Устройство регулирования топливоподачи дизеля

Полезная модель предназначена для использования в топливовпрыскивающей аппаратуре дизелей и позволяет повысить точность регулирования угла опережения впрыскивания топлива в цилиндры дизеля. Устройство содержит корпус с головкой, расположенные в головке нагнетательный клапан и клапан регулирования угла опережения впрыскивания топлива с управляющим электромагнитом, подключенным к электронному блоку, расположенные в корпусе магистраль подачи топлива низкого давления и насосную секцию, включающую кулачковый вал, зубчатую дозирующую рейку и гильзу с наполнительным отверстием, размещенный в гильзе топливоподающий плунжер с осевым каналом, который поджат возвратной пружиной через толкатель к кулачку вала. Плунжер имеет на боковой поверхности винтовую канавку с верхней и нижней отсечными кромками и свободный торец. Канавка сообщается с торцом плунжера через осевой канал. Плунжер снабжен втулкой с зубчатым венцом, находящимся в зацеплении с дозирующей рейкой. Верхняя часть внутренней полости гильзы и торец плунжера образуют надплунжерную полость. Нагнетательный клапан выполнен с запорным элементом, поджатым к седлу пружиной и соединен каналом со стороны седла с надплунжерной полостью. Выход клапана регулирования угла опережения впрыскивания топлива в надплунжерную полость выполнен напротив торца плунжера. Головка содержит рассекатель потока топлива со сквозным каналом, который сопряжен с торцом гильзы и снабжена дополнительной полостью, сообщающейся с надплунжерной полостью корпуса через сквозной канал рассекателя. Рассекатель может быть выполнен в виде цилиндрического стаканчика с донышком, обращенным в сторону дополнительной полости головки, а на боковой стенке стаканчика выполнены сквозные отверстия. 1 н.п. и 1 з.п.

Полезная модель относится к системам топливоподачи двигателей внутреннего сгорания и может быть использована в топливовпрыскивающей аппаратуре дизелей с подпружиненными нагнетательным клапаном или нагнетательным клапаном и клапаном регулирования угла опережения впрыскивания топлива.

Одной из главных проблем современного двигателестроения является необходимость обеспечения требуемых современными документами (EURO-1 - EURO-5) показателей токсичности отработавших газов (ОГ). Наиболее значимым токсичным компонентом ОГ дизельных двигателей являются оксиды азота NO _X.

Одним из наиболее эффективных методов снижения выброса NO_X является регулирование момента начала подачи топлива в двигатель - угла опережения впрыскивания топлива (УОВТ). Уменьшение УОВТ приводит (позднее впрыскивание топлива) к смещению процесса сгорания на такт расширения с пониженными температурами сгорания и, следовательно, с уменьшенным выходом оксидов азота NO_X

Разработаны различные устройства регулирования топливоподачи в двигатель.

Известно устройство управления топливоподачей (регулятор) дизеля, содержащее топливоподающий плунжер, кинематически связанный с дозирующей рейкой, и центробежный чувствительный элемент с грузами, взаимодействующими через муфту и рычаг регулятора с дозирующей рейкой (Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. М. Машиностроение, 1979, рис.203а).

Недостатком описанного устройства является невысокая точность управления топливоподачей, поскольку оно обеспечивает только формирование общих характеристик регулирования частоты вращения и не обеспечивает управления моментом начала подачи топлива (углом опережения впрыскивания топлива).

Известна топливовпрыскивающая система дизеля, содержащая плунжерный насос, нагнетающая часть которого подсоединена к перепускной линии, включающей последовательно соединенные регулируемый дроссель и аккумулятор давления, через впускной и выпускной обратные клапаны (Авт. свидет. СССР 953251, 12.02.1975, МПК F02М 59/34). Причем к нагнетающей части насоса подключен датчик максимального давления с исполнительным механизмом, соединенным с регулируемым дросселем перепускной линии. Система повышает стабильность цикловых подач топлива. Недостатком системы является сложность конструкции, надежность работы которой снижается в условиях вибрационной работы дизеля.

Наиболее близким аналогом по назначению и конструкции, что и заявляемое техническое решение является устройство управления топливоподачей дизеля (патент РФ 2156882, 09.03.1990, МПК F02М 59/36). Устройство содержит корпус, размещенные в корпусе кулачковый вал, гильзу, топливоподающий плунжер, установленный в гильзе, и выполненный с отсечной кромкой. Нагнетательный клапан с седлом клапана образует с гильзой и плунжером надплунжерную полость, имеющую наполнительный и отсечной каналы. Выполненные в корпусе наполнительная и сливная магистрали соединены соответственно через нагнетательный и отсечной каналы с надплунжерной полостью. Дозирующая втулка установлена на плунжере и кинематически связана с дозирующей рейкой. Наполнительный канал надплунжерной полости выполнен в седле нагнетательного клапана. В наполнительном канале размещен электромагнитный клапан. Устройство содержит электронный регулятор, управляющий рейкой. Электромагнитным клапаном управляет электронный блок.

Устройство регулирования топливоподачи дизеля позволяет по представленной математической зависимости повысить эффективность управления цикловой подачей топлива.

Процесс цикловой подачи топлива в плунжерном насосе дизеля неизбежно вызывает скачкообразное повышение давления топлива в надплунжерной полости. При расположении подпружиненных запорных элементов клапана топливного насоса в надплунжерной полости напротив торца плунжера возникает нерасчетное динамическое воздействие столба топлива, перемещаемого плунжером в гильзе, на запорный элемент клапана. Это может вызвать непреднамеренное открытие клапана и нарушение заданного цикла опережения впрыскивания топлива в цилиндр дизеля.

Таким образом, недостатком устройства является невысокая точность регулирования угла опережения впрыскивания топлива, вызванная тем, что скачкообразный рост давления потока топлива, вытесняемого из гильзы плунжером, и поступающего в надплунжерную полость в ряде случаев приводит к самопроизвольному открытию запорного элемента нагнетательного клапана и закрытию запорного элемента клапана регулирования угла опережения впрыскивания топлива.

В основу полезной модели положено решение задачи повышения точности регулирования угла опережения впрыскивания топлива в дизель.

Поставленная задача решается тем, что устройство регулирования топливоподачи дизеля, содержит корпус с головкой. В головке расположены нагнетательный клапан и клапан регулирования угла опережения впрыскивания топлива с управляющим электромагнитом, подключенным к электронному блоку. В корпусе расположены магистраль подачи топлива низкого давления и насосная секция, включающая кулачковый вал, зубчатую дозирующую рейку и гильзу с наполнительным отверстием. В гильзе размещен топливоподающий плунжер с осевым каналом, который поджат возвратной пружиной через толкатель к кулачку вала. Причем плунжер имеет на боковой поверхности винтовую канавку с верхней и нижней отсечными кромками и свободный торец. Канавка сообщается с торцом плунжера через осевой канал. Кроме того, плунжер снабжен втулкой с зубчатым венцом, находящимся в зацеплении с дозирующей рейкой. Верхняя часть внутренней полости гильзы и торец плунжера образуют надплунжерную полость. Нагнетательный клапан поджат к седлу пружиной и соединен каналом со стороны седла с надплунжерной полостью. Клапан регулирования УОВТ выполнен в виде запорного элемента с пружиной и приводом от электромагнита. Клапан регулирования УОВТ сообщается до запорного элемента с магистралью подачи топлива низкого давления, а через запорный элемент - с надплунжерной полостью. Выход запорного элемента клапана регулирования УОВТ в надплунжерную полость выполнен напротив торца плунжера.

Новым в полезной модели является то, что головка содержит рассекатель потока топлива со сквозным каналом, где рассекатель сопряжен с торцом гильзы, причем головка снабжена дополнительной полостью. Дополнительная полость сообщается с надплунжерной полостью корпуса через сквозной канал рассекателя. Вход канала нагнетательного клапана и выход запорного элемента клапана регулирования УОВТ расположены в дополнительной полости. Надплунжерная и дополнительная полости соединены с магистралью подачи топлива низкого давления через наполнительное отверстие в гильзе, винтовую канавку и осевой канал в плунжере.

Наличие в головке рассекателя потока топлива со сквозным каналом, который сопряжен с торцом гильзы и дополнительной полости, сообщающейся с надплунжерной полостью корпуса через сквозной канал рассекателя, расположение выхода канала клапана регулирования угла опережения впрыскивания топлива в дополнительной полости, соединение надплунжерной и дополнительной полостей с магистралью подачи топлива низкого давления через наполнительное отверстие в гильзе, винтовую канавку и осевой канал в плунжере позволяет снизить динамическое воздействие столба топлива, перемещаемого плунжером в гильзе, на запорные элементы клапанов, исключить непреднамеренное открытие клапанов и сохранить заданную цикличность опережения впрыскивания топлива в цилиндр дизеля.

Существенные признаки полезной модели могут иметь развитие и продолжение.

Рассекатель может быть выполнен в виде стаканчика с донышком, обращенным в сторону дополнительной полости головки, где на боковой стенке стаканчика выполнены сквозные отверстия.

Такое выполнение рассекателей исключает прямое динамическое циклическое воздействие столба топлива на работу клапанов устройства.

Таким образом, решена поставленная в полезной модели задача. Предложенное устройство топливоподачи позволяет повысить точность регулирования угла опережения впрыскивания топлива в дизель.

Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием устройства регулирования топливоподачи дизеля и его работы со ссылкой на иллюстрации представленные на фиг.1-2, где на фиг.1 - представлена конструктивная схема устройства регулирования подачи топлива, а на фиг.2 - показан вариант рассекателя потока топлива.

Устройство регулирования топливоподачи дизеля, содержит (см. фиг.1) корпус 1 с головкой 2. В головке 2 расположены нагнетательный клапан 3 и клапан 4 регулирования угла опережения впрыскивания топлива с управляющим электромагнитом 5, подключенным к электронному блоку 6. В корпусе расположены магистраль 7 подачи топлива низкого давления и насосная секция.

Насосная секция включает кулачковый вал (не показан), зубчатую дозирующую рейку 8 и гильзу 9 с наполнительным отверстием 10. В гильзе 9 размещен топливоподающий плунжер 11 с осевым каналом 12, который поджат возвратной пружиной 13 через толкатель 14 к кулачку. Причем плунжер 11 имеет на боковой поверхности винтовую канавку 15 с верхней и нижней отсечными кромками 16, 17 и свободный торец 18. При этом канавка 15 сообщается с торцом 18 плунжера 11 через осевой канал 12.

Кроме того, плунжер 11 снабжен втулкой 19 с зубчатым венцом 20, находящимся в зацеплении с дозирующей рейкой 8. Верхняя часть внутренней полости гильзы 9 и торец 18 плунжера 11 образуют надплунжерную полость 21.

Нагнетательный клапан 3 поджат к седлу 22 пружиной 23 и соединен каналом 24 со стороны седла 22 с надплунжерной полостью 21. Клапан 4 регулирования УОВТ выполнен в виде запорного элемента 25 и пружины 26 с приводом от электромагнита 5. Клапан 4 сообщается до запорного элемента 25 с магистралью 7 подачи топлива низкого давления.

Выход запорного элемента 25 клапана 4 выполнен против торца 18 плунжера 11. Головка 2 содержит рассекатель 27 потока топлива со сквозным каналом 28. Рассекатель 27 сопряжен с торцом гильзы 9. Головка 2 снабжена дополнительной полостью 29. Полость 29 сообщается с надплунжерной полостью 21 корпуса 1 через сквозной канал 28 в рассекателе 27. Надплунжерная 21 и дополнительная 29 полости соединены с магистралью 7 подачи топлива низкого давления через наполнительное отверстие 10 в гильзе 9, винтовую канавку 15 и осевой канал 12 в плунжере 11.

Рассекатель 27 (см. фиг.2) может быть выполнен в виде цилиндрического стаканчика с донышком, обращенным в сторону дополнительной полости 29 головки 2, где на боковой стенке стаканчика выполнены сквозные отверстия 30.

Устройство регулирования топливоподачи дизеля работает следующим образом. В начальной фазе топливоподачи плунжер 11 удерживается в крайнем нижнем положении возвратной пружиной 13 и через толкатель 14 поджат к кулачку. При этом управляющий электромагнит 5 отключен, а запорный элемент 25 клапана 4 удерживается в открытом положении пружиной 26. Клапан 4 открыт.

Нагнетательный клапан 3 поджат к седлу 22 пружиной 23. Клапан 3 закрыт. Надплунжерная полость 21 и дополнительная полость 29 через канал 28 и открытый клапан 4 соединены с магистралью 7 подачи топлива. Полости 21 и 29 из магистрали 7 заполнены топливом низкого давления. При движении плунжера 11 вверх в надплунжерной полости 21 и дополнительной полости 29, сообщающихся между собой, поднимается давление топлива. Клапан 4 закрывается. Давление топлива воздействует на клапан 3 и сжимая пружину 23 отрывает его. Из клапана 3 топливо высокого давления поступает в надыгольную полость форсунки, откуда оно впрыскивается в камеру сгорания дизеля (не показано). При дальнейшем движении плунжера 11 вверх окончание цикла нагнетания топлива соответствует моменту начала открытия наполнительного отверстия 10 верхней кромкой 16 винтовой канавки 15 плунжера 11. При этом надплунжерная полость 21 через осевой канал 12, винтовую канавку 15 плунжера 11 сообщается с магистралью 7 подачи топлива низкого давления. Давление топлива в надплунжерной и дополнительной полостях 21, 29 уменьшается и нагнетательный клапан 3 под действием пружины 23 закрывается.

После прохождения своего крайнего верхнего положения плунжер 11 под действием возвратной пружины 13 движется вниз, управляющий элетромагнит 5 отключается и клапан 4 регулирования УОВТ открывается. Далее цикл работы топливоподачи повторяется вновь.

Изменение УОВТ осуществляется изменением момента закрытия клапана 4. Изменение цикловой подачи топлива осуществляется при перемещении исполнительным устройством (не показано) дозирующей рейки 8, связанной зубчатым венцом 20 с втулкой 19 установленной жестко на плунжере 11. Перемещение дозирующей рейки 8 вызывает поворот плунжера 11 и расположенной на нем винтовой канавки 15 и более раннее или позднее открытие верхней кромкой 16 канавки 15 наполнительного отверстия 10. При изменении угла опережения впрыскивания топлива для обеспечения постоянства цикловой подачи топлива необходимо изменять соответствующим образом и положение дозирующей рейки 8.

Следует отметить, что выход потока топлива высокого давления в дополнительную полость 29 из канала 28 в рассекателе 27, направлен перпендикулярно направлению оси клапана 4. Это позволяет уменьшить величину динамического напора потока, воздействующего на клапан 4.

Точность поддержания УОВТ в настоящее время находится на уровне ±1°; реализация данного предложения позволяет довести ее до ±0.5°. По опытным данным это дает возможность уменьшить выбросы NO _X на 5-7%.

1. Устройство регулирования топливоподачи дизеля, содержащее корпус с головкой, расположенные в головке нагнетательный клапан и клапан регулирования угла опережения впрыскивания топлива с управляющим электромагнитом, подключенным к электронному блоку, расположенные в корпусе магистраль подачи топлива низкого давления и насосная секция, включающая кулачковый вал, зубчатую дозирующую рейку и гильзу с наполнительным отверстием, размещенный в гильзе топливоподающий плунжер с осевым каналом, который поджат возвратной пружиной через толкатель к кулачку вала, причем плунжер имеет на боковой поверхности винтовую канавку с верхней и нижней отсечными кромками и свободный торец, при этом канавка сообщается с торцом плунжера через осевой канал, кроме того, плунжер снабжен втулкой с зубчатым венцом, находящимся в зацеплении с дозирующей рейкой, верхняя часть внутренней полости гильзы и торец плунжера образуют надплунжерную полость, нагнетательный клапан поджат к седлу пружиной и соединен каналом со стороны седла с надплунжерной полостью, клапан регулирования угла опережения впрыскивания топлива выполнен в виде запорного элемента с пружиной и приводом от электромагнита, где клапан сообщается до запорного элемента с магистралью подачи топлива низкого давления, а через запорный элемент - с надплунжерной полостью, выход запорного элемента клапана регулирования угла опережения впрыскивания топлива в надплунжерную полость выполнен напротив торца плунжера, отличающееся тем, что головка содержит рассекатель потока топлива со сквозным каналом, где рассекатель сопряжен с торцом гильзы, причем головка снабжена дополнительной полостью, сообщающейся с надплунжерной полостью корпуса через сквозной канал рассекателя, вход канала нагнетательного клапана и выход клапана регулирования угла опережения впрыскивания топлива расположены в дополнительной полости, надплунжерная и дополнительная полости соединены с магистралью подачи топлива низкого давления через наполнительное отверстие в гильзе, винтовую канавку и осевой канал в плунжере.

2. Устройство регулирования топливоподачи дизеля по п.1, отличающееся тем, что рассекатель выполнен в виде стаканчика с донышком, обращенным в сторону дополнительной полости головки, а на боковой стенке стаканчика выполнены сквозные отверстия.