Топливная система дизельного двигателя Советский патент 1992 года по МПК F02M47/00 

Изобретение относится к двигателестрое- нию, в частности к аккумуляторным топливным системам дизельных двигателей с устройствами для аварийного отключения подачи топлива.

Известна топливная система дизельного двигателя, содержащая источник давления, устройство аварийного отключения подачи топлива, выполненное в виде гильзы с входным и вых одным отверстиями в торцах, с подпружиненным поршнем в нижней части гильзы, в днище которого выполнено калиброванное отверстие, и с шариком, расположенным над днищем поршня, при этом диаметр шарика равен диаметру поршня, а также форсунку.

В этой топливной системе при впрыскивании топлива давление под поршнем, со стороны форсунки, падает, и он перемещается, преодолевая усилие пружины. Одновременно с этим опускается шарик, дросселируя сечение для прохода топлива вплоть до перекрытия подачи топлива в аварийных случаях. По окончании процесса впрыскивания поршень и шарик возвращаются в исходное положение.

Наличие в устройстве аварийного отключения подачи топлива этой системы поршня отрицательно сказывается на стабильности и идентичности его срабатывания из-за возможного изменения коэффициента трения между трущимися поверхностями в процессе работы, а наличие калиброванного отверстия в поршне и повышенная чувствительность к качеству фильтрации топлива не позволяет этой системе быть универсальной. К недостаткам известной системы следует отнести и то, что в момент перекрытия затвором нагнетательной магистрали происходит сильный удар шарика об уплотнительный поясок корпуса, и чем больше давление в аккумуляторе топлива и масса затвора, тем значительней сила удара, что приводит к преждевременному выходу из строя уплотнитель- ного пояска, а следовательно, уменьшению срока службы.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является топливная система дизельного двигателя, содержащая последовательно сообщенные источник давления, аккумулятор, установленный вертикально регулируемый клапан аварийного отключения подачи топлива, выполненный в виде полого корпуса с нагнетательным каналом и сообщенными с ним каналами подвода и отвода топлива и нормально открытого запорного элемента, установленного с возможностью перекрытия протока топлива, а также управляемую форсунку. В этой системе в корпусе регулируемого клапана аварийного отключения подачи топлива расположены запорный элемент в виде подпружиненного дифференциального поршня и дроссель. При выходе из строя форсунки

0

давление под поршнем падает, он опускается

и отсоединяет аккумулятор от форсунки.

Наличие в системе прецизионных деталей

значительно повышает ее стоимость, а также

отрицательно сказывается на стабильности и идентичности срабатывания клапана аварийного отключения ввиду возможного изменения коэффициента трения между трущимися поверхностями, а использование

0 дросселя в магистрали высокого давления значительно снижает давление впрыскивания топлива. К недостаткам этой системы следует отнести и то, что в момент перекрытия нагнетательной магистрали происходит сильный удар поршня об упор, а следова5 тельно, вероятность поломки клапана возрастает, а также то, что клапан срабатывает только на перепад давления, а не на расход топлива, в то время как определяющим фактором для дизельного двигателя является

0 расход топлива. Клапан аварийного отключения подачи топлива в этой системе не является универсальным и не может быть применен для различных типов двигателей.

К недостаткам также следует отнести и то, что после срабатывания устройства

5 для возвращения его в исходное состояние на работающем двигателе, например, после замены форсуночной трубки, требуется остановить двигатель, стравить давление топлива в аккумуляторе и затем снова запустить двигатель, а это не всегда удобно и возможно.

Цель изобретения - увеличение надежности отключения подачи топлива и улучшение эксплуатационных условий работы топливной системы дизельного двигателя,

5 Для достижения этой цели топливная система дизельного двигателя, содержащая последовательно сообщенные источник давления, аккумулятор, установленный вертикально регулируемый клапан аварийного отключения подачи топлива, выполненный

0 в виде полого корпуса с нагнетательным каналом и сообщенными с ним каналами подвода и отвода топлива и нормально открытого запорного элемента, установленного с возможностью перекрытия протока топли5 ва, а также управляемую форсунку, снабжена ограничителем хода запорного элемента, размещенным в полости корпуса регулируемого клапана и выполненным в виде установленного соосно нагнетательному каналу с возможностью осевого перемещения

0 относительно последнего упора с седлом, сообщенным с каналом отвода топлива, запорный элемент размещен в нагнетательном канале с образованием канала для прохода топлива между внешней поверхностью за- -порного элемента и внутренней поверхнос5 тью нагнетательного канала и с возможностью осевого перемещения относительно, последнего под воздействием потока топлива и взаимодействия с седлом упора для перекрытия канала отвода топлива, а площадь

проходного сечения каждого из каналов регулируемого клапана превышает величину эффективного проходного сечения форсунки при положении иглы последней на упоре форсунки.

Нагнетательный канал может быть выполнен в виде конуса, сообщенного со стороны меньшего основания с каналом подвода топлива, а со стороны большего с каналом отвода топлива, регулируемый клапан снабжен каналом разгрузки, выполненным в, упоре с возможностью сообщения нагнетательного канала с форсункой при перекрытом канале отвода топлива, запорный элемент может быть выполнен сферическим либо в виде цилиндрического двухконусного золотника. Запорный элемент может быть подпружинен относительно седла.

На фиг. 1 представлена схема топливной системы дизельного двигателя; на фиг. 2 - то же, с нагнетательным каналом в виде конуса; на фиг. 3 - осциллограммы процесса впрыскивания топлива при различном давлении Р топлива в аккумуляторе и при различной конфигурации нагнетательного канала (а) и осциллограммы перемещения h запорного элемента при различном .давлении Р топлива в аккумуляторе и при различной конфигурации нагнетательного канала (б); на фиг. 4 - топливная система дизельного двигателя со снабженным кана- ло.м разгрузки регулируемым клапаном аварийного отключения подачи топлива, в котором седло с каналом отвода топлива выпол- нено отдельно от упора; на фиг. 5 - то же, с запорным элементом регулируемого клапана в виде цилиндрического двухконусного золотника; на фиг. 6 - то же, с подпружиненным относительно седла запорным элементом регулируемого клапана.

Топливная система дизельного двигателя содержит последовательно сообщенные источник 1 давления, аккумулятор 2, установленный вертикально регулируемый клапан аварийного .отключения подачи топлива, выполненный в виде полого корпуса 3 с нагнетательным каналом 4 и сообщенными с ним каналами 5 и 6 подвода и отвода топлива соответственно, и нормально открытого запорного элемента 7, установленного с возможностью перекрытия потока топлива, а также управляемую форсунку 8. Система снабжена ограничителем хода запорного элемента 7, размещенным в полости корпуса 3 регулируемого клапана и выполненным в виде установленного соосно нагнетательному каналу 4 с возможностью осевого перемещения относительно последнего упора 9 с седлом 10, сообщенным с каналом 6 отвода топлива, запорный элемент 7 размещен в нагнетательном канале 4 с образованием канала 11 для прохода топлива между внешней поверхностью запорного элемента -7 и внутренней поверхностью нагнетательного канала 4 и с возможностью осевого перемещения относительно последнего под воздействием потока топлива и взаимодействия с седлом 10 упора 9 для перекрытия канала б отвода топлива, а площадь проходного сече- ния каждого из каналов регулируемого клапана превышает величину эффективного проходного сечения форсунки 8 при положении иглы последней на упоре форсунки.

Нагнетательный канал 4 может - быть 0 выполнен в виде конуса (фиг. 2), сообщенного со стороны меньшего основания с каналом 5 подвода топлива, а со стороны большего - с каналом б отвода топлива к форсунке 8. Регулируемый клапан может быть снабжен каналом 12 разгрузки (фиг. 4),

5 выполненным в упоре 9 с возможностью сообщения нагнетательного канала 4 с форсункой 8 при перекрытом канале 6 отвода топлива. Запорный элемент 7 со стороны канала 5 устанавливается на седло 13 и мо0 жет быть выполнен сферическим либо в виде цилиндрического двухконусного золотника (фиг. 5). Запорный элемент 7 может быть подпружинен относительно седла 13 с помощью пружины 14 (фиг. 6). Нагнетательная магистраль 15 сообщена с каналом 5

5 подвода топлива регулируемого клапана аварийного отключения подачи топлива.

Топливная система дизельного двигателя работает следующим образом.

0 При отсутствии подачи электрического сигнала на управляемую форсунку 8 истечения топлива из нагнетательного канала 4 не происходит и запорный элемент 7 находится в исходном положении на седле 13. При срабатывании управляемой форсун5 ки 8 происходит истечение топлива в каналах топливной системы. Импульс потока топлива из аккумулятора 2 через нагнетататьную магистраль. 15 и канал 5 подвода топлива поступает в нагнетательный канал 4, приподнимая, запорный элемент 7 с седла 13,

0 и через канал 11 (кольцевой зазор) между

внешней поверхностью запорного элемента 7 и внутренней поверхностью нагнетательного канала 4 поступает в канал 6 отвода топлива к управляемой форсунке 8.

5 В процессе подачи топлива управляемой форсункой 8 импульс потока топлива перемещает запорный элемент 7 к верхнему упору 9 с седлом 10 и, если время перемещения запорного элемента 7 в нагнетательном канале 4 до седла 10 верхнего упора 9 меньше,

0 чем продолжительность процесса впрыскивания, то запорный элемент 7 импульсом потока топлива.прижимается к седлу 10 и тем самым отсекает нагнетательный канал 4 от управляемой форсунки 8. Давление топлива в нагнетательном канале 4 надежно

5 прижимает запорный элемент 7 к. седлу 10 с усилием

(Pa-P+l

где 5 -площадь проходного сечения кгп;- ла 6 отвода топлива;

ра - давление топлива в нагнетательном канале 4;

- давление топлива в канале 6 отвода топлива к управляемой форсунке 8.

Если продолжительность процесса впрыс- 5 кивания топлива будет меньше, чем время перемещения запорного элемента 7 от исходного положения до седла 10, то запорный элемент 7 не перекроет канал 6 отвода топлива к управляемой форсунке 8, он только приподнимется и займёт какое-то промежуточное положение между седлами 10 и 13 в нагнетательном канале 4.

При выходе из строя управляемой форсунки 8 или форсуночной трубки продолжительность подачи топлива больше, чем время движения запорного элемента 7 до седла 10, в результате запорный элемент 7 надежно перекроет подачу топлива, тем самым исключит опорожнение аккумулятора 2 и остановку двигателя.

Для уменьшения силы удара запорного элемента 7 о седло 10 при срабатывании и для уменьшения габаритов регулируемого клапана нагнетательный канал 4 может быть выполнен в виде усеченного конуса (фиг. 2). При наличии гидравлического, импульса в топливной системе задорный элемент 7 начнет перемещаться вверх и увеличит сечение канала 11 для прохода топлива между внешней поверхностью запорного элемента 7

системе происходит в различные промежутки времени t и /3 (фиг. 3 б), что видно по траектории перемещения А запорного элемента 7 (прямые линии виг при цилиндрическом нагнетательном канале 4). Срабатывание регулируемого клапана аварийного отключения подачи топлива определяется нали- чием расхода топлива через нагнетательный канал 4.

15

В нагнетательном канале 4, имеющем форму конуса, перемещение запорного элемента 7 при давлении Р топлива в аккумуляторе 9 происходит по несколько иному закону (кривые д и е), чем в клапане, имеющем цилиндрическую форму нагнетательного канала 4. Если время действия гидравлического импульса в топливной системе меньше промежутка времени, которое требуется для движения запорного элемента 7 20 от исходного положения до седла 10, то запорный элемент 7, переместившийся на соответствующее расстояние, снова через определенное время /2 или 4 вернется в исходное положение. В противном случае запорный элемент 7 войдет в соприкосновение с седлом 10 упора 9 и перекроет подачу топлива к управляемой форсунке 8.

После срабатывания клапана для возвращения запорного элемента 7 в исходное положение требуется сбросить давление

25

и внутренней поверхностью (стенкой)- нагне- зо топлива в аккумуляторе 9 до нуля, для чего необходима полная остановка дизеля. Это

не всегда возможно и не очень удобно.

Топливная система дизельного двигателя может быть выполнена с клапаном аварийного отключения подачи топлива (фиг. 4), 35 в котором седло 10 с каналом 6 отвода топлива из нагнетательного канала 4 выполнено отдельно от упора 9, что позволяет возвращать запорный элемент 7 в исходное состояние без сброса давления топлива в аккумутательного канала 4. В результате скорость запорного элемента 7 уменьшается и при наличии достаточного времени для его движения происходит соударение с седлом 10 с меньшей силой. Чем больше угол конуса нагнетательного канала 4 в клапане аварийного отключения подачи топлива, тем медленнее и на меньшее расстояние будет перемещаться запорный элемент 7 по сравнению с клапаном, имеющим цилиндрический нагнетательный канал 4, при одинаковой цик- 40 ляторе 2. Седло ГО выдвигается из нагнеталдвой подаче топлива. Это позволяет уменьшить габариты клапана и увеличить долговечность его работы.

Предлагаемое выполнение клапана аварийного отключения с указанным запорным элементом 7 в составе топливной системы , позволяет надежно защитить аккумулятор 2 топлива от опорожнения в случае поломки форсуночной трубки или управляемой форсунки 8 при различном давлении в аккумуляторе 2 и на различных режимах работы двигателя.

На фиг. 3 показан пример срабатывания клапана при различном давлении Р топлива в аккумуляторе 2 и при различной конфигурации нагнетательного канала 4, в котором перемещается запорный элемент 7. Осциллограммы подачи q и .д% топлива, показанные на фиг. 3 а, получены при различном давлении топлива в аккумуляторе 2. В этом случае срабатывание клапана аварийного отключения подачи топлива в топливной

тельного канала 4 до тех пор, пока запорный элемент 7 не упрется в верхний торец упора 9 .и не отсоединится от седла 10. При этом запорный элемент 7 прижимается к специально выполненному каналу 12 разгрузки на

45 упоре 9, что обеспечивает свободный переток топлива из нагнетательного канала 4 мимо запорного элемента 7 через канал 12 разгрузки к управляемой форсунке 8. В результате этого запорный элемент 7 оказывается разгруженным от разности давлений и под

50 действием собственного веса или дополнительно установленной пружины возвратится в исходное положение, седло 10 вновь возвращают в нагнетательный канал 4 на то же самое место, которое оно занимало перед срабатыванием клапана. Топливная система

5 полностью готова функционировать вновь, при этом не требуется останавливать двигатель, так как замену вышедшей из строя детали можно произвести на работающем двигателе.

системе происходит в различные промежутки времени t и /3 (фиг. 3 б), что видно по траектории перемещения А запорного элемента 7 (прямые линии виг при цилиндрическом нагнетательном канале 4). Срабатывание регулируемого клапана аварийного отключения подачи топлива определяется нали- чием расхода топлива через нагнетательный канал 4.

В нагнетательном канале 4, имеющем форму конуса, перемещение запорного элемента 7 при давлении Р топлива в аккумуляторе 9 происходит по несколько иному закону (кривые д и е), чем в клапане, имеющем цилиндрическую форму нагнетательного канала 4. Если время действия гидравлического импульса в топливной системе меньше промежутка времени, которое требуется для движения запорного элемента 7 от исходного положения до седла 10, то запорный элемент 7, переместившийся на соответствующее расстояние, снова через определенное время /2 или 4 вернется в исходное положение. В противном случае запорный элемент 7 войдет в соприкосновение с седлом 10 упора 9 и перекроет подачу топлива к управляемой форсунке 8.

После срабатывания клапана для возвращения запорного элемента 7 в исходное положение требуется сбросить давление

топлива в аккумуляторе 9 до нуля, для чего необходима полная остановка дизеля. Это

ляторе 2. Седло ГО выдвигается из нагнетательного канала 4 до тех пор, пока запорный элемент 7 не упрется в верхний торец упора 9 .и не отсоединится от седла 10. При этом запорный элемент 7 прижимается к специально выполненному каналу 12 разгрузки на

упоре 9, что обеспечивает свободный переток топлива из нагнетательного канала 4 мимо запорного элемента 7 через канал 12 разгрузки к управляемой форсунке 8. В результате этого запорный элемент 7 оказывается разгруженным от разности давлений и под

действием собственного веса или дополнительно установленной пружины возвратится в исходное положение, седло 10 вновь возвращают в нагнетательный канал 4 на то же самое место, которое оно занимало перед срабатыванием клапана. Топливная система

полностью готова функционировать вновь, при этом не требуется останавливать двигатель, так как замену вышедшей из строя детали можно произвести на работающем двигателе.

Для использования разработанной системы на двигателе, имеющем повышенную вибрацию или изменяющем свое вертикальное положение в процессе работы, предусмотрена установка пружины 14 между упором 9 и запорным элементом 7 (фиг. 6). В этом случае дополнительное усилие, действующее на запорный элемент 7 от пружины 14, компенсируется либо уменьшением проходного сечения канала 1I для прохода топлива между внешней поверхностью запорного элемента 7 и внутренней поверхностью нагнетательного канала 4, либо уменьшением расстояния между седлом 10 и запорным элементом 7. Такая конструкция

10

Таким образом, предлагаемая топливная система гарантирует защиту аккумулятора от опорожнения при поломке элементов топливной аппаратуры, а также защиту двигателя по максимальной частоте вращения и нагрузке, что увеличивает сферу использования аккумуляторных топливных систем на дизельных двигателях и устраняет необходимость разработки ряда дополнительных защитных устройств.

Формула изобретения

1. Топливная система дизельного двигателя, содержащая последовательно сооб-.

клапана обеспечивает его работоспособность 15 щенные источник давления, аккумулятор,

25

в любом положении и на различных режимах работы двигателя.

В качестве запорного элемента 7 могут использоваться тела вращения, имеющие со стороны верхнего торца сферическую, 20 коническую или плоскую поверхность при выполнении соответствующей конфигурации седла 10.

Запорный элемент 7 может быть выполнен в виде цилиндрического двухконусного золотника. Диаметр золотника больше диаметра седла 10, но меньше диаметра нагнетательного канала 4, а длина золотника, для того, чтобы он не перевернулся, больше максимального диаметра нагнетательного канала 4. Использование таких форм запорного элемента 7 позволяет обеспечить более качественное уплотнение между запорным элементом 7 и седлом 13 при значительных давлениях топлива в аккумуляторе 2, а также повысить чувствительность срабатывания при выполнении элемента 7 полым.

Наименьшее сечение канала 11 для прохода топлива между внешней поверхностью запорного элемента 7 и внутренней поверх- ностью нагнетательного канала 4 определяется из расчета обеспечения возможности возвращения запорного элемента 7 в исходное состояние после окончания действия гидравлического импульса в нагнетательном канале 4. /

Регулируемый клапан аварийного отключения подачи топлива можно использовать на различных дизельных двигателях при работе на различном топливе с предварительной подстройкой высоты нагнетательного канала 4,

Использование предлагаемой топливной 50 системы позволяет расширить диапазон, работы дизельного двигателя, при, котором будет срабатывать регулируемый клапан аварийного отключения подачи топлив а в случае поломки управляемой форсунки 8 или форсуночной трубки. Использование 55 клапана в составе топливной системы допускает применение дополнительных аккумуляторов топлива перед управляемой ффр- сункой 8.

установленный вертикально регулируемый клапан аварийного отключения подачи топлива, выполненный в виде полого корпуса с нагнетательным каналом и сообщенными с ним каналами подвода и отвода топлива и нормально открытого запорного элемента, установленного с возможностью перекрытия протока топлива, а также управляемую форсунку, отличающаяся тем, что, с целью увеличения надежности отключения подачи топлива, система снабжена ограничителем хода запорного элемента, размещенным в полости корпуса регулируемого клапана и выполненным в виде установленного соосно с нагнетательным каналом с возможностью 3Q осевого перемещения относительно последнего упора с седлом, сообщенным с каналом отвода топлива, запорный элемент размещен в нагнетательном канале с образованием канала для прохода топлива между внешней поверхностью запорного элемента и внут- запорного 35 ренней поверхностью нагнетательного канала и с возможностью осевого перемещения относительно последнего под воздействием потока топлива и взаимодействия с седлом упора для перекрытия канала отвода топлива, а площадь проходного сечения каждого из каналов регулируемого клапана превышает величину эффективного проходного сечения форсунки при положении иглы, последней на упоре форсунки.

2. Топливная система по п. 1, отличаю- 45 щаяся тем, что нагнетательный канал выполнен в виде конуса, сообщенного со стороны меньшего основания с каналом подвода топлива, а со стороны большего - с каналом отвода топлива.

40

3.Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что регулируемый клапан снабжен каналом разгрузки, выполненным в упоре с возможностью сообщения нагнетательного канала с форсункой при перекрытом канале отвода топлива.

4.Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что запорный элемент выполнен сферическим.

5.Топливная система по п. 1. отличаю0

Таким образом, предлагаемая топливная система гарантирует защиту аккумулятора от опорожнения при поломке элементов топливной аппаратуры, а также защиту двигателя по максимальной частоте вращения и нагрузке, что увеличивает сферу использования аккумуляторных топливных систем на дизельных двигателях и устраняет необходимость разработки ряда дополнительных защитных устройств.

Формула изобретения

1. Топливная система дизельного двигателя, содержащая последовательно сооб-.

щенные источник давления, аккумулятор,

25

3Q 35

3Q 35

40

3.Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что регулируемый клапан снабжен каналом разгрузки, выполненным в упоре с возможностью сообщения нагнетательного канала с форсункой при перекрытом канале отвода топлива.

4.Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что запорный элемент выполнен сферическим.

5.Топливная система по п. 1. отличающаяся тем, что запорный элемент выполнен в виде цилиндрического двухконусного золотника.

6. Топливная систеига по п. 1, отличающаяся тем, что запорный элемент подпружинен относительно седла.

Фиг. Z

ff)

ИсхоВное положение N запорного элемента

Положение упора 9 /три цилиндричес - ком нагнето/лель- ном канале4

Положение упора 9 /лри нагнета тельном канале /

Л в Виде конуса

М

Положение залор- ноео элемента 7 при номиноль- нойлодане

бремя

t3 Ь

Фиг.З

5

Фиг. 5

Фиг.б