ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДИЗЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК F02M55/00 F02M45/00 

Изобретение относится к области двигателестроения и может применяться в дизельных двигателях для интенсификации процесса топливоподачи.

Современная тенденция увеличения удельной (литровой) мощности дизелей требует интенсификации процесса подачи топлива, т.е. повышения давления и сокращения продолжительности процесса впрыскивания, что достигается путем форсирования скоростного режима кулачкового вала топливного насоса. Чрезвычайно важным является повышение равномерности и стабильности подачи топлива, что достигается за счет повышения уровня начального давления Р_нач в нагнетательном трубопроводе. В традиционной системе давление Р_нач в последующем цикле равно остаточному давлению Р_ост 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.

Известна система, содержащая топливный насос высокого давления, нагнетательную магистраль, форсунку, дополнительный вспомогательный насос, который и предназначен для создания повышенного начального давления топлива в нагнетательной магистрали (Н.Н.Патрахальцев. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления//Двигателестроение. - 1980, № 10. - С.36, рис.II).

Известна система, содержащая топливный насос высокого давления, нагнетательный трубопровод, форсунку, а также аккумулятор, от которого и осуществляют подпитку нагнетательного трубопровода, создавая в нем повышенное начальное давление топлива (Н.Н.Патрахальцев. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления//Двигателестроение. - 1980, № 10. - С.36, рис.IIIа). При этом заполнение аккумулятора топливом может выполняться либо штатным топливным насосом высокого давления, либо дополнительным насосом.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, т.е. интенсификации процесса топливоподачи, является невозможность повышения объемной скорости плунжера при штатной частоте вращения вала топливного насоса. Кроме того, в обоих случаях принудительное заполнение нагнетательного трубопровода производится с помощью отдельного насоса или аккумулятора, в результате чего система не обладает свойством саморегулирования при изменении скоростного или нагрузочного режима дизеля. В этом случае дополнительная система подпитки нагнетательного трубопровода (насос, аккумулятор) требует определенной перенастройки в зависимости от режима работы дизеля.

Известна система топливоподачи, содержащая топливный насос высокого давления, нагнетательный трубопровод, форсунку, аккумулятор, линию низкого давления, распределитель с электрогидравлическим приводом и электронный блок управления (Пат. 2187688 С1, кл. F 02 М 63/04, опубл. БИ № 23, 2002).

Предлагаемая и рассматриваемая системы фактически идентичны с позиции возможностей интенсификации процесса подачи топлива (повышение давления и сокращение продолжительности впрыскивания). Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, являются следующие недостатки рассматриваемой конструкции: в условиях быстроходных дизелей система очень критична к быстродействию перепускного клапана, лишь немногие существующие клапаны обладают приемлемой частотной характеристикой; усложнена конструкция электрогидравлического привода распределителя (перепускного устройства), предусмотрено наличие электронного блока управления. Все это ограничивает возможности интенсификации процесса топливоподачи в условиях быстроходных дизелей, снижает надежность системы.

Наиболее близким к данному изобретению является топливная система для дизеля, содержащая топливный насос высокого давления, вспомогательный насос, имеющий привод от кулачковой шайбы насоса высокого давления, форсунку, трубопровод для нагнетания топлива в форсунку и магистраль подпитки от вспомогательного насоса, распределительное устройство, установленное на магистрали подпитки, в виде золотникового механизма или дросселя, настраиваемых на подпитку за несколько градусов поворота вала до начала подачи топлива насосом высокого давления, а также гидроаккумулятор и регулятор для стабилизации давления, включенные в магистраль подпитки (Авт. св. 197364, кл. F 02 f, опубл. БИ № 12, 1967).

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является следующий недостаток конструкции - невозможность повышения объемной скорости плунжера при штатной частоте вращения вала топливного насоса, что не позволяет интенсифицировать процесс топливоподачи (повысить давление и сократить продолжительность впрыскивания). Принудительное заполнение нагнетательного трубопровода производится с помощью отдельного насоса и аккумулятора, в результате чего система не обладает свойством самонастраиваться при изменении скоростного или нагрузочного режимов дизеля. Наличие дополнительного насоса, гидроаккумулятора, регулятора усложняет конструкцию системы, а также повышает мощность, затрачиваемую на привод вспомогательных механизмов.

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 и снижения продолжительности впрыскивания, увеличения равномерности и стабильности подачи топлива традиционными системами топливоподачи с плунжерными насосами высокого давления.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является интенсификация процесса подачи топлива (повышение давления и сокращение продолжительности впрыскивания) путем скоростного форсирования вала топливного насоса, а также увеличение межцикловой стабильности и равномерности подачи топлива в цилиндры дизеля повышением уровня начального давления в нагнетательной магистрали в межцикловый период при одновременном упрощении конструкции системы.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что топливная система для дизеля содержит топливный насос высокого давления, форсунку, распределительное устройство, перепускной клапан, магистраль для нагнетания топлива в форсунку, магистраль подпитки и линию низкого давления, а также распределительное устройство, выполненное трехпозиционным, в виде полого цилиндра, в котором имеются нагнетательное, дросселирующее и перепускное отверстия, выполненные радиально и расположенные под углом 90° друг относительно друга, внутри которого установлен, с возможностью вращения, вал с глухим осевым каналом и радиальным распределительным отверстием, которое последовательно совмещается с каждым из отверстий полого цилиндра, причем в первой позиции глухой осевой канал посредством нагнетательного отверстия сообщается с форсункой через нагнетательную магистраль, во второй позиции - посредством дросселирующего отверстия с нагнетательной магистралью через магистраль подпитки, в третьей позиции - посредством перепускного отверстия с линией низкого давления, при этом распределительное устройство соединено с топливным насосом линией высокого давления.

Кроме того, нагнетательная магистраль сообщена с магистралью подпитки, в которой установлен перепускной клапан, разобщающий нагнетательную магистраль и магистраль подпитки в первой позиции распределителя.

При этом вал распределительного устройства сообщен с валом топливного насоса, причем отношение их угловых скоростей составляет 1:2.

Причем привод кулачкового вала топливного насоса осуществляется от коленчатого вала дизеля с передаточным отношением 1:1.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

фиг.1 - общий вид системы топливоподачи дизеля;

на фиг.2 - схема распределительного устройства при основном ходе плунжера (в первой позиции);

на фиг.3 - схема распределительного устройства при дополнительном ходе плунжера (во второй позиции);

на фиг.4 - схема распределительного устройства при разгрузке осевого канала (в третьей позиции).

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 (один цикл четырехтактного дизеля). Удвоение скорости вращения вала топливного насоса 1 приводит к увеличению объемной скорости плунжера 4 во время рабочего хода, что повышает давление и сокращает продолжительность впрыскивания топлива в цилиндр.

К насосу 1 топливо подводится из линии низкого давления (ЛНД) 5. Линией высокого давления 6 насос 1 связан с распределительным устройством 7, которое в свою очередь с помощью нагнетательной магистрали 8 сообщается с форсункой 9 закрытого типа. Распределительное устройство 7 выполнено трехпозиционным, в виде полого цилиндра 10, в котором имеются нагнетательное 11, дросселирующее 12 и перепускное 13 отверстия, выполненные радиально и расположенные под углом 90° друг относительно друга. Внутри полого цилиндра 10 установлен, с возможностью вращения, вал 14 с глухим осевым каналом 15 и радиальным распределительным отверстием 16, которое последовательно совмещается с каждым из отверстий полого цилиндра 10. В первой позиции (фиг.2), занимаемой валом 14 относительно полого цилиндра 10, глухой осевой канал 15 посредством нагнетательного отверстия 11 сообщается с форсункой 9 через нагнетательную магистраль 8. Во второй позиции (фиг.3) тот же осевой канал 15 посредством дросселирующего отверстия 12 сообщается с нагнетательной магистралью 8 через магистраль подпитки 17 и перепускной канал 18. И в третьей позиции (фиг.4) - посредством перепускного отверстия 13 с линией низкого давления 5.

Дополнительный нагнетательный ход плунжера используется для формирования в межцикловый период заданного уровня начального давления топлива в нагнетательной магистрали 8 (с целью увеличения межцикловой стабильности и равномерности подачи топлива) путем перепуска части топлива посредством дросселирующего отверстия 12 через магистраль подпитки 17 в нагнетательную магистраль 8 в момент, когда вал распределительного устройства 14 занимает вторую позицию относительно полого цилиндра 10 (фиг.3). С целью исключения заполнения топливом магистрали подпитки 17 при основном ходе плунжера 4, т.е. в первой позиции распределительного устройства, в ней установлен перепускной клапан 18, разобщающий магистраль подпитки 17 и нагнетательную магистраль 8 (фиг.2).

Привод кулачкового вала топливного насоса от коленчатого вала дизеля с передаточным отношением 1:1, а также трехпозиционное распределительное устройство, магистраль для нагнетания топлива в форсунку и магистраль подпитки позволяют выполнить указанный технический результат, а именно - интенсифицировать процесс топливоподачи (повысить давление и сократить продолжительность впрыскивания), а также увеличить межцикловую стабильность и равномерность подачи топлива в цилиндры дизеля с одновременным упрощением конструкции системы.

Работа системы происходит следующим образом.

Повышение уровня начального давления осуществляется путем перепуска определенной части топлива из глухого осевого канала 15 с помощью дросселирующего отверстия 12 через магистраль подпитки 17 в нагнетательную магистраль 8 во время дополнительного хода плунжера 4, предшествующего основному ходу.

В первой позиции распределительного устройства 7 (фиг.2), при основном ходе плунжера 4 (режим подачи топлива), насос высокого давления 1 подает топливо в ЛВД 6, а из нее - в глухой осевой канал 15 вала 14, радиальное распределительное отверстие 16 которого совмещено в этот момент с нагнетательным отверстием 11 полого цилиндра 10. В результате этого топливо под высоким давлением поступает через нагнетательную магистраль 8 к форсунке 9, которая впрыскивает топливо в цилиндр дизеля. Перепускной клапан 18 закрыт, т.е. нагнетательная магистраль 8 и магистраль подпитки 17 разобщены.

Во второй позиции распределительного устройства 7 (фиг.3), при дополнительном ходе плунжера 4 (режим повышения начального давления), насос 1 также подает топливо в ЛВД 6. Осевой канал 15 вала 14 вновь заполняется топливом, но за счет привода вала 14 от кулачкового вала 2 с передаточным отношением 1:2, радиальное распределительное отверстие 16 в этот момент совмещено с отверстием 12 полого цилиндра 10, выполняющим роль дросселя. Топливо через дросселирующее отверстие 12 заполняет магистраль подпитки 17, а так как перепускной клапан 19 открыт, то заполняется и нагнетательная магистраль 8.

Изменением сечения дросселирующего отверстия 12 формируются различные значения начального давления Р_нач в нагнетательной магистрали 8.

Таким образом, во время дополнительного хода плунжера 4 происходит перепуск определенной части топлива из глухого осевого канала 15 распределительного устройства 7 в нагнетательную магистраль 8 через магистраль подпитки 17. Количество перепускаемого топлива должно соответствовать определенному уровню давления в нагнетательной магистрали 8, при котором игла форсунки 9 не поднимется, т.е. исключается впрыскивание топлива в цилиндр при дополнительном ходе плунжера 4.

В третьей позиции распределительного устройства 7 (фиг.4) происходит разгрузка глухого осевого канала 15 при совмещении радиального распределительного отверстия 16 с перепускным отверстием 13 полого цилиндра 10, когда происходит стравливание остатков топлива из глухого осевого канала 15 в ЛНД 5. Таким образом, перед очередным основным ходом плунжера 4 осевой канал 15 разгружен.

Итак, создание заданного повышенного начального давления в нагнетательной магистрали происходит при дополнительном ходе плунжера путем перепуска части топлива из осевого канала посредством дросселирующего отверстия через магистраль подпитки и перепускной канал. Учитывая это, а также то, что система имеет привод вала насоса от коленчатого вала дизеля с передаточным отношением 1:1, выполняется указанный технический результат, а именно - повышение давления и сокращение продолжительности впрыскивания (за счет увеличенной объемной скорости плунжера), увеличение межцикловой стабильности и равномерности подачи топлива в цилиндры дизеля путем создания начальных условий в нагнетательной магистрали при одновременном упрощении конструкции системы. Преимущественно система может применяться для быстроходных транспортных дизелей.

Использование предлагаемой системы позволяет повысить давление впрыскивания топлива в 1,70-1,9 раза. Продолжительность подачи по углу поворота коленчатого вала сокращается на 25%. Межцикловая нестабильность подачи уменьшается на 40-50%. Неравномерность подачи топлива по цилиндрам уменьшается в 1,5-1,7 раза.

Изобретение относится к области двигателестроения и может применяться в дизельных двигателях для интенсификации процесса топливоподачи. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс подачи топлива путем скоростного форсирования вала топливного насоса, а также увеличить межцикловую стабильность и равномерность подачи топлива в цилиндры дизеля повышением уровня начального давления в нагнетательной магистрали в межцикловой период при одновременном упрощении конструкции системы. Топливная система для дизеля содержит топливный насос высокого давления, форсунку, распределительное устройство, перепускной клапан, магистраль для нагнетания топлива в форсунку, магистраль подпитки и линию низкого давления. Распределительное устройство выполнено трехпозиционным в виде полого цилиндра, в котором имеются нагнетательное, дросселирующее и перепускное отверстия, выполненные радиально и расположенные под углом 90° друг относительно друга, внутри которого установлен с возможностью вращения вал с глухим осевым каналом и радиальным распределительным отверстием, которое последовательно совмещается с каждым из отверстий полого цилиндра. В первой позиции глухой осевой канал посредством нагнетательного отверстия сообщается с форсункой через нагнетательную магистраль, во второй позиции - посредством дросселирующего отверстия с нагнетательной магистралью через магистраль подпитки, в третьей позиции - посредством перепускного отверстия с линией низкого давления. Распределительное устройство соединено с топливным насосом линией высокого давления. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Топливная система для дизеля, содержащая топливный насос высокого давления, форсунку, распределительное устройство, перепускной клапан, магистраль для нагнетания топлива в форсунку, магистраль подпитки и линию низкого давления, отличающаяся тем, что распределительное устройство выполнено трехпозиционным в виде полого цилиндра, в котором имеются нагнетательное, дросселирующее и перепускное отверстия, выполненные радиально и расположенные под углом 90° друг относительно друга, внутри которого установлен с возможностью вращения вал с глухим осевым каналом и радиальным распределительным отверстием, которое последовательно совмещается с каждым из отверстий полого цилиндра, причем в первой позиции глухой осевой канал посредством нагнетательного отверстия сообщается с форсункой через нагнетательную магистраль, во второй позиции - посредством дросселирующего отверстия с нагнетательной магистралью через магистраль подпитки, в третьей позиции - посредством перепускного отверстия с линией низкого давления, при этом распределительное устройство соединено с топливным насосом линией высокого давления.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что нагнетательная магистраль сообщена с магистралью подпитки, в которой установлен перепускной клапан, разобщающий нагнетательную магистраль и магистраль подпитки в первой позиции распределителя.3. Система по п.1, отличающаяся тем, что вал распределительного устройства сообщен с валом топливного насоса, причем отношение их угловых скоростей составляет 1:2.