Нагнетательный клапан двойного действия

Авторы патента:

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к конструкции топливоподающей аппаратуры дизелей.

Технический результат направлен на улучшение параметров топливоподачи вследствие устранения явления подвпрыскивания и снижения интенсивности волновых явлений в нагнетательной магистрали за счет эффективного демпфирования гидроудара возникающего при посадке нагнетательного клапана, обеспечение формирования в нагнетательной магистрали начального давления оптимизированного по нагрузке и частоте вращения вала привода ТНВД, а также на максимальную унификацию с штатной топливной аппаратурой отечественных дизелей при ее модернизации элементами системы регулирования начального давления.

с одной стороны и седлом с другой, на клапане имеются две разгрузочные канавки, переходящие в разгрузочный поясок, сообщенный при исходном положении клапана через подпитывающий канал и кольцевую проточку в седле с каналом подпитывающего штуцера, гидроаккумулятор выполнен общим для всех секций ТНВД и соединен с ними через подпитывающие трубопроводы и подпитывающие штуцера корпусов нагнетательных клапанов, гидроаккумулятор содержит разделенные мембраной газовый демпфер и гидравлическую полость, в которой посредством управляемого электромагнитного клапана автоматически поддерживается давление в значении равном оптимальному начальному давлению в нагнетательной магистрали для текущего скоростного и нагрузочного режима работы ТНВД.

Известна топливоподающая система дизеля, содержащая насос, имеющий, по меньшей мере, две насосные секции, каждая из которых связана через запорный нагнетательный клапан с нагнетательным трубопроводом и с форсункой закрытого типа; аккумулятор топлива, выполненный в виде общего для всех секций канала в корпусе насоса и содержащий газовую и гидравлическую полости, разделенные диафрагмой; дополнительные каналы, размещенные между аккумулятором и нагнетательными трубопроводами и выполненные в виде сверлении в корпусе и седлах нагнетательных клапанов с регулируемыми дросселями в виде резьбовых пробок с проходным сечением 0,5-1,5 проходного сечения распылителя (авторское свидетельство СССР N 842211, F02М 55/00, 1981).

Недостатками известного технического решения являются: отсутствие возможности эффективного гашения волновых явлений в нагнетательной магистрали, образующихся вследствие возникновения гидроудара в штуцере насоса при посадке нагнетательного клапана и приводящих при определенных условиях к возникновению подвпрыскиваний топлива; уменьшение цикловой подачи по причине

отбора части топлива из нагнетательной магистрали при топливоподаче для питания гидроаккумулятора; технологическая сложность изготовления гидроаккумулятора в корпусе насоса и регулирования дросселей с целью создания равных оптимальных начальных давлений в нагнетательных магистралях; сложность и ненадежность совмещения каналов в корпусе насоса и канавок в седле нагнетательного клапана при монтаже системы; высокая трудоемкость модернизации существующих топливных систем дизелей с целью приведения к данной схеме; отсутствие регулирования давления в гидроаккумуляторе и нежелательная зависимость начальных давлений в нагнетательной магистрали, пропорциональная величине давлений впрыскивания.

Известна система топливоподачи дизеля, содержащая насос высокого давления, связанный с магистралью низкого давления и соединенный через нагнетательный клапан двойного действия и трубопровод высокого давления с форсункой; втулку плунжера насоса, имеющую всасывающее и отсечное отверстия, причем отсечное отверстие имеет форму треугольника, с основанием, наклоненным относительно вертикальной оси на угол, равный углу наклона отсечной кромки плунжера; плунжер имеющий регулирующую кромку, выполненную в виде фаски малой глубины с углом наклона а, а наклон винтовой канавки уменьшен на ту же величину; отсечной канал выполненный в корпусе насоса и связанный с отсечным отверстием с одной стороны и с гидроаккумулятором через отсечной трубопровод и невозвратный клапан с

другой стороны; гидроаккумулятор связанный, в свою очередь, через клапан двойного действия с трубопроводом низкого давления и через подпитывающий трубопровод и нагнетательный клапан двойного действия с трубопроводом высокого давления (патент на полезную модель RU N 66430, F02М 55/00, 2007).

Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности автоматического регулирования начального давления в нагнетательной магистрали.

Известен нагнетательный клапан для дизеля с форсункой, имеющий замкнутый надыгольный объем, содержащий запорный орган и седло, имеющее отверстие для снижения давления в надыгольном объеме форсунки в промежутке между впрыскиваниями (авторское свидетельство СССР N 1002650, F02М 59/44, 1983).

Недостатком данного технического решения является замедление скорости подъема нагнетательного клапана из-за утечек топлива через отверстие в седле и затягивание вследствие этого начала впрыскивания; отсутствие эффективного демпфирования гидроудара, возникающего в момент посадки клапана в седло.

Наиболее близким техническим решением является нагнетательный клапан насоса высокого давления для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с размещенным в нем подпружиненным цилиндрическим клапаном и расположенным в верхней его части штуцером, а также аккумулятор топлива, расположенный за пределами

корпуса и соединенный с ним посредством переходника. Полости аккумулятора и линии нагнетания в исходном положении цилиндрического подпружиненного клапана соединены между собой каналом (патент на полезную модель RU N 54636, F02М 55/00, 2006).

Недостатками данного технического решения являются отсутствие ограничителя хода запорного элемента, что при больших импульсах подачи от насоса может привести к частичному или полному разобщению надплунжерного пространства и нагнетательного трубопровода; отсутствие возможности регулирования начального давления в нагнетательной магистрали; технологическая сложность выполнения гидроаккумуляторов для каждой секции топливного насоса высокого давления (ТНВД) и слабая степень унификации с существующими образцами топливной аппаратуры (ТА), используемыми на российских дизелях.

отечественных дизелей при ее модернизации элементами системы регулирования начального давления.

Технический результат достигается тем, что известный нагнетательный клапан насоса высокого давления для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с размещенным в нем подпружиненным клапаном и расположенным в верхней его части штуцером, а также аккумулятор топлива, расположенный за пределами корпуса, причем полости аккумулятора и линии нагнетания в исходном положении подпружиненного клапана соединены между собой, при этом корпус нагнетательного клапана содержит подпитывающий штуцер с каналом, ход нагнетательного клапана грибкового типа ограничен упором с радиальными и центральным каналами с одной стороны и седлом с другой, на клапане имеются две разгрузочные канавки, переходящие в разгрузочный поясок, сообщенный при исходном положении клапана через подпитывающий канал и кольцевую проточку в седле с каналом подпитывающего штуцера, гидроаккумулятор выполнен общим для всех секций ТНВД и соединен с ними через подпитывающие трубопроводы и подпитывающие штуцера корпусов нагнетательных клапанов, гидроаккумулятор содержит разделенные мембраной газовый демпфер и гидравлическую полость, в которой посредством управляемого электромагнитного клапана автоматически поддерживается давление в значении равном оптимальному начальному давлению в нагнетательной

магистрали для текущего скоростного и нагрузочного режима работы ТНВД.

Отличительным признаком от прототипа является то, что корпус нагнетательного клапана содержит подпитывающий штуцер с каналом, ход нагнетательного клапана грибкового типа ограничен упором с радиальными и центральным каналами с одной стороны и седлом с другой, на клапане имеются две разгрузочные канавки, переходящие в разгрузочный поясок, сообщенный при исходном положении клапана через подпитывающий канал и кольцевую проточку в седле с каналом подпитывающего штуцера, гидроаккумулятор выполнен общим для всех секций ТНВД и соединен с ними через подпитывающие трубопроводы и подпитывающие штуцера корпусов нагнетательных клапанов, гидроаккумулятор содержит разделенные мембраной газовый демпфер и гидравлическую полость, в которой посредством управляемого электромагнитного клапана автоматически поддерживается давление в значении равном оптимальному начальному давлению в нагнетательной магистрали для текущего скоростного и нагрузочного режима работы ТНВД.

Сущность полезной модели поясняется графическим материалом:

На фиг.1 изображена схема работы нагнетательного клапана двойного действия;

на фиг.2 изображена осциллограмма давления топлива перед форсункой (топливная аппаратура марки 33-01 дизеля КамАЗ-740.10) при

применении штатного нагнетательного клапана и экспериментального нагнетательного клапана двойного действия на режиме 50% нагрузки и частоте вращения вала привода ТНВД 800 мин^-1 .

Нагнетательный клапан двойного действия (Фиг.1) содержит корпус нагнетательного клапана 1 с нагнетательным каналом 2 и подпитывающим штуцером 3 с каналом 4. В корпусе нагнетательного клапана 1 размещены седло 5 с подпитывающим каналом 6 и кольцевой проточкой 7, в котором с возможностью осевого перемещения расположен нагнетательный клапан 8 с радиальными 9 и центральным 10 каналами, двумя разгрузочными канавками 11, выполненными в плоскости, перпендикулярной радиальным каналам 9 и соединяющимися с разгрузочным пояском 12, упор нагнетательного клапана 13 с радиальными 14 и центральным 15 каналами, на который опирается одним концом пружина 16, штуцер нагнетательного клапана 17, соединенного с трубопроводом высокого давления 18. Подпитывающий штуцер корпуса клапана 3 соединен посредством подпитывающего трубопровода 19 с гидроаккумулятором 20, имеющим, в свою очередь, газовый демпфер 21, наполненный азотом, гидравлическую полость 22 и управляемый электронным блоком управления (ЭБУ) электромагнитный клапан 23, ограничивающий давление в гидроаккумуляторе 20.

Нагнетательный клапан двойного действия работает следующим образом.

В исходном положении (Фиг.1а) нагнетательный клапан (НК) 8 прижат к седлу 5, разгрузочный поясок 12 находится в плоскости подпитывающего канала 6 седла 5, при этом гидравлическая полость гидроаккумулятора 22 через подпитывающую магистраль, включающую в себя подпитывающий трубопровод 19, канал 4 подпитывающего штуцера 3 корпуса нагнетательного клапана 1, кольцевую проточку 7 и подпитывающий канал 6 седла 5, разгрузочный поясок 12 и разгрузочные канавки НК 11, сообщается с штуцером НК 17 и трубопроводом высокого давления (ТВД) 18. При начале нагнетания топлива плунжером давление в нагнетательном канале 2 корпуса НК 1 растет, вследствие чего НК 8, преодолевая суммарное действие сил давления предварительной затяжки пружины 16 и начального давления топлива в штуцере НК 17, начинает подниматься. При этом, поднимаясь, нижняя кромка разгрузочного пояска 12 перекрывает подпитывающий канал 6 седла 5, разобщая гидравлическую полость гидроаккумулятора 22 и ТВД 18. При дальнейшем перемещении НК 8 относительно седла 5 радиальные каналы 9 начинают входить в полость штуцера НК 17 и топливо из нагнетательного канала 2 через центральный 10 и радиальные каналы 9 НК 8 и нагнетательную магистраль, включающую в себя, центральный 15 и радиальные каналы 14 упора 13, штуцер НК 17 и ТВД 18 поступает в форсунку (Фиг.16). При начале отсечки давление в нагнетательном канале 2 корпуса НК 1 падает, вследствие чего НК 8 под действием суммарной силы действия сжатой пружины 16 и давления топлива в штуцере НК 17

начинает опускаться. При этом, часть топлива, вследствие перепада давлений, успевает перетечь через закрывающиеся радиальные 9 и центральный 10 каналы НК 8 в нагнетательный канал 2 корпуса ПК 1, разгружая ТВД 18. Эффект разгрузки усиливается насосным действием НК 8 при его посадке. Вследствие этого давление в штуцере НК 17 падает и возникает обратная волна, направленная в сторону штуцера НК 17. При посадке НК 8 в исходное положение разгрузочный поясок 12 снова сообщается с подпитывающим каналом 6 седла 5, вследствие чего обратная волна не вызывает возникновение гидроудара в штуцере нагнетательного клапана 17 с формированием отраженной волны, способной привести к повторному подъему иглы форсунки, а проходит через подпитывающую магистраль в гидравлическую полость гидроаккумулятора 22, где теряет свою энергию при взаимодействии с газовым демпфером 21 и вследствие относительно большого объема гидроаккумулятора (ГА) 20. При этом давление в ГА 20 повышается. Значения давления в ГА 20 определяется порогом срабатывания электромагнитного клапана 23, которое задается ЭБУ в зависимости от нагрузочного и скоростного режима работы ТНВД. Процесс завершается, когда давление, установленное в ГА 20, через подпитывающую магистраль формируется в нагнетательной магистрали и становится начальным для следующего такта топливоподачи.

Глубокая разгрузка и ослабление волновых процессов в нагнетательной магистрали после начала отсечки являются

целесообразными с точки зрения ликвидации подвпрыскивания топлива в цилиндр дизеля и интенсификации окончания процесса топливоподачи (Фиг.2). Это препятствует попаданию крупных капель топлива движущихся с малыми скоростями в обедненные кислородом зоны горения, и тем самым, снижает дымность дизеля и расход топлива [1].

Повышение начального давления в нагнетательной магистрали определяет интенсивность переднего фронта нарастания характеристики топливоподачи в следующем такте впрыскивания, а также влияет на максимальные и средние давления впрыскивания. Целесообразно создавать большее начальное давление в нагнетательной магистрали на малых частотах и нагрузках с целью компенсации утечек топлива через неплотности плунжерной пары и обеспечения максимального коэффициента подачи системы. На нагрузках и частотах близких к номинальным, требования к начальному давлению в нагнетательной магистрали менее жесткие [2].

Повышение унификации разработанного нагнетательного клапана двойного действия с элементами штатной ТА отечественных дизелей путем применения штуцера нагнетательного клапана, упора нагнетательного клапана, пружины, ТВД и подпитывающих трубопроводов, а также частичная модернизация НК и седла позволяют снизить затраты на оснащение дизелей высокоэффективной ТА [3].

Таким образом, предложенное решение позволяет достигнуть повышения эффективности работы дизеля благодаря регулированию

начального давления, уменьшению количества топлива, подаваемого в камеру сгорания дизеля после начала отсечки, стабильности и надежности работы нагнетательного клапана двойного действия, а также позволяет снизить затраты на модернизацию с целью повышения параметров топливоподачи штатной ТА отечественных дизелей путем частичной унификации ее элементов.

Источники информации:

1. Савельев М.А. Влияние формирования начальных условий в нагнетательной магистрали топливной аппаратуры высокого давления на характеристику впрыскивания [Текст] / Сб. науч. тр. №10. Производство. Технология. Экология. Том 1. / - М.: 2007, с.109-113

2. Кутовой В.А. Впрыск топлива в дизелях. [Текст]/ Машиностроение/ - М.: 1981, с.107-108

3. Медведков В.И., Билык С.Т. Автомобили КамАЗ-5320, КамАЗ-4310, УРАЛ-4320 [Текст] / ДОСААФ / - М.: 1987, с 22-97.

Нагнетательный клапан двойного действия, содержащий корпус с размещенным в нем подпружиненным клапаном и расположенным в верхней его части штуцером, а также аккумулятор топлива, расположенный за пределами корпуса, причем полости аккумулятора и линии нагнетания в исходном положении подпружиненного клапана соединены между собой, отличающийся тем, что корпус нагнетательного клапана содержит подпитывающий штуцер с каналом, ход нагнетательного клапана грибкового типа ограничен упором с радиальными и центральным каналами с одной стороны и седлом с другой, на клапане имеются две разгрузочные канавки, переходящие в разгрузочный поясок, сообщенный при исходном положении клапана через подпитывающий канал и кольцевую проточку в седле с каналом подпитывающего штуцера, гидроаккумулятор выполнен общим для всех секций ТНВД и соединен с ними через подпитывающие трубопроводы и подпитывающие штуцера корпусов нагнетательных клапанов, гидроаккумулятор содержит разделенные мембраной газовый демпфер и гидравлическую полость, в которой посредством управляемого электромагнитного клапана автоматически поддерживается давление в значении, равном оптимальному начальному давлению в нагнетательной магистрали для текущего скоростного и нагрузочного режимов работы ТНВД.