СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК F02M59/44 F02M41/12 

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. Получившие наибольшее распространение традиционные системы с ТНВД не позволяют интенсифицировать процесс впрыска из-за зависимости давления посадки иглы от давления ее подъема. Разрабатываемые же современные системы с электроуправляемым клапаном весьма дороги и достаточно часто выходят из строя. В связи с этим актуальной задачей является разработка систем с механическим способом дозирования порции топлива.

Известна система подачи топлива дизеля (авт. св. №1557347, кл F 02 М 59/00, опубл. БИ №14, 1990), содержащая топливоподкачивающий насос, плунжерный топливный насос высокого давления с полостями наполнения, нагнетания и отсечки, всасывающим каналом, топливопровод низкого давления, гидрозапорную форсунку с подигольной и надигольной полостями, топливопровод высокого давления, линию гидрозапирания, камеру переменного объема, обратный клапан и дроссель.

Недостатком данной системы является то, что не производится разгрузка топливопровода высокого давления, связанного с подигольной полостью форсунки, что, в свою очередь, после разгрузки линии гидрозапирания может привести к нежелательному подвпрыскиванию топлива. Тем самым ограничивается возможность управления законом подачи топлива.

Известна система подачи топлива в дизель (авт. св. №1574888, кл. F 02 М 59/44, опубл. БИ №24, 1990), содержащая плунжерный топливный насос высокого давления с полостями наполнения и отсечки, втулкой с впускными и выпускными окнами, плунжером и нагнетательными клапанами, форсунку с надигольной и подигольной полостями, топливопровод высокого давления, гидрозапорный топливопровод и запорный элемент в виде регулируемого редукционного клапана.

Недостатком данной системы является то, что поступление избыточного топлива из надигольной полости через зазоры прецизионной пары (между иглой и корпусом распылителя) в линию высокого давления делает чрезвычайно трудным определение давления в надигольной полости.

Кроме того, для каждого последующего цикла оно будет изменяться, что наверняка приведет к изменению цикловой подачи при одном и том же ходе плунжера. Отсутствие разгрузки полостей форсунки в данном случае также приводит к ограничению возможности управления процессом топливоподачи.

Известна система подачи топлива для дизельного двигателя внутреннего сгорания (авт. св. №1629587, кл. F 02 М 59/44, опубл. БИ №7, 1991), содержащая линию низкого давления, секционный плунжерный насос высокого давления с впускной, отсечной и нагнетательной полостями, топливопровод низкого давления, невозвратный наполнительный клапан, нагнетательный трубопровод, форсунку закрытого типа, дополнительный трубопровод с обратным клапаном, демпфирующий элемент в виде дросселя и распределительное окно.

Недостатком данной системы является то, что импульс давления отсечки, используемый в данной системе для ускорения посадки иглы, способствует быстрому закрытию нагнетательного клапана, а следовательно, оставляет достаточно большое давление в подигольной полости, что увеличивает возможность подвпрыскивания при движении плунжера к нижней мертвой точке (НМТ) (разгрузке надигольной полости). И в этой системе неразгруженная полость является причиной ограничения возможности управления топливоподачей.

Наиболее близким из известных устройств, позволяющих управлять крутизной переднего и заднего фронтов, является устройство (авт.св. №1546689, кл. F 02 М 59/44, опубл. БИ №8, 1990), содержащее форсунку, имеющую запорную иглу, подигольную и надигольную полости, основной и дополнительный топливопроводы высокого давления с входными и выходными отверстиями, нагнетательный и запорный клапаны и топливный насос высокого давления, включающий втулку с наполнительным отверстием, плунжер, имеющий дозатор, отсечной канал, торцевую поверхность и дозирующую кромку.

Недостатком данного устройства является то, что не производится разгрузка надигольной полости форсунки, в результате чего после первого цикла работы системы возможно лишь увеличение давления в надигольной полости. Таким образом, устройство обладает ограниченной возможностью управления законом подачи топлива.

В этой связи важнейшей является задача создания новой высокоэффективной системы топливоподачи с новым ТНВД распределительного типа, состоящего из втулки, плунжера - распределителя с распределительными окнами специальной формы и дозирующей муфты, управление которой позволяет изменять количество топлива, подаваемого в подигольную полость, время подачи топлива в надигольную полость, а также угол опережения начала подачи топлива, в результате чего улучшается управление топливоподачей.

Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение эффективности управления топливоподачей путем управления количеством и временем подачи топлива в подигольную и надигольную полости форсунки и последующей их разгрузки.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащую форсунку, имеющую запорную иглу, подигольную и надигольную полости, основной и дополнительный топливопроводы высокого давления с входными и выходными отверстиями, расположенными в основном и дополнительном топливопроводах высокого давления, и топливный насос высокого давления, согласно изобретению, топливный насос выполнен распределительным и включает втулку с наполнительным отверстием, размещенный во втулке с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения плунжер-распределитель, имеющий осевой канал, разгрузочные и распределительные окна, расположенную на плунжере-распределителе в зоне распределительных и разгрузочных окон дозирующую муфту, на боковой поверхности которой выполнены перепускные каналы, поочередно взаимодействующие с распределительными окнами, одно из которых выполнено в виде прямоугольного треугольника, причем одна из его сторон, образующих прямой угол, ориентирована вдоль оси плунжера, а другая - поперек для дозирования топлива, подаваемого в подигольную полость форсунки, а другое - в виде канавки, расположенной под углом к оси плунжера, для управления временем посадки иглы и двумя разгрузочными окнами, выполненными в виде канавок, ориентированных вдоль оси плунжера-распределителя, для разгрузки надигольной и подигольной полостей форсунки, а входные отверстия топливопроводов выполнены на уровне дозирующей муфты.

Благодаря тому, что система снабжена новым ТНВД распределительного типа, состоящего из втулки, с установленным в ней плунжером - распределителем, имеющим два распределительных и два разгрузочных отверстия, поочередно взаимодействующих с перепускными каналами дозирующей муфты, обеспечивается дозирование топлива за счет изменения количества топлива, подаваемого в подигольную полость, и времени подачи топлива в надигольную полость, обеспечивается изменение угла опережения впрыскивания топлива за счет изменения времени подачи топлива в полости форсунки, и производится разгрузка полостей форсунки после каждого цикла.

Вследствие того, что распределительные окна плунжера-распределителя сообщаются с дозирующей муфтой, перемещение дозирующей муфты вдоль оси плунжера обеспечивает управление параметром "время сечение" для одного распределительного окна, что позволяет изменять количество топлива, подаваемого в подигольную полость, и временем взаимодействия другого разгрузочного окна с перепускным каналом дозирующей муфты, что изменяет время подачи топлива в надигольную полость. Управление временем подачи топлива в надигольную полость позволяет быстро сажать иглу форсунки в нужный момент времени, независимо от давления в подигольной полости форсунки, тем самым обеспечивает управление задним фронтом характеристики топливоподачи. Поворот дозирующей муфты обеспечивает изменение времени начала взаимодействия распределительных окон с перепускными каналами дозирующей муфты, что позволяет изменять угол начала опережения впрыскивания топлива, а взаимодействие разгрузочных окон плунжера с перепускными каналами дозирующей муфты позволяет разгрузить подигольную и надигольную полости форсунки после каждого цикла впрыскивания. Все эти факторы в совокупности позволяют улучшить эффективность управления топливоподачей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема системы топливоподачи в дизель.

Предлагаемая система подачи топлива в дизель содержит топливный насос высокого давления распределительного типа, включающий втулку 1 с наполнительным отверстием 2, двумя входными отверстиями 3,4 основного 5 и дополнительного 6 топливопроводов высокого давления, двумя проточками 7, 8 на внутренней поверхности втулки 1, сообщенные с входными отверстиями 3, 4, расположенными в топливопроводах высокого давления на уровне дозирующей муфты 9. Плунжер-распределитель 10, размещенный во втулке 1 с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения, имеет осевой канал 11, два распределительных 12, 13 и два разгрузочных 14, 15 окна и образует со втулкой 1 нагнетательную полость 16. Дозирующая муфта 9, расположенная на плунжере-распределителе 10 в зоне распределительных 12, 13 и разгрузочных 14, 15 окон с возможностью перемещения вдоль оси и поворота вокруг нее для дозирования топлива и изменения угла опережения впрыскивания, имеет на боковой поверхности два перепускных канала 17, 18, которые постоянно сообщаются с проточками 7,8 втулки 1 и поочередно взаимодействуют с распределительными 12, 13 и разгрузочными 14, 15 окнами. Нагнетательная полость 16 через распределительные 12, 13 и разгрузочные 14, 15 окна, перепускные каналы 17, 18 дозирующей муфты 9, проточки 7, 8, входные отверстия 3, 4, основной 5 и дополнительный 6 трубопроводы и выходные отверстия 19, 20, распложенные в основном 5 и дополнительном 6 топливопроводах высокого давления, взаимодействует с подигольной 21 и надигольной 22 полостями форсунки 23. Форсунка 23 содержит пружину 24 и запорную иглу 25. Распределительное окно 12 выполнено в виде прямоугольного треугольника, причем одна из его сторон, образующих прямой угол, ориентирована вдоль оси плунжера-распределителя 10, другая - поперек для дозирования топлива, подаваемого в подигольную полость 21 форсунки 23. Другое распределительное окно 13 выполнено в виде канавки, расположенной под углом к оси плунжера-распределителя 10, позволяющей при любом положении дозирующей муфты 9 подавать топливо в надигольную полость 22 сразу после окончания подачи его в подигольную полость 21, тем самым управлять временем посадки запорной иглы 25. Разгрузочные окна 14, 15 выполнены в виде канавок, ориентированных вдоль оси плунжера-распределителя 10, служат для разгрузки подигольной 21 и надигольной 22 полостей форсунки 23.

Система работает следующим образом.

При движении плунжера-распределителя 10 к НМТ топливо через наполнительное отверстие 2 поступает в нагнетательную полость 16. Затем при движении плунжера-распределителя 10 к верхней мертвой точке ВМТ, после перекрытия наполнительного отверстия 2, топливо сжимается в нагнетательной полости 16 и вытесняется в осевой канал 11. В этот момент при вращении плунжера-распределителя 10, распределительное окно 12 совмещается с перепускным каналом 17 дозирующей муфты 9. Топливо под давлением поступает из осевого канала 11 через распределительное окно 12, перепускной канал 17, проточку 7, входное отверстие 3, основной трубопровод 5 и выходное отверстие 19 в подигольную полость 21 форсунки 23 и из нее, после подъема запорной иглы 25, в камеру сгорания дизеля (не показана).

При дальнейшем вращении плунжера-распределителя 10, сразу после прохождения распределительным окном 12 перепускного канала 17, распределительное окно 13 совмещается с перепускным каналом 18 и остатки топлива поступают из осевого канала 11 через распределительное окно 13, перепускной канал 18, проточку 8, входное отверстие 4, дополнительный трубопровод 6 и выходное отверстие 20 в надигольную полость 22. Под действием силы давления топлива и силы упругости пружины 24 запорная игла 25 садится, и подача прекращается.

При дальнейшем вращении плунжера-распределителя 10, когда он движется от ВМТ к НМТ, в результате чего давление в полости нагнетания 16 и осевом канале 11 резко уменьшается, разгрузочные окна 14, 15 совмещаются с перепускными каналами 17, 18, и топливо из подигольной 21 и надигольной 22 полостей форсунки 23 через основной 5 и дополнительный 6 топливопроводы, входные отверстия 3, 4, проточки 7, 8, перепускные каналы 17, 18, разгрузочные окна 14, 15 и осевой канал 11 перетекает в полость нагнетания 16. Таким образом, производится разгрузка подигольной 21 и надигольной 22 полостей форсунки 23.

Перемещение дозирующей муфты 9 вниз, вдоль оси плунжера-распределителя 10, увеличивает время взаимодействия распределительного окна 12 с перепускным каналом 17, а взаимодействие распределительного окна 13 с перепускным каналом 18 происходит позже. Это обеспечивает увеличение цикловой подачи топлива, быструю посадку запорной иглы 25 форсунки 23. И наоборот: перемещение дозирующей муфты 9 вверх, вдоль оси плунжера-распределителя 10, уменьшает время взаимодействия распределительного окна 12 с перепускным каналом 17, а взаимодействие распределительного окна 13 с перепускным каналом 18 происходит раньше. Это приводит к увеличению цикловой подачи топлива и обеспечивает быструю посадку запорной иглы 25 форсунки 23.

Поворот дозирующей муфты 9 вокруг оси плунжера-распределителя 10 обеспечивает изменение времени начала взаимодействия распределительных 12, 13 окон с перепускными каналами 17, 18 дозирующей муфты 9, что позволяет изменять угол опережения начала впрыскивания топлива.

Изменение положения дозирующей муфты 9 относительно распределительных 12, 13 окон позволяет гибко воздействовать на закон подачи топлива.

Таким образом, система позволяет улучшить эффективность управления топливоподачей.

Предлагаемая система подачи топлива в дизель способствует улучшению эффективности управления топливоподачей благодаря наличию в ней нового топливного насоса высокого давления распределительного типа, обеспечивающего быструю посадку запорной иглы при любом давлении топлива в подигольной полости, изменение угла опережения начала впрыскивания топлива и разгрузку полостей форсунки после каждого цикла.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам подачи топлива в дизель. Изобретение позволяет улучшить эффективность управления топливоподачей. Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания содержит форсунку, имеющую запорную иглу, подигольную и надигольную полости, основной и дополнительный топливопроводы высокого давления с входными и выходными отверстиями, расположенными в основном и дополнительном топливопроводах высокого давления, и топливный насос высокого давления. Топливный насос выполнен распределительным и включает втулку с наполнительным отверстием, размещенный во втулке с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения плунжер-распределитель, имеющий осевой канал, разгрузочные и распределительные окна. Топливный насос имеет расположенную на плунжере-распределителе в зоне распределительных и разгрузочных окон дозирующую муфту. На ее боковой поверхности выполнены перепускные каналы, поочередно взаимодействующие с распределительными окнами. Одно из окон выполнено в виде прямоугольного треугольника, причем одна из его сторон, образующих прямой угол, ориентирована вдоль оси плунжера, а другая - поперек для дозирования топлива, подаваемого в подигольную полость форсунки. Другое - в виде канавки, расположенной под углом к оси плунжера для управления временем посадки иглы и двумя разгрузочными окнами, выполненными в виде канавок, ориентированных вдоль оси плунжера-распределителя, для разгрузки надигольной и подигольной полостей форсунки. Входные отверстия топливопроводов выполнены на уровне дозирующей муфты. 1 ил.

Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая форсунку, имеющую запорную иглу, подыгольную и надыгольную полости, основной и дополнительный топливопроводы высокого давления с входными и выходными отверстиями, расположенные в основном и дополнительном топливопроводах высокого давления, и топливный насос высокого давления, отличающаяся тем, что топливный насос выполнен распределительным и включает втулку с наполнительным отверстием, размещенный во втулке с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения плунжер-распределитель, имеющий осевой канал, разгрузочные и распределительные окна, расположенную на плунжере-распределителе в зоне распределительных и разгрузочных окон дозирующую муфту, на боковой поверхности которой выполнены перепускные каналы, поочередно взаимодействующие с распределительными окнами, одно из которых выполнено в виде прямоугольного треугольника, причем одна из его сторон, образующих прямой угол, ориентирована вдоль оси плунжера, а другая - поперек для дозирования топлива, подаваемого в подыгольную полость форсунки, а другое - в виде канавки, расположенной под углом к оси плунжера для управления временем посадки иглы и двумя разгрузочными окнами, выполненными в виде канавок, ориентированных вдоль оси плунжера-распределителя, для разгрузки надыгольной и подыгольной полостей форсунки, а входные отверстия топливопроводов выполнены на уровне дозирующей муфты.