система топливоподачи для дизельного двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Система топливоподачи для дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащая линию низкого давления, плунжерный секционный насос высокого давления с объединенной полостью впуска-отсечки и нагнетательной полостью, с наполнительным клапаном, размещенным в топливопроводе связи полости впуска-отсечки с линией низкого давления, форсунку закрытого типа с управляемым нагруженном иглы, в корпусе которой установлен распылитель и подпружиненная запорная игла, размещенная с образованием надыгольной полости в корпусе и подыгольной полости в распылителе, запорный элемент, размещенный в расточке верхней части корпуса, ограничивающей надыгольную полость с возможностью вертикального перемещения, нагнетательный топливопровод, сообщающий нагнетательную полость насоса и подыгольную полость форсунки, и дополнительный топливопровод, подключенный с одной стороны к запорному элементу, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена единым блоком управления и датчиками параметров работы двигателя, связанными с ним, запорный элемент выполнен в виде золотника, установленного с возможностью скольжения вдоль образующей расточки, снабженного электромагнитным средством для его перемещения и связанным с ним средством для регулирования хода, а также упругим средством для смещения его в верхнее положение и ограничителем его подъема вдоль образующей расточки, дополнительный топливопровод с другой стороны подключен к нагнетательному топливопроводу, причем наполнительный клапан выполнен с электромагнитным приводом, а форсунка снабжена перепускным клапаном, сообщающим надыгольную и подыгольную полости.

2. Система топливоподачи по п.1, отличающаяся тем, что в качестве датчиков параметров работы двигателя используют датчики числа оборотов коленчатого вала двигателя, величины хода золотника, положения органа управления системы топливоподачи.

3. Система топливоподачи по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что блок управления связан с электромагнитными средствами перемещения золотника и регулирования его хода, с электромагнитным приводом наполнительного клапана и с датчиками.

4. Система топливоподачи по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что блок управления выполнен электронным.

5. Система топливоподачи по пп. 1-4, отличающаяся тем, что величину максимального хода золотника до ограничителя его подъема определяют по следующей зависимости:



где h_з.mах - максимальная величина хода золотника до ограничителя его подъема, мм;

- коэффициент сжимаемости топлива, мм²/H;

V_и - объем надыгольной полости, мм³;

[F] - допустимая сила, действующая на запорную иглу при ее посадке, Н;

F_п.п - сила предварительной затяжки пружины запорной иглы, Н;

f_з - площадь поперечного сечения золотника, мм²;

f_и - площадь поперечного сечения запорной иглы, мм².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к топливной аппаратуре дизелей с электрическим управлением топливоподачи.

Уже известна топливовпрыскивающая система дизеля, содержащая форсунку, над иглой которой предусмотрена полость, а подыгольное пространство связано трубопроводом с плунжерным насосом при помощи нагнетательного клапана, причем полость и подыгольное пространство соединены каналом, в котором установлен перепускной клапан. Указанная система позволяет ограничивать давление над иглой величиной остаточного давления в трубопроводе, увеличить срок службы распылителей благодаря созданию под иглой заданного остаточного давления, препятствующего проникновению газов в подыгольное пространство в начальный и конечный период движения иглы на всех режимах работы дизеля, а также ликвидировать сухое трение между иглой и корпусом распылителя благодаря наличию топлива под давлением под и над иглой /А.С. СССР 464211, F 02 M 47/00, 1972 г./.

Давление в гидрозапорной полости поддерживается перепускным клапаном и может быть отрегулировано затяжкой пружины этого клапана и его регулировочным винтом /А.С. СССР 244005, F 02 М 47/00, 1968 г./.

Недостаток известных конструкций заключается в трудности регулирования и поддержания необходимого давления в гидрозапорной полости.

Известна также топливовпрыскивающая система для двигателя внутреннего сгорания, содержащая источник постоянного давления топлива, усилитель давления, подключенный приводной полостью через управляемый клапан к источнику постоянного давления топлива, форсунку с гидроуправляемой подпружиненной иглой, надыгольной запорной и подыгольной полостями, орган управления впрыском, выполненный в виде управляемого запорного элемента, выполненного с электромагнитным приводом, связанным с блоком управления и установленного в линии связи управляющей полости клапана со сливной гидролинией, причем в исходном состоянии управляемый клапан открыт и приводная полость заполнена топливом /А.С. СССР 1671938, F 02 М 47/00, 1988 г.; А.С. СССР 2059865, F 02 M 47/00, 1993 г.; WO 95/21999, F 02 М 47/00, 1995 г./. Указанная система позволяет уменьшить расход топлива на привод, но недостаточно оптимизирует параметры впрыска.

Наиболее близкой к предлагаемой системе топливоподачи по технической сущности и достигаемому результату является система, содержащая линию низкого давления, плунжерный секционный насос высокого давления с полостями впуска-отсечки и нагнетательной, с наполнительным клапаном, размещенным в топливопроводе связи объединенной полости впуска с линией низкого давления, форсунку закрытого типа с управляемым нагружением иглы, в корпусе которой установлен распылитель и запорная игла, размещенная с образованием надыгольной полости в корпусе и подыгольной полости в распылителе, нагнетательный трубопровод, сообщенный с одной стороны с полостью впуска-отсечки, а с другой стороны - с надыгольной полостью через запорный элемент, размещенный в цилиндрической расточке ее верхней части с возможностью вертикального перемещения, причем система также содержит дополнительный трубопровод, сообщающий полость впуска-отсечки с надыгольной полостью форсунки /А. С. СССР 1629587, F 02 М 59/44, 1988 г./.

Указанная система топливоподачи позволяет увеличить интенсивность впрыскивания, однако наличие дополнительного трубопровода, подключенного к впускной - отсечной полости, негативно скажется на наполнении надплунжерной полости и, следовательно, приведет к межцикловой нестабильности и неравномерности подачи топлива по цилиндрам. Кроме того система-прототип не позволяет улучшить топливную экономичность и снизить токсичность отработавших газов из-за невозможности управления углом опережения впрыскивания топлива, и давлением впрыскивания путем изменения давления гидрозапора - давления топлива в надыгольной полости.

Задачей изобретения является улучшение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов дизеля путем управления процессом впрыскивания топлива.

Для достижения поставленной задачи с указанным техническим результатом система топливоподачи для дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащая линию низкого давления, плунжерный секционный насос высокого давления с объединенной полостью впуска-отсечки и наполнительной полостью, с наполнительным клапаном, размещенным в топливопроводе связи полости впуска-отсечки с линией низкого давления, форсунку закрытого типа с управляемым нагружением иглы, в корпусе которой установлен распылитель и подпружиненная запорная игла, размещенная с образованием надыгольной полости в корпусе и подыгольной полости в распылителе, запорный элемент, размещенный в расточке верхней части корпуса, ограничивающей надыгольную полость, с возможностью вертикального перемещения, нагнетательный топливопровод, сообщающий нагнетательную полостъ насоса и подыгольную полость форсунки, и дополнительный топливопровод, подключенный с одной стороны к запорному элементу, согласно изобретению система дополнительно снабжена единым блоком управления и датчиками параметров работы двигателя, связанными с ним, запорный элемент выполнен в виде золотника, установленного с возможностью скольжения вдоль образующей расточки, снабженного электромагнитным средством для его перемещения и связанным с ним средством для регулирования хода, а также упругим средством для смещения его в верхнее положение и ограничителем его подъема вдоль образующей расточки, дополнительный топливопровод с другой стороны подключен к нагнетательному топливопроводу, причем наполнительный клапан выполнен с электромагнитным приводом, а форсунка снабжена перепускным клапаном, сообщающим надыгольную и подыгольную полости.

В качестве датчиков параметров работы двигателя могут быть использованы датчики числа оборотов коленчатого вала двигателя, величины хода золотника, положения органа управления системы топливоподачи.

Блок управления может быть связан с электромагнитными средствами перемещения золотника и регулирования его хода, с электромагнитным приводом наполнительного клапана и с датчиками.

Блок управления может быть выполнен электронным.

Величина максимального хода золотника до ограничителя его подъема может быть определена по следующей зависимости



где h_з.max - максимальная величина хода золотника до ограничителя его подъема, мм;

- коэффициент сжимаемости топлива, мм²/H;

V_и - объем надыгольной полости, мм³;

[F] - допустимая сила, действующая на запорную иглу при ее посадке, H;

F_nn - сила предварительной затяжки пружин запорной иглы;

f_з - площадь поперечного сечения золотника, мм²;

f_и - площадь поперечного сечения запорной иглы, мм².

Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил известности заявляемой совокупности существенных признаков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема предлагаемой системы топливоподачи.

Система топливоподачи для дизельного двигателя внутреннего сгорания содержит топливный насос 1 высокого давления /ТНВД/, сообщенный с линией 2 низкого давления, включающей топливный бак, фильтры грубой и тонкой очистки топлива /не показаны/. Плунжер 3 каждой секции насоса установлен во втулке 4, снабженной объединенным впускным-отсечным окном 5, сообщающим посредством канала 6 впускную-отсечную полость 7 насоса 1 с нагнетательной полостью 8, ограниченной торцевой частью 9 плунжера 3. В канале 6 установлен наполнительный клапан 10, снабженный пружиной 11 и электромагнитом 12, управляющим его приводом. Топливная форсунка 13 закрытого типа с управляемым нагружением иглы 14 содержит корпус 15 и закрепленный на нем распылитель 16 с сопловыми отверстиями 17. Запорная игла 14 нагружена пружиной 18 и размещена в корпусе 15 форсунки с образованием надыгольной полости 19. Подыгольная полость 20 размещена в распылителе 16. Нагнетательная полость 8 насоса 1 нагнетательным топливопроводом 21 подключена к подыгольной полости 20. В цилиндрической расточке 22 верхней части корпуса 15, ограничивающей, надыгольную полость 19, установлен с возможностью вертикального перемещения вверх-вниз со скольжением вдоль образующей расточки 22 запорный элемент, выполненный в виде золотника 23, снабженного электромагнитным средством 24 для его перемещении и регулирования его хода, а также упругим средством 25 для смещения его в верхнее положение и ограничителем 26 его подъема вдоль образующей расточки 22.

Дополнительный топливопровод 27 подключен с одной стороны к запорному элементу-золотнику 23, а с другой стороны - к нагнетательному топливопроводу 21.

Система снабжена единым блоком 28 управления и связанными с ним датчиками: 29 - числа оборотов коленчатого вала, 30 - величины хода золотника 23 и 31 - положения органа управления системой топливоподачи. Блок 28 управления связан с электромагнитным средством 24 перемещения золотника и регулирования его хода, с электромагнитом 12 привода наполнительного клапана и с датчиками.

Надыгольная полость 19 сообщена с полостью 7 впуска-отсечки через перепускной клапан 32, нагруженный пружиной 33.

Система работает следующим образом. В начале такта нагнетания электромагнит 12 наполнительного клапана 10 обесточен и пружина 11 удерживает его в открытом положении. По команде блока 28 управления электромагнит 12 закрывает клапан 10. По мере движения плунжера 3 увеличивается давление в насосе 1, топливопроводах 21, 27 и форсунке 13. По мере увеличения давления в форсунке 13 золотник 23 опускается на свое седло, обеспечивая равенство давлений в над- и подыгольной полостях 19 и 20 соответственно. Впрыск начинается после того, как золотник 23 сядет на свое седло и давление в подыгольной полости 20 превысит давление в надыгольной полости 19 и усилие затяжки пружины 18. После того, как блок 28 управления отключит электромагнит 12 клапан 10 откроется и давление в топливной системе упадет до Р₀-const, давление в подыгольной полости 20 станет меньше давления в надыгольной полости 19, при этом игла 14 опустится на седло, а золотник 23 поднимется. Для избежания запирания иглы 14 вследствие увеличения давления в надыгольной полости 19 из-за утечек топлива через зазоры игла-корпус 15 форсунки 13 и золотник 23 - корпус 15 форсунки 13, форсунка 13 снабжена перепускным клапаном 32, сбрасывающим давление в надыгольной полости 19 до Р₀ в периоды между впрысками. Для облегчения работы электромагнита 12 наполнительный клапан 10 выполнен так, чтобы уравновесить силу давления топлива, действующую на клапан со стороны топливопровода 21 высокого давления. Управление давлением гидрозапора иглы 14 осуществляют через средство 24 регулирования высоты подъема золотника 23 с помощью сигналов блока управления. Блок 28 управления выполнен электронным. Величина h_з.max максимального хода золотника до ограничителя его подъема может быть определена по следующей зависимости



где, например, если - коэффициент сжимаемости топлива равен 0,810^-3 мм²/H,

V_и - объем надыгольной полости равен 3000 мм³,

[F] - допустимая сала, действующая на запорную иглу при ее посадке, равна 800 Н.

F_nn - сила предварительной затяжки пружины запорной иглы равна 50 Н,

f_з - площадь поперечного сечения золотника равна 28,3 мм²,

f_и - площадь поперечного сечения запорной иглы равна 28,3 мм²,

то максимальная величина хода золотника до ограничителя его подъема будет равна



Предлагаемое техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

Применение предлагаемой совокупности существенных признаков в автомобильных двигателях позволит улучшить топливную экономичность и снизить токсичность отработавших газов.