ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ СНИЖЕНИЯ УТЕЧКИ ТОПЛИВА ИЗ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2016 года по МПК F02M25/00 F02M59/44 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к топливной системе, обеспечивающей подачу сжатого топлива, в частности диметилэфира или его смеси, в двигатель внутреннего сгорания. Топливная система содержит топливный насос, механизм которого частично размещен в картере, содержащем смазочное масло, и дренажную линию, подсоединенную к картеру для отвода по меньшей мере паров топлива из внутреннего пространства картера. Изобретение также относится к способу уменьшения утечки топлива из такой топливной системы.

Топливная система особенно подходит для подачи маловязкого топлива, такого как диметилэфир, в дизельный двигатель тяжелого грузового автомобиля.

Уровень техники

Маловязкое топливо, такое как диметилэфир, может просачиваться через уплотнение высокого давления плунжерной пары в полость кулачкового вала топливного насоса, откуда оно может распространяться дальше и выходить наружу из топливной системы. Одно из решений указанной проблемы указано в документе JP 10281029 A, в котором между полостью кулачкового вала топливного насоса и впускным коллектором двигателя внутреннего сгорания обеспечивается трубка отвода просачивающихся газов, так что в процессе работы двигателя просачивающееся газообразное топливо отводится из полости кулачкового вала и безопасно сгорает в двигателе. Однако в некоторых рабочих режимах некоторая часть паров топлива все-таки может выходить в атмосферу.

Таким образом существует потребность в улучшенной топливной системе, в которой устранен вышеуказанный недостаток.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является создание топливной системы и соответствующего способа, которые позволяют по меньшей мере частично решить вышеуказанную проблему. Эта цель достигается путем использования признаков отличительной части независимых пунктов формулы изобретения.

В настоящем изобретении предлагается топливная система для подачи сжатого топлива, в частности диметилэфира или его смеси, в двигатель внутреннего сгорания, причем топливная система содержит топливный насос, механизм которого частично размещен в картере, содержащем смазочное масло, и дренажную линию, присоединенную к картеру для отвода по меньшей мере паров топлива из внутреннего пространства картера.

Топливная система отличается тем, что она содержит также: линию подачи смазочного масла, присоединенную к картеру; клапан подачи смазочного масла, установленный в линии подачи смазочного масла; уплотнительное средство, установленное между насосным механизмом и картером для предотвращения утечки по меньшей мере смазочного масла наружу из картера; и дренажный клапан, установленный в дренажной линии, причем дренажный клапан и клапан подачи смазочного масла выполнены таким образом, что они закрыты при неработающем двигателе для предотвращения утечки паров топлива из картера.

Как уже указывалось, в известных топливных системах утечка паров топлива может происходить в некоторой степени в определенных рабочих режимах, несмотря на наличие трубопровода отвода просачивающихся газов, в частности при неработающем двигателе, когда в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания не создается отрицательное давление. Эта проблема решается в настоящем изобретении путем установки в дренажной линии дренажного клапана, который закрывает дренажную линию при выключении двигателя. В результате закрытия дренажной линии в полости топливного насоса сохраняется относительно высокое давление и предлагаемый в изобретении клапан подачи смазочного масла служит для предотвращения прохождения назад по линии подачи смазочного масла сжатых паров топлива, которые могли бы распространяться внутри двигателя по системе смазки или выходить из двигателя в атмосферу через систему вентиляции картера.

В настоящем изобретении также предлагается способ уменьшения утечки топлива из топливной системы, обеспечивающей подачу сжатого топлива, в частности диметилэфира или его смеси, в двигатель внутреннего сгорания, причем топливная система содержит топливный насос, механизм которого частично размещен в картере, содержащем смазочное масло, и дренажную линию, присоединенную к картеру для отвода по меньшей мере паров топлива из внутреннего пространства картера.

Предлагаемый способ включает стадии, на которых: к картеру присоединяют линию подачи смазочного масла; в линии подачи смазочного масла устанавливают клапан подачи смазочного масла; между насосным механизмом и картером устанавливают уплотнительное средство для предотвращения утечки по меньшей мере смазочного масла наружу из картера; в дренажной линии устанавливают дренажный клапан и выполняют дренажный клапан и клапан подачи смазочного масла таким образом, чтобы они закрывались при неработающем двигателе для предотвращения утечки из картера паров топлива.

Другие положительные результаты предложенного способа обеспечиваются одним или несколькими признаками зависимых пунктов.

В соответствии с изобретением уровень смазочного масла в картере по меньшей мере при неработающем двигателе может быть установлен таким образом, чтобы уплотнительное средство было полностью погружено в смазочное масло для дополнительного улучшения герметизации картера в отношении паров топлива. Насосный механизм по изобретению содержит по меньшей мере насосный элемент, совершающий возвратно-поступательное движение, и приводной механизм для привода насосного элемента с использованием внешней силовой установки, такой как двигатель внутреннего сгорания. Уплотнительное средство, установленное между насосным механизмом и картером, выполнено таким образом, чтобы предотвращалась утечка по меньшей мере смазочного масла наружу из картера. Когда двигатель не работает, утечка сжатых паров топлива, находящихся внутри, обычно предотвращается с помощью уплотнительного средства, которое изготовлено из материала, совместимого с используемым топливом, так что уплотнительное средство обеспечивает низкую проницаемость для топлива. Однако уплотняющие материалы, совместимые с некоторыми маловязкими топливами, такими как диметилэфир, дороги и могут иметь более короткий срок службы по сравнению с традиционными уплотнениями, который обычно используются в таких случаях. Полное погружение уплотнительного средства по меньшей мере при неработающем двигателе обеспечивает возможность использования для уплотнительного средства традиционных и, соответственно, сравнительно недорогих материалов. Кроме того, улучшаются характеристики уплотнения насосной камеры топливного насоса, поскольку уплотнительное средство может быть выполнено для использования для уплотнения в отношении только жидкого масла и будет иметь улучшенные характеристики износостойкости и старения по сравнению с уплотнениями, предназначенными для газообразного топлива.

В соответствии с изобретением клапан подачи смазочного масла также выполнен таким образом, чтобы он приводился в действие гидравлически давлением смазочного масла двигателя, так что этот клапан будет открыт при работе двигателя, когда давление масла достаточно высокое, и закрыт при выключенном двигателе, когда давление масла низкое. Выполнение клапана подачи смазочного масла таким образом, чтобы он приводился в действие гидравлически давлением смазочного масла двигателя, обеспечивает автоматическое открытие клапана подачи смазочного масла, при котором не требуется использовать электронные средства управления, в результате чего снижается стоимость системы.

В соответствии с изобретением дренажный клапан может быть подпружиненным клапаном с гидравлическим управлением, причем линия управления дренажного клапана присоединена к линии подачи смазочного масла, так что высокое давление масла в линии подачи смазочного масла, возникающее при работающем двигателе, обеспечивает открытие дренажного клапана, а низкое давление в линии подачи смазочного масла, возникающее при неработающем двигателе, в сочетании с действием пружины обеспечивает закрытие дренажного клапана. Выполнение дренажного клапана таким образом, чтобы он приводился в действие гидравлически давлением смазочного масла двигателя, обеспечивает автоматическое открытие дренажного клапана, при котором не требуется использовать электронные средства управления, в результате чего снижается стоимость системы.

В соответствии с изобретением уплотнительное средство может быть изготовлено из каучука, обычно используемого для масляных уплотнений, такого как бутадиен-нитрильный каучук, гидрированный бутадиен-нитрильный каучук, силоксановый каучук, фторкаучук или акриловый каучук, и уплотнительное средство можно использовать без какого-либо покрытия, стойкого к действию диметилэфира. На рынке предлагается широкий ассортимент уплотнительных средств из традиционных материалов, не имеющих особенной стойкости к действию диметилэфира, они недороги и обеспечивают хорошие характеристики уплотнения в широком диапазоне температур.

В соответствии с изобретением по меньшей мере секция или часть дренажной линии может действовать не только в качестве дренажной линии для паров топлива, но также и в качестве линии возврата смазочного масла, и в дренажной линии может обеспечиваться сепаратор смазочного масла для отделения смазочного масла от паров топлива, причем сепаратор смазочного масла установлен по потоку ниже дренажного клапана. Сепаратор смазочного масла может быть присоединен к резервуару низкого давления для смазочного масла системы смазки двигателя для возврата в него сепарированного смазочного масла. Использование дренажной линии как для отвода паров топлива, так и для возврата смазочного масла позволяет использовать для обеих текучих сред один трубопровод, и один клапан управления может быть использован в этом случае для обеспечения герметизации полости насосного механизма при неработающем двигателе.

В соответствии с изобретением топливная система может также содержать клапан возврата смазочного масла, который может открывать и закрывать линию возврата смазочного масла, присоединенную к картеру, причем клапан возврата смазочного масла выполнен таким образом, что он закрыт при неработающем двигателе. Таким образом, в этой конструкции топливной системы дренажная линия не используется в качестве линии возврата смазочного масла, а для этой цели обеспечивается отдельная линия, то есть обеспечивается отдельный контур циркуляции смазочного масла. Кроме того, поскольку дренажный клапан не может больше использоваться для закрытия линии возврата смазочного масла, то для этой цели обеспечивается дополнительный клапан в линии возврата, а именно клапан возврата смазочного масла. Таким образом, в такой конструкции можно обойтись без сепаратора смазочного масла, установленного в дренажной линии. Кроме того, в этом случае расположение и размеры линии возврата смазочной линии можно более точно адаптировать для этой цели. Также необходимо отметить, что управление открытием и закрытием клапана возврата смазочного масла и дренажного клапана может осуществляться по-разному, то есть возможна отдельная оптимизация для каждого клапана.

В соответствии с изобретением клапан возврата смазочного масла может быть подпружиненным клапаном с гидравлическим управлением, причем линия управления клапана возврата смазочного масла присоединена к линии подачи смазочного масла, так что высокое давление масла в линии подачи смазочного масла, возникающее при работающем двигателе, обеспечивает открытие клапана возврата смазочного масла, а низкое давление в линии подачи смазочного масла, возникающее при неработающем двигателе, в сочетании с действием пружины обеспечивает закрытие клапана возврата смазочного масла. Выполнение клапана возврата смазочного масла таким образом, чтобы он приводился в действие гидравлически давлением смазочного масла двигателя, обеспечивает автоматическое открытие клапана возврата смазочного масла, при котором не требуется использовать электронные средства управления, в результате чего снижается стоимость системы.

В соответствии с изобретением уровень смазочного масла может определяться положением места присоединения линии возврата смазочного масла к картеру или положением места присоединения дренажной линии к картеру. В зависимости о того, по какой линии масло возвращается из топливного насоса в резервуар низкого давления смазочного масла двигателя, то есть по дренажной линии или по линии возврата смазочного масла, положение места присоединения линии к картеру насосного механизма может определять уровень масла в камере при работающем двигателе при условии, что по линии подачи смазочного масла подается достаточное количество смазочного масла. В этом случае уровень смазочного масла будет по существу соответствовать месту расположения выпускного отверстия дренажной линии или линии возврата смазочного масла. Более конкретно, уровень смазочного масла будет соответствовать высоте от самой низкой точки полости топливного насоса до выпускного отверстия.

В соответствии с изобретением линия возврата смазочного масла может быть присоединена к нижней части картера и уровень смазочного масла в этом случае регулируется контроллером (предпочтительно электронным), управляющим потоком через клапан возврата смазочного масла В качестве альтернативы вышеописанной конструкции, в которой уровень смазочного масла по существу определяется положением выпускного отверстия, этот уровень может регулироваться подходящим контроллером, электронным или иным, управляющим открытием и закрытием клапана возврата смазочного масла. В данном случае выпускное отверстие клапана возврата смазочного масла целесообразно располагать достаточно низко в полости насосного механизма, предпочтительно у самого днища полости. В противном случае эффективное регулирование уровня смазочного масла не может быть реализовано.

В соответствии с изобретением могут обеспечиваться предохранительные средства, которые могут закрывать дренажную линию. Может быть целесообразным обеспечивать возможность закрытия дренажной линии вне зависимости от дренажного клапана, который может быть неисправен по какой-то причине.

В соответствии с изобретением предохранительные средства могут также обеспечивать закрытие линии подачи смазочного масла. Может быть целесообразным обеспечивать возможность закрытия линии подачи смазочного масла вне зависимости от клапана подачи смазочного масла, который может быть неисправен по какой-то причине.

В соответствии с изобретением топливный насос может также содержать предохранительный клапан сброса (высокого) давления паров топлива, присоединенный к картеру для предотвращения возникновения в картере избыточного давления. Выпускное отверстие предохранительного клапана сброса давления может быть соединено с атмосферой или с секцией низкого давления топливной системы.

В соответствии с изобретением топливный насос может содержать по меньшей мере одну насосную камеру, и насосный механизм может содержать по меньшей мере один насосный элемент для расширения и сокращения объема насосной камеры и приводной элемент для привода по меньшей мере одного насосного элемента.

В соответствии с изобретением указанный по меньшей мере один насосный элемент может быть плунжером, и приводной элемент может быть приводным валом, имеющим по меньшей мере один кулачок для взаимодействия по меньшей мере с одним плунжером.

В соответствии с изобретением между по меньшей мере одним плунжером и втулкой, в которой установлен этот плунжер с возможностью осуществления возвратно-поступательного движения, обеспечивается один обычный уплотнительный элемент плунжера высокого давления и в цилиндре предпочтительно нет каких-либо каналов для отвода просачивающегося топлива. Использование лишь одного обычного уплотнительного элемента высокого давления плунжера без каких-либо сложных каналов отвода паров топлива во втулке позволяет упростить и удешевить конструкцию топливного насоса.

Приводной элемент может быть установлен в картере с возможностью вращения, и уплотнительное средство установлено между приводным элементом и картером. В другом варианте приводной элемент установлен снаружи картера с возможностью вращения, а уплотнительное средство установлено между насосным элементом и картером.

Краткое описание чертежей

В нижеприведенном описании изобретения даются ссылки на следующие фигуры, на которых показано:

на фиг. 1 - схема первого варианта топливной системы по настоящему изобретению;

на фиг. 2 - схема второго варианта топливной системы по настоящему изобретению;

на фиг. 3 - схема третьего варианта топливной системы по настоящему изобретению;

на фиг. 4 - схема четвертого варианта топливной системы по настоящему изобретению;

на фиг. 5 - схема пятого варианта топливной системы по настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Различные варианты осуществления изобретения будут описаны далее со ссылками на прилагаемые чертежи, которые предназначены для иллюстрации изобретения и никоим образом не ограничивают его объем, причем на разных чертежах одинаковые обозначения указывают одинаковые элементы.

На фиг. 1 приведена схема первого варианта топливной системы 1 по настоящему изобретению. Хотя топливная система 1 особенно подходит для подачи под давлением маловязкого топлива, такого как диметилэфир или его смеси, в двигатель внутреннего сгорания, однако она в равной степени подходит для подачи традиционного топлива, такого как, например, дизельное топливо. В состав топливной системы 1 входит топливный бак 2, из которого топливный насос 3 низкого давления всасывает топливо и подает его в топливный насос 4 высокого давления. Топливный насос 4 высокого давления, который далее указывается просто как топливный насос 4, во многих отношениях представляет собой традиционный топливный насос 4, содержащий впускной дозирующий клапан 5, в который топливо поступает из топливного насоса 3 низкого давления. Впускной дозирующий клапан 5 регулирует количество топлива, которое может поступать в канал 6 всасывания, являющийся источником топлива для узла насоса.

Узел насоса включает блок 7 топливного насоса, содержащий группу насосных камер 9 и втулок 8, в каждой из которых может перемещаться насосный элемент в форме плунжера 10, который перемещается приводным элементом в форме вращающегося приводного вала 11. Приводной вал 11 и плунжер 10 вместе составляют насосный механизм, который по меньшей мере частично размещен в картере 16, содержащем смазочное масло, заполняющее картер до уровня 20. Приводной вал 11, который установлен с возможностью вращения на подшипниках 13, 14, смонтированных в картере 16, имеет группу кулачков 12, взаимодействующих с соответствующими плунжерами 10. Под действием соответствующего кулачка 12 приводного вала 11 плунжер 10 совершает возвратно-поступательное движение, в результате чего объем насосной камеры 9 циклически увеличивается и уменьшается.

В процессе работы топливного насоса топливо из канала 6 всасывания всасывается в насосные камеры 9 через соответствующие впускные клапаны 17 при расширении камер и подается под высоким давлением по меньшей мере в один топливный инжектор 19 двигателя через выпускной клапан 18.

Между каждым плунжером 10 и соответствующей втулкой 8, в которой совершает возвратно-поступательное движение плунжер 10, обеспечивается одно обычное уплотнение высокого давления плунжерной пары для снижения утечки топлива в полость 15 кулачкового вала. Далее, в предпочтительных вариантах во втулках 8 отсутствуют какие-либо каналы для отвода топлива, которое просачивается сквозь уплотнения высокого давления плунжерных пар. Между приводным валом 11 и картером 16 также установлено уплотнительное средство 21. Предпочтительно уплотнительное средство 21 представляет собой обычный сальник, в частности манжетное уплотнение вала, предпочтительно с пружинным кольцом. Уплотнительное средство 21 предназначено для предотвращения просачивания смазочного масла и паров топлива наружу из картера 16.

В описании раскрывается топливная система по настоящему изобретению, в которой используется плунжерный топливный насос с тремя плунжерами 10, однако такая топливная система в равной степени применима к плунжерным топливным насосам с любым количеством плунжеров или к другим типам топливных насосов, таким как, например, топливные насосы с наклонным диском.

Топливный насос 4 смазывается смазочным маслом, циркулирующим через полость 15 при работе топливного насоса 4. Смазочное масло подается через впускное отверстие 23 в полость 16 из резервуара 27 низкого давления для смазочного масла, такого как масляный поддон, по линии 22 подачи смазочного масла, которая присоединена к картеру 16. Смазочное масло возвращается из картера 16 в резервуар 27 низкого давления для смазочного масла через выпускное отверстие 25 по дренажной линии 24 и через масляный сепаратор 26, установленный в линии 24 для отделения смазочного масла от паров топлива, которые также выходят из картера 16. Положение выпускного отверстия 25 для смазочного масла по вертикали определяет уровень 20 масла внутри картера 16.

Также может обеспечиваться предохранительный клапан 33 сброса давления паров топлива, соединяющий полость 15 с линией 34 возврата топлива для предотвращения повреждения компонентов, расположенных в полости 15, избыточным давлением.

Когда двигатель работает, высокое давление парообразного топлива в камерах 9 сжатия приводит к их просачиванию через уплотнения высокого давления втулок 8 в полость 15 приводного вала 11. Любая утечка топлива или паров топлива из топливной системы крайне нежелательна, и когда пары топлива поступают в полость 15, существует вероятность их прохождения внутри двигателя и далее наружу, например, через впускное 23 или выпускное 25 отверстия системы смазки двигателя или через отверстие 28 картера 16, через которое приводной вал 11 проходит в полость 15. Таким образом, сжатые пары топлива в полости 15 крайне нежелательны.

Хорошо известен способ, в котором при работе двигателя пары топлива отводят из полости 15 в устройство, в котором они могут быть безопасно обработаны, например в канал 29 всасывания воздуха двигателя. Таким образом, пары топлива, отводимые из картера 16, могут быть поданы в камеры сгорания двигателя, в результате чего устраняется возможность неконтролируемой утечки топлива или паров топлива.

Однако, когда двигатель не работает, пары топлива больше не будут отводиться, поскольку во всасывающем канале двигателя не будет отрицательного давления. В результате пары топлива, остающиеся внутри полости 15 после выключения двигателя и просачивающиеся в нее из камер 9 сжатия, могут неконтролируемым образом распространяться внутри двигателя и далее наружу. Настоящее изобретение позволяет решить эту проблему за счет использования дренажной линии 24 также для отвода паров топлива, когда двигатель работает, путем обеспечения дренажного клапана 30, установленного в дренажной линии 24, и клапана 31 подачи смазочного масла, установленного в линии 22 подачи смазочного масла, причем оба клапана 30 и 31 выполнены таким образом, что они закрываются, когда двигатель выключен, для предотвращения утечки паров топлива из картера 16.

Таким образом, топливная система по настоящему изобретению эффективно герметизирует полость 15, когда двигатель не работает, предотвращая распространение сжатых паров топлива из полости 15 внутри двигателя. Без такой герметизации пары топлива распространялись бы из системы смазки двигателя и/или из дренажной линии в камеры сгорания, что могло бы приводить к повреждениям при запуске двигателя.

Уплотнительное средство 21 приводного вала 11 может быть выполнено из материала с высокой стойкостью к действию паров топлива, присутствующих в картере. Также на уплотнительном средстве 21 после работы топливного насоса может быть пленка смазочного масла, в результате чего будет предотвращаться просачивание паров топлива через уплотнительное средство 21.

Дренажная линия 24 для отвода паров топлива и возврата смазочного масла, а также сепаратор 26 смазочного масла по потоку ниже дренажного клапана 30 позволяет использовать один дренажный клапан 30 для обеих текучих сред, что является простым конструктивным решением, эффективным с экономической точки зрения.

Клапан 31 подачи смазочного масла предпочтительно выполнен как подпружиненный запорный клапан, который обеспечивает поток смазочного масла лишь в одном направлении. Клапан 31 подачи смазочного масла также выполнен таким образом, что он приводится в действие давлением смазочного масла двигателя, так что этот клапан 31 открывается при работе двигателя, когда давление масла достаточно высокое, и закрывается при выключенном двигателе, когда давление масла низкое. Такая работа клапана подачи смазочного масла в автоматическом режиме в зависимости от давления смазочного масла двигателя обеспечивает простую и надежную конструкцию, не требующую использования электронных средств управления. Однако топливная система по настоящему изобретению не ограничивается лишь подпружиненным запорным клапаном, поскольку могут использоваться и более сложные клапаны, в том числе и клапаны с электронным управлением.

Дренажный клапан 30 выполнен таким образом, чтобы он открывался при работе двигателя для отвода паров топлива из картера 16 и возврата смазочного масла в резервуар 27. Например, дренажный клапан 30 может быть клапаном с гидравлическим или электромагнитным (соленоидным) управлением. В предпочтительных вариантах дренажный клапан 30 представляет собой подпружиненный клапан с гидравлическим управлением, причем гидравлическая линия 32 управления дренажного клапана 30 соединена с линией подачи смазочного масла. Таким образом, высокое давление в линии подачи смазочного масла, которое возникает при работе двигателя, обеспечивает открытие дренажного клапана 30, а низкое давление в линии подачи смазочного масла, возникающее при выключенном двигателе, в сочетании с действием пружины обеспечивает закрытие дренажного клапана 30. Таким образом, дренажный клапан 30 будет автоматически открываться и закрываться в соответствии с давлением подачи масла, в результате чего обеспечивается простая и надежная конструкция, не требующая использования средств электронного управления. Однако топливная система по настоящему изобретению не ограничивается лишь подпружиненным запорным клапаном с гидравлическим управлением, поскольку могут использоваться и другие клапаны, в том числе и клапаны с электронным управлением.

На фиг. 2 приведена схема второго варианта осуществления изобретения, который аналогичен первому варианту за исключением уровня 20 смазочного масла. В этом варианте уровень смазочного масла повышен таким образом, что масло полностью покрывает уплотнительное средство 21 между насосным механизмом и картером 16. Основное достоинство повышенного уровня 20 смазочного масла заключается в том, что уплотнительное средство 21 полностью погружено в смазочное масло, когда двигатель не работает, что улучшает герметизацию картера 16 для паров топлива, поскольку они не могут проникнуть через сравнительно толстый слой смазочного масла. По сравнению с первым вариантом в данном случае совместимость материала уплотнительного средства с топливом менее существенна и уплотнительное средство 21 может быть изготовлено из обычного недорогого каучука, такого как бутадиен-нитрильный каучук, гидрированный бутадиен-нитрильный каучук, силоксановый каучук, фторкаучук или акриловый каучук. Кроме того, в этом случае уплотнительное средство 21 не требует дорогостоящего покрытия, стойкого к действию диметилэфира, которое в противном случае пришлось бы наносить для обеспечения необходимых характеристик уплотнения. Таким образом, техническое решение, схема которого приведена на фиг. 2, обеспечивает улучшенные характеристики уплотнения в отношении паров топлива, причем для уплотнительного средства 21 может использоваться обычный недорогой материал.

Повышенный уровень 20 смазочного масла должен использоваться по меньшей мере при неработающем двигателе, однако он может использоваться и при работе двигателя. Вообще говоря, при работе двигателя может оказаться выгодным снижать уровень масла для уменьшения потерь энергии, связанных с перемешиванием масла приводным валом 11, однако система регулирования уровня смазочного масла приводит к усложнению системы смазки топливного насоса 4.

На фиг. 3 приведена схема третьего варианта осуществления изобретения, в котором используется альтернативное устройство возврата смазочного масла. Отличие от предыдущего варианта заключается в том, что используется отдельная линия 35 возврата смазочного масла, в которой установлен отдельный клапан 36 возврата масла. Клапан 36 возврата смазочного масла может закрывать и открывать линию 35 возврата масла, соединяющую картер 16 с резервуаром 27 низкого давления для смазочного масла. Действие топливной системы в этом случае не изменяется, и клапан 36 возврата смазочного масла выполнен таким образом, чтобы он был открыт при работающем двигателе и закрыт при неработающем двигателе. Отличие от предыдущего варианта заключается лишь в том, что дренажная линия 24 и дренажный клапан 30 в этом случае используются для отвода паров топлива, а отдельная линия 35 возврата смазочного масла и клапан 36 возврата используются для возврата масла. В этом случае нет необходимости в сепараторе 26 смазочного масла.

Основное достоинство третьего варианта, представленного на фиг. 3, заключается в возможности лучше настроить дренажную линию 24 с дренажным клапаном 30 в соответствии с характеристиками паров конкретного топлива и лучше настроить линию 35 возврата смазочного масла с клапаном 36 возврата в соответствии с характеристиками конкретного смазочного масла. Кроме того, как уже указывалось, из системы может быть исключен сепаратор 26 смазочного масла, в результате чего уменьшается место, занимаемое оборудованием, и снижаются требования к техническому обслуживанию топливной системы.

Клапан 36 возврата смазочного масла может быть клапаном с гидравлическим или электромагнитным (соленоидным) управлением. В предпочтительных вариантах клапан 36 возврата смазочного масла представляет собой подпружиненный клапан с гидравлическим управлением, причем гидравлическая линия 37 управления клапана 36 соединена с линией 22 подачи смазочного масла, так что высокое давление в линии 22 подачи смазочного масла, которое возникает при работе двигателя, обеспечивает открытие клапана 30 возврата смазочного масла, а низкое давление в линии 22 подачи смазочного масла, возникающее при выключенном двигателе, в сочетании с действием пружины обеспечивает закрытие клапана 36 возврата.

Как и раньше, уровень 20 смазочного масла определяется положением места присоединения линии 35 возврата смазочного масла к картеру 16. Однако топливная система по настоящему изобретению не ограничивается лишь подпружиненным запорным клапаном с гидравлическим управлением, поскольку могут использоваться и другие клапаны, в том числе и клапаны с электронным управлением.

На фиг. 4 приведена схема четвертого варианта, в которой приводной вал 11 расположен снаружи картера 16, и каждый плунжер 10 проходит через отдельное отверстие 28 в стенке картера 16, которое герметизируется уплотнительным средством 21. Уплотнительное средство 21 может быть обычно используемым сальником, в частности манжетным уплотнением вала, совершающего возвратно-поступательное движение, причем манжетное уплотнение предпочтительно включает пружинное кольцо, и поскольку уплотнительное средство 21 полностью погружено в смазочное масло по меньшей мере при неработающем двигателе, в этом случае пары топлива не будут проникать через уплотнительное средство 21 при неработающем двигателе.

Приводной компонент, в данном случае приводной вал 11, насосного механизма установлен снаружи картера 16 на опорных подшипниках 13, 14, которые смонтированы в несущей конструкции (не показана). Остальная часть топливной системы по четвертому варианту по существу соответствует топливной системе по первому варианту.

На фиг. 5 приведена схема пятого варианта осуществления изобретения, в котором используется другое альтернативное устройство возврата смазочного масла. В данном варианте линия 35 возврата смазочного масла подсоединена к нижней части картера 16, прилегающей к его днищу, и уровень 20 смазочного масла регулируется электронным контроллером 40, управляющим потоком через клапан 36 возврата смазочного масла в соответствии с входным сигналом, поступающим от датчика 42 уровня масла. Такое устройство возврата смазочного масла обеспечивает простое регулирование уровня 20 масла, и моменты открытия и закрытия клапана возврата масла не зависят от давления в линии 22 подачи смазочного масла.

Кроме того, в данном варианте также используются предохранительные средства в форме электронного блока 41 управления и предохранительного клапана 43 с электронным управлением, которые обеспечивают управление потоком смазочного масла из резервуара 27 в топливную систему 1. Предохранительные средства 41, 43 также выполнены таким образом, чтобы они могли закрывать дренажную линию 24 для надежности закрытия дренажной линии при неработающем двигателе или же в случае резкого увеличения утечки топлива из насоса 4 высокого давления, например в случае отказа уплотнения плунжера, до уровня, при котором может обеспечиваться работа двигателя. Закрытие дренажной линии обеспечивается закрытием линии 22 подачи смазочного масла, в результате чего падает давление в линии 32 управления дренажного клапана 30, так что он закрывается пружиной.

Общим для всех рассмотренных вариантов, в которых уплотнительное средство погружено в смазочное масло, является то, что уплотнительное средство полностью погружено в жидкое смазочное масло в обычном режиме использования двигателя и транспортного средства. Эта особенность очевидно зависит от положения и наклона топливного насоса 4, и состояние полного погружения безусловно должно поддерживаться для определенного угла наклона транспортного средства, поскольку транспортное средство, в котором используется предлагаемая топливная система, может быть припарковано на площадке, имеющей некоторый наклон. Важно, чтобы уплотнительное средство 21 оставалось полностью погруженным в жидкое смазочное масло при максимальных наклонах, типичных для обычного использования транспортного средства. Такие наклоны могут достигать ±30°.

Соответствующий уровень смазочного масла при неработающем двигателе определяется, когда поверхность масла успокаивается после расплескивания приводным валом, а не сразу же после выключения двигателя, когда большое количество масла еще находится на стенках картера 16.

Различные признаки изобретения, иллюстрируемые в настоящем описании различными вариантами, не должны рассматриваться как ограничения объема изобретения лишь раскрытыми вариантами, поскольку эти признаки изобретения могут быть реализованы и в других вариантах, если только они будут совместимыми. Например, отдельная линия 35 возврата смазочного масла и клапан 36 возврата могут быть реализованы в качестве альтернативы в топливной системе по первому, четвертому или пятому варианту. Расположение приводного вала 11 снаружи картера 16 может быть реализовано в качестве альтернативы в топливной системе по второму, третьему или пятому варианту. Контроллер 40 уровня смазочного масла и/или предохранительные средства 41, 43 могут быть реализованы в качестве альтернативы в любом из вариантов 1-4. В дренажной линии 24 выше по потоку масляного сепаратора 26 может быть установлен дополнительный масляный сепаратор (предварительная очистка) для повышения эффективности работы всей системы. Например, масляный сепаратор 26 может быть частью обычной системы вентиляции картера двигателя.

Ссылочные номера, указанные в формуле изобретения, не должны рассматриваться как ограничения объема охраны заявленных объектов изобретения и их единственное назначение заключается в облегчении понимания изобретения.

Как можно будет понять, возможны различные модификации изобретения без выхода за пределы его объема, определяемого прилагаемой формулой. Соответственно, чертежи и их описания должны рассматриваться лишь как иллюстрации изобретения, а не как ограничения.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена топливная система (1) для подачи сжатого топлива, в частности диметилэфира или его смеси, в ДВС. Топливная система (1) содержит топливный насос (4), механизм (10, 11) которого частично размещен в картере (16), содержащем смазочное масло, дренажную линию (24) для отвода паров топлива из внутреннего пространства картера (16), линию (22) подачи смазочного масла из картера (16). В системе (1) предусмотрен клапан (31) подачи смазочного масла, установленный в линии (22), уплотнительное средство (21), установленное между насосным механизмом (10, 11) и картером (16) для предотвращения утечки по меньшей мере смазочного масла наружу из картера (16), и дренажный клапан (30), установленный в дренажной линии (24). Управление клапанами (30) и (31) осуществляется так, что они закрыты при неработающем двигателе для предотвращения просачивания паров топлива из картера (16). Технический результат - предотвращение утечки топлива и паров топлива. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Топливная система (1) для подачи сжатого топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая топливный насос (4), механизм (10, 11) которого частично размещен в картере (16), содержащем смазочное масло, и дренажную линию (24), присоединенную к картеру (16) для отвода по меньшей мере паров топлива из внутреннего пространства картера (16), отличающаяся тем, что она дополнительно содержит:
линию (22) подачи смазочного масла, присоединенную к картеру (16);
клапан (31) подачи смазочного масла, установленный в линии (22) подачи смазочного масла;
уплотнительное средство (21), установленное между насосным механизмом (10, 11) и картером (16) для предотвращения утечки по меньшей мере смазочного масла наружу из картера (16);
дренажный клапан (30), установленный в дренажной линии (24),
причем дренажный клапан (30) и клапан (31) подачи смазочного масла выполнены с возможностью управления таким образом, что они закрыты, когда двигатель не работает, для предотвращения утечки паров топлива из картера (16).

2. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что она приспособлена для подачи диметилэфира или его смеси.

3. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере при неработающем двигателе уровень (20) смазочного масла в картере (16) обеспечивается так, что уплотнительное средство (21) полностью погружено в смазочное масло для дополнительного улучшения герметизации картера (16) в отношении паров топлива.

4. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что клапан (31) подачи смазочного масла представляет собой подпружиненный запорный клапан, обеспечивающий поток смазочного масла только в одном направлении.

5. Топливная система по п. 4, отличающаяся тем, что клапан (31) подачи смазочного масла выполнен с возможностью приведения в действие гидравлически давлением смазочного масла двигателя, так что этот клапан (31) открыт при работающем двигателе и закрыт при неработающем двигателе.

6. Топливная система по п. 5, отличающаяся тем, что дренажный клапан (30) выполнен таким образом, что он открыт при работающем двигателе для отвода из картера (16) по меньшей мере паров топлива.

7. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что дренажный клапан (30) представляет собой регулирующий клапан с гидравлическим или электромагнитным управлением.

8. Топливная система по п. 7, отличающаяся тем, что дренажный клапан (30) представляет собой подпружиненный регулирующий клапан с гидравлическим управлением, причем линия управления (32) этого клапана присоединена к линии (22) подачи смазочного масла, так что высокое давление масла в линии (22) подачи смазочного масла, возникающее при работающем двигателе, обеспечивает открытие дренажного клапана (30), а низкое давление в линии (22) подачи смазочного масла, возникающее при неработающем двигателе, в сочетании с действием пружины обеспечивает закрытие дренажного клапана (30).

9. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что дренажная линия (24) присоединена к впускному каналу (29) всасывания воздуха двигателя, так что пары топлива, отводимые из картера (16), могут засасываться в камеру сгорания двигателя.

10. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что уплотнительное средство (21) изготовлено из каучука, используемого для масляных уплотнений.

11. Топливная система по п. 10, отличающаяся тем, что уплотнительное средство (21) изготовлено из бутадиен-нитрильного каучука, гидрированного бутадиен-нитрильного каучука, силоксанового каучука, фторкаучука или акрилового каучука.

12. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что часть дренажной линии (24) также действует в качестве линии возврата смазочного масла и на дренажной линии (24) установлен сепаратор (26) смазочного масла для отделения смазочного масла от паров топлива, причем сепаратор (26) смазочного масла установлен по потоку ниже дренажного клапана (30).

13. Топливная система по п. 12, отличающаяся тем, что сепаратор (26) смазочного масла присоединен к резервуару (27) низкого давления для смазочного масла системы смазки двигателя для возврата в него сепарированного смазочного масла.

14. Топливная система по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что она содержит клапан (36) возврата смазочного масла, который может открывать и закрывать линию (35) возврата смазочного масла, присоединенную к картеру (16).

15. Топливная система по п. 14, отличающаяся тем, что клапан (36) возврата смазочного масла выполнен таким образом, что он открыт при работающем двигателе.

16. Топливная система по п. 14, отличающаяся тем, что клапан (36) возврата смазочного масла выполнен таким образом, что он закрыт при неработающем двигателе.

17. Топливная система по п. 14, отличающаяся тем, что клапан (36) возврата смазочного масла представляет собой регулирующий клапан с гидравлическим или электромагнитным управлением.

18. Топливная система по п. 17, отличающаяся тем, что клапан (36) возврата смазочного масла представляет собой подпружиненный регулирующий клапан с гидравлическим управлением, причем линия управления (37) клапана (36) возврата смазочного масла присоединена к линии (22) подачи смазочного масла, так что высокое давление масла в линии (22) подачи смазочного масла, возникающее при работающем двигателе, обеспечивает открытие клапана (36) возврата смазочного масла, а низкое давление в линии (22) подачи смазочного масла, возникающее при неработающем двигателе, в сочетании с действием пружины обеспечивает закрытие клапана (36) возврата смазочного масла.

19. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что уровень (20) смазочного масла определяется положением (44) места присоединения линии (35) возврата смазочного масла к картеру (16) или положением (25) места присоединения дренажной линии (24) к картеру (16).

20. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что линия возврата смазочного масла присоединена к нижней части картера (16) и уровень (20) смазочного масла может регулироваться контроллером (40) уровня смазочного масла, который управляет потоком через клапан (36) возврата смазочного масла.

21. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена предохранительными средствами (41, 43), которые могут закрывать дренажную линию (24).

22. Топливная система по п. 21, отличающаяся тем, что предохранительные средства (41, 43) также могут закрывать линию (22) подачи смазочного масла.

23. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что к картеру (16) присоединен предохранительный клапан (33) сброса давления паров топлива.

24. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что уплотнительное средство (21) представляет собой сальник.

25. Топливная система по п. 24, отличающаяся тем, что уплотнительное средство (21) представляет собой манжетное уплотнение вала, совершающего вращательное или возвратно-поступательное движение.

26. Топливная система по п. 25, отличающаяся тем, что манжетное уплотнение включает пружинное кольцо.

27. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что топливный насос (4) содержит по меньшей мере одну насосную камеру (9), а насосный механизм (10, 11) содержит по меньшей мере один насосный элемент (10) для расширения и сокращения объема насосной камеры (9) и приводной элемент (11) для привода по меньшей мере одного насосного элемента (10).

28. Топливная система по п. 27, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один насосный элемент (10) содержит плунжер, и приводной элемент (11) представляет собой приводной вал (11), имеющий по меньшей мере один кулачок (12) для взаимодействия с по меньшей мере одним плунжером.

29. Топливная система по п. 27, отличающаяся тем, что приводной элемент (11) установлен в картере с возможностью вращения, и уплотнительное средство (21) установлено между приводным элементом (11) и картером (16).

30. Топливная система по любому из пп. 27, 28, отличающаяся тем, что приводной элемент (11) установлен снаружи картера (16) с возможностью вращения, а уплотнительное средство (21) установлено между насосным элементом (10) и картером (16).

31. Способ уменьшения утечки топлива из топливной системы (1), предназначенной для подачи сжатого топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащей топливный насос (4), механизм (10, 11) которого частично размещен в картере (16), содержащем смазочное масло, и дренажную линию (24), присоединенную к картеру (16) для отвода по меньшей мере паров топлива из внутреннего пространства картера (16), отличающийся тем, что:
к картеру (16) присоединяют линию (22) подачи смазочного масла;
в линии (22) подачи смазочного масла устанавливают клапан (31) подачи смазочного масла;
между насосным механизмом (10, 11) и картером (16) устанавливают уплотнительное средство (21) для предотвращения утечки по меньшей мере смазочного масла наружу из картера (16);
в дренажной линии (24) устанавливают дренажный клапан (30); и
осуществляют управление дренажным клапаном (30) и клапаном (31) подачи смазочного масла таким образом, что они закрыты, когда двигатель не работает, для предотвращения просачивания паров топлива из картера (16).

32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что топливная система (1) приспособлена для подачи диметилэфира или его смеси.