СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2017 года по МПК F02M37/18 F02M59/20 F04C14/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам "common rail" (системам впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления, называемой также топливной рампой или топливным аккумулятором высокого давления). Изобретение относится прежде всего к системе подачи топлива для автомобиля.

Уровень техники

В настоящее время многие автомобили оборудованы системой "common rail", представляющей собой систему впрыскивания топлива для двигателя внутреннего сгорания (ДВС), в которой насос высокого давления повышает давление топлива, например дизельного топлива, до высокого уровня. Находящееся под давлением топливо заполняет топливопроводную систему, к которой совместно подсоединены топливные форсунки и которая при работе двигателя постоянно находится под давлением.

Для подачи топлива под давлением в насос высокого давления могут использоваться топливоподкачивающие насосы различных типов. На транспортных средствах для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ принято использовать нерегулируемые насосы с механическим приводом (шестеренные или шиберные насосы) для подачи топлива в насос высокого давления. С учетом требований к величине подачи топлива при пуске горячего двигателя и в режиме холостого хода такие топливоподкачивающие насосы обычно выполнены со значительным избыточным запасом в отношении нормальных рабочих частот вращения.

На легковых автомобилях используются также электрические топливоподкачивающие насосы с регулируемой частотой вращения (такие, например, как роликовые или шестеренные насосы). Однако такие насосы из-за недостаточных для установки на ДВС надежности и ресурса обычно не используются на транспортных средствах для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ.

На автомобилях используются также механически или гидравлически регулируемые подающие насосы с механическим приводом (такие, например, как шиберные насосы или пластинчатые насосы с изменяемым эксцентриситетом ротора) для подачи моторного масла или гидравлической жидкости.

Краткое изложение сущности изобретения

Обычно между насосом высокого давления и топливоподкачивающим насосом расположен топливный фильтр, который предназначен для отфильтровывания посторонних материалов из топлива. Такой фильтр может лопнуть или разорваться при слишком высоком давлении. Во избежание этого при использовании нерегулируемого топливоподкачивающего насоса предусматривают, например, подсоединяемый параллельно ему клапан защиты от разрыва, соответственно предохранительный клапан, который открывается по достижении определенного давления и допускает тем самым перетекание уже поданного топливоподкачивающим насосом топлива обратно в направлении топливного бака. Помимо этого может быть предусмотрен перепускной клапан, который устанавливает рабочее давление насоса высокого давления за фильтром и позволяет при избыточном давлении за фильтром возвращать топливо из насоса высокого давления в топливный бак. Таким путем можно предотвращать создание избыточного давления перед фильтром и в насосе высокого давления. Однако такие решения связаны с потерями энергии, поскольку в обоих случаях топливоподкачивающий насос подает топливо в количестве, которое больше того, которое необходимо собственно для работы насоса высокого давления.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать систему подачи топлива, обеспечивающую более экономное расходование энергии.

Указанная задача решается с помощью объекта изобретения, заявленного в независимом пункте формулы изобретения. Различные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения и в последующем описании.

Объектом изобретения является система подачи топлива для автомобиля, например система подачи топлива или топливная система для дизельного двигателя на транспортном средстве для перевозки пассажиров, грузов или для нетранспортных работ.

В одном из вариантов осуществления изобретения система подачи топлива имеет топливоподкачивающий насос для подачи топлива из топливного бака, насос высокого давления для подачи топлива в систему "common rail" и расположенный между топливоподкачивающим насосом и насосом высокого давления фильтр для фильтрации топлива. Топливоподкачивающий насос выполнен регулируемым на основании первого давления топлива перед фильтром и второго давления топлива за фильтром, т.е. рабочего давления. Иными словами, система подачи топлива может иметь два регулирующих присоединения, через которые можно отбирать давление перед фильтром и за ним. Так, например, производительность топливоподкачивающего насоса можно регулировать на основании первого давления топлива и второго давления топлива.

Система подачи топлива может, таким образом, иметь регулируемый топливоподкачивающий насос, который служит для подачи топлива в насос высокого давления в системе "common rail" и который выполняет функцию по ограничению максимального давления перед фильтром, а также функцию по настройке рабочего давления за фильтром путем регулирования своей производительности. Благодаря этому для работы топливоподкачивающего насоса в диапазоне рабочих частот вращения обычно требуется всего лишь меньший приводной момент, соответственно меньшая приводная мощность. Данный фактор в свою очередь позволяет добиться экономии топлива и тем самым сократить выброс CO₂ автомобилем. Помимо этого можно отказаться от применения перепускного клапана и клапана ограничения давления в системе подачи топлива, уменьшив тем самым ее сложность.

В одном из вариантов осуществления изобретения регулирование топливоподкачивающего насоса осуществляется таким образом, что его производительность снижается на основании (только) первого давления топлива вплоть до нуля во избежание превышения максимально допустимого давления при забитом фильтре и тем самым во избежание его разрыва.

В еще одном варианте осуществления изобретения топливоподкачивающий насос представляет собой механически регулируемый насос. Иными словами, топливоподкачивающий насос можно регулировать непосредственно на основании суммарного усилия, складывающегося из усилий, создаваемых первым и вторым давлениями. Для этого, например, система подачи топлива имеет подводящие топливопроводы, соответственно регулирующие присоединения, которыми топливоподкачивающий насос соединен с топливопроводом перед фильтром и с топливопроводом за ним.

В еще одном варианте осуществления изобретения топливоподкачивающий насос представляет собой шиберный насос. Шиберный насос можно простым путем регулировать механически. Так, например, пластинчатый насос может иметь наружное кольцо, внутри которого расположен ротор с шиберами. Между ротором и наружным кольцом может быть образована напорная полость шиберного насоса, объем которой может увеличиваться и уменьшаться при перемещении наружного кольца относительно ротора. Такое перемещение наружного кольца может обеспечиваться посредством предусмотренных на нем нагруженных первым и вторым давлением поверхностей против усилия расположенной с противоположной стороны пружины, благодаря чему возможно гидравлически-механическое регулирование шиберного насоса.

Шиберный насос может, таким образом, иметь регулирующий механизм (т.е. регулируемое по положению наружное кольцо), который представляет собой интегрированный в топливоподкачивающий насос регулятор и ограничитель давления.

В еще одном варианте осуществления изобретения топливоподкачивающий насос имеет первую нагруженную давлением поверхность, нагружаемую первым давлением топлива, и вторую нагруженную давлением поверхность, нагружаемую вторым давлением топлива. Обе такие нагруженные давлением поверхности могут находиться, например, на поршне, который тем самым позволяет создавать усилие, которое затем воздействует на одну сторону наружного кольца топливоподкачивающего насоса. Обе нагруженные давлением поверхности могут быть, например, образованы и непосредственно поверхностями надставок на наружном кольце. С другой стороны наружного кольца к нему может прикладываться создаваемое пружиной усилие, которое противодействует усилию, прикладываемому к наружному кольцу через нагруженные давлением поверхности.

Шиберный насос может, таким образом, иметь регулируемое по положению наружное кольцо, которое посредством двух поверхностей, нагруженных первым и вторым давлениями перед и за фильтром соответственно, регулирует производительность шиберного насоса.

В еще одном варианте осуществления изобретения соотношение между площадью первой нагруженной давлением поверхности и площадью второй нагруженной давлением поверхности составляет примерно от 0,4 до 0,6. При таком соотношении между площадями нагруженных давлением поверхностей производительность топливоподкачивающего насоса можно регулировать таким образом, чтобы, например, рабочее давление устанавливалось на величину в пределах примерно от 4 до 6 бар в зависимости от производительности насоса высокого давления и степени насыщения фильтра улавливаемыми веществами, а максимальное избыточное давление при возникновении неисправности, обусловленной забиванием фильтра, ограничивалось величиной примерно 14 бар при минимальной/нулевой производительности насоса.

В еще одном варианте осуществления изобретения система подачи топлива имеет отводящий топливопровод, который предназначен для возврата топлива из фильтра, которое должно подаваться в насос высокого давления, соответственно для возврата топлива из насоса высокого давления в топливный бак. Такой отводящий топливопровод может, например, использоваться для поддержания производительности топливоподкачивающего насоса на минимальном уровне даже в том случае, когда топливо не нагнетается насосом высокого давления в систему "common rail". Поддержание минимальной производительности топливоподкачивающего насоса может оказаться необходимым в целях охлаждения и смазывания насоса высокого давления.

С указанным отводящим топливопроводом может быть также соединено регулирующее присоединение топливоподкачивающего насоса.

В еще одном варианте осуществления изобретения система подачи топлива имеет также дроссельный клапан между топливным баком и регулирующим присоединением. Подобный дроссельный клапан позволяет настраивать минимальную производительность топливоподкачивающего насоса, соответственно минимальную величину подачи им топлива, используемого для охлаждения насоса высокого давления.

В еще одном варианте осуществления изобретения система подачи топлива имеет также обратный клапан между дроссельным клапаном и топливным баком. Такой клапан может использоваться для возврата топлива, подаваемого топливоподкачивающим насосом при его работе с минимальной производительностью, в топливный бак лишь по достижении определенного минимального давления за фильтром, например, при пуске приводного ДВС и при его работе по меньшей мере на холостом ходу. Иными словами, при пуске двигателя дроссельный клапан вместе с обратным клапаном могут отключаться.

Краткое описание чертежей

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

на фиг. 1 - система подачи топлива согласно одному из вариантов осуществления изобретения и

на фиг. 2 - топливоподкачивающий насос для системы подачи топлива согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

На чертежах и в их описании идентичные или схожие элементы и детали в принципе снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1 показана система 10 подачи топлива с насосом 12 высокого давления и топливоподкачивающим насосом 14 для автомобиля. Между насосом 12 высокого давления и топливоподкачивающим насосом 14 расположен топливный фильтр 16. В нормальном режиме работы топливоподкачивающий насос подает топливо из подводящего топливопровода 18, который соединен с топливным баком автомобиля (например, через фильтр грубой очистки), и повышает давление топлива до рабочего давления, под которым оно по топливопроводу 20 подводится к топливному фильтру 16. По топливопроводу 22 топливо под предварительно повышенным давлением подается в насос 12 высокого давления, которым давление топлива повышается до более 1000 бар и которым оно по следующим топливопроводам 24 подается в систему "common rail", которой оснащен автомобиль.

Производительность (объемная подача) насоса 12 высокого давления может регулироваться дозатором 26, который расположен в топливопроводе 28, ведущем от подводящего топливопровода 22 насоса высокого давления к всасывающим клапанам 30 на насосе высокого давления.

К топливопроводу 28 на участке между всасывающими клапанами 30 и дозатором 26 подсоединен обратный топливопровод 32, по которому топливо может через дроссель 34 и обратный клапан 36 возвращаться в подводящий топливопровод 18, ведущий к топливоподкачивающему насосу 14. Дроссель 34 позволяет отводить через него при закрытом дозаторе 26 утечки топлива и надежно предотвращать подачу топлива насосом 12 высокого давления, например, в режиме принудительного холостого хода, когда топливо не отбирается из системы "common rail". Обратный клапан 36 не допускает протекание топлива в обход фильтра 16 к всасывающим клапанам 30 и тем самым в систему "common rail", когда по завершении работ по техническому обслуживанию (например, после замены фильтра) систему 10 подачи топлива вновь заполняют топливом под давлением, подаваемым из топливного бака, например, с помощью насоса с ручным приводом. При этом топливо направляется в обход не вращающегося топливоподкачивающего насоса 14 через включенный параллельно ему байпасный клапан 54.

Топливопровод 22 служит также для снабжения приводного механизма насоса высокого давления топливом в качестве охлаждающего и смазочного средства. По возвратному топливопроводу 38 топливо, выходящее из смазываемых под давлением подшипников 40 и 42 насоса 12 высокого давления, может возвращаться в топливный бак.

К возвратному топливопроводу 38 подсоединен отводящий топливопровод 44, который соединяет ту часть насоса высокого давления, где находится его приводной механизм, с топливным баком. В возвратном топливопроводе 38 расположены дроссельный клапан 46 и обратный клапан 48. Дроссельный клапан 46 позволяет настраивать подачу топлива топливоподкачивающим насосом 14 на минимально необходимое количество, которое служит для охлаждения насоса 12 высокого давления. Обратный клапан 48 позволяет прерывать возврат топлива в топливный бак при пуске ДВС, а тем самым и при пуске системы 10 подачи топлива.

Топливоподкачивающий насос 14 выполнен механически регулируемым и имеет первое 50 и второе 52 регулирующие присоединения, через которые можно регистрировать или определять первое давление топлива перед фильтром 16 и второе давление топлива за фильтром 16 топливоподкачивающего насоса 14. Первое регулирующее присоединение 50 подсоединено к топливопроводу 20 на участке между фильтром 16 и топливоподкачивающим насосом 14, а второе регулирующее присоединение 52 подсоединено к отводящему топливопроводу 44 перед дросселем 46 и обратным клапаном 48. В другом варианте регулирующее присоединение 52 может быть соединено непосредственно с топливопроводом 22 или с той камерой насоса 12 высокого давления, в которой расположен его приводной механизм.

Топливоподкачивающий насос 14 выполнен с возможностью регулирования его производительности в зависимости от обоих давлений в топливопроводах 20 и 44.

На фиг. 2 показан топливоподкачивающий насос 14 в виде шиберного насоса 14, у которого в его корпусе 60 расположен ротор 62 с шиберами (пластинами) 64 в наружном кольце 66. При вращении ротора 62 в указанном стрелкой направлении шиберы 64 подают топливо, отбираемое из топливного бака 100 по подводящему топливопроводу 18 топливоподкачивающего насоса 14, через его рабочую камеру, соответственно через его напорную полость 68 в отводящий топливопровод 20 топливоподкачивающего насоса 14, одновременно представляющий собой подводящий топливопровод 20 фильтра 16.

Наружное кольцо 66 установлено в корпусе 60 подвижно. У топливоподкачивающего насоса в том виде, в котором он показан на фиг. 2, при перемещении наружного кольца 66 в горизонтальном направлении изменяются объем рабочей камеры 68 топливоподкачивающего насоса 14, а тем самым и его производительность.

С первой стороны наружного кольца 66 топливоподкачивающий насос 14 имеет пружину 70, которая прикладывает свое усилие к этой первой стороне наружного кольца. Пружина 70 расположена в полости 72 топливоподкачивающего насоса 14, которая топливопроводом 74 соединена с подводящим топливопроводом 18 топливоподкачивающего насоса 14 и в которой поэтому преобладает то же давление топлива, что и в подводящем топливопроводе 18.

Со второй, противоположной стороны наружного кольца 66 топливоподкачивающий насос 14 имеет вторую полость 76, в которой через регулирующее присоединение 50, сообщающееся с отводящим топливопроводом 20, возможно создание (первого) давления перед фильтром 16. Со второй стороны наружное кольцо 66 соединено с надставкой 78, которая отделяет находящуюся под давлением полость, в которой находится нагруженная давлением поверхность 82 и в которой через регулирующее присоединение 52 возможно создание (второго) давления за фильтром 16.

Давление внутри полости 76 воздействует на первую нагруженную им поверхность 80 и создает усилие, приложенное к наружному кольцу 66. Давление на надставку 78 воздействует на вторую нагруженную им поверхность 82 и создает еще одно усилие, приложенное к наружному кольцу 66. Соотношение между площадью первой нагруженной давлением поверхности 80 и площадью второй нагруженной давлением поверхности 82 может, например, составлять примерно от 0,4 до 0,6. В другом варианте обе нагруженные давлением поверхности 80, 82 могли бы быть также образованы поверхностями ступенчатого (дифференциального) поршня.

В целом на наружное кольцо 66 действуют усилие пружины 70, усилие, создаваемое (малым) давлением в полости 72, и сумма усилий, создаваемых первым и вторым давлениями перед фильтром 16 и за ним. Устанавливающиеся рабочее и максимальное давления можно регулировать путем подбора пружины 70 и путем варьирования площадей поверхностей 80, 82. Таким путем можно настроить рабочее давление за фильтром 16, например, на величину порядка 5 бар и ограничить давление перед фильтром 16 максимальной величиной, например, в 14 бар.

Дополнительно необходимо отметить, что слова "имеющий", "содержащий" и аналогичные им не исключают наличия других элементов и стадий, а использование единственного числа не исключает наличия множества соответствующих элементов. Помимо этого необходимо также отметить, что отличительные особенности или стадии, которые описаны со ссылкой на один из рассмотренных выше вариантов осуществления изобретения, могут также использоваться в сочетании с другими отличительными особенностями или стадиями других рассмотренных выше вариантов осуществления изобретения. Указание ссылочных обозначений в формуле изобретения не должно рассматриваться как ограничение его объема.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система (10) подачи топлива для автомобиля, имеющая топливоподкачивающий насос (14) для подачи топлива из топливного бака (100), насос (12) высокого давления для подачи топлива в систему "common rail" и расположенный между топливоподкачивающим насосом (14) и насосом (12) высокого давления фильтр (16) для фильтрации топлива. Согласно изобретению топливоподкачивающий насос (14) выполнен регулируемым на основании первого давления топлива перед фильтром (16) и второго давления топлива за фильтром (16). Технический результат – оптимизация электропотребления топливоподкачивающего насоса и за счет этого улучшение топливной экономичности ДВС. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система (10) подачи топлива для автомобиля, имеющая топливоподкачивающий насос (14) для подачи топлива из топливного бака (100), насос (12) высокого давления для подачи топлива в систему "common rail" и расположенный между топливоподкачивающим насосом (14) и насосом (12) высокого давления фильтр (16) для фильтрации топлива, отличающаяся тем, что топливоподкачивающий насос (14) выполнен регулируемым на основании первого давления топлива перед фильтром (16) и второго давления топлива за фильтром (16) и представляет собой шиберный насос, имеющий наружное кольцо (66), внутри которого расположен ротор (62) с шиберами (64), между которым и наружным кольцом (66) образована напорная полость (68) этого шиберного насоса, регулирование производительности которого осуществляется при этом путем перемещения наружного кольца (66) относительно ротора (62) и который имеет далее первую нагруженную давлением поверхность (80), нагружаемую первым давлением топлива, и вторую нагруженную давлением поверхность (82), нагружаемую вторым давлением топлива.

2. Система (10) подачи топлива по п. 1, в которой производительность топливоподкачивающего насоса (14) снижается на основании первого давления топлива вплоть до нуля во избежание превышения максимально допустимого давления при забитом фильтре (16).

3. Система (10) подачи топлива по п. 1, в которой топливоподкачивающий насос (14) представляет собой механически регулируемый насос.

4. Система (10) подачи топлива по п. 1, в которой соотношение между площадью первой нагруженной давлением поверхности (80) и площадью второй нагруженной давлением поверхности (82) составляет от 0,4 до 0,6.

5. Система (10) подачи топлива по одному из предыдущих пунктов, имеющая также отводящий топливопровод (44), который предназначен для возврата топлива из насоса (12) высокого давления через дроссельный клапан (46) в топливный бак (100) и с которым соединено регулирующее присоединение (52) топливоподкачивающего насоса (14).

6. Система (10) подачи топлива по п. 5, имеющая также обратный клапан (48) между дроссельным клапаном (46) и топливным баком (100).