УСТРОЙСТВО ТОПЛИВОПОДАЧИ Российский патент 2008 года по МПК F02M47/02 

Предложение относится к механике, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а именно к их системам подачи топлива, конкретно к топливовпрыскивающей аппаратуре циклического действия с приводом клапанов от давления среды типа "аккумулятор-форсунка".

Широко известны топливовпрыскивающие устройства, содержащие насос, в котором установлены плунжеры, форсунка, камеры, полости которых соединены каналами, и электроуправляемый клапан (см., например, книгу Ханина Н.С. Двигатели ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206. Устройство, особенности эксплуатации и ремонта. М., Машгиз, 1954, стр.69-70). При эксплуатации устройства камеры дозирования и регулирования топливо наполняет при входном давлении, затем при приложении усилия к плунжерам за счет их перемещения происходит подача топлива. Поскольку элементы устройства аксиально смещены, то его размеры велики, а конструкция неоправданно усложнена.

Приспособление для впрыска топлива по SU 38563, 46217 и 178239 содержит насос, в котором установлен плунжер, выполнена камера и каналы.

Системы регулируемой топливоподачи по US 2055578 и 2250877 содержат насос, в котором установлен плунжер топливоподачи, форсунку, камеры, полости которых соединены каналами, и клапан с регулируемым винтом. Насосы топливоподачи по US 1993369 и 2414518 содержат корпус, в котором установлен плунжер топливоподачи и клапан с поворотным регулированием, а насосы топливоподачи по SU 40664 и 166199, US 2880675, UK 938264 содержат плунжеры возвратно-поступательного движения, при этом плунжеры насосов по FR 1227283, а также по WO 98/21470 имеют привод от кулачков. Электроуправляемый топливный насос высокого давления с форсункой для дизеля по SU 1632375 снабжен заостренной вращательно-симметричной насадкой, электронные аккумуляторные системы топливовпрыска для ДВС по JP 6031579, 6033734, 1-16338 и 2882209, а также по WO 9619659 обеспечивают регулирование в соответствии с режимами работы двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания по US 2278245 содержит рычаг управления аккумулятором, а аккумулятор по US 2434329 приводят штоком.

Топливная форсунка аккумуляторного типа по ЕР 365085 снабжена отводным каналом, в котором установлен соленоидный клапан, а форсунка по ЕР 331198 - термистором. В насосе-форсунке по JP 61-182456 предусмотрен дополнительный аккумулятор топлива с пружиной, регулируемой шаговым электродвигателем. Устройство для впрыска топлива в ДВС по СН 657422 содержит аккумулятор, управляемый сжатым воздухом, а в устройстве по RU 2170846 аккумулятор приводят пьезоэлектрически.

Система впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания по SU 174468 содержит электромагнитные дозаторы и управляющее ими электронное устройство. Система регулирования дизеля по SU 1809154 содержит дозатор с вибрирующей иглой. Система впрыска топлива для двигателя внутреннего сгорания по DE 19512270 содержит магнитный клапан, управляющий запорным звеном.

Существующие аккумуляторные топливные системы типа "Common Rail" выполняются с одним или двумя аккумуляторами топлива постоянного объема на несколько цилиндров двигателя. В таких системах высокое давление в аккумуляторе создается одним топливным насосом, и это давление поддерживается на заданном высоком уровне во время работы. Хранение запаса топлива под высоким давлением в течение всего рабочего цикла снижает надежность системы и двигателя в целом.

Лучшие возможности по повышению надежности системы за счет снижения количества стыков в магистрали высокого давления и улучшению динамических характеристик системы за счет уменьшения объема аккумулируемого топлива имеют аккумуляторные топливные системы импульсного типа с аккумуляторами переменного объема, в которых насос объединен с аккумулятором топлива в одном агрегате.

Аккумулятор переменного объема компенсирует разницу мгновенных значений подачи насоса и расхода электроуправляемых форсунок, неизбежных из-за различия диаграмм подачи насоса и электроуправляемых форсунок, особенно при широком диапазоне регулирования опережения впрыскивания, и управляет величиной давления впрыскивания топлива.

Наиболее целесообразно применение аккумулятора переменного объема в аккумуляторных топливных системах с индивидуальными каналами топливоподачи для каждого цилиндра двигателя. Одним из преимуществ такой системы является возможность использования деталей и узлов из серийного производства традиционной топливной аппаратуры.

Известно устройство топливоподачи, содержащее корпус, в котором установлены нагнетательный клапан, имеющие кинематическую связь от распределительного вала подпружиненные плунжеры топливоподачи и аккумулятора, полости размещения которых имеют возможность соединения между собой, с подкачивающим насосом и форсункой, и средства регулирования (см., например FR 1197988). В этом устройстве из-за многочисленных деталей и их выполнения сложно будет выполнить корпус. Что касается средства регулирования, то оно примитивно, а необходимость ручного воздействия не позволяет обеспечить точное дозирование топлива при эксплуатации.

Известно устройство топливоподачи, содержащее корпус, в котором установлены имеющий кинематическую связь от распределительного вала подпружиненный плунжер топливоподачи, нагнетательный клапан и подпружиненный плунжер аккумулятора, полости размещения которых имеют возможность соединения между собой, с подкачивающим насосом и форсункой (см., например, UK 1325885). Плунжер топливоподачи сложно выполнить из-за наличия в нем многочисленных канавок и каналов. В равной степени это имеет отношение и к корпусу, хотя его конструкция не раскрыта. Что касается средства управления, то его кинематические связи и конструктивное выполнение не позволяют обеспечить точное дозирование топлива при эксплуатации.

Известно устройство топливоподачи, содержащее корпус, в котором установлены имеющий кинематическую связь от распределительного вала подпружиненный плунжер топливоподачи, нагнетательный клапан, и перемещаемый поворотным средством управления подпружиненный плунжер аккумулятора, полости размещения которых имеют возможность соединения между собой, с подкачивающим насосом и форсункой (см., например, US 2102117). Плунжер топливоподачи установлен в ступенчатой гильзе, зафиксированной в корпусе через фигурную шайбу, что сложно выполнить. Также сложно зафиксировать гильзу в корпусе, хотя бы потому, что в ней предусмотрен канал, который необходимо совместить с каналом корпуса и каналом гильзы плунжера аккумулятора. Кроме того, наличие единственного канала, соединяющего полости плунжеров, сокращает возможности точности дозирования. Сложно выполнить и составной корпус, его проставку и крышку аккумулятора. Кроме того, мала надежность уплотнения крышки, через которую обеспечен подвод топлива. Мала надежность центровки деталей плунжера и аккумулятора в корпусе. Что касается средства управления, то его кинематические связи и конструктивное выполнение не позволяют обеспечить точное дозирование топлива при эксплуатации, что подтверждается наличием окна в корпусе для подрегулировки винтовой пары привода аккумулятора. В устройстве не предусмотрен штуцер перепуска топлива, что может привести к отказу в работе, т.е. исключить функционирование устройства.

Задача - упрощение конструкции устройства при повышении надежности его работы, снижении затрат на изготовление и эксплуатацию и расширении функциональных возможностей.

Упрощение конструкции устройства при повышении надежности его работы, снижении затрат на изготовление и эксплуатацию и расширении функциональных возможностей обеспечено рациональным размещением и выполнением его элементов.

Для этого в устройстве топливоподачи, содержащем корпус, в котором установлены имеющий кинематическую связь от распределительного вала подпружиненный плунжер топливоподачи, нагнетательный клапан и перемещаемый поворотным средством управления подпружиненный плунжер аккумулятора, полости размещения которых имеют возможность соединения между собой, с подкачивающим насосом и форсункой, корпус снабжен дополнительным каналом, сообщающим полости плунжеров.

Снабжение корпуса дополнительным каналом, сообщающим полости плунжеров, в устройстве топливоподачи, содержащем корпус, в котором установлены имеющий кинематическую связь от распределительного вала подпружиненный плунжер топливоподачи, нагнетательный клапан и перемещаемый поворотным средством управления подпружиненный плунжер аккумулятора, полости размещения которых имеют возможность соединения между собой, с подкачивающим насосом и форсункой, позволит достичь технического результата, а именно упростить конструкцию устройства при повышении надежности его работы, снижении затрат на изготовление и эксплуатацию и расширении функциональных возможностей, что обеспечено рациональным размещением и выполнением его элементов.

Поскольку дополнительный канал сообщен с проточкой седла нагнетательного клапана, а ось основного канала совпадает с осью обратного клапана штуцера подачи топлива от подкачивающего насоса, то это способствует упрощению конструкции устройства при повышении надежности его работы, снижении затрат на изготовление и эксплуатацию.

Просто выполнить плунжер аккумулятора со скосами, а размещение их в зоне осей основного и дополнительного каналов способствует повышению надежности устройства.

Из-за снабжения устройства штуцером перепуска расширены его функциональные возможности.

Предлагается топливная система для ДВС, содержащая одноплунжерный топливный насос высокого давления, объединенный с аккумулятором топлива, выполненным с регулируемым объемом, электроуправляемую форсунку и магистраль высокого давления, число которых соответствует числу цилиндров двигателя, аккумулятор топлива, функциональные датчики и электронный блок для управления топливоподачей. В предлагаемой системе каждый из аккумуляторов может быть достаточно мал, и объем аккумулятора соизмерим с цикловой подачей топлива.

На фиг.1 изображена принципиальная схема системы питания с аккумуляторами топлива переменного объема;

на фиг.2 - устройство топливоподачи.

Система питания включает устройство топливоподачи 1 (фиг.1), имеющее привод от кулачка 2 распределительного вала двигателя, магистраль высокого давления 3 и электроуправляемую форсунку 4. С устройством 1 объединен исполнительный механизм 5 для регулирования объема аккумулятора и развиваемого давления впрыскивания топлива, управляемого электронным блоком управления 6, который также управляет работой каждой из форсунок 4 по сигналам датчиков и задающего устройства (не показаны). Топливо от топливоподающего насоса (не показан) поступает через штуцер 7 в корпус 8 устройства 1 и далее по магистрали 3 к форсунке 4.

Устройство 1 (фиг.2) включает в себя насосную секцию 9, аккумуляторную часть 10 с мотор-редуктором 11, являющимся поворотным средством, и датчиком 12 углового положения плунжера аккумулятора 13. Насосная секция 9 содержит плунжер топливоподачи 14 и нагнетательный клапан 15, установленный в корпусе штуцера 16, через который подается топливо к форсунке 4. На плунжере 14 выполнена канавка 17 для установки тарелки 18. Между тарелкой 18 и корпусом 1 размещена пружина 19. На плунжер 13 оперта пружина 20. Плунжер 14 с возможностью перемещения размещен в полости 21, а плунжер 13 - в полости 22. Полости 21 и 22 соединены каналом 23, перекрываемым при перемещении плунжеров 13 и 14.

Тем самым в корпусе 8 установлены имеющий кинематическую связь от распределительного вала подпружиненный плунжер топливоподачи 14, нагнетательный клапан 15 и перемещаемый поворотным средством 11 управления подпружиненный плунжер 13 аккумулятора, полости 21 и 22 размещения которых имеют возможность соединения между собой, с подкачивающим насосом и форсункой 4.

Корпус 8 снабжен дополнительным каналом 24, сообщающим полости 21 и 22 плунжеров 14 и 13 соответственно.

Снабжение корпуса 8 дополнительным каналом 24, сообщающим полости 21 и 22 плунжеров 14 и 13, в устройстве топливоподачи, содержащем корпус 8, в котором установлены имеющий кинематическую связь от распределительного вала подпружиненный плунжер 14 топливоподачи, нагнетательный клапан 15 и перемещаемый поворотным средством 11 управления подпружиненный плунжер 13 аккумулятора, полости 21 и 22 размещения которых имеют возможность соединения между собой, с подкачивающим насосом и форсункой 4, позволит достичь технического результата, а именно упростить конструкцию устройства при повышении надежности его работы, снижении затрат на изготовление и эксплуатацию и расширении функциональных возможностей, что обеспечено рациональным размещением и выполнением его элементов.

Дополнительный канал 24 сообщен с проточкой седла 25 нагнетательного клапана 15, а ось 26 основного канала 23 совпадает с осью 27 обратного клапана штуцера 7 подачи топлива от подкачивающего насоса, что способствует упрощению конструкции устройства при повышении надежности его работы, снижении затрат на изготовление и эксплуатацию.

Просто выполнить плунжер 13 аккумулятора со скосами 28 и 29, а размещение их в зоне осей 26 и 30 основного 23 и дополнительного 24 каналов способствует повышению надежности устройства.

Перепуск излишнего топлива производится через штуцер 31. Из-за снабжения устройства штуцером 31 перепуска расширены функциональные возможности устройства.

Аккумулируемый объем является суммой объемов магистрали высокого давления 3, объема полости 32 в штуцере 16 и объема полости 22 над плунжером 13. Аккумуляторная часть содержит штуцер 7 подвода топлива из магистрали низкого давления и штуцер 31 обратного слива излишков топлива, установленные в корпусе 8.

На плунжере 13 выполнен ограничитель хода 33. Косая отсечная кромка 29 кольцевой канавки на средней части плунжера 13 выполнена для регулировки выходного сечения канала 25, через который топливо поступает в полость 21 над плунжером 14. Канал 34 соединен с выходным штуцером 31.

Для разгрузки исполнительного механизма 5 от силы на плунжере 13 под пружиной 20 установлен упорный подшипник 35.

Предлагаемая система функционирует следующим образом.

В начале цикла подачи топлива плунжер 14 насосной секции 9 (фиг.2) находится в верхнем своем положении, и при его поступательном движении вниз производится заполнение полости 21 топливом через открытый обратный клапан 27 и канал 23. После достижения плунжером 14 нижнего положения и его дальнейшего перемещения вверх давление в полости 21 повышается, и обратный клапан 27 закрывается. При дальнейшем подъеме плунжера 14 давление резко возрастает, нагнетательный клапан 15 открывается, и начинается подача топлива по магистрали высокого давления 3 к электроуправляемой форсунке 4, через которую топливо впрыскивается в камеру сгорания двигателя. Фазы и продолжительность впрыскивания устанавливаются по командам электронного блока управления 6.

В общем случае объем топлива, подаваемого в форсунку 4, определяется совместно величиной подачи насосной секции 9 и подачей топлива из аккумулятора переменного объема. Регулирование величины подачи производится по принципу дросселирования на всасывании путем изменения положения плунжера 13 аккумулятора, перекрывающего косой отсечной кромкой 29 полностью или частично сечение канала 23. Когда плунжер 13 аккумулятора находится в крайнем нижнем положении, доступ топлива в полость 21 насосной секции 9 закрыт, открыт перепускной канал 24, и в полости 22 аккумулятора находится максимальный объем топлива. Если это состояние приходится на момент подачи топлива через форсунку 4, то величина этой подачи полностью осуществляется за счет хода плунжера 14 насосной секции 9.

Если подача топлива насосной секцией 9 и расход через форсунку 4 полностью совпадают по величине и фазе, то плунжер 13 аккумулятора остается неподвижен. Если насосная секция 9 подает топливо меньше заданного через форсунку 4, то плунжер 13 аккумулятора добавляет топливо, поступающее к форсунке 4. Если же подача насосной секции 9 больше через форсунку 4, то излишек топлива поступает в полость 22 аккумулятора. Увеличение объема полости 22 будет происходить до уравновешивания сил давления топлива и затяжки пружины 20.

После завершения каждого рабочего цикла плунжер 13 аккумулятора остается в положении, соответствующем разности производительности форсунки 4 и подачи насосной секции 9. Это положение определяет проходное сечение канала 23, которое, в свою очередь, определяет количество топлива, поступающего в полость 21 для следующего цикла.

При увеличении расхода топлива через форсунку 4 плунжер 13 аккумулятора поднимается вверх и открывает доступ топлива в полость 21 по каналу 23. Чем больше увеличивается расход топлива через форсунку 4, тем выше поднимается плунжер 13 аккумулятора, пропорционально увеличивая подачу топлива в полость 21 в последующем рабочем цикле. Изменение конечного положения плунжера 13 аккумулятора продолжается до установления равенства между подачей насоса и расходом топлива через форсунку.

В установившемся режиме конечное положение плунжера 13 аккумулятора определяет необходимую величину подачи топлива насосной секцией 9. Чем меньше величина этой подачи, тем ниже опускается плунжер 13 аккумулятора, увеличивая запас топлива в полости 22 аккумулятора. Запас топлива в полости 22 аккумулятора оказывается тем больше, чем больший наброс нагрузки может иметь место, обеспечивая тем самым качественное регулирование частоты вращения двигателя.

На режимах резкого сброса нагрузки, когда подача насоса и объем топлива, запасенного в аккумуляторе, велики, а расход топлива через форсунку мал, плунжер 13 аккумулятора может переместиться ниже положения полного отключения подачи топлива. Для исключения удара плунжера 13 о нижний упор при крайнем нижнем положении плунжера открывается канал 34.

Регулирование давления топлива осуществляется путем изменения задающей силы, действующей на плунжер 13 аккумулятора. Величина задающей силы определяется величиной усилия затяжки пружины 20, действующего на плунжер 13 аккумулятора.

Регулирование давления производится изменением углового положения отсечной кромки 28 плунжера 13 аккумулятора посредством поворота плунжера.

Электронный блок управления 6 с помощью мотор-редуктора 11 и по информации датчика 12 устанавливает плунжер 13 аккумулятора в заданном угловом положении. При повороте плунжера 13 изменяется давление начала перепуска топлива на слив, и таким образом поддерживается заданная величина давления в топливной системе.

Таким образом, из-за снабжения корпуса 8 дополнительным каналом 24, сообщающим полости 21 и 22 плунжеров 14 и 13, в устройстве топливоподачи, содержащем корпус 8, в котором установлены имеющий кинематическую связь от распределительного вала подпружиненный плунжер 14 топливоподачи, нагнетательный клапан 15 и перемещаемый поворотным средством 11 управления подпружиненный плунжер 13 аккумулятора, полости 21 и 22 размещения которых имеют возможность соединения между собой, с подкачивающим насосом и форсункой 4, достигнут технический результат, а именно упрощена конструкция устройства при повышении надежности его работы, снижении затрат на изготовление и эксплуатацию и расширении функциональных возможностей, что обеспечено рациональным размещением и выполнением его элементов.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а именно к их системам подачи топлива, конкретно к топливовпрыскивающей аппаратуре циклического действия с приводом клапанов от давления среды типа "аккумулятор-форсунка". Изобретение позволяет упростить конструкцию устройства при повышении надежности его работы, снизить затраты на изготовление и эксплуатацию и расширить функциональные возможности. Устройство топливоподачи содержит корпус, в котором установлены: имеющий кинематическую связь от распределительного вала подпружиненный плунжер топливоподачи, нагнетательный клапан и перемещаемый поворотным средством управления подпружиненный плунжер аккумулятора, полости размещения которых имеют возможность соединения между собой, с подкачивающим насосом и форсункой. Корпус снабжен дополнительным каналом, сообщающим полости плунжеров. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство топливоподачи, содержащее корпус, в котором установлены имеющий кинематическую связь от распределительного вала подпружиненный плунжер топливоподачи, нагнетательный клапан, и перемещаемый поворотным средством управления подпружиненный плунжер аккумулятора, полости размещения которых имеют возможность соединения между собой, с подкачивающим насосом и форсункой, отличающееся тем, что корпус снабжен дополнительным каналом, сообщающим полости плунжеров.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный канал сообщен с проточкой седла нагнетательного клапана, а ось основного канала совпадает с осью обратного клапана штуцера подачи топлива от подкачивающего насоса.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что плунжер аккумулятора выполнен со скосами, размещенными в зоне осей основного и дополнительного каналов.4. Устройство по любому из упомянутых пунктов, отличающееся тем, что оно снабжено штуцером перепуска.