СИСТЕМА ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2016 года по МПК F02M37/04 F02M59/42 F02M63/02 

Настоящее изобретение относится к способу управления работой системы впрыскивания топлива под высоким давлением согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения и к системе впрыскивания топлива под высоким давлением согласно ограничительной части п. 8 формулы изобретения.

Уровень техники

В системах впрыскивания топлива под высоким давлением для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего в системах впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления (называемых также системами "common rail"), которыми оснащаются дизельные или бензиновые двигатели, насос высокого давления постоянно обеспечивает поддержание необходимого давления в топливном аккумуляторе высокого давления, соответственно в общей топливной магистрали высокого давления ("rail"), являющемся соответственно являющейся частью системы "common rail". Насос высокого давления может приводиться в действие, например, распределительным валом ДВС через соответствующий приводной вал. Для подачи топлива в насос высокого давления используют топливоподкачивающие насосы, например шестеренный или шиберный насос, которые в направлении подачи топлива установлены перед насосом высокого давления. Топливоподкачивающим насосом топливо подается из топливного бака по топливопроводу в насос высокого давления.

В качестве насосов высокого давления помимо прочего используют плунжерные насосы. В таких насосах в их корпусе на подшипниках смонтирован приводной вал. Радиально относительно него в цилиндрах расположены плунжеры. На приводной вал с по меньшей мере одним кулачком своей поверхностью качения (рабочей поверхностью) опирается приводной ролик, установленный в своем опорном башмаке с возможностью вращения в нем. Опорный башмак соединен с плунжером и тем самым принудительно приводит его в возвратно-поступательное движение. На опорный башмак своим направленным радиально относительно приводного вала усилием воздействует пружина, которой тем самым приводной ролик удерживается в постоянном контакте с приводным валом. Приводной ролик своей поверхностью качения контактирует с имеющим по меньшей мере один кулачок приводным валом по его поверхности качения в качестве его рабочей поверхности. Приводной ролик установлен в опорном башмаке в подшипнике скольжения.

Насос высокого давления, как указывалось выше, приводится в действие валом, например распределительным валом ДВС. Тем самым для возможности подачи топлива под высоким давлением насосом высокого давления в общую топливную магистраль высокого давления необходимо сначала привести в действие, соответственно запустить ДВС электрическим стартером. Лишь при вращении коленчатого вала, соответственно распределительного вала ДВС, приводной вал насоса высокого давления также вращается, и поэтому топливо может подаваться насосом высокого давления в общую топливную магистраль высокого давления только с момента пуска ДВС. По этой причине в начале процесса пуска ДВС в общей топливной магистрали высокого давления, а тем самым и в клапанах, соответственно топливных форсунках, соответственно топливных инжекторах, отсутствует достаточное давление топлива, ниже называемое пусковым давлением. Связанный с этим недостаток заключается в увеличении продолжительности процесса пуска ДВС, поскольку ДВС должен сначала приводиться в действие электрическим стартером до тех пор, пока насос высокого давления не повысит давление топлива в общей топливной магистрали высокого давления до достаточного пускового давления. Данный фактор обусловливает увеличение длительности пуска ДВС. Такая увеличенная длительность пуска ДВС нежелательна прежде всего при частом повторении процессов пуска ДВС на автомобиле с системой останова и пуска двигателя. При этом уже известен подход, основанный на подаче топлива перед пуском ДВС в общую топливную магистраль высокого давления электрическим топливоподкачивающим насосом через насос высокого давления.

В DE 102006045933 А1 описан насос высокого давления для подачи топлива под высоким давлением. Такой насос высокого давления имеет приводной вал с кулачками. На эти кулачки опираются цилиндрические ролики, установленные в их опорных башмаках. Каждый опорный башмак смонтирован в сборном толкателе, установленном в отверстии в детали корпуса насоса. На сборных толкателях закреплены плунжерные пары. Сборный толкатель поджимается к кулачкам витой пружиной сжатия.

Из DE 10356262 А1 известен радиально-поршневой насос для создания высокого давления топлива в системах его впрыскивания в двигатели внутреннего сгорания. В корпусе такого насоса на опорах смонтирован приводной вал. На этот приводной вал опираются плунжеры, которые при вращении приводного вала совершают возвратно-поступательное движение. Между плунжерами и приводным валом расположены толкатели.

Краткое изложение сущности изобретения

Преимущества изобретения

В изобретении предлагается способ управления работой системы впрыскивания топлива под высоким давлением для двигателя внутреннего сгорания (ДВС), при осуществлении которого топливо подают топливоподкачивающим насосом в насос высокого давления, топливо насосом высокого давления подают под высоким давлением в общую топливную магистраль высокого давления, топливо перед пуском ДВС подают топливоподкачивающим насосом в общую топливную магистраль высокого давления, при этом используют топливоподкачивающий насос с реверсивным потоком топлива, которое в первом направлении его подачи подают в насос высокого давления, а во втором направлении его подачи, противоположном первому направлению подачи, подают перед пуском ДВС в общую топливную магистраль высокого давления. Тем самым для подачи топлива либо в насос высокого давления, либо напрямую, соответственно непосредственно в общую топливную магистраль высокого давления, необходимо лишь обеспечить возможность подачи топлива топливоподкачивающим насосом топлива соответственно в одном из двух разных направлений. Благодаря этому при особо простом и экономичном конструктивном исполнении возможна попеременная подача топлива топливоподкачивающим насосом либо в насос высокого давления, либо непосредственно в общую топливную магистраль высокого давления.

В одном из вариантов топливо перед пуском ДВС подают топливоподкачивающим насосом в общую топливную магистраль высокого давления в обход насоса высокого давления. Связанное с этим преимущество состоит, таким образом, в возможности подачи топлива перед пуском ДВС в общую топливную магистраль высокого давления напрямую, без пропускания топлива через насос высокого давления. Благодаря этому обеспечивается возможность особо быстрого создания пускового давления в общей топливной магистрали высокого давления перед пуском ДВС.

В еще одном варианте в общую топливную магистраль высокого давления топливо из насоса высокого давления подают по топливопроводу высокого давления, а из топливоподкачивающего насоса - по топливопроводу низкого давления. В соответствии с этим в общую топливную магистраль высокого давления топливо при работе ДВС подается насосом высокого давления по топливопроводу высокого давления, а перед пуском ДВС подается непосредственно топливоподкачивающим насосом по топливопроводу низкого давления.

Подачей топлива топливоподкачивающим насосом либо в насос высокого давления, либо в общую топливную магистраль высокого давления целесообразно управлять с помощью обратных клапанов. В соответствии с этим для подачи топлива топливоподкачивающим насосом либо в насос высокого давления, либо непосредственно в общую топливную магистраль высокого давления по топливопроводу низкого давления необходимы лишь обратные клапаны и один топливоподкачивающий насос с реверсивным потоком топлива.

В еще одном варианте топливо подают топливоподкачивающим насосом в общую топливную магистраль высокого давления по меньшей мере в течение 1, 5, 10 или 20 секунд перед пуском ДВС и/или насоса высокого давления.

В еще одном варианте топливо подают топливоподкачивающим насосом в общую топливную магистраль высокого давления под пусковым давлением, которое составляет, например, по меньшей мере 30, 50 или 70 бар, прежде всего от 80 до 120 бар.

В еще одном варианте насос высокого давления механически приводят в действие от ДВС и/или топливоподкачивающий насос приводят в действие электродвигателем. Топливоподкачивающий насос выполнен с приводом от электродвигателя постольку, поскольку должен подавать топливо в общую топливную магистраль высокого давления еще до пуска ДВС.

В еще одном варианте электродвигатель для подачи топлива топливоподкачивающим насосом в первом направлении приводят во вращение в первом направлении, а для подачи топлива топливоподкачивающим насосом во втором направлении приводят во вращение во втором направлении, при этом первое и второе направления вращения электродвигателя взаимно противоположны.

В еще одном варианте топливоподкачивающий насос приводят в действие электродвигателем через промежуточный передаточный механизм, который позволяет изменять направление подачи топлива топливоподкачивающим насосом с первого на второе и наоборот.

Топливоподкачивающий насос целесообразно монтировать на насосе высокого давления и/или интегрировать в насос высокого давления.

В еще одном варианте топливоподкачивающий насос выполнен в виде пластинчатого насоса.

В изобретении предлагается также система впрыскивания топлива под высоким давлением для двигателя внутреннего сгорания, прежде всего для автомобиля, имеющая насос высокого давления, топливоподкачивающий насос и общую топливную магистраль высокого давления и выполненная с возможностью осуществления в ней описанного выше, предлагаемого в изобретении способа.

В одном из вариантов топливоподкачивающий насос имеет впускное отверстие в качестве всасывающей стороны и выпускное отверстие в качестве напорной стороны и выполнен с реверсивным потоком топлива, вследствие чего возможно изменение функции впускного отверстия в качестве всасывающей стороны и функции выпускного отверстия в качестве напорной стороны на взаимно противоположные.

В еще одном варианте топливоподкачивающий насос гидравлически соединен с общей топливной магистралью высокого давления топливопроводом низкого давления, а с насосом высокого давления гидравлически соединен топливопроводом высокого давления подкачки.

В еще одном варианте в топливопроводах расположены обратные клапаны, благодаря которым подача топлива в первом направлении его подачи топливоподкачивающим насосом возможна в насос высокого давления, прежде всего исключительно в него, а во втором направлении его подачи топливоподкачивающим насосом возможна в общую топливную магистраль высокого давления, прежде всего исключительно в нее. В соответствии с этим попеременную подачу топлива топливоподкачивающим насосом либо в насос высокого давления, либо перед пуском ДВС непосредственно в общую топливную магистраль высокого давления по топливопроводу низкого давления можно обеспечить лишь с помощью обратных клапанов и одного топливоподкачивающего насоса с реверсивным потоком топлива. Благодаря этому предлагаемая в изобретении система впрыскивания топлива под высоким давлением является особо простой и недорогой в изготовлении и надежной в эксплуатации.

В еще одном варианте топливоподкачивающий насос представляет собой шестеренный насос и/или выполнен с управляемой и/или регулируемой производительностью и/или представляет собой электрический топливоподкачивающий насос с электродвигателем и/или выполнен с возможностью подачи топлива под давлением подкачки, которое составляет, например, от 3 до 6 бар, и под пусковым давлением, которое составляет, например, от 50 до 150 бар.

В предпочтительном варианте топливо подается топливоподкачивающим насосом в общую топливную магистраль высокого давления под пусковым давлением, которое составляет, например, по меньшей мере 30, 50 или 70 бар, прежде всего от 80 до 120 бар. В нормальном режиме работы ДВС топливо подается топливоподкачивающим насосом под давлением подкачки, которое составляет, например, от 3 до 6 бар, прежде всего порядка 4 бар. Однако такого давления подкачки недостаточно для того, чтобы топливо могло впрыскиваться клапанами, например топливными форсунками, соответственно топливными инжекторами, в камеры сгорания в ДВС. Для этого необходимо более высокое пусковое давление, составляющее, например, по меньшей мере 20, 50, 80 или 90 бар. При этом топливоподкачивающий насос способен в силу своего конструктивного исполнения создавать столь высокое пусковое давление и поэтому может без задействования насоса высокого давления создавать достаточное пусковое давление.

В изобретении предлагается также двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с системой впрыскивания топлива под высоким давлением, прежде всего для автомобиля, при этом такая система впрыскивания топлива выполнена в виде описанной выше, предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива под высоким давлением и/или ДВС выполнен с возможностью осуществления описанного выше, предлагаемого в изобретении способа.

Электродвигатель топливоподкачивающего насоса прежде всего интегрирован в него, например, путем встраивания постоянных магнитов в зубчатое колесо.

В еще одном варианте электродвигатель представляет собой бесщеточный электродвигатель и/или электродвигатель с электронной коммутацией.

Давление, создаваемое насосом высокого давления в общей топливной магистрали высокого давления, составляет, например, от 1000 до 3000 бар для дизельных двигателей или от 40 до 400 бар для бензиновых двигателей.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - предельно упрощенная схема системы впрыскивания топлива под высоким давлением и

на фиг. 2 - схематичный вид автомобиля.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1 показана предельно упрощенная схема системы 1 впрыскивания топлива под высоким давлением. Такая система 1 впрыскивания топлива имеет насос 2 высокого давления, которым топливо под высоким давлением подается по топливопроводу 12 высокого давления в общую топливную магистраль 10 высокого давления. Давление в общей топливной магистрали 10 высокого давления составляет от 1000 до 3000 бар для дизельных двигателей и от 40 до 400 бар для бензиновых двигателей. Из общей топливной магистрали 10 высокого давления топливо не показанными на чертеже устройствами впрыскивания подается в камеры сгорания в ДВС 8. Насос 2 высокого давления приводится в действие двигателем 8 внутреннего сгорания через приводной вал 9.

Система 1 впрыскивания топлива имеет далее электрический топливоподкачивающий насос 3 с впускным отверстием 24 и выпускным отверстием 25. Такой электрический топливоподкачивающий насос 3 приводится в действие электродвигателем 7 и представляет собой при этом пластинчатый шиберный насос или шестеренный насос 4, предпочтительно шестеренный насос 5 с внутренним зацеплением, прежде всего героторный насос 6. Топливоподкачивающий насос 3 выполнен с реверсивным потоком топлива, т.е. с возможностью подачи топлива в двух разных, взаимно противоположных направлениях, в соответствии с чем впускное отверстие 24 и выпускное отверстие 25 могут меняться местами. В первом направлении подачи топлива оно по топливопроводу 14 высокого давления подкачки подается в насос 2 высокого давления, а во втором направлении подачи, противоположном первому направлению подачи, подается по топливопроводу 13 низкого давления в общую топливную магистраль 10 высокого давления. Тем самым топливоподкачивающий насос 3 топливопроводом 13 низкого давления непосредственно соединен с общей топливной магистралью 10 высокого давления. При этом при подаче топлива в первом направлении оно всасывается топливоподкачивающим насосом 3 из топливного бака 11 по первому всасывающему топливопроводу 15 и затем подается по топливопроводу 14 высокого давления подкачки в насос 2 высокого давления под давлением подкачки, которое составляет, например, от 3 до 6 бар. При подаче топлива во втором направлении оно всасывается топливоподкачивающим насосом 3 из топливного бака 11 по второму всасывающему топливопроводу 16 и подается по топливопроводу 13 низкого давления в общую топливную магистраль 10 высокого давления под пусковым давлением, которое составляет, например, от 50 до 150 бар. В топливопроводе 14 высокого давления подкачки гидравлически на участке между насосом 2 высокого давления и выходом, соответственно ответвлением второго всасывающего топливопровода 16 соответственно от топливопровода 14 высокого давления подкачки, расположен первый обратный клапан 17. Помимо этого на участке между насосом 2 высокого давления и выходом, соответственно ответвлением топливопровода 13 низкого давления соответственно от первого всасывающего топливопровода 15, расположен второй обратный клапан 18. Первый и второй обратные клапаны 17, 18 выполнены при этом таким образом, что топливо при его подаче топливоподкачивающим насосом 3 в первом направлении может подаваться исключительно в этом первом направлении, т.е. может подаваться из топливного бака 11 по первому всасывающему топливопроводу 15 и по топливопроводу 14 высокого давления подкачки в насос 2 высокого давления и не может подаваться в обратном направлении. Кроме того, в топливопроводе 13 низкого давления расположен третий обратный клапан 19, а во втором всасывающем топливопроводе 16 расположен четвертый обратный клапан 20. Эти третий и четвертый обратные клапаны 19, 20 выполнены при этом таким образом, что топливо не может всасываться из общей топливной магистрали 10 высокого давления топливоподкачивающим насосом 3 в первом направлении его подачи и поступать по второму всасывающему топливопроводу 16 в топливный бак 11.

Во втором направлении подачи топлива топливоподкачивающим насосом 3 оно всасывается им по второму всасывающему топливопроводу 16 из топливного бака 11 и затем подводится по топливопроводу 13 низкого давления в обход насоса 2 высокого давления непосредственно в общую топливную магистраль 10 высокого давления. Во втором направлении подачи топлива топливоподкачивающим насосом 3 второй обратный клапан 18 не допускает поступление топлива по первому всасывающему топливопроводу 15 обратно в топливный бак 11, а первый обратный клапан 17 не допускает всасывание топлива топливоподкачивающим насосом 3 из насоса 2 высокого давления. Второй и четвертый обратные клапаны 18, 20 при остановке топливоподкачивающего насоса 3 не допускают его опорожнение, т.е. не допускают перетекание топлива в топливный бак 11, а первый обратный клапан 17 не допускает опорожнение насоса 2 высокого давления при его остановке и остановке топливоподкачивающего насоса 3.

Давление топлива в общей топливной магистрали 10 высокого давления регистрируется датчиком 22 давления, в зависимости от измеренной величины которого блок 21 управления осуществляет управление топливоподкачивающим насосом 3 и/или его регулирование.

В целом предлагаемая в изобретении система впрыскивания топлива под высоким давлением обладает целым рядом существенных преимуществ. Так, в частности, используя лишь топливоподкачивающий насос 3 с реверсивным потоком и обратные клапаны 17, 18, 19 и 20, удается технически простым и тем самым экономичным путем обеспечить возможность подачи топлива топливоподкачивающим насосом 3 перед пуском ДВС 8 под пусковым давлением непосредственно в общую топливную магистраль высокого давления. Благодаря этому прежде всего на автомобиле 23 с системой останова и пуска двигателя возможен исключительно быстрый пуск ДВС 8, например, уже при первом достижении одним из его поршней своей верхней мертвой точки возможно воспламенение рабочей смеси, поскольку в общей топливной магистрали 10 высокого давления топливоподкачивающим насосом 3 еще перед пуском ДВС 8 было создано как раз достаточное пусковое давление, составляющее, например, по меньшей мере 50 бар.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен способ управления работой системы (1) впрыскивания топлива под высоким давлением для ДВС (8), при осуществлении которого топливо подают топливоподкачивающим насосом (3) в насос (2) высокого давления, топливо насосом (2) высокого давления подают под высоким давлением в общую топливную магистраль (10) высокого давления, топливо перед пуском ДВС (8) подают топливоподкачивающим насосом (3) в общую топливную магистраль (10) высокого давления, при этом используют топливоподкачивающий насос (3) с реверсивным потоком топлива, которое в первом направлении его подачи подают в насос (2) высокого давления, а во втором направлении его подачи, противоположном первому направлению подачи, подают перед пуском ДВС (8) в общую топливную магистраль (10) высокого давления. Также предложена система вспрыскивания топлива, приспособленная для осуществления описанного способа. Технический результат - упрощение системы подачи топлива и сокращение времени запуска двигателя. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления работой системы (1) впрыскивания топлива под высоким давлением для двигателя (8) внутреннего сгорания (ДВС), при осуществлении которого топливо подают топливоподкачивающим насосом (3) в насос (2) высокого давления, топливо насосом (2) высокого давления подают под высоким давлением в общую топливную магистраль (10) высокого давления, топливо перед пуском ДВС (8) подают топливоподкачивающим насосом (3) в общую топливную магистраль (10) высокого давления, отличающийся тем, что используют топливоподкачивающий насос (3) с реверсивным потоком топлива, которое в первом направлении его подачи подают в насос (2) высокого давления, а во втором направлении его подачи, противоположном первому направлению подачи, подают перед пуском ДВС (8) в общую топливную магистраль (10) высокого давления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед пуском ДВС (8) топливо подают топливоподкачивающим насосом (3) в общую топливную магистраль (10) высокого давления в обход насоса (2) высокого давления.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в общую топливную магистраль (10) высокого давления топливо из насоса (2) высокого давления подают по топливопроводу (12) высокого давления, а из топливоподкачивающего насоса (3) - по топливопроводу (13) низкого давления.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с помощью обратных клапанов (17, 18, 19, 20) управляют подачей топлива топливоподкачивающим насосом (3) либо в насос (2) высокого давления, либо в общую топливную магистраль (10) высокого давления.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что топливо подают топливоподкачивающим насосом (3) в общую топливную магистраль (10) высокого давления по меньшей мере в течение 1, 5, 10 или 20 секунд перед пуском ДВС (8) и/или насоса (2) высокого давления.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что топливо подают топливоподкачивающим насосом (3) в общую топливную магистраль (10) высокого давления под пусковым давлением, которое составляет по меньшей мере 30 бар.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что топливо подают топливоподкачивающим насосом (3) в общую топливную магистраль (10) высокого давления под пусковым давлением, которое составляет по меньшей мере 50 бар.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что топливо подают топливоподкачивающим насосом (3) в общую топливную магистраль (10) высокого давления под пусковым давлением, которое составляет по меньшей мере 70 бар.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что топливо подают топливоподкачивающим насосом (3) в общую топливную магистраль (10) высокого давления под пусковым давлением, которое составляет от 80 до 120 бар.

10. Способ по одному из пп. 1-9, отличающийся тем, что насос (2) высокого давления механически приводят в действие от ДВС (8) и/или топливоподкачивающий насос (3) приводят в действие электродвигателем (7).

11. Система (1) впрыскивания топлива под высоким давлением для двигателя (8) внутреннего сгорания, имеющая насос (2) высокого давления, топливоподкачивающий насос (3), общую топливную магистраль (10) высокого давления, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью осуществления в ней способа по одному из пп. 1-10.

12. Система (1) впрыскивания топлива по п. 11, отличающаяся тем, что топливоподкачивающий насос (3) имеет впускное отверстие (24) в качестве всасывающей стороны и выпускное отверстие (25) в качестве напорной стороны и выполнен с реверсивным потоком топлива, вследствие чего возможно изменение функции впускного отверстия (24) в качестве всасывающей стороны и функции выпускного отверстия (25) в качестве напорной стороны на взаимно противоположные.

13. Система (1) впрыскивания топлива по п. 11, отличающаяся тем, что топливоподкачивающий насос (3) гидравлически соединен с общей топливной магистралью (10) высокого давления топливопроводом (13) низкого давления, а с насосом (2) высокого давления гидравлически соединен топливопроводом (14) высокого давления подкачки.

14. Система (1) впрыскивания топлива по п. 11, отличающаяся тем, что в топливопроводах (13, 14, 15, 16) расположены обратные клапаны (17, 18, 19, 20), благодаря которым подача топлива в первом направлении его подачи топливоподкачивающим насосом (3) возможна в насос (2) высокого давления, прежде всего исключительно в него, а во втором направлении его подачи топливоподкачивающим насосом (3) возможна в общую топливную магистраль (10) высокого давления, прежде всего исключительно в нее.

15. Система (1) впрыскивания топлива по одному из пп. 11-14, отличающаяся тем, что топливоподкачивающий насос (3) представляет собой шестеренный насос (4) и/или выполнен с управляемой и/или регулируемой производительностью и/или представляет собой электрический топливоподкачивающий насос (3) с электродвигателем (7) и/или выполнен с возможностью подачи топлива под давлением подкачки, которое составляет от 3 до 6 бар, и под пусковым давлением, которое составляет от 50 до 150 бар.

16. Система (1) впрыскивания топлива по одному из пп. 11-14, отличающаяся тем, что она предназначена для автомобиля (23).

17. Система (1) впрыскивания топлива по п. 15, отличающаяся тем, что она предназначена для автомобиля (23).