Способ подачи топлива в камеру сгорания дизеля
Использование: двигателестроение, а также при конструировании и модернизации топливных насосов высокого давления дизелей для совершенствования процесса их работы. Целью изобретения является повышение эффективности впрыскивания топлива . Сущность изобретения: при подаче топлива в полость перед иглой форсунки двумя порциями с различными давлениями первая порция пплива подается в полость перед иглой форсунки под давлением, меньшим давления подъема иглы форсунки. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21) 4916616/06 (22) 04.03.91 (46) 23.01,93. Бюл. N 3 (71) Челябинский государственный технический университет (72) Е,А.Лазарев, B.Ã.ÇàñëoíoB, Е.Г,Пономарев и J1.Н.Басистый (73) Е.А.Лазарев, B.Ã.Çàñëîíîâ, Е.Г.Пономарев и Л.Н.Басистый (56) Патент США N 2537087, кл. F 02 M 45/00, опубл. в январе 1951. (54) СПОСОБ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЯ Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к топливовпрыскивающей аппаратуредля двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано при конструировании топливных насосов высокого давления и организации процесса их работы, Известны способы подачи топлива в камеру сгорания дизеля, в которых топливо подается в нагнетательный топливопровод под давлением, вызывающем подъем иглы распылителя, а после окончания процесса впрыскивания остаточное давление сбрасывается путем перепускания топлива через нагнетательный клапан насоса в надплунжерную полость, (см, например, Астахов И.В. и др. "Подача и распыливание топлива в дизеля:", М.. 1972, стр. 11-16). Известно также, что форсирование двигателей по мощности, вызывая увеличение цикловых подач топлива, сопровождается при применении известного способа увели„„. Ы„„1790696 А3 (57) Использование: двигателестроение, а также при конструировании и модернизации топливных насосов высокого давления дизелей для совершенствования процесса их работы. Целью изобретения является повышение эффективности впрыскивания топлива. Сущность изобретения: при подаче топлива в полость перед иглой форсунки двумя порциями с различными давлениями первая порция -оплива подается в полость перед иглой форс нки под давлением, меньшим давления подъема иглы форсунки. 4 ил. чением продолжительности впрыскивания, Существует оптимальное для выбранного способа смесеобразования и сгорания значение продолжительности впрыскивания, обеспечивающие достаточную экономичность дизеля при удовлетворительной динамике рабочего цикла. Увеличение при дальнейшем форсировании дизеля продолжительности впрыскивания сверх оптимальных значений приводит к существенному затягиванию процесса сгорания во времени и как следствие, ухудшению экономических и экологических показателей дизеля. Снижение при этом полноты сгорания при этом приводит к повышенным топливным потерям и дымности отработавших газов. Сокращение продолжительности процесса впрыскивания топлива может достигаться различными способами системы, например, увеличением диаметра плунжера и сопловых отверстий распылителя, увеличением скорости движения плунжера, уменьшением внутI |с,С) î (10 IQ 1 () (л) 1790696 55 реннего диаметра и длины нагнетательного трубопровода, применением аккумулирующих устройств и т.д. (см. например, Балакин В.И, и др. "Топливная аппаратура быстроходных дизелей). Эффективным способом повышения давления и сокращения продолжительности впрыскивания является использование энергии отсечной волны после отсечки подачи топлива для гидродогружения иглы распылителя (см, например, положительное решение от 30 мая 1989 г. по заявке М 4610203/25-06 от 25.XI.1988 r,), Недостатком этого способа является сложность конструкции из-за наличия дополнительных устройств в виде перепускных и запирающих клапанов, дополнительного топливопровода высокого давления, повышенная себестоимость. Известен способ подачи в камеру сгорания дизеля основной и дополнительной порции топлива, например, посредством дополнительного выступа на профиле кулачка топливного насоса. Дополнительная порция топлива подается в начале такта всасывания, Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности впрыскивания путем увеличения давления и сокращения продолжительности впрыскивания при повышении экономичности и улучшения экологических показателей двигателя без существенного усложнения топливной аппаратуры. Указанная цель достигается тем, что начальная первая порция топлива подается в нагнетательный топливопровод дополнительным кулачком с меньшим выступом под давлением меньшим необходимого для подъема иглы распылителя, последующая., основная вторая порция топлива — подается основным кулачком с большим выступом под давлением, вызывающим подъем иглы распылителя, На фиг, 1 представлена конструктивная схема для реализации способа подачи топлива в цилиндр дизеля и осциллограммы изменения давления в нагнетательном топливЬпроводе при использовании предлагаемого способа, а также осциллограмма подъема иглы форсунки; на фиг. 2 — па раметры процесса впрыскивания топлива при использовании известного и предлагаемого способа подачи топлива; на фиг. 3 — сравнительные нагрузочные характеристики, полученные на двигателе Д-160 трактора Т-130 (ПО ЧТЗ) при Ре=8,5 кг/см и n=1250 при использовании известного и предлагаемого способа подачи топлива; на фиг. 4 — сравнительная внешняя скоростная характеристи5 50 ка двигателя Д-160 размерности 4 ЧН 14,5/20,5 при использовании известного и предлагаемого способа подачи топлива. Особенностью конструктивной схемы для реализации предлагаемого способа подачи топлива является наличие дополнительного меньшего выступа 1 на профиле кулачка вала топливного насоса высокого давления (ТНВД) для создания повышенного начального давления в нагнетательном топливопроводе перед подачей основной порции топлива. Основная вторая порция топлива подается основным кулачком 2 с большим выступом. Таким образом, кулачок вала ТН ВД имеет два выступа, обеспечивающими двойной подъем плунжера: один из них подает топливо в нагнетательный топливопровод не допуская при этом подъема иглы распылителя, другой осуществляет прыскивание топлива в цилиндр. Величина активного хода плунжера при дополнительном его подъеме кулачком 1 меньшего выступа обуславливает уровень начального давления в нагнетательном топливопроводе и выбирается из условия ограничивающего давление топлива моментом подъема иглы распылителя, Начало подъема иглы распылителя происходит при превышении давления затяжки пружины иглы распылителя. Конструктивные параметры дополнительного выступа кулачка вала ТНВД выбирались с учетом расчетных и экспериментальных данных, Способ осуществляется следующим образом. При начале поступательного движения плунжера при набегании дополнительного кулачка 1 с меньшим выступом на толкатель ТНВД в нагнетательный топливопровод подается первая порция топлива под давлением меньшим необходимого для подъема иглы распылителя. При этом создается повышенное начальное давление в нагнетательном топливопроводе (фиг. 1). Последующая основная вторая порция топлива подается основным кулачком 2 с большим выступом под давлением вызывающим подъем иглы распылителя и впрыскивается в камеру сгорания дизеля при увеличенном максимальном давлении впрыскивания. Как известно, создание повышенного начального давления в нагнетательном топливопроводе перед каждым процессом впрыскивания способствует увеличению максимального давления и сокращению продолжительности впрыскивания, что улучшает качество распыливания и смесеобразования и, как следствие, повышается 1790696 45 экономичность и улучшаются экологические показатели, На фиг. 2 показаны параметры процесса впрыскивания при использовании известного и предлагаемого способа подачи топлива. При набегании дополнительного меньшего выступа кулачка на толкатель в нагнетательном топливопроводе давление повышается до величины Р ь=5,0 МПа, не вызывая подъема иглы распылителя, а при набегании основного кулачка с большим выступом, происходит дальнейшее повышение давления до величины Рф=35,0 МПа, вызывающее подъем иглы распылителя форсунки, пружина которой отрегулирована на давление топлива 21,0 МПа и начинается впрыскивание топлива, Продолжительность впрыскивания при Pe=0,85 МПа cGкращается с 32 до 23 град. п.к.в, т.е, на 9 град. п.к,в. (28%). Проведенные на двигателе Д-160 (4 ЧН 14,5/20,5) трактора Т-130 (ПО ЧТЗ) сравнительные исследования показали, что применение предлагаемого способа подачи топлива приводит к повышению давления топлива перед форсункой перед впрыском через нее топлива, что позволяет повысить максимальное давление впрыскивания, приводит к более качественному распыливанию топлива so всех диапазонах нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя и, тем самым, повысить экономичность работы дизеля при улучшении его характеристик, Из предложенной на фиг, 3 сравнительных нагрузочных характеристик двигателя Д-160 видно, что применение предлагаемого способа подачи топлива дает устойчивый эффект уменьшения удельного расхода топлива ц во всем диапазоне нагрузок и особенно от средней до максимальной. Это уменьшение g< составляет не менее 5 г/л.c,÷. Соответственно и уменьшается часовой расход топлива G,,,При одинаковой мощности К,, коэффициент избытка воздуФормула изобретения Способ подачи топлива в камеру сгорания дизеля топливным насосом высокого давления, заключающийся в том, что в полость перед иглой форсунки подаюттопливо двумя пооциями с различными давлениями, ха а несколько выше у предлагаемого способа, температура отработавших газов t< и степень дымности К ниже. Максимальное давление процесса сгорания в предлагаемом способе выше при одинаковой жесткости процесса сгорания. Сравнение скоростных характеристик обеих способов, представленных на фиг, 4 показывает, что в предлагаемом способе на режимах, начальная от 1050 мин, разница в удельном расходе топлива становится существенной, достигая 5 г/л.с.ч. при номинальных оборотах. При одном и том же часовом расходе топлива эффективная мощность увеличивается в среднем на 10 л.с. при одинаковом коэффициенте избытка воздуха а, Максимальное давление процесса сгорания повышается незначительно, а температура отработавших газов и степень дымности значительно понижаются, При оборотах близких K режиму максимальЛ ного крутящего момента Мс равных 950 мин 1, дымность отработавших газов снижается на 20/, Предварительная оценка эффективности предлагаемого способа подачи топлива показала, что его использование на двигателе Д-160 трактора Т-130 может дать годовой экономический эффект в сумме 2,5 млн, руб. Таким образом, технико-экономический эффект от применения предложенного технического решения заключается в том; что при незначительном конструктивном изменении кулачков вала ТН ВД повышается эффективность впрыскивания путем увеличения давления и сокращении ее продолжительности при повышении экономичности и улучшении экологических показателей двигателя. Предлагаемый способ подачи топлива прошел испытания на развернутом дизеле, подтвердившие его высокую эффективность и надежность. отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности впрыскивания, первая порция топлива подается в полость перед иглой форсунки под давлением меньшим давления подъема иглы форсунки. 1790696 2 ! I0 0,2 ! 1790696 зоо гред. 40 зо IG л Q P к /gzс 4 6 — с„ :;,сс-.;:..к: ." с .ы с ро2. 2 = I25O мин I -"Л кг, 2 С 4 Г Г) с„. "-O 6 0 500 400 300 2А0 50 т00 2IO 200 190 20 -20 л т70 „„ „,2 - "...ве..вувщии .. .:,.;.0 Подачи ойлива < РО2. - вредлагеиьФ сйосоо ловкачи то..лива /l,, 0 е г/ .л.с.ч не,ч 2 кгс/см 20 / впр. 1 Р,кгс/си ,2 400 К, 30 КГС/СМ BO л Ю 1 Кл) фл I.. 1790696 Р м ссх к,1 50 5 . ;/..,2 700 б00 500 — -с ?с с I с .сс — "Ъ с A е, л.с. Ic0 I60 т кг/час 40 I20 4е, г/э.л.с.ч. I90 I80 Е70 900 I000 IЕI00 Е200 /7„ с — — ф Ъ г.4 50 Редактор Заказ 371 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 м кгс/см град б DC Составитель Е, Лазарев Техред М.Моргентал Корректор д. Козориз