СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ И БЛОЧНЫЙ МНОГОСЕКЦИОННЫЙ ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2019 года по МПК F02D1/00 F02M59/02 

«Область техники, к которой относится изобретение»

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно транспортному многоцилиндровому, а именно, к способу организации работы плунжерного топливного насоса высокого давления для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания и к блочному многосекционному топливному насосу высокого давления многоцилиндрового дизеля. Целесообразно применение в топливной аппаратуре высокого давления дизелей, работающих длительное время на переходных режимах с возможностью эксплуатации на альтернативных видах топлива.

«Уровень техники»

Известны способы работы мало- и среднеоборотных дизелей с индивидуальными топливными насосами высокого давления (ТНВД), имеющими клапанное регулирование подачи. Изменение угла опережения впрыскивания и цикловой подачи топлива обеспечивают автономные устройства отдельно для впускного и отсечного клапанов [Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для ВУЗов. Под общей ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова, М.: Машиностроение, 1985, - с. 140-141].

Начальные фазы подачи топлива регулируются рычагом-коромыслом первого или второго рода [Ваншейдт В.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1977, - с. 79-80.].

Недостатком данных способов работы ТНВД является сложность конструкции и большая масса движущихся деталей, выполняющих регулирование.

Известен традиционный способ организации работы ТНВД для много-цилиндрового ДВС с числом цилиндров m, где m ≥ 2, и таким же числом одинаковых плунжеров, каждый из которых выполняет функции вытеснителя и золотника, при этом плунжер движется периодически возвратно-поступательно, с законом, близком к синусоидальному.

Моменты начала подачи регулируют сдвигом фаз, соответствующих очередности моментов топливоподачи, а количество подаваемого топлива -изменением активного хода плунжера, с применением золотникового регулирования [Фанлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. Л.: Машиностроение, 1990, - с. 105-117.; Вихерт М.М., Мазинг М.В. Топливная аппаратура автомобильных дизелей: конструкция и параметры. М.: Машиностроение, 1978, - с. 28-39.] - способы из данных источников информации по основным признакам выбраны в качестве ближайшего аналога.

Отдельные секции блочного насоса объединены одним корпусом и связаны общими каналами, подводящими и отводящими топливо низкого давления. Иногда эти каналы совмещены или соединены между собой отверстиями.

Применяют следующие способы регулирования цикловой топливоподачи:

- изменением момента конца нагнетания (отсечки) при постоянном его начале с помощью нижней отсечной кромки;

- изменением момента нагнетания (импульса) при постоянном его конце с помощью верхней отсечной кромки; одновременным изменением начала и конца нагнетания.

Однако при традиционной организации работы золотникового ТНВД возникают большие механические нагрузки и несимметричная деформация прецизионных деталей, связанная с наличием косой отсечной кромки. Имеются трудности обеспечения идентичности характеристик топливоподачи и производительности по секциям многоплунжерного или индивидуальных насосов.

Отмеченные недостатки особенно значительны при работе на маловязких сортах топлива.

«Раскрытие изобретения»

Техническим результатом изобретения является повышение надежности прецизионных пар и возможность применения альтернативных видов топлива.

Для достижения вышеуказанного технического результата предложен способ организации работы плунжерного топливного насоса высокого давления для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с числом цилиндров m, где m≥2, и таким же числом одинаковых плунжеров, каждый из которых выполняет функции вытеснителя и золотника. Процессы наполнения, нагнетания и перепуска протекают в соответствии с многофазной диаграммой, содержащей близкие к синусоидальным линии движения плунжеров, линию осей отверстий и граничные линии импульса и отсечки, положение которых определяется пересечением линий движения плунжеров с линией осей отверстий, а плунжеры работают последовательно попарно в сочетаниях n-ый с n+1-ым, где n - номер плунжера, n=1…m-1, а m-й - с 1-м, и образующих кольцевую структуру. При этом функции золотника и вытеснителя разделены между плунжерами в каждом сочетании, но совмещены в каждом плунжере, работающем в разных сочетаниях.

Также согласно способу регулирование момента подачи топлива осуществляют сдвигом многофазной диаграммы по оси времени относительно рабочих процессов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, а дозирование топлива - сдвигом ее по оси перемещений относительно граничных линий импульса и отсечки.

Кроме того, для достижения вышеуказанного технического результата предложен блочный многосекционный топливный насос высокого давления многоцилиндрового дизеля для реализации вышеуказанного способа организации работы, содержащий корпус с размещенными в нем вдоль кулачкового вала гильзами, в которых расположены с возможностью перемещения плунжеры, с приводом от кулачкового вала, имеющим для каждого плунжера фазу где n - номер плунжера, каналов высокого давления, соединяющих надплунжерные полости с форсунками и каналов наполнения, соединенных с топливным коллектором. Каждый канал высокого давления соединяет надплунжерное пространство n-й гильзы с отсечным отверстием n+1-й и n-й форсункой, где n - номер секции топливного насоса высокого давления, включающей гильзу, плунжер и форсунку, n=1…m-1, а надплунжерное пространство m-й с отсечным отверстием 1-й, причем расстояние от верхней мертвой точки плунжера до наполнительного и отсечного отверстий, находящихся на одинаковой высоте, больше величины, определяемой по формуле:

для выполнения подачи топлива и меньше указанной величины - для прекращения подачи.

«Краткое описание чертежей»

На Фиг. 1 представлена конструкция по ближайшему аналогу.

На Фиг. 2. представлена кольцевая структура способа работы плунжеров, количество которых m.

На Фиг. 3. представлен способ, реализуемый в ближайшем аналоге.

На Фиг. 4. представлена многофазная (трехфазная, m=3 где m - число фаз, равное числу секций насоса) диаграмма, раскрывающая суть данного способа организации работы ТНВД.

На Фиг. 5 представлена схема устройства, реализующего данный способ.

На Фиг. 6 представлено сечение корпуса и плунжера по осям отверстий.

«Осуществление изобретения».

Регулирование момента подачи топлива осуществляют сдвигом многофазной диаграммы по оси времени относительно рабочих процессов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а дозирование топлива - сдвигом ее по оси перемещений относительно граничных линий импульса и отсечки.

На Фиг. 2 показано попарное сочетание плунжера n=1 с плунжером n=2, плунжера n=2 с плунжером n=3, а плунжер m - с плунжером n=1, с образованием кольцевой структуры.

Плунжер №1 работает с фазой, которая принимается за 0⁰. Фазы остальных плунжеров (№№2…m) определяются выражением: (n-1)⋅2π/m. Например, по кольцевой схеме трехфазного (m=3) ТНВД (см. фиг. 1) с каждой парой плунжеров работает своя форсунка. Плунжер n=2 работает с фазой 120°, а n=3-240⁰

Плунжеры работают последовательно попарно в сочетаниях. Плунжер n=1 в сочетании с плунжером n=2 выполняет функцию золотника (процесс наполнения надплунжерного пространства), а плунжер n=2 - функцию вытеснителя (нагнетание топлива в форсунку №1). Аналогично функционирует пара плунжеров n=2 и n=3 и т.д. Один и тот же плунжер, в одном сочетании выполнявший функцию золотника, в другом сочетании выполняет функцию вытеснителя. Тем самым функции распределены между плунжерами в паре, но совмещены в каждом плунжере, работающем в разных парах.

Последний плунжер n=m работает в сочетании с плунжером n=1, замыкая последовательность работы плунжеров в кольцевую структуру.

В существующих ТНВД регулирование цикловой подачи характеризуется сдвигом граничных линий поворотом плунжера вокруг своей оси при неподвижной однофазной диаграмме.

Однофазная диаграмма для одного плунжера представляет собой синусоиду, на которую нанесены граничные линии. При регулировании цикловой подачи топлива поворотом плунжера с отсечной кромкой происходит изменение расстояния между граничными линиями и меняется расположение относительно синусоиды.

Однофазная диаграмма (см. Фиг. 3) близкая к синусоидальной хода «Н» плунжера по времени, содержит линию 1 движения плунжера, линию 2 оси наполнительного отверстия, линию 3 оси отсечного отверстия и граничные линии - линия 4 импульса и линия 5 отсечки, положение которых определяется пересечением линий 2 и 3 с линией 1.

Регулирование цикловой подачи 6 топлива выполняют изменением момента конца нагнетания, т.е. подъемом или опусканием линии 3 отсечного отверстия, при неподвижной линии 2 оси наполнительного отверстия.

Регулирование угла опережения подачи топлива производят изменением момента нагнетания (импульса), т.е. подъемом или опусканием линии 2, при неподвижной линии 3 отсечного отверстия.

Одновременное регулирование начала и конца нагнетания производят синхронным подъемом или опусканием обеих граничных линий 2 и 3.

На диаграмме на Фиг. 4: линии многофазной диаграммы 7, 8 и 9 по числу плунжеров, сдвинутые на угол 2π/m изображают перемещение трех плунжеров. Линия 10 нулевого положения (нулевой подачи), проходит через точки пересечения линий 7 и 8 (отмечены на фиг. 4), 8 и 9, 9 и 7. Линия 11 осей отверстий определяет величину цикловой подачи топлива.

Линия 4 импульса на многофазной диаграмме проходит параллельно оси ординат через точку пересечения линии 7 и линии 11.

Линия 5 отсечки проходит через точку пересечения линии 8 и линии 11.

Линия 12 максимальной подачи проходит параллельно оси абсцисс через точку пересечения линии 5 и линии 8.

Величина цикловой подачи 6 отмечена на графике G=f(t), а секундный расход топлива 13 - на Q=f(t).

При этом плунжер, задающий линию 8, выполняет функцию вытеснителя, а плунжер, задающий линию 7 - функцию золотника.

Когда линия 11 совпадает с линией 10, или находится ниже нее, подача топлива прекращается.

Предлагаемая многофазная диаграмма меняет расположение относительно неподвижных граничных линий. При этом граничные линии не связаны с положением плунжера и положением отверстия во втулке.

Изменение числа фаз, равносильно изменению высоты отверстия во втулке.

Расстояние от верхней мертвой точки плунжера до наполнительного и отсечного отверстий, находящихся на одной высоте, должно быть больше величины, определяемой по формуле для выполнения подачи и меньше указанной величины - для прекращения подачи.

По аналогии эта формула характерна для расчетов 3-фазного тока. Здесь Н_В линейное положение граничной линии относительно среднего положения плунжера, а H_max -максимальное отклонение граничной линии.

Регулирование количества подаваемого топлива осуществляется путем сдвига по оси перемещения многофазной диаграммы, характеризующей возвратно-поступательное движение относительно граничных линий разделяющих этапы движения с процессами наполнения, нагнетания и отсечки.

ТНВД (см. фиг. 5) состоит из корпуса 14, кулачкового вала с кулачками 15, воздействующими на плунжеры 16, 17 и 18 по числу форсунок. Плунжеры перемещаются в (цилиндрах, отверстиях, каналах, втулках, расточках) корпуса 14. В корпусе 14 имеются каналы 19 подвода топлива через наполнительные отверстия 20, расположенные перпендикулярно плунжерам и надплунжерным пространствам 21.

В корпусе 14 расположены нагнетательные отверстия 22 (см. фиг. 6), расположенные также соосно-симметрично плунжеру, связанные с каналами 23, и соединяющиеся с форсунками 24, 25 и 26. При этом плунжеры 16 и 17 подают топливо к форсунке 24, плунжеры 16 и 18 - к форсунке 25 и плунжеры 17 и 18 - к форсунке 26. Реализован кольцевой способ организации работы ТНВД. Управление моментом и цикловой подачей топлива могут выполнять с помощью дифференциального механизма привода кулачков или узлом с клиновым механизмом.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Изобретение позволяет повысить надежность прецизионных пар топливных насосов высокого давления и дает возможность применения альтернативных видов топлива. Предложенный способ позволяет регулировать моменты подачи топлива сдвигом многофазной диаграммы по оси времени относительно рабочих процессов в цилиндрах ДВС, а дозирование топлива - сдвигом ее по оси перемещений относительно граничных линий импульса и отсечки. Регулирование цикловой подачи топлива выполняют изменением момента конца нагнетания, т.е. подъемом или опусканием граничной линии отсечки. Регулирование угла опережения подачи топлива выполняют изменением момента нагнетания (импульса), т.е. подъемом или опусканием граничной линии импульса, при постоянном положении линии отсечки. Одновременное регулирование начала и конца нагнетания производят синхронным подъемом или опусканием обеих граничных линий. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ организации работы плунжерного топливного насоса высокого давления для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с числом цилиндров m, где m≥2, и таким же числом одинаковых плунжеров, каждый из которых выполняет функции вытеснителя и золотника, отличающийся тем, что процессы наполнения, нагнетания и перепуска протекают в соответствии с многофазной диаграммой, содержащей близкие к синусоидальным линии движения плунжеров, линию осей отверстий и граничные линии импульса и отсечки, положение которых определяется пересечением линий движения плунжеров с линией осей отверстий, а плунжеры работают последовательно попарно в сочетаниях n-й с n+1-м, где n - номер плунжера, n=1…m-1, а m-й - с 1-м, и образуют кольцевую структуру, при этом функции золотника и вытеснителя разделены между плунжерами в каждом сочетании, но совмещены в каждом плунжере, работающем в разных сочетаниях.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование момента подачи топлива осуществляют сдвигом многофазной диаграммы по оси времени относительно рабочих процессов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, а дозирование топлива - сдвигом ее по оси перемещений относительно граничных линий импульса и отсечки.

3. Блочный многосекционный топливный насос высокого давления многоцилиндрового дизеля для реализации способа организации работы по любому из пп. 1 - 2, содержащий корпус с размещенными в нем вдоль кулачкового вала гильзами, в которых расположены с возможностью перемещения плунжеры, с приводом от кулачкового вала, имеющим для каждого плунжера фазу где n - номер плунжера, каналы высокого давления, соединяющие надплунжерные полости с форсунками, и каналы наполнения, соединенные с топливным коллектором, отличающийся тем, что каждый канал высокого давления соединяет надплунжерное пространство n-й гильзы с отсечным отверстием n+1-й и n-й форсункой, где n - номер секции топливного насоса высокого давления, включающей гильзу, плунжер и форсунку, n=1…m-1, а надплунжерное пространство m-й с отсечным отверстием 1-й, причем расстояние от верхней мертвой точки плунжера до наполнительного и отсечного отверстий, находящихся на одинаковой высоте, больше величины, определяемой по формуле

,

где Н_В - линейное положение граничной линии относительно среднего положения плунжера;

H_max - максимальное отклонение граничной линии;

для выполнения подачи топлива и меньше указанной величины - для прекращения подачи.