Способ управления дозой топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания Российский патент 2018 года по МПК F02B71/00 F02M47/00 F02M61/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший прототип заявленного изобретения - патент №2422667 «Газоуправляемая топливная форсунка двигателя внутреннего сгорания».

ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Прототип заявленного изобретения обеспечивает подачу топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания. Цель заявленного изобретения состоит в обеспечении управления дозой топлива во внешнюю камеру сгорания энергомодуля с общей внешней камерой сгорания пневматическим приводом топливной форсунки.

СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность заявленного изобретения поясняется на основе патента РФ 2422655 «Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением поршней», который действует следующим образом. Продукты сгорания (фиг. 1) из общей внешней камеры сгорания 1 (далее - внешняя камера сгорания 1) по каналу 2 через газораспределительный клапан 3 поступают в правую (по фигуре) полость поршня 4 левой расширительной машины 5, а по каналу 6 и газораспределительный клапан 7 в левую полость поршня 8 правой расширительной машины 9. Под действием расширяющихся продуктов сгорания поршни 4 и 8 и соединенные с ними якоря линейного электрогенератора 10 и 11 начинают расходиться. Якоря 10 и 11 могут представлять собой постоянные магниты, либо электромагниты, намагничиваемые катушкой подмагничивания 12 при протекании по ее виткам тока подмагничивания. В обоих случаях магнитный поток замыкается по контуру: якорь 11, статорный магнит 13, якорь 10. При расхождении якорей 10 и 11 магнитные линии их магнитных полей пересекаются, в результате чего в статорном магните 13 и якорях 10 и 11 изменяется магнитный поток и, как следствие, в статорной катушке 14 генерируется импульс электроэнергии. При достижении поршнями и якорями точек крайнего расхождения система управления переводит клапаны 3, 7, 15, 16 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по каналу 2 и через газораспределительный клапан 15 поступают в левую полость поршня 17, а по каналу 6 и через газораспределительный клапан 16 в правую полость поршня 18. Поршни и соединенные с ними якоря электрогенераторов начинают сходиться. В статорной катушке 14 генерируется импульс противоположного знака. Отработавшие продукты сгорания при расхождении поршней 17, 18 выбрасываются в атмосферу через газораспределительные клапаны 15 и 16, а при схождении через газораспределительные клапаны 3 и 7. Одновременно из соответствующих полостей поршней 4, 8, 17, 18 через обратные клапаны 19, 20, 21, 22 по трубопроводам 23, 24 во внешнюю камеру сгорания 1 для обеспечения процесса горения топлива подается воздух, а через обратные клапаны 25, 26, 27, 28 из атмосферы засасывается воздух.

Способ управления дозой топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания состоит в следующем. Сжатый воздух для привода топливной форсунки отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха (каналы 23, 24) во внешнюю камеру сгорания 1, и по каналу 29 (фигура 2) через обратный клапан 30 поступает в пневмоаккумулятор 31, и заряжает его.

Для задания подачи минимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания (на фигуре 2 не показана) система управления устанавливает установщик дозы топлива 32 в положение минимальной подачи дозы топлива, как показано на рисунке. Для подачи минимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания система управления переводит золотник управления подачей сжатого воздуха 33 в верхнее положение. Сжатый воздух из пневмоаккумулятора 31 по каналам 34, 35 поступает в верхнюю полость поршня привода топливной форсунки 36. Под действием поступающего в эту полость сжатого воздуха поршень привода топливной форсунки 36 движется вниз, соединяется с плунжером топливной форсунки 37 и вместе с ним движется вниз до упора в ограничитель хода плунжера топливной форсунки 38. Топливо из нижней полости плунжера топливной форсунки 37 через обратный клапан 39 подается во внешнюю камеру сгорания. Отработавший воздух из нижней полости поршня привода топливной форсунки 36 по каналам 40, 41 вбрасывается в атмосферу. Для подготовки топливной форсунки к очередному циклу подачи топлива система управления переводит золотник управления подачей сжатого воздуха 33 в верхнее положение. Сжатый воздух из пневмоаккумулятора 31 по каналам 34, 40 поступает в нижнюю полость поршня привода топливной форсунки 36. Под действием поступающего в эту полость сжатого воздуха поршень привода топливной форсунки 36 движется вверх. Отработавший воздух из верхней полости плунжера топливной форсунки 36 по каналам 35, 42 вбрасывается в атмосферу. При движении плунжера топливной форсунки 37 вверх пружина плунжера топливной форсунки 43 также перемещает плунжерной форсунки вверх. Топливо из топливного бака (на фигуре не показан) через обратный клапан 44 всасывается в нижнюю полость плунжера топливной форсунки 37. Топливная форсунка готова к очередному циклу подачи топлива. Для задания подачи максимальной дозы топлива система управления устанавливает установщик дозы топлива 32 (фигура 3) в нижнее положение. В дальнейшем для подачи максимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания система управления действует так же, как и при подаче минимальной дозы топлива. Для задания промежуточных доз топлива во внешнюю камеру сгорания система управления устанавливает установщик дозы топлива 32 (фигуры 2 и 3) в соответствующее задаваемой дозе топлива положение.

РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ управления дозой топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания, включающего топливную форсунку, магистраль подачи сжатого воздуха во внешнюю камеру сгорания, внешнюю камеру сгорания, пневмоаккумулятор, систему управления, установщик дозы топлива, золотник управления подачей сжатого воздуха, поршень привода топливной форсунки, плунжер топливной форсунки, упор ограничителя хода плунжера топливной форсунки, пружину плунжера топливной форсунки и топливный бак. Сжатый воздух для привода топливной форсунки отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха во внешнюю камеру сгорания, поступает в пневмоаккумулятор и заряжает его, для задания подачи минимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания система управления устанавливает установщик дозы топлива в положение минимальной подачи дозы топлива, для подачи минимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания система управления переводит золотник управления подачей сжатого воздуха в положение, при котором сжатый воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода топливной форсунки, при поступлении сжатого воздуха в которую поршень привода топливной форсунки движется в сторону внешней камеры сгорания, соединяется с плунжером топливной форсунки и вместе с ним движется до упора в ограничитель хода плунжера топливной форсунки, топливо из полости плунжера топливной форсунки подается во внешнюю камеру сгорания, для подготовки топливной форсунки к очередному циклу подачи топлива система управления переводит золотник управления подачей сжатого воздуха в положение, при котором сжатый воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода топливной форсунки, при поступлении сжатого воздуха в которую поршень привода топливной форсунки движется в противоположную сторону от внешней камеры сгорания, плунжер топливной форсунки под действием пружины плунжера топливной форсунки также перемещается в противоположную сторону от внешней камеры сгорания, топливо из топливного бака через всасывается в полость плунжера топливной форсунки и топливная форсунка готова к очередному циклу подачи топлива, для задания подачи максимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания система управления устанавливает установщик дозы топлива в положение максимальной подачи дозы топлива в дальнейшем для подачи максимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания система управления действует так же, как и при подаче минимальной дозы топлива, для подачи промежуточных доз топлива во внешнюю камеру сгорания система управления устанавливает установщик дозы топлива в соответствующее задаваемой дозе топлива положение.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Затраты на НИОКР системы управления дозой топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания не могут существенно отличаться от таковых при проектировании классического ДВС.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура 1. Принципиальная схема двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей.

1 - камера сгорания; 2, 6, 23, 24 - канал; 3, 7, 15, 16 - газораспределительный клапан; 4, 8, 17, 18 - поршень; 5, 9 - расширительная машина; 10, 11 - якорь; 12 - катушка подмагничивания якоря; 13 -статорный магнит; 14 - статорная катушка; 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 28 - обратный клапан.

Фигура 2. Принципиальная схема пневматического привода топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания в позиции минимальной дозы подаваемого топлива во внешнюю камеру сгорания.

29, 34, 35, 40, 41, 42 - канал; 30, 39, 44 - обратный клапан; 31 - пневмоаккумулятор; 32 - установщик дозы топлива; 33 - золотник управления подачей сжатого воздуха; 36 - поршень привода топливной форсунки; 37 - плунжер топливной форсунки; 38 - ограничитель хода плунжера топливной форсунки; 43 - пружина плунжера топливной форсунки.

Фигура 3. Принципиальная схема пневматического привода топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания в позиции максимальной дозы, подаваемого топлива во внешнюю камеру сгорания.

32 - установщик дозы топлива; 36 - поршень привода топливной форсунки; 37 - плунжер топливной форсунки; 38 - ограничитель хода плунжера топливной форсунки; 39 - обратный клапан; 43 - пружина плунжера топливной форсунки.

Предложен способ управления дозой топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания (ВКС). Сжатый воздух для привода топливной форсунки отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха в ВКС 1, поступает в пневмоаккумулятор 31 и заряжает его. Для установки подачи необходимой дозы топлива в ВКС 1 система управления устанавливает установщик 32 дозы топлива в соответствующее задаваемой дозе топлива положение. Для подачи топлива в ВКС 1 система управления переводит золотник 33 управления подачей сжатого воздуха в положение, при котором сжатый воздух из пневмоаккумулятора 31 поступает в одну из полостей поршня 36 привода топливной форсунки. Под действием давления воздуха поршень 36 движется в сторону ВКС 1, соединяется с плунжером 37 топливной форсунки и вместе с ним движется до упора в ограничитель 38. Топливо из полости плунжера 37 подается в ВКС 1. Для подготовки топливной форсунки к очередному циклу подачи топлива система управления переводит золотник 33 управления подачей сжатого воздуха в положение, при котором сжатый воздух из пневмоаккумулятора 31 поступает в другую полость поршня 36 привода топливной форсунки. Поршень 36 движется в противоположную сторону от ВКС. Плунжер 37 топливной форсунки под действием пружины 43 плунжера также перемещается в противоположную сторону от ВКС. При этом топливо из топливного бака через обратный клапан 44 всасывается в полость плунжера топливной форсунки. 3 ил.

Способ управления дозой топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания, включающего топливную форсунку, магистраль подачи сжатого воздуха во внешнюю камеру сгорания, внешнюю камеру сгорания, пневмоаккумулятор, систему управления, установщик дозы топлива, золотник управления подачей сжатого воздуха, поршень привода топливной форсунки, плунжер топливной форсунки, упор ограничителя хода плунжера топливной форсунки, пружину плунжера топливной форсунки и топливный бак, отличающийся тем, что сжатый воздух для привода топливной форсунки отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха во внешнюю камеру сгорания, поступает в пневмоаккумулятор и заряжает его, для задания подачи минимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания система управления устанавливает установщик дозы топлива в положение минимальной подачи дозы топлива, для подачи минимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания система управления переводит золотник управления подачей сжатого воздуха в положение, при котором сжатый воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода топливной форсунки, при поступлении сжатого воздуха в которую поршень привода топливной форсунки движется в сторону внешней камеры сгорания, соединяется с плунжером топливной форсунки и вместе с ним движется до упора в ограничитель хода плунжера топливной форсунки, топливо из полости плунжера топливной форсунки подается во внешнюю камеру сгорания, для подготовки топливной форсунки к очередному циклу подачи топлива система управления переводит золотник управления подачей сжатого воздуха в положение, при котором сжатый воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода топливной форсунки, при поступлении сжатого воздуха в которую поршень привода топливной форсунки движется в противоположную сторону от внешней камеры сгорания, плунжер топливной форсунки под действием пружины плунжера топливной форсунки также перемещается в противоположную сторону от внешней камеры сгорания, топливо из топливного бака через обратный клапан всасывается в полость плунжера топливной форсунки и топливная форсунка готова к очередному циклу подачи топлива, для задания подачи максимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания система управления устанавливает установщик дозы топлива в положение максимальной подачи дозы топлива, в дальнейшем для подачи максимальной дозы топлива во внешнюю камеру сгорания система управления действует так же, как и при подаче минимальной дозы топлива, для подачи промежуточных доз топлива во внешнюю камеру сгорания система управления устанавливает установщик дозы топлива в соответствующее задаваемой дозе топлива положение.