Система подачи топлива для двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, в частности топливная аппаратура для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Сущность изобретения: система подачи топлива для ДВС содержит соединенные при помощи трубопроводов топливный бак, топливоподкачивающий насос, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, насос высокого давления и форсунку закрытого типа, в корпусе которой установлен распылитель и запорная игла, с подыгольной и надыгольной полостью, соединенную с секцией насоса высокого давления через нагнетательный трубопровод и демпфирующий элемент, связанный с трубопроводом, средство для увеличения интенсивности впрыскивания выполнено в виде наполнительного и обратного клапанов, расположенных между линией высокого давления и надыгольной полостью, причем наполнительный клапан выходом подключен к надыгольной полости форсунки, а обратный клапан подключен выходом к линии высокого давления. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в топливной аппаратуре двигателя внутреннего сгорания.

Известны аналоги системы подачи топлива в цилиндр двигателя, содержащие топливный насос высокого давления (ТНВД) с нагнетательным клапаном, форсунку с иглой, нагруженной пружиной с подыгольной и надыгольной полостями, и разобщительный клапан форсунки. Форсунка соединяется с ТНВД основным и дополнительным трубопроводом [1] Недостатком известной системы является зависимость давления посадки иглы от давления ее подъема. Причем посадка иглы форсунки осуществляется при относительно небольших давлениях, что приводит к плохому распыливанию топлива в конце впрыскивания и снижает эффективность работы всей системы. Кроме того, система топливоотдачи не позволяет получать и регулировать начальные давления P_нач в зависимости от режима работы двигателя.

Известны системы подачи топлива прототип с форсунками для впрыскивания топлива в цилиндр двигателя с пружинно-гидравлическим нагружением иглы. Форсунка содержит корпус с надыгольной и подыгольной полостями, причем надыгольная полость является гидрозапорной, в которую подводится топливо через дополнительный топливопровод и запорный элемент от отсечной полости секции ТНВД [2] Недостаток известных конструкций заключается в трудности регулирования и поддержания необходимого давления в гидрозапорной полости в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. Кроме того, такая система отличается сложностью конструкции, существует вероятность появления повторного впрыскивания топлива.

Задачей изобретения является увеличение интенсивности впрыскивания при увеличении скорости подъема и посадки иглы путем создания управляемого в зависимости от режимов работы давления гидродогружения иглы форсунки и повышенного начального давления в линии высокого давления и надыгольной полости Дополнительной задачей изобретения является достижение повышенного эффекта по увеличению давления впрыскивания и сокращению продолжительности впрыскивания на повышенных частотах вращения и цикловых подачах топлива, увеличению производительности секций ТНВД.

Задача решается тем, что в системе подачи топлива для двигателя внутреннего сгорания, содержащей соединенные при помощи трубопроводов топливный бак, топливоподкачивающий насос, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, насос высокого давления и форсунку закрытого типа, в корпусе которой установлен распылитель и запорная игла с подыгольной и надыгольной полостью, соединенной с секцией насоса высокого давления через нагнетательный трубопровод и демпфирующий элемент, связанный с трубопроводом согласно изобретению. Средство для увеличения интенсивности впрыскивания при создании управляемого в зависимости от режимов работы давления гидродогружения и повышенного P_нач выполнено в виде наполнительного и обратного клапанов, расположенных между линией высокого давления и надыгольной полостью, причем наполнительный клапан выходом подключен к надыгольной полости форсунки, а обратный клапан подключен выходом к линии высокого давления.

Задача решается также тем, что средство для увеличения интенсивности впрыскивания наполнительный и обратный клапаны размещены в надыгольной полости форсунки.

Задача решается также тем, что пружина иглы форсунки и наполнительного клапана выполнены в виде одной общей пружины.

Указанная цель достигается также тем, что наполнительный и обратный клапаны размещены в корпусе форсунки.

Задача решается также тем, что средство для создания управляемого давления гидродогружения и повышенного начального давления выполнено в виде клапана давления, конструктивно объединенного с обратным клапаном и противоположно направленным ему.

Задача решается также тем, что наполнительный и обратный клапаны размещены между секцией ТНВД и надыгольной полостью.

Задача решается также тем, что боковая поверхность наполнительного клапана сопрягается с корпусом с минимальным зазором и снабжена по меньшей мере одним дроссельным каналом, выполненным профильным (в виде отверстия, паза прямоугольного, треугольного, трапециевидного и др.).

Задача решается также тем, что демпфирующий дроссель может быть размещен в корпусе форсунки, в корпусе наполнительного или обратного клапанов.

Задача решается также тем, что демпфирующий дроссель размещен в корпусе форсунки, наполнительного и обратного клапанов.

Задача решается также тем, что демпфирующий дроссель выполнен регулируемым.

Задача решается также тем, что усилие пружины наполнительного и обратного клапанов выполнено регулируемым.

На фиг. 1 показана схема системы подачи топлива, на фиг.2 общий вид устройства для создания управляемого в зависимости от режимов работы давления гидродогружения P_гз и повышенного P_нач, на фиг. 3 - конструктивное выполнение устройства для создания управляемого P_гз и повышенного P_нач с размещением его в надыгольной полости форсунки, на фиг.4 вариант конструктивного выполнения устройства для создания управляемого Р_гз и повышенного P_нач с одной общей пружиной, фиг.5 вариант конструктивного выполнения устройства для создания управляемого P_гз и повышенного P_нач с размещением их в корпусе форсунки, согласно фиг.2; фиг.6 варианты конструктивного выполнения устройства для создания управляемого P_гз и P_нач, у которого боковая поверхность снабжена дроссельным профильным каналом.

Система подачи топлива для двигателя внутреннего сгорания (фиг.1) (замкнутая, бессливная) содержит топливный бак 1, фильтр 2 грубой очистки топлива, топливоподкачивающий насос 3, фильтр 4 тонкой очистки топлива, топливный насос высокого давления 5 и корпус 6 форсунки со штуцером 7 подвода топлива, которые соединены между собой топливопроводами 8 низкого и высокого 9 давления. В корпусе 6 форсунки выполнены каналы 10 для подвода топлива в подыгольную полость 11 распылителя 12 с иглой 13, поджатой пружиной 14, размещенной в надыгольной полости 15 форсунки. Каждая форсунка снабжена средством для создания управляемого, в зависимости от режимов работы двигателя, гидродогружения иглы P_гз и повышенного начального давления P_нач в линии высокого давления 9 и надыгольной полости 15 в виде наполнительного 16 и обратного 17 клапанов, расположенных между линией высокого давления 9, 10 и надыгольной полостью 15, причем наполнительный клапан 16 подключен выходом к надыгольной полости форсунки, а обратный клапан 17 подключен выходом (фиг.2) к линии высокого давления 9,10. Усилие пружины наполнительного клапана 16, регулируемое, подбирается и составляет больше усилия затяжки пружины 14 иглы форсунки.

Усилие затяжки обратного клапана 17, стравливающего топливо из надыгольной полости 15, выполнено также регулируемым, причем оно значительно меньше усилия затяжки иглы форсунки.

Устройство для создания управляемого P_гз и повышенного P_нач конструктивно размещено в надыгольной полости 15 и выполнено в виде наполнительного клапана с корпусом 18, поджатого пружиной 19 к седлу 20 (фиг.3). Причем пружина 19 другим концом упирается в тарелку 21 штанги форсунки. В корпусе 18 наполнительного клапана выполнена полость 22, в которой размещен обратный клапан 23, поджатый пружиной 24 к седлу 25, причем усилие затяжки пружины 24 обратного клапана 23 выполнено регулируемым. В седле 25 обратного клапана и в корпусе наполнительного клапана выполнены отверстия 26. В другом варианте седла наполнительного клапана 18 и обратного клапана 25 снабжены демпфирующими дросселями 27. Кроме того, в другом варианте выполнения демпфирующий дроссель 28 размещен в корпусе 6 форсунки, в центральном канале 29 подвода топлива в надыгольную полость. В следующем варианте выполнения проходное сечение демпфирующего дросселя 28, а также усилие пружины наполнительного и обратного клапанов выполнено регулируемым в зависимости от режимов работы двигателя.

В варианте исполнения (фиг.4) пружина иглы форсунки 30 и наполнительного клапана 31 выполнена в виде одной общей пружины 30, размещенной в надыгольной полости 32. При этом пружины 30 форсунки поджимает наполнительный клапан к седлу 33. В корпусе наполнительного клапана 31 конструктивно выполнено седло 34 обратного клапана 35 поджатого пружиной 36 к седлу 34.

В другом варианте исполнения (фиг.5) наполнительный 37 и обратный 38 клапаны размещены в корпусе форсунки 39 между линией высокого давления 40 и надыгольной полостью 41 форсунки.

В варианте исполнения (фиг. 6) боковая поверхность 42 наполнительного клапана сопрягается с корпусом с минимальным зазором и снабжена по меньшей мере одним дроссельным каналом, выполненным профильным, например, в виде отверстия 43, паза трапециевидного 44, треугольного 45, прямоугольного 46 и т. д.

В варианте исполнения (на рис. не показан) наполнительный и обратный клапан размещены между секцией ТНВД, надыгольной полостью и линией высокого давления в виде отдельного конструктивного узла с подсоединительными штуцерами, что позволяет использовать все серийные элементы форсунки без каких либо их конструктивных изменений.

Система подачи топлива работает следующим образом. В исходном положении плунжера топливного насоса 5 высокого давления (фиг.1) надплунжерная полость заполнена топливом, подаваемым топливоподкачивающим насосом 3, через фильтры грубой 2 и тонкой 4 очистки топлива. После перекрытия кромкой отсечного окна и движения плунжера открывается нагнетательный клапан и топливо поступает по нагнетательному топливопроводу 9 в подыгольную полость 11 распылителя. Когда усилие от давления топлива превысит усилие затяжки пружины 19 наполнительного клапана 18 (фиг.3), топливо заполняет надыгольную полость 15, создавая дополнительное гидравлическое догружение иглы 13 форсунки. При дальнейшем перемещении плунжера, когда усилие от давления топлива в подыгольной полости превысит усилие механической 14 и 19 и гидравлической составляющих, игла 13 форсунки 6 (фиг.1), поднимаясь, открывает доступ топлива к сопловым отверстиям форсунки. Происходит впрыскивание топлива в цилиндр двигателя. При этом наполнительный клапан 16 закрывается, сохраняя при этом повышенное давление топлива в надыгольной полости 15. После отсечки подачи топлива импульс давления отсечного топлива распространяется из линии высокого давления по каналу 10 подвода топлива к наполнительному клапану 16, вызывая его открытие, резкое увеличение давления в надыгольной полости, увеличивая скорость посадки иглы форсунки. При этом на иглу форсунки, кроме механической составляющей, действует гидравлическая составляющая, что устраняет конечную фазу впрыскивания при низких давлениях, сокращает продолжительность впрыскивания, устраняет всякое повторное впрыскивание топлива, зависание иглы форсунки и закоксовывание сопловых отверстий распылителя.

После посадки нагнетательного клапана секции ТНВД в надыгольной полости форсунки сохраняется повышенное давление топлива. Величина повышенного давления топлива в надыгольной полости зависит от усилия затяжки пружины обратного клапана: чем больше усилие затяжки, тем больше давление топлива в надыгольной полости. По зазору игла направляющая часть распылителя топливо в период между впрысками перетекает в линию высокого давления, создавая в последней повышенное давление, что способствует увеличению интенсивности впрыскивания (увеличению давления и сокращению продолжительности впрыска), увеличению производительности секции ТНВД. Последующее впрыскивание топлива сопровождается увеличенной скоростью подъема и посадки иглы из-за повышения давления впрыскивания.

Повышенный эффект по увеличению давления и сокращению продолжительности впрыскивания наблюдается на повышенных частотах вращения и цикловых подачах топлива. Это объясняется тем, что чем больше усилие затяжки пружины наполнительного клапана, тем при большей частоте вращения или цикловой подаче топлива начинается более интенсивное приращение давления впрыскивания и сокращение его продолжительности.

Величина давления и продолжительности впрыскивания зависит от усилия затяжек пружин наполнительного и обратного клапанов, гидравлических характеристик демпфирующих дросселей, размещенных в корпусе наполнительного и обратного клапанов, соотношения объемов надплунжерной и надыгольной полости, скорости движения плунжера.

Геометрические размеры профильного паза, выполненного на боковой поверхности наполнительного клапана (фиг.6), сопряженного с корпусом форсунки с небольшим зазором, позволяют также регулировать величину повышенного давления гидродогружения в надыгольной полости.

Геометрические размеры демпфирующих дросселей, а также регулируемый дроссель позволяют корректировать величину интенсивности (давления и продолжительности) впрыскивания в зависимости от параметров работы двигателя.

Таким образом, технико-экономическая эффективность от предложенного технического решения заключается в том, что при минимальных конструктивных изменениях форсунки (установка наполнительного и обратного клапанов) достигается увеличение давления и сокращение продолжительности впрыскивания при возрастании скорости подъема и посадки иглы форсунки при создании управляемого в зависимости от режимов работы двигателя давления гидродогружения иглы форсунки и повышенного P_нач в линии высокого давления и надыгольной полости. При этом устраняется повторное впрыскивание топлива, зависание иглы форсунки и закоксовывание сопловых отверстий распылителя.

В заключение необходимо отметить, что предложенное техническое решение создано и прошло испытания, подтвердившие высокую эффективность и надежность работы.

Формула изобретения

1. Система подачи топлива для двигателя внутреннего сгорания, содержащая соединенные при помощи трубопроводов топливный бак, топливоподкачивающий насос, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, насос высокого давления и форсунку закрытого типа, в корпусе которой установлен распылитель и подпружиненная запорная игла, размещенная с образованием подыгольной и надыгольной полостей, причем надыгольная полость соединена с секцией насоса высокого давления через нагнетательный трубопровод и демпфирующий элемент, связанный с трубопроводом, отличающаяся тем, что средство для создания управляемого давления гидронагружения и повышенного начального давления выполнено в виде накопительного и обратного клапанов, расположенных между линией высокого давления и подыгольной полостью, причем наполнительный клапан выходом подключен к надыгольной полости форсунки, а обратный клапан подключен выходом к линии высокого давления.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что наполнительный и обратный клапаны размещены в надыгольной полости форсунки.

3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что пружина иглы форсунки и пружина наполнительного клапана выполнены в виде одной общей пружины.

4. Система по пп.1 3, отличающаяся тем, что боковая поверхность наполнительного клапана сопрягается с корпусом форсунки с минимальным зазором и снабжена по меньшей мере одним дроссельным каналом, выполненным профильным.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что профиль дроссельного канала выполнен в виде отверстия.

6. Система по п.4, отличающаяся тем, что профиль дроссельного канала выполнен прямоугольным, или треугольным, или трапециевидным.

7. Система по пп.1 6, отличающаяся тем, что демпфирующий элемент выполнен в виде дросселя.

8. Система по пп.1 7, отличающаяся тем, что дроссель размещен в корпусе форсунки.

9. Система по пп.1 7, отличающаяся тем, что наполнительный клапан выполнен с корпусом, а дроссель расположен в корпусе наполнительного клапана.

10. Система по пп.1 7, отличающаяся тем, что обратный клапан выполнен с корпусом, а дроссель расположен в корпусе обратного клапана.

11. Система по пп.1 3, отличающаяся тем, что дроссель выполнен регулируемым.

12. Система по пп.1 3, отличающаяся тем, что усилие пружины наполнительного клапана выполнено регулируемым в зависимости от режимов работы двигателя.

13. Система по пп.1 3, отличающаяся тем, что усилие пружины обратного клапана выполнено регулируемым.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6