ИМПУЛЬСНАЯ СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ ДИЗЕЛЯ Российский патент 2011 года по МПК F02M51/00 F02D41/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к системам топливоподачи дизелей.

Известны системы управления топливоподачей дизеля, содержащие топливный бак, топливный насос низкого давления, топливный насос высокого давления, соединенный с аккумулятором давления топлива, оснащенным регулятором давления, электромагнитные форсунки, каждая из которых соединена с аккумулятором высокого давления топлива [пат. №4217762 (США), High constant pressure, electronically controlled diesel fuel injection system. / Leonard N. Zort, Burton; Albert Z. Albert, Bellevue; Edward P. Darragh, Kent, all of wash; пат. №5133645 (США), Common rail fuel injection system, Patrick J. Crowley, Richard L. Hilsbos, Harold L. Wieland, Robert D. Straub, Richard F. Teerman, Robert C. Timmer].

Преимуществом данной системы является управление режимом работы дизеля не только путем изменения количества подаваемого топлива, но и моментом впрыскивания и давлением впрыска топлива. Система позволяет управлять протеканием процесса сгорания топлива в цилиндрах дизеля, обеспечивая теоретически необходимую зависимость величины изменения давления топлива от поворота кулачкового вала топливного насоса высокого давления.

Управление давлением впрыскивания в аккумуляторных системах типа Common rail позволяет более точно управлять топливоподачей в зависимости от нагрузочно-скоростного режима дизеля, что не только повышает его топливную экономичность, но и приводит к уменьшению окислов азота и твердых частиц в отработавших газах [Системы управления дизельными двигателями. Перевод с немецкого. - М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. - 480 с: ил., с.66], однако в таких системах аккумулятор давления топлива имеет значительную протяженность вдоль дизеля, чтобы обеспечить достаточно короткий трубопровод от аккумулятора до форсунки, и достаточно большой объем, чтобы не допустить значительных колебаний топлива, вызываемых процессом впрыскивания топлива через каждую форсунку.

Недостатком таких систем является необходимость создания и поддержания достаточного высокого уровня давления в общем аккумуляторе топлива, что при необходимости обеспечения достаточной точности регулирования топливоподачи приводит к излишним энергетическим затратам.

Наиболее близкой к предлагаемой является система топливоподачи дизелей, содержащая топливный бак, топливный насос низкого давления, соединенный посредством линии всасывания с топливным баком и посредством линии низкого давления с насосными секциями высокого давления, на каждой из которых установлен перепускной электромагнитный клапан, электромагнитные форсунки, размещенные в дизеле и соединенные посредством линии высокого давления с перепускными электромагнитными клапанами, а посредством линии слива - с топливным баком, электронный блок управления, электрически связанный с датчиком частоты вращения и датчиком положения коленчатого вала, с каждым из перепускных электромагнитных клапанов и с каждой электромагнитной форсункой [пат. №2191912 (РФ), Система управления топливоподачей с помощью электромагнитных клапанов. / Ю.Е.Хрящев, В.В.Крутов, А.А.Филиппов, А.Н.Круглов, В.А.Шабров, Д.В.Дьяченко, А.М.Трепов, Г.В.Еремин, Л.В.Матросов].

Такие системы позволяют осуществить управление работой дизеля, регулируя подачу топлива в каждый цилиндр индивидуально.

Недостатком такой системы является зависимость давления впрыскиваемого топлива от нагрузочно-скоростного режима работы двигателя, а также отсутствие необходимых устройств, позволяющих повысить точность дозирования топливоподачи.

Кроме того, недостатком вышеперечисленных систем [пат. №4217762 (США), High constant pressure, electronically controlled diesel fuel injection system. / Leonard N. Zort, Burton; Albert Z. Albert, Bellevue; Edward P. Darragh, Kent, all of wash; пат. №5133645 (США), Common rail fuel injection system, Patrick J. Crowley, Richard L. Hilsbos, Harold L. Wieland, Robert D. Straub, Richard F. Teerman, Robert C. Timmer; пат. №2191912 (РФ), Система управления топливоподачей с помощью электромагнитных клапанов. / Ю.Е.Хрящев, В.В.Крутов, А.А.Филиппов, А.Н.Круглов, В.А.Шабров, Д.В.Дьяченко, А.М.Трепов, Г.В.Еремин, Л.В.Матросов] является необходимость очень точного подбора электромагнитных форсунок по их производительности в зависимости от быстродействия и продолжительности открытия их электромагнитных клапанов, что приводит к значительным конструктивно-технологическим издержкам и, как следствие, удорожанию всей системы.

Точность изготовления или подбора форсунки можно уменьшить, если обеспечить возможность индивидуального управления процессом впрыскивания каждой форсункой.

Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является повышение точности управления процессом впрыскивания топлива в каждый цилиндр, а именно точностью дозирования, фазирования впрыска и управления его давлением, повышение топливной экономичности и уменьшение себестоимости изготовления электромагнитных форсунок.

Задача достигается тем, что предлагается импульсная система топливоподачи дизеля, содержащая топливный бак, топливный насос низкого давления, соединенный посредством линии всасывания с топливным баком и посредством линии низкого давления с насосными секциями высокого давления, на каждой из которых установлен перепускной электромагнитный клапан, электромагнитные форсунки, размещенные в дизеле и соединенные посредством линии высокого давления с перепускными электромагнитными клапанами, а посредством линии слива с топливным баком, электронный блок управления, электрически связанный с датчиком частоты вращения и датчиком положения коленчатого вала, с каждым из перепускных электромагнитных клапанов и с каждой электромагнитной форсункой, которая дополнительно оснащена аккумуляторами высокого давления топлива, размещенными в каждой линии высокого давления топлива между перепускными электромагнитными клапанами и электромагнитными форсунками, оснащенными нагнетательными клапанами, датчиками высокого давления топлива, электрически соединенными с электронным блоком управления, причем объем и форма аккумуляторов высокого давления топлива подобраны таким образом, чтобы стабилизировать колебания давления топлива, возникающие как от впрыска топлива через электромагнитные форсунки, так и от нагнетания его через перепускные электромагнитные клапаны, таким образом, объем аккумулятора совместно с линией высокого давления составляет 506q_{цикл.ном}, и датчиками температуры нагнетаемого воздуха, топлива, окружающей среды, охлаждающей жидкости, давления нагнетаемого воздуха, масла системы смазки дизеля, скорости автомобиля, электрически связанными с электронным блоком управления, что соответствует критерию «существенные отличия».

Кроме того, в предлагаемой импульсной системе топливоподачи давление топлива в линии высокого давления не падает до атмосферного между впрысками как у прототипа, что позволяет поднять быстродействие системы и позволяет осуществить предварительный впрыск.

Возможность регулирования параметров топливоподачи (дозы, фазы и давления впрыскивания) каждой секцией с учетом производительности каждой форсунки, достигнутая путем оптимизации объема и формы аккумулятора и обратной связи по давлению топлива в нем в каждый данный момент времени, соответствует критерию «научная новизна».

Управление давлением впрыскивания в каждой линии высокого давления в совокупности с управлением другими параметрами (дозой, фазой, предвпрыском) позволяет адаптировать каждую из них индивидуально, что в свою очередь позволяет снизить технические требования к точности электромагнитных клапанов, входящих в состав таких форсунок, и упростить технологию их изготовления, тем самым снижая себестоимость всей форсунки.

На чертеже представлена схема импульсной системы топливоподачи.

Импульсная система топливоподачи состоит из следующих элементов (чертеж): топливного бака 1, соединенного с линией всасывания 2, топливным насосом низкого давления 3, соединенного посредством линии низкого давления 4 с топливными секциями высокого давления 5, на каждой из которых установлены перепускные электромагнитные клапаны 6, соединенные с линией слива 7 и с аккумуляторами высокого давления топлива 8, которые соединены с электромагнитными форсунками 9, установленными в дизель 10, а также электронного блока управления 11, электрически соединенного с датчиками: частоты вращения 12; положения коленчатого вала 13; установленными на дизеле 11; датчиком положения управляющей педали 14, установленным в кабине транспортного средства, датчиками высокого давления топлива 15, установленными на каждом аккумуляторе высокого давления топлива 8; датчиками температуры нагнетаемого воздуха 16; топлива 17; окружающей среды 18; охлаждающей жидкости 19; давления нагнетаемого воздуха 20; масла 21; скорости автомобиля 22, а также с исполнительными устройствами: перепускными электромагнитными клапанами 6 и электромагнитными форсунками 9.

Конструктивно секции высокого давления 5 могут быть объединены в моноблок или разъединены каждая в своем корпусе, максимально приближенном к электромагнитной форсунке, чтобы укоротить линию высокого давления.

Система работает следующим образом (чертеж).

Управление работой каждой секции осуществляется индивидуально.

Топливо из топливного бака 1 подается с помощью топливных насосов низкого давления 3 через линии низкого давления топлива 4 в топливные секции высокого давления 5 и далее нагнетается в аккумуляторы высокого давления 8. Уровень давления топлива контролируется с помощью датчика высокого давления топлива 15 и поддерживается на необходимом для данного нагрузочно-скоростного режима уровне с помощью перепускного электромагнитного клапана 6 и электромагнитной форсунки 9. Давление топлива в аккумуляторе высокого давления 8 поддерживается на необходимом уровне, при падении давления в аккумуляторе высокого давления 8 подается сигнал от датчика высокого давления топлива 16 на электронный блок управления 11, который в свою очередь подает управляющий сигнал на перепускной электромагнитный клапан 6, перепускающий такую порцию топлива от топливной секции высокого давления 5, которая необходима для поддержания давления топлива в аккумуляторе высокого давления топлива 8. По команде электронного блока управления 11 производится начало и конец срабатывания электромагнитной форсунки 9, через которую осуществляется впрыскивание топлива из аккумулятора высокого давления 8 в цилиндры дизеля 10.

Нагнетание топлива в аккумуляторы давления топлива 8 осуществляется импульсно и синхронно с периодом впрыскивания топлива через форсунки 9, чтобы поддерживать необходимый уровень давления топлива, задаваемый с помощью электронного блока управления 11 в зависимости от нагрузочно-скоростного режима дизеля 10.

Если уровень давления топлива в аккумуляторе давления топлива 8 меньше требуемого, то перепускной электромагнитный клапан 6 закрыт и уровень давления топлива в аккумуляторе 8 повышается до требуемого. Если уровень давления топлива больше требуемого, то его избыток по команде электронного блока управления 11 стравливается через перепускной электромагнитный клапан 6. Перепускной электромагнитный клапан 6 в процессе впрыскивания топлива через форсунку 9 закрыт, а поддержание постоянного давления топлива во время впрыскивания осуществляется благодаря одинаковому расходу топлива, нагнетаемого секцией высокого давления 5 и проходящего через электромагнитную форсунку 9.

Экономическая целесообразность изобретения заключается в том, что в значительной мере снижается себестоимость форсунки, так как предлагаемая конструкция топливоподающей системы обеспечивает необходимую точность процесса впрыскивания функционально.

Экономическая эффективность применения предлагаемой импульсной системы топливоподачи дизеля может быть увеличена путем применения в форсунках вместо электромагнитного привода их клапанов - пьезокварцевого, но технически это возможно только для форсунок с небольшой производительностью.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливным системам двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет снизить технические требования к точности электромагнитных клапанов, входящих в состав таких форсунок, и упростить технологию их изготовления, тем самым, снижая себестоимость всей форсунки. Импульсная система топливоподачи дизеля содержит топливный бак, топливный насос низкого давления, соединенный посредством линии всасывания с топливным баком и посредством линии низкого давления с насосными секциями высокого давления, на каждой из которых установлен перепускной электромагнитный клапан, электромагнитные форсунки, размещенные в дизеле и соединенные посредством линии высокого давления с перепускными электромагнитными клапанами, а посредством линии слива с топливным баком. Электронный блок управления электрически связан с датчиком частоты вращения и датчиком положения коленчатого вала, с каждым из перепускных электромагнитных клапанов и с каждой электромагнитной форсункой. Импульсная система топливоподачи дизеля дополнительно оснащена аккумуляторами высокого давления топлива, размещенными в каждой линии высокого давления топлива между перепускными электромагнитными клапанами и электромагнитными форсунками, оснащенными нагнетательными клапанами, датчиками высокого давления топлива, электрически соединенными с электронным блоком управления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Импульсная система топливоподачи дизеля, содержащая топливный бак, топливный насос низкого давления, соединенный посредством линии всасывания с топливным баком и посредством линии низкого давления с насосными секциями высокого давления, на каждой из которых установлен перепускной электромагнитный клапан, электромагнитные форсунки, размещенные в дизеле и соединенные посредством линии высокого давления с перепускными электромагнитными клапанами, а посредством линии слива - с топливным баком, электронный блок управления, электрически связанный с датчиком частоты вращения и датчиком положения коленчатого вала, с каждым из перепускных электромагнитных клапанов и с каждой электромагнитной форсункой, отличающаяся тем, что импульсная система топливоподачи дизеля дополнительно оснащена аккумуляторами высокого давления топлива, размещенными в каждой линии высокого давления топлива между перепускными электромагнитными клапанами и электромагнитными форсунками, оснащенными нагнетательными клапанами, датчиками высокого давления топлива, электрически соединенными с электронным блоком управления.

2. Импульсная система топливоподачи дизеля по п.1, отличающаяся тем, что система дополнительно оснащена датчиками температуры нагнетаемого воздуха, топлива, окружающей среды, охлаждающей жидкости, давления нагнетаемого воздуха, масла системы смазки дизеля, скорости автомобиля, электрически связанными с электронным блоком управления.