Двухтопливная система питания дизеля

 

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить технико-экономические показатели дизеля. Система содержит линию подачи основного топлива, включающую насос высокого давления с нагнетательным клапаном, форсунку и топливопровод высокого давления, сообщающий форсунку с нагнетательным клапаном, линию подачи дополнительного топлива, включающую последовательно соединенные бак, фильтры, подкачивающий насос с регулятором давления, гидроаккумулятор и обратный клапан, сообщенный с топливопроводом , причем нагнетательный клапан выполнен в виде корпуса с седлом и размеИзобретение относится к области,двигателестроения для использования в топливной системе дизеля. Цель изобретения - повышение технико-экономических показателей дизеля. На фиг. 1 изображена схема двухтоп.-. ливной системы питания дизеля; на фиг. 2 - установка дозатора с исполнительным механизмом на топливный насос высокого давления; на фиг. 3 - дозатор в сборе с исполнительным механизмом, продольный щенного в корпусе с возможностью взаимодействия с седлзм запорного элемента с цилиндрическим разгрузочным пояском, сопряженным с корпусом. Система снабжена блоком управления и исполнительными механизмами, связанными с регулятором давления и запорным элементом нагнетательного клапана, причем в корпусе выполнен перепускной канал, сообщенный с топливопроводом высокого давления, запорный элемент размещен с возможностью поворота относительно корпуса, а образующая цилиндрического разгрузочного пояска выполнена по винтовой линии с возможностью перекрытия последним перепускного канала. Топливо насосом высокого давления через нагнетательный клапан подается в форсунку и из нее в двигатель. Дополнительное топливо поступает в топливопровод высокого давления через обратный клапан и вместе с основным топливом поступает в форсунку. Поступление дополнительного топлива к форсунке регулируется путем изменения давления в гидроаккумуляторе и изменения разгружающей способности нагнетательного клапана с использованием блока управления. 6 ил. разрез; на фиг. 4 - узел нагнетательного клапана в разобранном виде; на фиг. 5 - исполнительный механизм, поперечный разрез; на фиг, 6 - блок-схема автоматической системы управления дозированием. Двухтопливная система питания разделенного типа дизеля 1 включает в себя линии подачи дизельного, альтернативного топлив и их смеси. Линия подачи дизельного топлива представлена в основном штатным оборудовасл о ю чэ ел 00 (

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 02 M 43/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4420498/06 (22) 05.05.88 (46) 23.02.91. Бюл, ¹ 7 (71) Восточно — Сибирский филиал Научноисследовательского института автомобильного транспорта (72) О,П. Сорокин (53) 621.43.038.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1321891, кл. F 02 М 43/00, 1985. (54) ДВУХТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЯ (57) Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить технико-экономические показатели дизеля, Система содержит линию подачи основного топлива, включающую насос высокого давления с на- гнетательным клапаном, форсунку и топливопровод высокого давления, сообщающий форсунку с нагнетательным клапаном, линию подачи дополнительного топлива, включающую последовательно соединенные бак, фильтры, подкачивающий насос с регулятором давления, гидроаккумулятор и обратный клапан, сообщенный с топливопроводом, причем нагнетательный клапан выполнен в виде корпуса с седлом и размеИзобретение относится к области.двигателестроения для использования в топливной системе дизеля.

Цель изобретения — повышение технико-экономических показателей дизеля.

На фиг. 1 изображена схема двухтоп; ливной системы питания дизеля; на фиг, 2— установка дозатора с исполнительным механизмом на топливный насос высокого давления; на фиг. 3 — дозатор в сборе с исполнительным механизмом, продольный

Ы3, „1629586 А1 щенного в корпусе с возможностью взаимодействия с седлом запорного элемента с цилиндрическим разгрузочным пояском, сопряженным с корпусом. Система снабжена блоком упраaëåíèÿ и исполнительными механизмами, связанными с регулятором давления и запорным элементом нагнетательного клапана, причем в корпусе выполнен перепускной канал, сообщенный с топливопроводом высокого давления, запорный элемент размещен с возможностью поворота относительно корпуса, а образующая цилиндрического разгрузочного пояска выполнена по винтовой линии с возможностью перекрытия последним перепускного канала. Топливо насосом высокого давления через нагнетательный клапан подается в форсунку и из нее в двигатель, Дополнительное топливо поступает в топливопровод высокого давления через обратный клапан и вместе с основным топливом поступает в форсунку, Поступление дополнительного топлива к форсунке регулируется путем изменения давления в гидроаккумуляторе и изменения разгружающей способности нагнетательного клапана с использованием блока управления. 6 ил. разрез; на фиг, 4 — узел нагнетательного клапана в разобранном виде; на фиг. 5— исполнительный механизм, поперечный разрез; на фиг. 6 — блок — схема автоматической системы управления дозированием.

Двухтопливная система питания разделенного типа дизеля 1 включает в себя линии подачи дизельного, альтернативного топлив и их смеси.

Линия подачи дизельного топлива представлена в основном штатным оборудова1629586

20

30

40

55 нием и имеет топливный бак 2, фильтры грубой 3 и тонкой 4 очистки топлива, топливоподкачивающие насосы с механическим

5 и ручным 6 приводами, редукциойный клапан 7, топливный насос 8 высокого давления, дозатор 9 с исполнительным механизмом 10, Линия подачи альтернативного топлива состоит из топливного бака 11, фильтров грубой 12 и тонкой 13 очистки топлива, насоса 14 подкачки топлива, регулятора

15 давления с исполнительным мЬханизмом 16., гидроаккумулятора 17, обратного клапана 18, Линия подачи эмульсии, состоящей из смеси дизельного и альтернативного топлив, имеет форсунку 19 для подачи эмульсии в цилиндр дизеля 1 и клапанную форсунку

20 для подачи so впускной коллектор 21 дизеля 1 дренажа форсунки 19, Приборы контуров подачи топлива системы питания связаны между собой и двигателем топливопроводами низкого и высокого давления. Топливоп роводы низкого давления на схеме представлены топливопроводами всасывания 22 — 27, напора

28 — 33, слива 34 — 38, управления 39, дренажа

40 и 41, Топливопроводы высокого давления на схеме представлены топливопроводами напора 42 — 49.

На топливном насосе 8 высокого давления, представленном на фиг, 2 плунжерной парой, состоящей из плунжера 50 и втулки

51, с помощью резьбовой втулки 52, болта

53 и уплотнительных шайб 54 и 55 установлен дозатор 9 с исполнительным механизмом 10. Основу дозатора 9, продольный разрез которого в сборе с исполнительным механизмом 10 изображен на фиг. 3, составляет узел, состоящий из нагнетательного клапана 56, втулки 57, седла 58, пружины 59 и кулачкового вала 60. Нагнетательный клапан 56 цилиндрического типа выполнен с винтовой кромкой (линией) и торцовыми кулачками, входящими в зацепление с кулачковым валом 60. При повороте .клапана 56 изменяется взаимное расположение винтовой кромки и перепускного отверстия втулки 57, Положение перепускного отверстия втулки 57 относительно корпуса 61 при неподвижном кулачковом вале 60 можно изменять поворотом корпуса 62, связанного с втулкой 57 и седлом 58 штифтом 63. Фиксация положения корпуса 62 относительно корпуса 61 осуществляется реэьбовой втулкой 64 посредством шайбы 65. Уплотнение кулачкового вала 60 контактное, торцового типа, выполнено в виде запорного конуса, образованного переходом диаметров вала и корпуса 62. Поворотный угольник 66, фиксируемый гайкой 67, установлен на корпусе 62 и сообщается каналом с его внутренней полостью. Уплотнение поворотного угольника

66 осуществляется резиновыми кольцами

68 с защитными шайбами 69, Втулочный болт 70, осевое перемещение которого ограничено стопорным кольцом 71, установлен на корпусе 62 и служит для соединения дозатора 9 с исполнительным механизмом 10, Исполнительный механизм 10 состоит из червячного редуктора, имеющего корпус 72, и электродвигателя 73. Нагнетательный клапан 56 поворачивается кулачковым валом

60, связанным кулачковым соединением со ступицей 74 червячного колеса 75, приводимого червячным валом 76, который вращается электродвига елем 73, Ступица 74 червячного колеса 75 установлена в корпусе

72 на подшипнике 77 качения и фиксируется на нем стопорным кольцом 78. Совместно с подшипником 77 в корпусе 72 находится установочная резьбовая втулка 79, с помощью которой редуктор соединяется с дозатором 9, Втулка 79 имеет канавки для резиновых колец 80 и 81, уплотняющих редуктор со стороны дозатора, Подшипник 77 с втулкой 79 закрепляются в корпусе 72 стопорными кольцами 82. Червячный вал 76 вращается в подшипниках скольжения и качения 83 (фиг. 5). Подшипники скольжения образованы внешней поверхностью червячного вала 76 и внутренней поверхностью отверстия в корпусе 72 редуктора. Подшипник 83 качения установлен в корпусе 72 и фиксируется резьбовым фланцем 84 с уплотнением резиновым кольцом 85. Червячный вал 76 закрепляется на подшипнике 83 стопорными кольцами 86. Под внутренним кольцом подшипника 83 в паз червячного вала 76 установлен сегмент 87. Сегментный профиль, образованный отверстием червячного вала 76 и сегментом 87, предназначен для соединения червячного вала 76 с валом электродвигателя 73, который имеет лыску. Электродвигатель 73 крепится к резьбовому фланцу 84 гайками 88 с шайбами 89. Вал электродвигателя 73 уплотняется манжетой 90, установленной в резьбовом фланце 84. Дренаж дозатора 9 отводится через штуцер 91 с уплотнительной шайбой

92 червячного редуктора. В редуктор вмонтирован датчик положения червячного колеса (не показан) являющийся элементомавтоматической системы управления дозированием. Автоматическая система управления дозированием представлена в двухтопливной системе питания дизеля, Ilo зиционной однокоординатной многомерной системой программного управления с кодовым введением информации. Система

1629586

10 программного управления осуществляет управление дозатором по каналу с индексом

"1" и регулятором давления, представленным одношайбовым регулируемым дросселем квадратичного типа. по каналу с индексом "2". Блок — схема системы программного управления, приведенная на фиг. 6, включает в себя задающее устройство 93(ЗУ), состоящее иэ программоносителя

94 (ПН), содержащего всю информацию по управлению дозатором и регулятором давления, соответствующую оптимальной работе дизеля (ДВС) на топливной смеси, представленную последовательностью чисел и зафиксированную в коде; устройства

95 ввода прогрэммоносителя (УВП Н), управляемого в соответствии с сигналами датчиков 96 — 99 (D<, Dz, 0э, ..., Dp) контроля работы двигателя; считывыающих устройств 100 (Су1) и 101 (СУ2) и усиливающих устройств 102 (УУ1) и 103 (YYz); схемы совпадения 104 (СС1) и 105 (CC2); схемы логического запрета 106 (СЛ311 и 107 (СЛЗ2); переключатели напряжения 108(ПН ) и 109 (ПН2); исполнительные механизмы 110 (ИМ1) и 111 (VIM2), состоящие из электродвигателей 112 (ЭД1) и 113 (ЭД2) и редукторов 114 (Р1) и 115 (Р2); объекты управления — нагнетательный клапан дозатора 116 (НК) и дроссельную иглу регулятора давления 117 (ДИ); а также кодовые датчики обратной связи

118 (КДОС1) и 119 (КДОС2).

Система питания работает следующим образом, Дизельное топливо из бака 2 через фильтр 3 грубой очистки всасывается топливоподкачивающим насосом 5 и через фильтр 4 тонкой очистки по топливопроводам 22, 23, 25, 28, 30, 32 и 33 подается в топливные каналы топливного насоса 8 высокого давления, Избыточное топливо через перепускной клапан топливного насоса 8 высокого давления и от редукционного клапана 7 по спивным топливопроводам 34 — 37 отводится в топливный бак 2. Совместно с контуром подачи дизельного топлива функционирует контур подачи альтернативного топлива, который служит для введения альтернативного топлива в топливопровод 42 высокого давления и создания в нем определенного начального давления, независимо от остаточного давления. Начальное давление. в топливопроводе 42 высокого давления создается при поступлении в него между впрыскиваниями альтернативного топлива под высоким давлением через обратный клапан 18 из гидроаккумулятора 17 по топливопроводам 48 и 49. Необходимое давление в гидроаккумуляторе 17 поддерживается с помощью насоса 14 подкачки

55 топлива, связанного с ним через фильтр 13 тонкой очистки топливопроводами 44, 46 и

47, и регулятором 15 давления. Регулятор 15 давления, установленный на выходе насоса

14 подкачки топлива и связанный с ним топливопровод 45, перепускает избыточное топливо в бак 11 по спивному топливопроводу 38. Дроссельной иглой оегулятора 15 давления управляет система программного управления дозированием. Альтерна-: тивное топливо всасывается насосом 14 подкачки топлива через фильтр 12 грубой очистки по топливопроводэм 26 и 27 иэ топливно, о бака 11.

При нагнетательном ходе плунжера 50, начиная с момента перекрытия впускного отверстия втулки 51, повышается давление в надплунжерном пространстве и в объеме под клапаном 56(подклапэнный объем), связанном с ним каналами в болте 53 и корпусе

61. когда давление в подклапанном объеме достигнет величины, способной преодолеть суммарное усилие пружины 59 и начального давления в объеме, заключенном за клапаном 56 (заклапанный объем), нагнетательный клапан 56 открывается от седла 58.

Начало движения клапана 56 характеризует повышение давления в топливопроводе 42 высокого давления, связанного соединительным ниппелем с поворотным угольником бб, вызывающее запираниеобратного клапана 18, и при достижении определенного давления — открытие форсунки 19 и впрыск топлива в цилиндр дизеля 1. Клапан 56 действует как вытеснитель топлива в заклапанное пространство, пока винтовая кромка его поверхности не начнет открывать перепускное отверстие втулки 57 (клапан 56 в паре с втулкой 57 имеют цилиндрическую прецизионную поверхность), В этот момент начинается перепуск топлива из подклапанного объема в эаклапанное пространство через перепускное отверстие втулки 57. По мере открытия перепускного отверстия втулки 57 винтовой кромкой клапана 56 скорость его подъема уменьшается до нуля в состоянии динамического равновесия клапана 56. Таким образом, подъем нагнетательного клапана 56 можно разделить на две фазы. Перемещение клапана 56 в первой фазе определяется расстоянием (в статическом состоянии клапана 56) от винтовой кромки клапана 56 до края перепускного отверстия втулки 57 и, следовательно, зависит от углового положения клапана. Перемещение клапана 56 во второй фазе его подъема определяется в основном объемной скоростью подачи топлива плунжером 50. Процесс впрыска топлива форсункой 19 продолжается до

1629586

5О открытия выпускного отверстия втулки 51 винтовой кромкой плунжера 50, С открытием этого отверстия давление топлива над плунжером 50 резко падает, при этом начинается разгрузка заклапанного пространства, вызывающая запирание форсунки 19 и окончание процесса впрыска топлива в цилиндр двигателя 1, Разгрузка заклапаннога пространства характеризуется движением клапана 56 к седлу 58 и аналогично его подьему разделяется на две фазы. В первой фазе разгрузки происходит уменьшение давления в заклапанном пространстве вследствие совместного действия процессов, заключающихся в перетекании топлива из заклапанного пространства в надплунжерную полость через перепускное отверстие втулки 57 и увеличении заклапанного объема на величину объема, освобождаемого опускающимся под действием пружины 59 и давления в топливопроводе 42 высокого давления клапаном 56. Вторая фаза разгрузки.начинается с момента перекрытия винтовой краикой клапана 56 перепускного отверстия втулки 57. При этом происходит разделение объемов под клапаном и за ним прецизионной поверхностью клапана

56 и втулки 57. Разгрузка в этой фазе происходит за счет увеличения заклапанного пространства на величину объема, освобождаемого опускающимся под действием пружины 59 и избыточного давления в толаливопроводе 42 высокого давления клапаном 56. Разгрузка заканчивается после посадки клапана 56 на седло 58, В период разгрузки, когда давление в заклапанном объеме становится меньше давления в гидроаккумуляторе 17, открывается обратный клапан 18 и происходит введение альтернативного топлива в топливопровод 42 высокого давления из контура подачи альтернативнога топлива. Процесс введения альтернативного топлива в топливопровод

42 высокого давления заканчивается при выравнивании в них давлений, после чего обратный клапан 18 закрывается. При следующем нагнетательном ходе плунжера 50 топливного насоса 8 высокого давления, в соответствии с описанным порядком работы системы, происходит впрыск эмульсии, образованной из смеси дизельного и альтернативного топлив в топливопроводе

42 высокого давления и форсунке 19, в цилиндр двигателя 1, Далее процесс повторяется. Эмульсия, просочившаяся черезпрецизионное уплотнение иглы распылителя форсунки 19, отводится па топливопроводу 41 к клапанной форсунке 20 низкого давления (дренажная форсунка), Дренажная форсунка 20 установлена на впускном

35 коллекторе 21 и подает в распыленном состоянии дренаж форсунки 19 на вход дизеля 1.

Количество альтернативного топлива, введенного в топливопровод 42 высокого давления, в ocHop.,HoM определяется разгрузочным объемом нагнетательного клапана

56, равным объему. вытесняемо ",у им при перемещении = ãî от седла Ы до сов ., = ения винтовой кро;4ки его поверхности с краем перепускного отверстия втулки 57.

Величиной разгрузсчного объем. нагнетательного клапана дозатор 9, опредегя.—:мого его угловым положением, а такж-. положением дросселы ой иглы peãóëëTopã

15 давления, определяюшим ур, =;;-: давления в ièäðoàKêóìóëÿòoðå 1(, посредством исполнительных механизмов 10 и 16 управляет система программного управл=ния дозированием.

Принцип работы кодовой системы программного управления дозированием, блок — схема которой представлена на фиг. 6, заключается в сопоставлении кодл числа, выражающего программируемую величину характеризующую состояние объекта управления, с кодом числа, определяющего его фактическое состояние, измеренное датчиком обратной связи. Устройство 95 ввода программоносителя (УВПН) в соответствии с информацией датчиков 96 — 99 (q

Дг, Дз, „„ Дп) контроля работы двигателя осуществляет ввод определенного, частка программоноси еля 94 (П,-Ц под головки

c T l ll lo llll > cTpoAcTB (СУ1 и "i2) 1 00 и

101. С выходов считывающих у тройств СУ, и СУ2 задающая информация в виде Определен н ых алек грических cи гнал о в, в.-.: оажаюьцих код числа, поступает в усиливающие их устройства 102 и 103 (УУ1 и УУ2) и затем в схемы совпадения 104 и 105 (CCl и СС2), которые через схемы логического запрета

106 и 107 (СЛ31 и СЛ32) и переключатели напряжения 108 и 109 (ПН1 и ПН2) включают и выключают электродвигатели 112 и 113 (ЭД, и ЭД2), От них движение через редукторы 114 и 115 (P> и Рг) передается на объекты управления — нагнетательный клапан (НК) дозатора 116 и дроссельную иглу 1 7 (ДИ) регулятора давления. Фактическое положение нагнетательного клапана 116 (Hl() дозатора и давление в гидроаккумуляторе, определяемое положением дроссельной иглы 117 (ДИ) регулятора давления, измеряется кодовыми датчиками обратной связи 118 и 119 (КДОС| и КДС C2) которые преобоазуют пройденный путь нагнетательным клапаном 116(НК) дозатара и текущее давление в гидроаккумуляторе в cooT98Tcòlóþ öèé код числа и посылают его в схемы совпаде10

1629586

2 ния 104 и 105 (CCi и СС ), последние дают команды на включение электродвигателей

112 и 113 (ЭД1 и ЭД2). Перемещение нагнетател ьного клапана 116 (Н К) доэатора и дроссельной иглы 117 (ДИ) регулятора дав- 5 ления будет осуществляться до тех пор, пока код задающего числа не совпадет с кодом датчиков обратной связи 118 и 119 (КДОС и КДОС ). При совпадении кодов на выходе схем совпадения 104 и 105 (CC> и 10

CC2) управляющий сигнал отсутствует и переключатели напряжения 108 и 109 (ПН и

ПН2) отключают электродвигатели 12 и 113 (ЭД1 и ЭД ). Движение объектов управления прекращается до поступления новой инфор- 15 мации от двигателя (ДВС), Формула изобретения

Двухтопливная система питания дизеля, содержащая линию подачи основного 20 топлива, включающую насос высокого давления с нагнетательным клапаном, форсунку и топливопровод высокого давления, сообщающий форсунку с нагнетательным клапаном, линию подачи дополнительного 25 топлива, вкл очающую последовательно соединенные бак, фильтры, подкачивающий насос с регулятором давления, гидроаккумулятор и обратный клапан, сообщенный с топливопроводом высокого давления, причем нагнетательный клапан выполнен в виде корпуса.с седлом и размещенного в корпусе с возможностью взамодействия с седлом запорного элемента с цилиндрическим разгрузочным пояском, сопряженным с корпусом, отличающаяся тем, ч о, с целью повышения точности дозирования дополни-.ельного топлива, система снабжена блоком управления и исполнительными механизмами, связанными с регулятором давления и запорным элементом нагнетательного клапана, причем в корпусе клапана выполнен перепускной канал, cîoáщенный с топливопроводом высокого давления, запорный элемент размещен с воэможностью поворота относительно корпуса, а образующая цилиндрического разгрузочного пояска выполнена по винтовой линии с возможностью перекрытия последним перепускного канала.

1629586

1629586

1629586

1629586

Составитель В. Павлюков

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Черни

Редактор Е. Папп

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 423 Тираж 347 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5