Секция топливная электроуправляемая Российский патент 2024 года по МПК F02M59/02 F02M59/44 F02M59/46 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания, и применяется совместно с электроуправляемым топливным насосом на судовых, тепловозных и промышленных двигателях внутреннего сгорания.

В известных из уровня техники секций топливных насосов высокого давления применяются сложные прецизионные устройства - нагнетательные клапаны, предназначенные для нагнетания давления топлива в надплунжерную полость, обеспечения резкого прекращения подачи топлива из форсунки. Различают нагнетательные клапаны грибкового типа, золотникового типов и двойного действия.

Клапаны грибкового типа состоят из седла, клапана, пружины и нажимного штуцера, которым весь клапан прижат к торцу втулки плунжера, уплотнение между клапаном и втулкой происходит за счет очень трудоемкого и точного изготовления привалочных плоскостей, которые имеют очень высокую чистоту. Коническая (запорная) часть клапана, разгрузочный поясок и седло являются прецизионными деталями. Пружина нагнетательного клапана создает усилие на клапан до 1 МПа. При подаче топлива плунжерной парой, клапан поднимается и пропускает топливо в топливопровод к форсунке. При отсечке подачи давление под клапаном падает. Под действием давления сверху клапан садится конусной запорной частью в гнездо, разъединяя надплунжерную полость и полости трубопровода высокого давления и форсунки.

Клапаны двойного действия имеют два клапана: запорный и разгрузочный. При отсечке подачи запорный клапан перекрывает топливопровод, а разгрузочный пропускает часть топлива из него в надплунжерное пространство. Количество этого топлива и, соответственно, остаточное давление в топливопроводе и форсунке определяются жиклером и усилием нажимной пружины.

Известен топливный насос высокого давления RU №2369767. Топливный насос высокого давления состоит из корпуса, в котором смонтированы кулачковый вал, толкатель, корпус секции с плунжерной парой и штуцером высокого давления, клапаны систем низкого и высокого давления, а также электромагнитного дозатора топлива. Клапан низкого давления смонтирован на боковой стороне корпуса секции, являющейся одновременно втулкой плунжера, нагнетательный клапан размещен в верхней части втулки плунжера соосно с плунжером, седло нагнетательного клапана выполнено непосредственно во втулке плунжера, причем диаметр впускного и нагнетательного клапанов не превышает диаметра плунжера.

Известна секция топливного насоса высокого давления RU №2724065, взятая в качестве прототипа. Секция топливного насоса высокого давления (ТНВД) содержит размещенный в корпусе ТНВД корпус секции ТНВД с ее приводом, установленные в корпусе секции ТНВД и кинематически связанные с ним плунжерную пару, комплекты впускного и нагнетательного клапанов, каждый комплект впускного и нагнетательного клапана включает упор, пружину и седло соответственно впускного и нагнетательного клапанов, впускной клапан выполнен в виде плоской шайбы с центрирующим пояском, упор впускного клапана выполнен в виде цилиндрического стакана с перепускным каналом, на внутренней торцевой поверхности которого выполнена цилиндрическая проточка, соосная внешней и внутренней цилиндрическим поверхностям упора, пружина впускного клапана с натягом установлена первым концом в цилиндрической проточке упора впускного клапана, а вторым концом установлена на кольцевой проточке впускного клапана.

Основным недостатком существующих нагнетательных клапанов является сложность конструкции, что повышает трудоёмкость изготовления. Во-первых, конструкция самого клапана очень сложна для изготовления, что требует высокоточного оборудования. Во-вторых, требуется обеспечить необходимую чистоту поверхности, соответствующую Ra 0,05, а также диаметральный зазор по разгрузочному пояску в паре клапан-седло. В-третьих, в прототипах топливных секций для стабильной работы нагнетательного клапана необходимо обеспечить их герметичность, которая достигается за счет притирания клапана и седла.

Еще одним недостатком данных нагнетательных клапанов являются так называемые подвпрыски топлива (произвольное не контролируемое срабатывание форсунки), возникающие по окончании подачи топлива, когда давление недостаточно стабилизируется и в результате закрытия клапана в трубопроводе высокого давления образуются отраженные волны. Подвпрыскивание является вредным явлением, приводящим к снижению экономичности, повышению дымности отработавших газов, дополнительным термическим нагрузкам, а также коксованию распылителя форсунки.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение конструкции секции топливной электроуправляемой.

Техническим результатом, получаемым при практическом использовании предлагаемого изобретения, являются:

- повышение эффективности рабочих процессов двигателя, а также увеличение срока эксплуатации двигателя за счет применения стабилизатора подачи топлива;

- существенное упрощение конструкции электроуправляемой топливной секции и снижение трудоемкости (стоимости) изготовления за счет размещения топливного штуцера в верхней части корпуса электроуправляемой топливной секции перпендикулярно управляющему клапану, что позволяет разместить стабилизатор в полости данного штуцера, а также за счет отсутствия в конструкции стабилизатора прецизионных поверхностей, которые не требуют совместной притирки друг к другу, уплотнение упора и корпуса происходит не за счет точного изготовления привалочных плоскостей с высокой частотой поверхностей, а за счет разности углов конусов, что существенно проще в изготовлении при массовом производстве;

- сокращение просачивания топлива по плунжерной паре за счет разделения на полости резиновыми кольцами подвода и отвод топлива, слива дренажного топлива в нижней части электроуправляемой топливной секции - втулке плунжера (у прототипа дренажное топливо соединяется с полостью подвода топлива, где давление топлива выше атмосферного, что увеличивает количество просочившегося топлива по плунжерной паре и приводит к осоляриванию масла топливом);

- уменьшение ширины электромагнита за счет П-образного сердечника с поперечно намотанной катушкой. Такая схема позволяет существенно уменьшить ширину электромагнита при той же магнитной силе что и у Ш-образных электромагнитов, что очень важно для многосекционных топливных насосов, где ограничено межсекционное расстояние;

- предотвращение выпадения элементов электроуправляемой топливной секции таких как плунжер, пружина, тарелка при смене секций за счет применения стопорного кольца. Топливная секция является съемным изделием. В известных конструкциях стопорное кольцо либо отсутствует, либо вместо него устанавливают болт-ограничитель, что повышает трудоемкость изготовления и увеличивает габариты секции. В предлагаемой конструкции электроуправляемой топливной секции стопорное кольцо устанавливается в специальную проточку во втулке и предотвращает выпадение элементов секции.

Поставленная задача решается за счет того, что в электроуправляемой топливной секции топливного насоса высокого давления, содержащей корпус, в нижней части которого расположены плунжер, пружина, тарелка, полости подвода и отвода топлива; согласно заявленному техническому решению, в верхней части корпуса расположен электроуправляемый клапан, перпендикулярно которому установлен штуцер, с торцевой стороны корпуса расположен электромагнит, представляющий собой неразборную сборочную единицу, состоящую из корпуса, катушки, каркаса и сердечника, причем катушка электромагнита намотана на П-образный сердечник поперечно, в полости штуцера установлен стабилизатор, не имеющий прецизионных поверхностей и не требующий герметичности с корпусом, поджимаемый пружиной и фиксируемый упором, причем уплотнение упора и корпуса достигается за счет разности углов конусов контактных поверхностей, на торце стабилизатора выполнено отверстие, диаметр которого может варьироваться от 0,35 мм и до 2,0 мм в зависимости от требований, в нижней части корпуса расположены полости слива дренажного топлива, подвода и отвода топлива, разделенные между собой уплотнительными резиновыми кольцами, стопорное кольцо, предотвращающее выпадение таких элементов как плунжер, пружина, тарелка, также в нижней части корпуса выполнены два сквозных отверстия для снятия стопорного кольца.

Предлагаемая конструкция электроуправляемой топливной секции представлена на фиг.1. Электромагнит секции топливной электроуправляемой представлен на фиг.2. График давления впрыска топлива в линии высокого давления представлен на фиг.3.

В верхней части корпуса 1 электроуправляемой секции расположен электроуправляемый клапан 2, предназначенный для сообщения или разобщения линии высокого давления (для подачи топлива к форсунке) с надплунжерной полостью. В штуцере 3 расположен стабилизатор 4, поджимаемый пружиной 5 и фиксируемый упором 6, устанавливаемый в полость штуцера 3 посредством запрессовки. С торцевой стороны секции электроуправляемой установлен электромагнит 7, представляющий собой неразборную сборочную единицу для управления электроуправляемым клапаном. В нижней части корпуса 8 расположен плунжер 9, предназначенный для нагнетания топлива в полость электроуправляемого клапана, пружина 10, тарелка 11 и стопорное кольцо 12. Также в нижней части электроуправляемой секции расположены полости подвода 13 и отвода 14 топлива, а также полость слива дренажного топлива 15. Все полости разделены между собой уплотнительными резиновыми кольцами 16. Два сквозных отверстия 17 предназначены для снятия стопорного кольца 12. Электромагнит 7 состоит из корпуса 18, внутри которого расположены катушка 21, намотанная на каркасе 19, и сердечник 20. Особенностью данного электромагнита 7 является то, что он выполнен с П-образным сердечником 20, и с поперечно намотанной катушкой 21 (у прототипа электромагнит используется с Ш-образным сердечником).

Работает секция топливная электроуправляемая следующим образом. Электромагнит 7 при подаче управляющего сигнала осуществляет закрытие клапана 2, и разобщает линии высокого и низкого давления. Открытие клапана 2 осуществляется под воздействием возвратной пружины 22 после прекращения подачи сигнала на электромагнит 7. В процессе увеличения давления в надплунжерной полости топливо оказывает воздействие на стабилизатор 4, который начинает подниматься и топливо проходит через отверстия стабилизатора 4, суммарный диаметр проходного сечения которых равен диаметру или больше проходного сечения трубопровода высокого давления. Далее топливо поступает через сквозное отверстие в упоре непосредственно в трубопровод высокого давления. По окончании подачи топлива стабилизатор 4 опускается под действием возвратной пружины 5.

В отличие от известных конструкций нагнетательных клапанов для предотвращения подвпрысков на торце стабилизатора предусмотрено специальное отверстие, диаметр которого может варьироваться от 0,35 мм до 2,0 мм в зависимости от требований, предъявляемым к электроуправляемым топливным секциям. Через данное отверстие сбрасывается избыточное давление за стабилизатором в трубопроводе высокого давления, что исключает саму возможность появления волновых явлений, и как следствие приводит только к контролируемой подаче топлива форсункой.

Предполагаемая конструкция секции топливной электроуправляемой обеспечивает надежную работу двигателя и технологичность изготовления самой секции.

В соответствии с описанным изобретением, было изготовлено несколько образцов электроуправляемых топливных секций. Данные секции были установлены в блочный электроуправляемый насос. С целью проверки работоспособности были проведены безмоторные стендовые испытания секций в составе электроуправляемого насоса.

В ходе испытаний было установлено, что секции являются работоспособными. Неравномерность цикловой подачи на различных режимах работы стенда составила 3,2 %. Также было установлено значение давления топлива в линии высокого давления на всех режимах, о чем свидетельствует график давления впрыска топлива при частоте вращения кулачкового вала 750 мин^-1 (фиг.3).

После успешных результатов стендовых испытаний секции в составе электроуправляемого насоса были установлены на маневровый тепловоз ТЭМ9 с целью проведения эксплуатационных испытаний, а также возможности улучшения рабочего процесса двигателя и как следствие, снижения токсичности отработавших газов и экономии топлива.

Изобретение не ограничено описанными выше вариантами его осуществления. Все конструктивные решения, изложенные в данном патенте, имеют силу по отдельности.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию и снизить трудоемкость изготовления, а также повысить эффективность эксплуатации электроуправляемой топливной секции топливного насоса высокого давления. Согласно изобретению в верхней части корпуса 1 расположен электроуправляемый клапан 2, перпендикулярно которому установлен штуцер 3. С торцевой стороны корпуса 1 расположен электромагнит 7, представляющий собой неразборную сборочную единицу, состоящую из корпуса 18, катушки 21, каркаса 19 и сердечника 20, причем катушка 21 электромагнита намотана на П-образный сердечник 20 поперечно. В полости штуцера 3 установлен стабилизатор 4, поджимаемый пружиной 5 и фиксируемый упором 6, причем уплотнение упора 6 и корпуса 1 достигается за счет разности углов конусов контактных поверхностей. На торце стабилизатора 4 выполнено отверстие, диаметр которого варьируется от 0,35 до 2,0 мм в зависимости от требований. В нижней части корпуса 1 расположены полости слива дренажного топлива 15, подвода 13 и отвода 14 топлива, разделенные между собой уплотнительными кольцами 16, а также фиксирующее детали стопорное кольцо 12. В нижней части корпуса выполнены два сквозных отверстия 17 для снятия стопорного кольца 12. 3 ил.

Секция электроуправляемая топливная топливного насоса высокого давления, содержащая корпус, в нижней части которого расположены плунжер, пружина, тарелка, полости подвода и отвода топлива, отличающаяся тем, что в верхней части корпуса расположен электроуправляемый клапан, перпендикулярно которому установлен штуцер, с торцевой стороны корпуса расположен электромагнит, представляющий собой неразборную сборочную единицу, состоящую из корпуса, катушки, каркаса и сердечника, причем катушка электромагнита намотана на П-образный сердечник поперечно, в полости штуцера установлен стабилизатор, не имеющий прецизионных поверхностей и не требующий герметичности с корпусом, поджимаемый пружиной и фиксируемый упором, причем уплотнение упора и корпуса достигается за счет разности углов конусов контактных поверхностей, на торце стабилизатора выполнено отверстие, диаметр которого может варьироваться от 0,35 до 2,0 мм в зависимости от требований, в нижней части корпуса расположены полости слива дренажного топлива, подвода и отвода топлива, разделенные между собой уплотнительными резиновыми кольцами, стопорное кольцо, предотвращающее выпадение таких элементов, как плунжер, пружина, тарелка, также в нижней части корпуса выполнены два сквозных отверстия для снятия стопорного кольца.