СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ЦИЛИНДРЫ ДИЗЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК F02M63/04 

Изобретение относится к области двигателестроения и может применяться в дизельных двигателях для регулирования начального давления и количества впрыскиваемого топлива.

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. Важно увеличивать крутизну переднего и заднего фронтов характеристики, что в значительной степени влияет на экономические показатели дизеля, скорость нарастания давления, а также на токсичность отработавших газов. Протекание переднего и заднего фронтов характеристики определяет скорость изменения давления в начальной и конечной фазах подачи и, следовательно, продолжительность впрыскивания. Чрезвычайно важным также является повышение равномерности и стабильности подачи топлива, что достигается за счет повышения начального давления в линии высокого давления.

Известен способ регулирования подачи топлива в цилиндр дизеля, который заключается в том, что отключают подачу топлива системой в цилиндры путем изменения времени открытия клапана слива (Кузнецов Е.В. Структура и выбор параметров перспективной топливной системы дизеля // Автомобильная промышленность. - 2004. - №6. - с.13-16).

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является следующий недостаток способа - недостаточно высокая скорость движения плунжера основного насоса во время подачи топлива в цилиндр, что приводит к недостаточному сокращению продолжительности впрыскивания топлива.

Наиболее близким к данному изобретению является способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля (Патент РФ №2187688, кл. F02M 63/04, Бюл. №23, 20.08.2002), который заключается в том, что отключают подачу топлива системой в цилиндры путем стравливания топлива из линий высокого давления в аккумулятор, отключают подачу топлива системой в цилиндры дизеля при дополнительном ходе плунжеров насоса, а стравливание ведут до получения заданного начального давления топлива в линиях высокого давления путем изменения времени открытия клапанов распределителей.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является следующий недостаток способа - процесс впрыскивания протекает в условиях, когда надплунжерная полость сообщена как с линией высокого давления, так и с линией низкого давления, что приводит к недостаточно высоким максимальным и средним давлениям впрыскивания, к недостаточному сокращению продолжительности впрыскивания, к недостаточно высокой стабильности и равномерности подачи топлива.

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 впрыскивания, сокращения продолжительности впрыскивания, повышения равномерности и стабильности подачи топлива системами топливоподачи с плунжерными насосами высокого давления.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение интенсивности впрыскивания, стабильности и равномерности подачи топлива в цилиндры дизеля путем отключения подачи топлива в полость форсунки до получения заданного давления в линии высокого давления (аккумуляторе), а также повышения уровня начального давления в линии высокого давления (аккумуляторе) при дополнительном ходе плунжера.

Указанный технический результат при реализации изобретения достигается тем, что в способе регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля системой топливоподачи с регулированием начального давления, содержащей аккумулятор топлива, связанный с линией высокого давления через распределитель, заключающийся в том, что отключают подачу топлива системой в цилиндр при дополнительном ходе плунжера насоса, а стравливание ведут до получения заданного начального давления в линии высокого давления путем изменения времени открытия клапана, отключают подачу топлива системой в цилиндр при основном ходе плунжера насоса до получения заданного максимального давления топлива в аккумуляторе путем изменения времени закрытого состояния электромагнитного клапана распределителя, после включают подачу топлива системой до впрыскивания заданного количества топлива в цилиндр дизеля путем изменения времени закрытия электромагнитного клапана распределителя, а стравливание из линии высокого давления ведут до получения начального давления топлива в полости форсунки при открытии соединяющего канала.

Отличием предлагаемого способа является наличие распределителя, установленного перед форсункой, позволяющего отключать подачу топлива в цилиндр при основном ходе плунжера насоса до получения заданного максимального давления топлива в аккумуляторе путем изменения времени закрытого состояния электромагнитного клапана распределителя, что позволяет увеличить крутизну переднего фронта характеристики впрыскивания. Стравливание из линии высокого давления ведут до получения начального давления топлива в полости форсунки при открытии соединяющего канала, что позволяет увеличить крутизну заднего фронта характеристики впрыскивания. Тем самым повышается интенсивность, стабильность и равномерность подачи топлива.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: фиг.1 - общая схема системы топливоподачи дизеля, реализующая предлагаемый способ топливоподачи; на фиг.2 - принципиальная схема распределителя при отключенной подаче; на фиг.3 - принципиальная схема распределителя при включенной подаче; фиг.4 - график зависимости цикловой порции топлива Q_ц от угла закрытия электромагнитного клапана распределителя ϕ_з; на фиг.5 - график зависимости давления впрыскивания топлива Р_впр от угла поворота вала насоса ϕ_н; на фиг.6 - график зависимости подъема иглы форсунки Y_игл от угла поворота вала насоса ϕ_н.

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 - основной и дополнительный за два оборота коленчатого вала 3, т.е. один цикл четырехтактного дизеля, чем обеспечивается интенсивность процесса впрыскивания. К насосу 1 топливо подводится из линии низкого давления 5. Линией высокого давления (аккумулятором) 6 насос 1 связан с распределителем 7, который линией высокого давления 8 связан с форсункой 9 закрытого типа.

Для регулирования начального давления в линии высокого давления (аккумуляторе) 6 последняя связана с отсечным электромагнитным клапаном 10 через насос 1 и плунжер 4 (фиг.1) с распределителем 7. Изменением времени открытия клапана 10 при закрытом распределителе 7 обеспечивается стравливание топлива в линию низкого давления 5 до получения заданного начального давления топлива в линии высокого давления (аккумуляторе) 6.

Для управления процессом впрыскивания топлива перед форсункой 9 установлен распределитель 7, содержащий электромагнитный клапан 11. Для придания движения электромагнитному клапану 11 служит обмотка 12. Для стравливания топлива из полости форсунки 9 в линию низкого давления 5 в электромагнитном клапане 11 существует соединяющий канал 13. Регулирование количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр дизеля, обеспечивается импульсом напряжения от электронного блока управления 14, соединенного с датчиком 15, например электромагнитным, отслеживающим положение коленчатого вала 3, и с датчиком 16, отслеживающим положение органа управления подачей 17.

Работа системы при реализации способа происходит следующим образом.

Регулирование начального давления осуществляется путем стравливания определенной части топлива из линии высокого давления (аккумулятора) 6 в линию низкого давления 5 во время дополнительного хода плунжера 4, предшествующего основному ходу.

При дополнительном ходе плунжера 4 в режиме отключения подачи топлива (фиг.2) насос 1 подает топливо в линию высокого давления (аккумулятор) 6. Электронный блок управления 14, преобразовав сигнал от датчика положения коленчатого вала 15, подает импульс напряжения на обмотку отсечному электромагнитному клапану 10 (фиг.1). Клапан 10 открывается, сообщая линию высокого давления (аккумулятор) 6 с линией низкого давления 5. В конце хода плунжера 4 отсечной электромагнитный клапан закрывается, при этом часть топлива остается в линии высокого давления (аккумуляторе) 6. Количество топлива, стравливаемое из линии высокого давления (аккумулятора) 6, определяет давление топлива в линии высокого давления (аккумуляторе) 6 и зависит от продолжительности пребывания клапана 10 в открытом состоянии. Время открытого состояния клапана 10 можно изменять путем изменения длительности импульса напряжения, поступающего из электронного блока управления 14. Таким образом, во время дополнительного хода плунжера происходит стравливание топлива из линии высокого давления (аккумулятора) 6 через отсечной электромагнитный клапан 10 в линию низкого давления 5, в результате чего получают заданное повышенное начальное давление в линии высокого давления (аккумуляторе) 6, что приводит к повышению интенсивности, стабильности и равномерности подачи топлива.

При основном ходе плунжера 4, в режиме подачи топлива, насос 1 подает топливо в линию высокого давления (аккумулятор) 6, при этом электромагнитный клапан распределителя 11 и отсечной электромагнитный клапан 10 закрыты. После достижения заданного давления, которое определяется расчетным путем и хранится в памяти электронного блока управления 14 в виде зависимости давления от времени закрытого состояния клапана 11, в линии высокого давления (аккумуляторе) 6, электронный блок управления 14, преобразовав сигнал от датчика положения коленчатого вала 15, подает импульс напряжения на обмотку 12 электромагнитного клапана распределителя 11. Клапан 11 открывается (фиг.3), сообщая линию высокого давления (аккумулятор) с полостью форсунки 9, в результате чего происходит впрыскивание топлива в цилиндр дизеля. После впрыскивания заданного количества топлива, которое определяется расчетным путем и хранится в памяти электронного блока управления 14 в виде зависимости цикловой порции топлива от времени закрытия клапана 11 (фиг.4), электронный блок управления 14, преобразовав сигналы от датчика положения коленчатого вала 15 и датчика положения органа управления подачей 16, снимает напряжение на обмотке 12 электромагнитного клапана распределителя 11. Клапан 11 закрывается, сообщая полость форсунки 9 с линией низкого давления 5 через соединяющий канал 13, чем обеспечивается быстрое закрытие форсунки 9. Синхронно с этим открывается отсечной электромагнитный клапан 10 и линия высокого давления (аккумулятор) 6 разгружается. Таким образом, во время основного хода плунжера происходит впрыскивание топлива при высоких давлениях, что приводит к повышению интенсивности, стабильности и равномерности подачи топлива.

На фиг.5 показана характеристика давления впрыскивания топлива, полученная по предлагаемому способу, а также характеристика давления впрыскивания, полученная по способу-прототипу. Кроме того, предлагаемый способ позволяет уменьшить продолжительность впрыскивания топлива (фиг.6).

Для подтверждения вышеизложенного были проведены численные эксперименты.

Расчет проводился поочередно для системы топливоподачи по предлагаемому способу и для системы, аналогичной той, что предлагается в способе-прототипе. В качестве насоса высокого давления использовался УТН-5. Частота вращения вала насоса в обеих системах n=2000 мин^-1. Цикловая подача топлива Q_ц=72 мм³. Целью численного эксперимента являлось определение параметров процесса впрыскивания топлива системой топливоподачи по предлагаемому способу и системой топливоподачи по способу-прототипу. Результаты представлены в виде графиков зависимости давления впрыскивания топлива Р_впр от угла поворота вала насоса ϕ_н - фиг.5 и зависимости подъема иглы форсунки Y_игл от угла поворота вала насоса ϕ_н - фиг.6. Анализ графиков (фиг.5, фиг.6) позволяет судить об увеличении интенсивности процесса впрыскивания топлива. Максимальное давление впрыскивания по предлагаемому способу увеличивается на 32,6%, среднее давление впрыскивания - 38,4%, а продолжительность впрыскивания топлива уменьшается на 23%.

Изобретение относится к области двигателестроения и может применяться в дизельных двигателях для регулирования начального давления и количества впрыскиваемого топлива. Технический результат - повышение интенсивности впрыскивания, стабильности и равномерности подачи топлива в цилиндр дизеля. Способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля системой топливоподачи с регулированием начального давления, содержащей аккумулятор топлива, связанный с линией высокого давления через распределитель, заключающийся в том, что отключают подачу топлива системой в цилиндр при дополнительном ходе плунжера насоса, а стравливание ведут до получения заданного начального давления в линии высокого давления путем изменения времени открытия клапана. Отключение осуществляется при основном ходе плунжера насоса до получения заданного максимального давления топлива в аккумуляторе путем изменения времени закрытого состояния электромагнитного клапана распределителя. После чего включение осуществляется до впрыскивания заданного количества топлива в цилиндр дизеля путем изменения времени закрытия электромагнитного клапана распределителя. Стравливание из линии высокого давления ведут до получения начального давления топлива в полости форсунки при открытии соединяющего канала. 6 ил.

Способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля системой топливоподачи с регулированием начального давления, содержащей аккумулятор топлива, связанный с линией высокого давления через распределитель, заключающийся в том, что отключают подачу топлива системой в цилиндр при дополнительном ходе плунжера насоса, а стравливание ведут до получения заданного начального давления в линии высокого давления путем изменения времени открытия клапана, отличающийся тем, что отключают подачу топлива системой в цилиндр при основном ходе плунжера насоса до получения заданного максимального давления топлива в аккумуляторе путем изменения времени закрытого состояния электромагнитного клапана распределителя, после чего включают подачу топлива системой до впрыскивания заданного количества топлива в цилиндр дизеля путем изменения времени закрытия электромагнитного клапана распределителя, а стравливание из линии высокого давления ведут до получения начального давления топлива в полости форсунки при открытии соединяющего канала.