ДВУХРЕЖИМНЫЙ КОРРЕКТОР ТОПЛИВОПОДАЧИ В ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F02M59/20 F02D1/02 F02D1/12 F02D19/08 F02D19/10 F02D23/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к конструктивному исполнению топливной аппаратуры дизельного двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен корректор топливоподачи по наддуву 901.1110860 для применения в составе топливного насоса высокого давления (ТНВД) на дизельных двигателях внутреннего сгорания ЯМ3-240НМ2 (240ПМ2).

Руководство по эксплуатации 240-3902150 РЭ, Двигатели ЯМЗ-240М2, ЯМЗ-240НМ2, ЯМЗ-240ПМ2, ответственный редактор Шамаль Н.Л., 12-е издание, Ярославль, ОАО Авто дизель, 2009 г., на страницах. 31-33.

Недостатками известного устройства является то, что корректор топливоподачи по наддуву 901.1110860:

- не имеет функции регулирования запальной дозы дизельного топлива при эксплуатации двигателей данных модификаций в газодизельном режиме эксплуатации с частичным замещением дизельного топлива газовым.

- не имеет в составе датчиков, по которым можно судить об исправности внутренних узлов, деталей и правильности функционирования корректора в процессе эксплуатации.

Указанные недостатки, приводят к невозможности применения газового топлива, как заменителя дизельного топлива, при эксплуатации двигателей данных модификаций в газодизельном режиме эксплуатации на режимах работы, близких к максимальной мощности.

Настоящее изобретение направлено на устранение вышеуказанных недостатков и на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной эффективности работы ДВС в дизельном и газодизельном режимах работы с получением высоких показателей замещения дизельного топлива газовым.

Высокие показатели коэффициента замещения дизельного топлива газовым позволяют получать высокие показатели экономической топливной эффективности в процессе эксплуатации двигателей на газовом топливе ввиду более низкой его стоимости относительно стоимости дизельного топлива.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Указанный технический результат достигается тем, что двухрежимный корректор топливоподачи в ДВС содержит корпус, в котором за счет стягивания диафрагмы между крышкой, обечайкой и корпусом сформирована герметичная полость диафрагмы со штуцером в обечайке для подвода давления наддувного воздуха, над диафрагмой установлен диск жестко связанный со штоком, установленным с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно корпуса, при этом свободный конец штока обращен к торцу рейки ТНВД и выполнен с возможностью упора в торец рейки ТНВД, пружина зажата между диском и винтом, выполненным с возможностью регулировки силы натяжения пружины за счет перемещения по резьбе в крышке, причем шток снабжен цилиндрической полой штангой, охватывающей шток и установлен с возможностью перемещения вдоль оси штанги, корпус жестко соединен с наружной поверхностью штанги, на наружной поверхности штанги жестко закреплен поршень, штанга выполнена с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно основания, в основании установлен патрубок с возможностью подвода давления в герметичную надпоршневую полость по каналу, поршень снабжен пружиной и установлен с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно основания при подаче давления в полость и возврата в исходное положение при снятии давления с патрубка за счет силы предварительного натяжения пружины, при этом между корпусом и основанием установлена регулировочная шайба, толщина которой обратно пропорциональна ходу перемещения поршня, а основание жестко закреплено на корпусе ТНВД со стороны торца рейки ТНВД.

Преимущественно, патрубок выполнен с возможностью переключения пневматических потоков с двумя состояниями, при этом в первом состоянии надпоршневая полость пневматически связана с атмосферой, а во втором состоянии надпоршневая полость пневматически связана с источником давления.

Преимущественно, штуцер выполнен с возможностью переключения пневматических потоков с двумя состояниями, при этом в первом состоянии полость диафрагмы пневматически связана с источником надувного воздуха, а во втором состоянии полость диафрагмы связана с атмосферой.

Преимущественно, на диске жестко закреплена метка, на основании жестко закреплен датчик, выполненный с возможностью бесконтактным способом через стенку крышки принимать информацию о положении штока относительно основания.

Преимущественно, крышка выполнена из немагнитного материала, метка содержит постоянный магнит, а датчик выполнен с использованием эффекта Холла для измерения линейного перемещения штока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлен корректор топливоподачи по наддуву дизельного двигателя внутреннего сгорания, согласно прототипу;

на фиг. 2 - представлен двухрежимный корректор топливоподачи в дизельный двигатель внутреннего сгорания согласно формуле настоящего изобретения.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как показано на фиг. 1, корректор топливоподачи по наддуву дизельного двигателя внутреннего сгорания по прототипу содержит корпус 1, в котором герметично установлена диафрагма 2. Герметичность обеспечивается за счет стягивания винтами диафрагмы 2 между крышкой 3, обечайкой 4 и корпусом 1. В герметичную полость 5 диафрагмы, через штуцер 6, вмонтированный в обечайку 4, подается наддувный воздух из впускного коллектора двигателя. Диск 7, установленный между пружиной 8 и диафрагмой 2, жестко связан с помощью резьбового соединения со штоком 9. Под действием давления наддувного воздуха диафрагма 2 давит на диск 7, который преодолевая силу пружины 8, перемещается вверх по схеме фигуры 1, увлекая за собой шток 9. Величина перемещения диска 7 и штока 9, пропорциональна значению давления воздуха в полости 5, для осуществления настройки соответствия давления наддувного воздуха в полости 5 диафрагмы и величины перемещения штока 9 в конструкции предусмотрен винт 10 регулировки натяжения пружины 8. Максимальное перемещение диска 7 и соответственно штока 9, составляет величину А. Нижний торец штока 9 выполняет функцию упора для торца рейки 11 ТНВД.

Как показано на фиг. 2, двухрежимный корректор топливоподачи в дизельный двигатель внутреннего сгорания по настоящему изобретению содержит корпус 1, в котором герметично установлена диафрагма 2. Герметичность обеспечивается за счет стягивания винтами диафрагмы 2 между крышкой 3, обечайкой 4 и корпусом 1. В герметичную полость 5 диафрагмы, через штуцер 6, вмонтированный в обечайку 4, подается наддувный воздух из впускного коллектора двигателя. Диск 7, установленный между пружиной 8 и диафрагмой 2, жестко связан с помощью резьбового соединения со штоком 9. Под действием давления наддувного воздуха диафрагма 2 давит на диск 7, который преодолевая силу пружины 8, перемещается вверх по схеме фигуры 1, увлекая за собой шток 9. Величина перемещения диска 7 и штока 9, пропорциональна значению давления воздуха в полости 5, для осуществления настройки соответствия давления наддувного воздуха в полости 5 диафрагмы и величины перемещения штока 9 в конструкции предусмотрен винт 10 регулировки натяжения пружины 8. Максимальное перемещение диска 7 и соответственно штока 9, составляет величину А. Нижний торец штока 9 выполняет функцию упора для торца рейки 11 ТНВД.

Конструкция предлагаемого двухрежимного корректора отличается от прототипа тем, что шток 9 снабжен цилиндрической полой штангой 19, охватывающей шток 9 и установлен с возможностью перемещения вдоль оси штанги 19, корпус 1 жестко соединен с наружной поверхностью штанги 19, на наружной поверхности штанги 19 жестко закреплен поршень 13, штанга 19 выполнена с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно основания 16, в основании 16 установлен патрубок 18 с возможностью подвода давления в герметичную надпоршневую полость 14 по каналу 17, поршень 13 снабжен пружиной 15 и установлен с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно основания 16 при подаче давления в полость 14 и возврата в исходное положение при снятии давления с патрубка 18 за счет силы предварительного натяжения пружины 15, при этом между корпусом 1 и основанием 16 установлена регулировочная шайба 12, толщина которой обратно пропорциональна ходу перемещения поршня 13, а основание 16 жестко закреплено на корпусе ТНВД 22 со стороны торца рейки ТНВД 11.

Корректор в составе топливной аппаратуры двигателя функционирует следующим образом: давление воздуха во впускном коллекторе изменяется в зависимости от режима работы двигателя, например, при работе двигателя на малых оборотах вращения коленчатого вала, давление в полости 5 диафрагмы близко к атмосферному, сила воздействия пружины 8 перемещает шток 9 вниз до крайнего, по схеме фигуры 1 положения. При работе двигателя на максимальных оборотах вращения коленчатого вала, например, на режиме максимальной мощности, давление воздействия на диск 7 максимально, шток 9 перемещается вверх до крайнего, по схеме фигуры 1 положения. Ввиду того, что положение рейки 11 ТНВД пропорционально цикловой подаче дизельного топлива, то при использовании данного корректора достигается формирование требуемой характеристики цикловой подачи дизельного топлива в двигатель внутреннего сгорания в зависимости от количества, подаваемого в цилиндры воздуха путем динамического перемещения упора 9 топливной рейки ТНВД. При этом исключается переизбыток топлива на частичных нагрузках и обеспечивается требуемое обогащение на режимах максимальной мощности. Приращение цикловой топливоподачи дизельного топлива при перемещении штока 9 упора от одного крайнего нижнего положения до другого крайнего верхнего положения, на величину А, составляет около 30-35% (в соответствии с эксплуатационной документацией на ТНВД).

Согласно настоящему изобретению, двухрежимный корректор топливоподачи в дизельный двигатель внутреннего сгорания функционирует следующим образом:

Работа предлагаемого двухрежимного корректора топливоподачи, при работе двигателя на дизельном топливе аналогична известному штатному корректору 901.1110860, однако он дополнительно содержит цилиндрическую полую штангу 19, внутри которой размещен подвижный шток 9, выполняющий, как и в штатном варианте корректора, роль динамического упора торца рейки ТНВД. На наружной поверхности штанги 19 жестко закреплены, например, с помощью посадки с натягом, корпус 1 и поршень 13. Штанга 19 имеет возможность перемещения на заданный ход вдоль своей оси относительно основания 16 по направляющей (на фигуре 2 показана, но не обозначена отдельным позиционным номером). В основании 16 установлен патрубок 18, через который подается давление от, например, штатной пневматической воздушной системы транспортного средства для переключения двухрежимного корректора.

Поданное давление переключения по каналу 17 подводится в герметичную полость 14 над поршнем 13. Герметичность полости 14 обеспечивается установкой герметизирующих манжет, первая - между основанием 16 и штангой 19, вторая - между основанием 16 и поршнем 13 (на фигуре 2 манжеты показаны, но не обозначены отдельными позиционными номерами). При подаче давления переключения в полость 14 поршень 13 перемещается вместе со штоком 19 вдоль своей оси относительно основания 16, а при снятии давления возвращается (также вместе со штангой 19) в исходное положение за счет силы предварительного натяжения пружины 15 поршня. Одновременно с перемещением штанги 19 происходит перемещение закрепленного на ней корпуса 1 и, следовательно и штока 9.

Ход перемещения (размер Б) поршня 13 задается толщиной регулировочной шайбы 12, устанавливаемой между корпусом 1 и основанием 16. При применении шайбы 12 с минимальной толщиной ход перемещения (размер Б) штанги 19, и соответственно штока 9 будут максимальными. При применении шайбы 12 с максимальной толщиной ход перемещения (размер Б) штанги 19, и соответственно штока 9 будут минимальными.

Ввиду того, что основание 16 жестко закреплено на корпусе ТНВД со стороны торца рейки ТНВД, а шток 9 обращен к торцу рейки ТНДВ, то шток 9 выполняет роль упора, но уже с разными функциями для двух режимов.

В случае, когда давление в патрубке 18 равно атмосферному давлению конфигурация корректора соответствует штатному, первому состоянию. При подаче давления (например, от штатной пневматической воздушной системы) на патрубок 18 корректор переводится во второе состояние, которое характеризуется увеличенным вылетом упорного штока 9 и выполнятся функция дополнительного ограничения хода рейки ТНВД, при котором обеспечивается дополнительное ограничение циклового количества дизельного запального топлива. Требуемое ограничение запальной дозы дизельного топлива устанавливается путем подбора конкретной толщины регулировочной шайбы 12 при переключении корректора во второе положение.

К патрубку 18 может быть присоединен переключатель пневматических потоков с двумя состояниями. В качестве такого переключателя может быть применен, например, пневматический трехходовый клапан с электромагнитным управлением. Первое состояние пневматического клапана определяется отсутствием тока через управляющую катушку, второе - при протекании тока через управляющую катушку. Присоединение штуцеров клапана осуществляется таким образом, при котором в первом состоянии надпоршневая полость 14 пневматически связана с атмосферой, а во втором состоянии надпоршневая полость 14 пневматически связана с источником давления. 8 первом состоянии функционирование корректора соответствует штатному функционированию (для использования только дизельного топлива). Во втором состоянии корректора поданное давление переключения перемещает шток 9 в положение ограничения хода рейки, что необходимо для использования малой запальной дозы дизельного топлива в газодизельном режиме работы.

К штуцеру 6 может быть присоединен переключатель пневматических потоков с двумя состояниями. В качестве такого переключателя может быть применен, например, пневматический трехходовый клапан с электромагнитным управлением. Первое состояние пневматического клапана определяется отсутствием тока через управляющую катушку, второе - при протекании тока через управляющую катушку. Присоединение штуцеров клапана осуществляется таким образом, при котором в первом состоянии полость 5 диафрагмы пневматически связана с источником надувного воздуха, а во втором состоянии полость 5 диафрагмы связана с атмосферой. В первом состоянии функционирование корректора соответствует штатному функционированию с изменением положения упорного штока 9 при изменении давления надувного воздуха (для использования только дизельного топлива). Во втором состоянии корректора перемещение штока 9 при воздействии изменяющегося давления надувного воздуха блокируется, что необходимо для стабилизации запальной дозы дизельного топлива в газодизельном режиме работы.

Для повышения надежности работы двигателя корректор оснащается датчиком положения рейки ТНВД, путем контроля предельного положения ограничительного штока 9. Для реализации этого на диске 7 жестко закрепляется метка 20, на основании 16 жестко закрепляется датчик 21, выполненный с возможностью бесконтактным способом через стенку крышки 3 принимать информацию о положении штока 9 относительно основания 16.

В частном случае реализации крышка 3 изготавливается из немагнитного материала, метка 20 изготавливается с установкой постоянного магнита, а в качестве датчика 21 датчик линейного перемещения с использованием эффекта Холла для измерения перемещения штока 9.

Применение двухрежимного корректора позволяет получить максимально возможное замещение дизельного топлива газовым, на режимах нагрузки двигателя, близких к максимальным, без риска превышения суммарного циклового количества дизельного запального топлива и газового топлива. Увеличение коэффициента замещения дизельного топлива газовым приводит к увеличения экономического эффекта при эксплуатации ввиду значительной разницы стоимости единицы энергии газового топлива относительно дизельного.

При работе двигателя на смесевом топливе в газодизельном цикле на нагрузках дизельного двигателя внутреннего сгорания, выше некоторого, экспериментально определяемого значения (обычно выше 50-70% от номинальной мощности), двухрежимный корректор переводится в режим дополнительного ограничения подачи цикловой дозы запального дизельного замещаемого топлива. При этом подача замещающего газового топлива осуществляется с помощью дополнительной системы, например, известной из уровня развития техники по патенту №154478 (Устройство управления подачей смесевого топлива в дизельный двигатель внутреннего сгорания).

Указанные выше признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что в настоящем изобретении возможны разнообразные модификации и изменения. Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение охватывает указанные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен двухрежимный корректор топливоподачи в дизельный ДВС, содержащий корпус 1, в котором за счет стягивания диафрагмы 2 между крышкой 3, обечайкой 4 и корпусом 1 сформирована герметичная полость 5 диафрагмы 2 со штуцером 6 в обечайке 4 для подвода давления наддувного воздуха. Над диафрагмой 2 установлен диск 7, жестко связанный со штоком 9, установленным с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно корпуса 1, при этом свободный конец штока 9 обращен к торцу рейки ТНВД 11 и выполнен с возможностью упора в торец рейки ТНВД 11. Пружина 8 зажата между диском 7 и винтом 10, выполненным с возможностью регулировки силы натяжения пружины 8 за счет перемещения по резьбе в крышке 3. Шток 9 снабжен цилиндрической полой штангой 19, охватывающей шток 9, и установлен с возможностью перемещения вдоль оси штанги 19. Корпус 1 жестко соединен с наружной поверхностью штанги 19. На наружной поверхности штанги 19 жестко закреплен поршень 13. Штанга 19 выполнена с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно основания 16. В основании 16 установлен патрубок 18 с возможностью подвода давления в герметичную надпоршневую полость 14 по каналу 17. Поршень 13 снабжен пружиной 15 и установлен с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно основания 16 при подаче давления в полость 14 и возврата в исходное положение при снятии давления с патрубка 18 за счет силы предварительного натяжения пружины 15. Между корпусом 1 и основанием 16 установлена регулировочная шайба 12, толщина которой обратно пропорциональна ходу перемещения поршня 13, а основание 16 жестко закреплено на корпусе ТНВД 22 со стороны торца рейки ТНВД 11. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной эффективности и экономичности работы ДВС в дизельном и газодизельном режимах работы с получением высоких показателей замещения дизельного топлива газовым. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухрежимный корректор топливоподачи в дизельный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус 1, в котором за счет стягивания диафрагмы 2 между крышкой 3, обечайкой 4 и корпусом 1 сформирована герметичная полость 5 диафрагмы 2 со штуцером 6 в обечайке 4 для подвода давления наддувного воздуха, над диафрагмой 2 установлен диск 7, жестко связанный со штоком 9, установленным с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно корпуса 1, при этом свободный конец штока 9 обращен к торцу рейки ТНВД 11 и выполнен с возможностью упора в торец рейки ТНВД 11, пружина 8 зажата между диском 7 и винтом 10, выполненным с возможностью регулировки силы натяжения пружины 8 за счет перемещения по резьбе в крышке 3, отличающийся тем, что шток 9 снабжен цилиндрической полой штангой 19, охватывающей шток 9, и установлен с возможностью перемещения вдоль оси штанги 19, корпус 1 жестко соединен с наружной поверхностью штанги 19, на наружной поверхности штанги 19 жестко закреплен поршень 13, штанга 19 выполнена с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно основания 16, в основании 16 установлен патрубок 18 с возможностью подвода давления в герметичную надпоршневую полость 14 по каналу 17, поршень 13 снабжен пружиной 15 и установлен с возможностью перемещения вдоль своей оси относительно основания 16 при подаче давления в полость 14 и возврата в исходное положение при снятии давления с патрубка 18 за счет силы предварительного натяжения пружины 15, при этом между корпусом 1 и основанием 16 установлена регулировочная шайба 12, толщина которой обратно пропорциональна ходу перемещения поршня 13, а основание 16 жестко закреплено на корпусе ТНВД 22 со стороны торца рейки ТНВД 11.

2. Корректор по п. 1, отличающийся тем, что патрубок 18 выполнен с возможностью переключения пневматических потоков с двумя состояниями, при этом в первом состоянии надпоршневая полость 14 пневматически связана с атмосферой, а во втором состоянии надпоршневая полость 14 пневматически связана с источником давления.

3. Корректор по п. 1, отличающийся тем, что штуцер 6 выполнен с возможностью переключения пневматических потоков с двумя состояниями, при этом в первом состоянии полость 5 диафрагмы пневматически связана с источником наддувного воздуха, а во втором состоянии полость 5 диафрагмы связана с атмосферой.

4. Корректор по п. 1, отличающийся тем, что на диске 7 жестко закреплена метка 20, на основании 16 жестко закреплен датчик 21, выполненный с возможностью бесконтактным способом через стенку крышки 3 принимать информацию о положении штока 9 относительно основания 16.

5. Корректор по п. 4, отличающийся тем, что крышка 3 выполнена из немагнитного материала, метка 20 содержит постоянный магнит, а датчик 21 выполнен с использованием эффекта Холла для измерения линейного перемещения штока 9.