ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ПНЕВМОКОРРЕКТОРОМ Российский патент 2004 года по МПК F02D1/14 F02D1/08 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкции топливных насосов высокого давления (ТНВД) дизельных двигателей с турбокомпрессором (ТКР).

Показатели качества работы двигателя внутреннего сгорания зависят от его топливной аппаратуры, которая должна обеспечить выполнение требований надежности и экономичности, а также влиять на экологические характеристики двигателя (уровень эмиссии вредных веществ, дымности и общего влияния на окружающую среду). Это достигается путем непрерывного совершенствования конструкций ТНВД с целью оптимизации подачи топлива на всех режимах работы дизеля.

Ужесточение требований по токсичности [1] на переходных режимах, а также обострение проблем повышения технико-экономических показателей двигателей внутреннего сгорания, а следовательно, их конкурентоспособности, требует применения все более совершенных систем регулирования подачи топлива.

Известна конструкция ТНВД с воздушным клапаном, позволяющим подать дополнительное количество воздуха в цилиндры дизеля [2].

Данная конструкция позволяет согласовать подачу воздуха и топлива при резком увеличении цикловой подачи. Здесь рейка ТНВД совмещена с золотником, регулирующим подачу масла в надмембранную полость воздушного клапана.

Недостатками данной конструкции являются повышенные требования, а следовательно, дороговизна золотникового узла, сложность конструкции, наличие у топливной насоса дополнительной системы - подачи масла, а у двигателя пневмосистемы высокого давления, что ухудшает массогабаритные показатели силовой установки.

Известна конструкция топливного насоса высокого давления с пневмокорректором, выбранная в качестве прототипа [3]. Пневмокорректор, установленный на корпусе насоса, связанный с полостью впускного коллектора, включает мембрану, пружину и шток, который соединен посредством рычажка с рейкой топливного насоса. Рейка в свою очередь механически связана с элементами управления, оснащенными датчиками.

Данная конструкция автоматически уменьшает цикловую подачу топлива в цилиндр при недостаточном давлении наддува, способствуя снижению эмиссии вредных веществ при некотором снижении расхода топлива.

Такая конструкция имеет большой объем пневмосистемы, высокую инерционность деталей кинематической связи, недолговечную мембрану пневматического чувствительного элемента, что приводит к малому быстродействию и надежности, а также увеличению времени переходного режима.

Изобретение решает задачу снижения дымности и эмиссии вредных веществ на переходных режимах, повышения надежности и быстродействия без существенного ухудшения массогабаритных показателей, увеличения стоимости и усложнения конструкции.

Это достигается тем, что топливный насос высокого давления, содержащий пневмокорректор, установленный на корпусе насоса, связанный с полостью впускного коллектора и включающий мембрану, пружину и шток, который соединен посредством рычажка с рейкой топливного насоса, механически связанной с датчиками системы управления, согласно изобретению снабжен исполнительным органом, расположенным на корпусе пневмокорректора, соединенным с указанными датчиками и выполненным в виде электромагнита, катушка которого размещена на штоке пневмокорректора, выполняющем роль якоря электромагнита.

Предлагаемая конструкция топливного насоса позволяет избавиться от недостатков, присущих прототипу, и при этом сохранить преимущества - малые габариты, простоту и относительную дешевизну конструкции.

Для улучшения экологических показателей на переходных режимах необходимо увеличивать быстродействие систем, корректирующих подачу топлива, поэтому при установке электромагнита, который включается от датчиков скорости перемещения, температуры отработавших газов, а также задатчиков нагрузки, то есть независимо от управляющего давления Р_упр, снижается время задержки по коррекции, связанное с запозданием сигнала указанного давления в связи с большим объемом пневмосистемы, инерционности деталей пневмокорректора.

Для корректирования подачи топлива пневмокорректор с помощью пружины замедляет рейку топливного насоса, поэтому для увеличения быстродействия необходимы повышенные усилия, большая жесткость пружины, однако при этом должны быть сохранены характеристики топливоподачи на установившихся режимах. Тем самым к пружине предъявляются противоречивые требования - развивать большие усилия на переходных режимах и пониженные, компенсируемые управляющим давлением Р_упр на установившихся режимах. Разрешить это противоречие можно с помощью установленного электромагнита, который добавляет усилие в нужный момент, увеличивая быстродействие как при замедлении рейки, так и при отключении корректора при выходе на установившийся режим.

Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет повысить надежность за счет выполнения исполнительным органом функций пневмокорректора при сбое (например, прорыве мембраны, зависании штока, негерметичности и забивании трубок подвода управляющего давления и т.д.). При этом по величинам тока в контуре электромагнита можно судить о состоянии двигателя и некоторых его систем.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен ТНВД с электропневмокорректором; на фиг.2 представлен пример установки последнего на дизельный двигатель.

Топливный насос 1 высокого давления с рейкой 2 (фиг.1) содержит пневмокорректор 3, к которому подводится управляющее давление Р_упр, включающий мембрану 4, пружину 5, шток 6 и рычажок 7. На корпусе пневмокорректора 3 установлен исполнительный орган 8, выполненный в виде электромагнита 9, якорем которого является шток 6, соединенный через рычажок 7 с рейкой 2 топливного насоса 1. На электромагнит подаются токи I_упр.

На фиг.2 показан пример установки топливного насоса 1 высокого давления с электропневмокорректором 10, содержащим пневмокорректор 3 и исполнительный орган 8, на дизельный двигатель 11 с турбокомпрессором 12. Полость над мембраной 4 пневмокорректора 3 соединена с впускным коллектором 13 с помощью подводящих трубок 14. Электромагнит 9 связан с преобразователем электрических сигналов 15, к которому подведены датчики системы управления: скорости перемещения 16, температуры отработавших газов 17, а также задатчики нагрузки 18, например [4]. Элементы системы управления 19 могут быть выполнены в виде рычага (тракторный вариант) или педали (автомобильный вариант).

ТНВД с электропневмокорректором работает следующим образом.

На режиме разгона водитель воздействует на элементы системы управления 19 (педаль или рычаг) и рейка 2 топливного насоса 1 стремится к положению максимальной подачи, что приводит к резкому снижению топливовоздушного соотношения (α) из-за инерционности ротора ТКР 12. Этому препятствует пружина 5 пневмокорректора 3, которая замедляет рейку 2 и ограничивает максимальную подачу топлива. По мере разгона давление Р_упр во впускном коллекторе 13 будет повышаться, и корректирующее действие пневмокорректора 3 будет снижаться.

При резком разгоне, в том числе режиме свободного ускорения [1], включается электромагнит 9 исполнительного органа 8, который воздействует на рейку 2 при получении электрического сигнала I_упр от датчиков скорости перемещения 16 и задатчиков нагрузки 18, идущего через преобразователь электрических сигналов 15, тем самым, сокращая время срабатывания пневмокорректора 3. При отсутствии возмущающих воздействий, превышающих задаваемую область нечувствительности датчиков 16 и 17, а также необходимых давлений Р_упр во впускном коллекторе 13 и соответствии подачи топлива данному режиму, при котором задатчик нагрузки 18 не подает электрического сигнала I_упр, и других параметров работы дизельного двигателя 11 корректирующее действие от электропневмокорректора 10 равно нулю.

На установившемся режиме давлению наддува Р_упр соответствует подача топлива, задаваемая топливным насосом 1, и пневмокорректор 3 не работает. На этом же режиме не работает электромагнит 9, так как нет перемещений элементов системы управления 19. Корректирующее действие возникает при снижении подачи воздуха и росте температуры отработавших газов на этом режиме (засорение воздушной магистрали, снижение атмосферного давления и т.д.).

На режиме пуска двигателя для меньшего времени пуска в цилиндры подают повышенное количество топлива, при этом следует перевести рейку 2 топливного насоса 1 в положение максимальной топливоподачи, и водитель воздействует на элементы системы управления 19. Возникающие в первые мгновения усилия в топливном насосе 1 оказываются малы и направлены противоположно воздействию. При увеличении частоты вращения рейка 2 переводится в положение минимального холостого хода. Тем самым, в начале пуска корректирующее воздействие от электропневмокорректора 10 минимально и компенсируется воздействием водителя, а на режиме холостого хода корректирующее действие отсутствует согласно работе на установившемся режиме.

На аварийном режиме и сбоях при резком повышении контролируемого параметра, например температуры отработавших газов Т_ог, сигнал с датчика 17 согласно фиг.2 подается через преобразователь электрических сигналов 15 на исполнительный орган 8, тем самым корректируется подача топлива.

Данная конструкция топливного насоса высокого давления может быть использована на бензиновом двигателе с наддувом и системой впрыска топлива под большим давлением, например при непосредственном впрыске бензина в цилиндры двигателя. Также может использоваться на других типах насосов, использующих давление и электрические параметры для регулирования производительности насоса.

Источники информации

1. ГОСТ 17.2.2.02-98. Охрана окружающей среды. Атмосфера. Нормы и методы определения дымности отработавших газов дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин, п.8.2.2, с. 7.

2. Крутов В.И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности “Двигатели внутреннего сгорания”. - М.: Машиностроение, 1989, с.178-179.

3. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности “Двигатели внутреннего сгорания” /С.И. Ефимов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; Под общей редакцией А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - М.: Машиностроение, 1985, с.218.

4. Патент Российской Федерации №2069780 С1, кл. 6 F 02 D 31/00. Электронный регулятор частоты вращения для управления подачей топлива топливным насосом высокого давления. С.П. Гладышев, В.М. Бунов, Е.В. Бунова. Изобретения. - 1996, №33, с.188.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкции топливных насосов высокого давления для дизелей с турбокомпрессором. Изобретение позволяет снизить дымность и эмиссию вредных веществ на переходных режимах, повысить надежность и быстродействие. На корпусе топливного насоса высокого давления установлен пневмокорректор, связанный с полостью впускного коллектора. Пневмокорректор включает мембрану, пружину и шток, соединенный посредством рычажка с рейкой топливного насоса, механически связанной с датчиком системы управления. Топливный насос дополнительно снабжен исполнительным органом, расположенным на корпусе пневмокорректора, соединенным с указанными датчиками и выполненным в виде электромагнита, катушка которого размещена на штоке пневмокорректора, выполняющем роль якоря электромагнита. 2 ил.

Топливный насос высокого давления с пневмокорректором, установленным на корпусе насоса, связанным с полостью впускного коллектора и включающим мембрану, пружину и шток, соединенный посредством рычажка с рейкой топливного насоса, механически связанной с датчиком системы управления, отличающийся тем, что он снабжен исполнительным органом, расположенным на корпусе пневмокорректора, соединенным с указанными датчиками и выполненным в виде электромагнита, катушка которого размещена на штоке пневмокорректора, выполняющим роль якоря электромагнита.