики подачи топлива (фиг.4). Известно, что в начале впрыскивания необходимо подать небольшую часть топлива, что влияет на жесткость работы дизеля (на период задержки воспламенения). Небольшой импульс напряжения I (фиг.4) позволяет не очень сильно разгрузить нагнетательную магистраль 2, что позволяет незначительно деформировать передний фронт, т.е. подать больше топлива в начале впрыскивания. Импульс напряжения большей длины II (фиг.4) позволяет сильно разгрузить нагнетательную магистраль 2, т. е. подать меньше топлива в начале впрыскивания, тем самым уменьшая период задержки воспламенения.

Подача импульса напряжения на обмотку 18 электромагнитного клапана 17, то есть разгрузка нагнетательной магистрали 2 в момент опускания иглы форсунки 3 (до ее посадки) изменяет задний фронт характеристики подачи топлива (фиг. 5). Импульс напряжения большой длины III (фиг.5) позволяет резко сбросить давление в нагнетательной магистрали 2, что обеспечит быструю посадку иглы форсунки 3, т.е. резко сократит продолжительность подачи топлива.

Изменение длины импульсов, т. е. времени пребывания электромагнитного клапана 17 в открытом состоянии, позволяет гибко воздействовать на закон подачи топлива.

Таким образом, устройство позволяет улучшить управление топливоподачей.

Предлагаемое устройство для впрыскивания топлива в дизель способствует улучшению управления топливоподачей благодаря наличию в нем электрогидравлической системы.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- устройство для впрыскивания топлива в дизель, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для применения на дизельных двигателях, что обеспечивает улучшение управления топливоподачей;
- для заявленного изобретения, в том виде как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и предлагаемым чертежом;
- устройство для впрыскивания топлива в дизель, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Изобретение относится к двигателестроению и предназначено для подачи топлива в цилиндр дизеля. Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого устройства для впрыскивания топлива в дизель, является улучшение управления топливоподачей. Устройство для впрыскивания топлива в дизель содержит систему для создания высокого давления, нагнетательную магистраль, форсунку, сливной трубопровод, электромагнитный клапан. Электрогидравлическая система состоит из корпуса с установленным в нем поршнем, соединенным с перепускным клапаном и разделяющим ее на верхнюю и нижнюю полости, каждая из которых соединена с гидроаккумулятором. В верхней полости размещен электромагнитный клапан, соединенный с системой управления, состоящей из генератора прямоугольных импульсов, соединенного с электронным блоком управления, соединенным с датчиком подъема иглы форсунки, установленным на последней. 5 ил.

Устройство для впрыскивания топлива в дизель, содержащее систему для создания высокого давления, нагнетательную магистраль, форсунку, сливной трубопровод, электромагнитный клапан, отличающееся тем, что оно снабжено электрогидравлической системой, состоящей из корпуса с установленным в нем поршнем, соединенным с перепускным клапаном и разделяющим ее на верхнюю и нижнюю полости, каждая из которых соединена с гидроаккумулятором, при этом в верхней полости размещен электромагнитный клапан, соединенный с системой управления, состоящей из генератора прямоугольных импульсов, соединенного с электронным блоком управления, соединенным с датчиком подъема иглы форсунки, установленным на последней.