ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДИЗЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК F02M47/02 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям топливных систем дизелей.

Известна система топливоподачи для дизеля, содержащая секцию топливного насоса высокого давления, соединенную с форсункой линией высокого давления, а также гидрозапорную линию, сообщающую линию высокого давления с надыгольной полостью форсунки и включающую в себя последовательно включенные дроссель, обратный клапан, аккумулятор, клапан давления, подключенный выходом к надыгольной полости (см а.с. СССР №1592562, МПК 5: F02М 47/00, заявл. 13.05.88, опубл. 15.09.90).

Наличие разветвления топливопровода высокого давления усложняет конструкцию при этом объем топливопровода возрастает, что приводит при впрыскивании топлива к снижению давления в системе. Кроме того в таких топливных системах приходится применять насосную секцию повышенной производительности, поскольку с одной стороны при впрыскивании, часть топлива высокого давления расходуется на подпитку гидравлического аккумулятора, а с другой стороны наличие избыточного давления в надыгольной полости уменьшает производительносгь такой топливной системы.

Известна система с изменяемыми характеристиками впрыскивания (Топливная система с изменяемыми характеристиками впрыскивания / А.С.Хачиян, И.Г.Багдасаров. - Двигателестроение, 1986, №7, 23-26), которая включает два гидравлических аккумулятора, два насоса высокого давления, теплообменник для охлаждения топлива и форсунку с бесштифтовым закрытым распылителем, а также топливный бак. Гидравлические аккумуляторы снабжены перепускными клапанами и манометрами. Давление в аккумуляторах создается топливным насосом высокого давления с подкачивающим насосом и фильтром тонкой очистки топлива. Заданное давление топлива в аккумуляторах обеспечивается регулировкой перепускных клапанов и изменением производительности насоса высокого давления. Второй насос высокого давления используется для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля, его отсечная полость разобщена с топливо подводящей.

Топливо из одного аккумулятора попадает в линию высокого давления насоса высокого давления для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля за нагнетательным клапаном, создавая повышенное давление в линии высокого давления или до нагнетагельного клапана, обеспечивая повышенное давление топлива над плунжером до начала нагнетательного хода. Второй аккумулятор используется для дополнительного к пружинному гидравлическому запиранию иглы распылителя.

Наличие указанных элементов позволяет осуществлять изменение давления и продолжительности впрыскивания топлива в широких пределах изменения давления гидрозапирания.

В известной системе для повышения давления в линии высокого давления требуется дополнительный насос высокого давления, гидроаккумулятор, перепускной клапан и топливопровод соединяющий аккумулятор со вторым топливным насосом высокого давления для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля, кроме того, насос высокого давления соединяется со вторым гидроаккумулятором, который подключен к надыгольной полости форсунки, для дополнительного гидравлического запирания иглы распылителя. Таким образом, мощность дизеля расходуется на привод двух насосов высокого давления.

Для предотвращения дополнительного впрыскивания в известной топливной системе установлен нагнетательный клапан двойного действия типа НД21, включающий подпружиненный прямой плоский клапан с жиклером и подпружиненный обратный плоский клапан

Задачей изобретения является повышение мощностных показателей дизеля путем снижения мощности на привод агрегатов в топливной системе и упрощение конструкции топливной системы.

Поставленная задача решается тем, что в топливной системе для дизеля, содержащей топливный бак, топливоподкачивающий насос, вход которого соединен с топливным баком, а выход - со входом в фильтр тонкой очистки топлива, выход из которого подключен ко входу в насос высокого давления для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля, содержащий плунжерную пару, кулачковый вал и подпружиненный запирающий клапан, включающий седло, вход которого подключен к надплунжерной полости плунжерной пары, а выход седла сопрягается с запирающим элементом, имеющим возможность возвратно-поступательного перемещения вдоль оси нагнетательного штуцера насоса высокого давления, причем диаметр запирающего элемента больше выходного диаметра седла, но меньше внутреннего диаметра нагнетательного штуцера с образованием кольцевого канала между запирающим элементом и внутренним диаметром нагнетательного штуцера, топливопровод высокого давления, соединяющий нагнетательный штуцер со входом в форсунку, снабженную распылителем, имеющим запорную иглу, нагруженную пружиной, расположенной в надыгольной полости форсунки, выход из надыгольной полости соединен со входом в гидравлический аккумулятор, выход которого совмещен с перепускным клапаном гидравлического аккумулятора и подключен к топливному баку;

выход седла запирающего клапана может быть выполнен с плоской запирающей поверхностью, а запирающий элемент выполнен в виде сплошной круглой пластины;

выход седла запирающего клапана может быть выполнен в виде конической поверхности, а запирающий элемент выполнен в виде грибкового клапана с запирающей конической поверхностью, без разгружающего пояска между конической поверхностью и направляющими перьями;

насос высокого давления может быть выполнен многосекционным, каждая секция которого подключена посредством топливопровода высокого давления к форсунке соответствующего цилиндра многоцилиндрового дизеля, причем надыгольные полости всех форсунок подключены к одному гидравлическому аккумулятору;

перепускной клапан гидравлического аккумулятора может быть выполнен управляемым, в зависимости от скоростных и нагрузочных режимов.

В предлагаемой топливной системе отсутствует насос высокого давления, создающий дополнительное повышенное давление в топливопроводе высокого давления или повышенное давление до нагнетательного клапана над плунжером, затраты мощности дизеля на его привод отсутствуют, тем самым в заявляемой топливной системе уменьшаются затраты мощности на привод вспомогательных агрегатов, что повышает мощностные показатели дизеля. Кроме того, отпадает необходимость в использовании второго гидравлического аккумулятора, второго перепускного клапана и второго трубопровода, подводящих топливо для создания повышенного давления до нагнетательного клапана над плунжером или в линии высокого давления. Конструкция топливного насоса высокого давления для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля также упрощается. Во-первых, отпадает необходимость в разобщении отсечной полости с топливоподающей, во-вторых, в насосе выполняется только прямой плоский нагнетательный клапан в виде сплошной круглой пластины без разгружающего жиклера. Т.к. в прямом клапане отсутствует жиклер, то упрощается его конструкция, отпадает необходимость в обратном клапане, закрывающем, в известной конструкции, отверстие жиклера, а также исключается прижимающая обратный клапан пружина. Если топливный насос высокого давления для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля использует грибковые нагнетательные клапаны, то их конструкция также упрощается, за счет применения запорного элемента без разгружающего пояска, который в традиционных системах служит для разгрузки топливопровода высокого давления и располагается между конической запорной поверхностью и направляющими перьями запирающего элемента. Разгрузка линии высокого давления осуществляется через форсунку, зазор между корпусом распылителя и иглой форсунки, надыгольную полость форсунки, гидравлический аккумулятор и перепускной клапан. Упрощается конструкция гидравлического аккумулятора, т.к. выход из аккумулятора в заявленной конструкции совмещен с перепускным клапаном.

Выполнение топливной системы для дизеля описанным выше образом с использованием всей предложенной совокупности существенных признаков позволит улучшить мощностные показатели дизеля, снизив затраты мощности на привод агрегатов системы топливоподачи и упростить конструкцию топливной системы.

На фиг.1 изображена принципиальная схема топливной системы для дизеля; на фиг.2 - запирающий клапан с седлом, имеющим плоскую запирающую поверхность; на фиг.3 - запирающий клапан с седлом, имеющим коническую запирающую поверхность; на фиг.4 - топливная система для многосекционного топливного насоса высокого давления.

Топливная система для дизеля содержит топливный бак 1, топливоподкачивающий насос 2, вход которого соединен с топливным баком 1, а выход - со входом в фильтр тонкой очистки топлива 3, выход которого подключен ко входу в насос высокого давления 4 для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля, содержащий плунжерную пару 5, кулачковый вал 6 и запирающий клапан 7, имеющий седло 16, вход которого подключен к надплунжерной полости плунжерной пары 5, а выход седла 16 сопрягается с запирающим элементом 17, имеющим возможность возвратно-поступательного перемещения вдоль нагнетательного штуцера 18 насоса высокого давления 4, причем диаметр запирающего элемента 17 больше выходного диаметра седла 16, но меньше внутреннего диаметра нагнетательного штуцера 18 с образованием кольцевого канала 19 между запирающим элементом 17 и внутренним диаметром нагнетательного штуцера 18, запирающий элемент 17 запирающего клапана 7 прижимается к седлу 16 пружиной 20, топливопровод высокого давления 8, соединяющий нагнетательный штуцер 18 топливного насоса 4 со входом в форсунку 9, снабженную распылителем 10, имеющим запорную иглу 11, нагруженную пружиной 12, расположенную в надыгольной полости 13 форсунки 9, выход из надыгольной полости 13 соединен со входом в гидравлический аккумулятор 14, снабженный перепускным клапаном 15, выход которого подключен к топливному баку 1. Если седло 16 запирающего клапана выполнено с плоской поверхностью 21, то запирающий элемент 17 выполнен в виде сплошной круглой пластины. Если седло 16 запирающего клапана выполнено с конической поверхностью 22, то запирающий элемент 17 выполнен в виде грибкового перьевого клапана с конической запирающей поверхностью 23 без разгружающего пояска.

Топливная система для дизеля работает следующим образом.

При работе дизеля топливо топливоподкачивающим насосом 2 из топливного бака 1 прокачивается через фильтр тонкой очистки топлива 3 и затем подается на вход в топливный насос высокого давления 4. Плунжерная пара 5 под действием кулачка кулачкового вал 6 нагнетает топливо через запорный клапан 7 и топливопровод высокого давления 8 в форсунку 9. Игла 11 форсунки 9 открывается и обеспечивает подачу топлива в цилиндр дизеля. Часть топлива проходит по зазору между корпусом распылителя 10 и иглой 11, поступает в надыгольную полость 13 и затем в гидравлический аккумулятор 14, давление в котором поддерживается перепускным клапаном 15. Наличие избыточного давления в надыгольной полости 13 обеспечивает, дополнительно к пружинному, гидравлическое запирание иглы 11 распылителя 10. Излишки топлива через перепускной клапан 15, который поддерживает заданное давление, сливаются обратно в топливный бак 1.

Наличие в насосе высокого давления 4 плоского запирающего элемента 17 без жиклера и обратного клапана (в известной топливной системе установлен нагнетательный клапан двойного действия типа НД21, имеющий жиклер и подпружиненный обратный клапан) позволяет, при той же размерности плунжерной пары, резко поднять производительность топливного насоса высокого давления 4 (примерно в 2 раза). Аналогичное действие на производительность топливного насоса оказывает грибковый клапан без разгружающего пояска, расположенного в традиционных топливных насосах высокого давления между конической поверхностью и направляющими перьями запирающего элемента.

Увеличение производительности насоса высокого давления 4 необходимо для компенсации снижения цикловой подачи, которое происходит при введении дополнительного гидрозапирания иглы 11 распылителя 10 (см. Топливная система с изменяемыми характеристиками впрыскивания / А.С.Хачиян, И.Г.Багдасаров. - Двигателестроение, 1986, №7, с.25).

Применение в известной топливной системе запирающего элемента без разгружающего жиклера приводит к дополнительному впрыскиванию, т.к. не происходит разгрузки топливопровода высокого давления. В заявленной топливной системе разгрузка линии высокого давления осуществляется через форсунку 9, зазор между корпусом распылителя 10 и иглой 11, надыгольную полость 13, аккумулятор 14 и перепускной клапан 15. Перепускной клапан 15 поддерживает в аккумуляторе 14, надыгольной полости 13 форсунки 9 и в топливопроводе высокого давления 8 высокое (5-40 МПа) давление. Наличие высокого остаточного давления в топливопроводе высокого давления 8, во-первых, позволяет отказаться от второго насоса высокого давления, второго гидроаккумулятора и второго перепускного клапана, которые служат для создания «наддува» линии высокого давления в известной топливной системе топлива (см. Топливная система с изменяемыми характеристиками впрыскивания / А.С.Хачиян, И.Г.Багдасаров. - Двигателестроение, 1986, №7, с.23). Во-вторых, использование дополнительного гидрозапирания иглы 11 распылителя 10, позволяет исключить дополнительное впрыскивание топлива (см. там же). В-третьих, позволяет поднять максимальное давление впрыскивания на величину остаточного давления в топливопроводе высокого давления.

Сохранение пружины 12 иглы 11 позволяет обеспечить работу системы при пуске.

Размещение перепускного клапана 15 вне корпуса форсунки позволяет осуществлять регулировку давления впрыскивания топливной системой в зависимости от режимов работы дизеля.

Выполнение одного общего гидравлического аккумулятора для топливной системы многоцилиндрового дизеля позволяет поддерживать во всех форсунках единое давление в надыгольных полостях, что позволит им работать идентично.

Выполнение топливной системы для дизеля описанным выше способом в конечном итоге позволяет увеличить мощность дизеля за счет снижения мощности, затрачиваемой на привод агрегатов топливной системы, упростить конструкцию топливной системы, а также управлять величиной давления впрыскивания, обеспечивая оптимальное значение этой величины на всех режимах работы дизеля и использовать заявленную топливную систему для любых одно- и многоцилиндровых дизелей.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям топливных систем дизелей. Изобретение позволяет повысить мощностные показатели дизеля и упростить конструкцию топливной системы. Топливная система для дизеля содержит топливный бак, топливоподкачивающий насос, вход которого соединен с топливным баком, а выход - с входом в фильтр тонкой очистки топлива, насос высокого давления для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля, содержащий плунжерную пару, кулачковый вал и подпружиненный запирающий клапан, расположенный в нагнетательном штуцере, топливопровод высокого давления, соединяющий нагнетательный штуцер топливного насоса с входом в форсунку. Форсунка снабжена распылителем, имеющим запорную иглу, нагруженную пружиной, расположенную в надыгольной полости форсунки. Система содержит гидравлический аккумулятор, снабженный перепускным клапаном. Выход из фильтра тонкой очистки топлива подключен ко входу в насос высокого давления для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля. Выход из надыгольной полости форсунки соединен со входом в гидравлический аккумулятор. Выход аккумулятора совмещен с перепускным клапаном гидравлического аккумулятора и подключен к топливному баку, а разгрузка линии высокого давления осуществляется через форсунку, зазор между корпусом распылителя и иглой форсунки, надыгольную полость форсунки, гидравлический аккумулятор и перепускной клапан. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Топливная система для дизеля, содержащая топливный бак, топливоподкачивающий насос, вход которого соединен с топливным баком, а выход - с входом в фильтр тонкой очистки топлива, насос высокого давления для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля, содержащий плунжерную пару, кулачковый вал и подпружиненный запирающий клапан, расположенный в нагнетательном штуцере, топливопровод высокого давления, соединяющий нагнетательный штуцер топливного насоса с входом в форсунку, снабженную распылителем, имеющим запорную иглу, нагруженную пружиной, расположенную в надыгольной полости форсунки, гидравлический аккумулятор, снабженный перепускным клапаном, отличающаяся тем, что выход из фильтра тонкой очистки топлива подключен ко входу в насос высокого давления для впрыскивания топлива в цилиндр дизеля, выход из надыгольной полости форсунки соединен со входом в гидравлический аккумулятор, выход которого совмещен с перепускным клапаном гидравлического аккумулятора и подключен к топливному баку, а разгрузка линии высокого давления осуществляется через форсунку, зазор между корпусом распылителя и иглой форсунки, надыгольную полость форсунки, гидравлический аккумулятор и перепускной клапан.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что выход седла запирающего клапана выполнен с плоской запирающей поверхностью, а запирающий элемент - в виде сплошной круглой пластины.3. Система по п.1, отличающаяся тем, что выход седла запирающего клапана выполнен в виде конической поверхности, а запирающий элемент - в виде грибкового клапана с запирающей конической поверхностью без разгружающего пояска между конической поверхностью и направляющими перьями грибкового клапана.4. Система по п.1, отличающаяся тем, что насос высокого давления выполнен многосекционным, каждая секция которого подключена посредством топливопровода высокого давления к форсунке соответствующего цилиндра многоцилиндрового дизеля, причем надыгольные полости всех форсунок подключены к одному гидравлическому аккумулятору.5. Система по п.1, отличающаяся тем, что перепускной клапан выполнен управляемым в зависимости от режимов работы дизеля.