Топливный насос двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в топливных системах двигателей внутреннего сгорания для впрыскивания бензина во впускной трубопровод. Сущность изобретения: топливоподача дозируется с помощью пневматического чувствительного элемента, соединенного с впускным трубопроводом и зубчатой рейкой с плунжером топливного насоса, оснащенного винтовой отсечной кромкой, перекрывающей перепускное отверстие. Поворот плунжера приводит к изменению активного хода и топливоподачи. Работа топливного насоса имеет импульсный характер, привод его производится гидравлически от толкателя, кинематически связанного с кулачковым валом. Дополнительное корректирование топливоподачи осуществляется путем воздействия на зубчатую рейку от педали акселератора через подвижный гидравлический цилиндр и от ограничительного электромагнита, управляемого центробежным реле с приводом от кулачкового вала насоса и ограничивающего скоростной режим двигателя, а также от пускового электромагнита, связанного с зубчатой рейкой тросиком и управляемого при запуске ключом зажигания. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к топливным системам двигателей внутреннего сгорания для впрыскивания бензина во впускной трубопровод.

Известна система впрыскивания топлива Д - Джетроник, выпускаемая с 1967 г, включающая электрический бензонасос, редукционный клапан и электромагнитные форсунки, управляемые электрической системой с датчиком частоты вращения и устройства формирования управляющих импульсов. Цикловая подача топлива производится форсунками и зависит от времени их открытия, которое определяется давлением воздуха во впускном патрубке. Программа управления реализуется в зависимости от положения дроссельной заслонки и скоростного режима ДВС, определяющих давление во впускном патрубке. В системе предусмотрено специальное пусковое устройство при запуске холодного ДВС.

К отдельным элементам САР предъявляются жесткие требования. Например, поскольку цикловая подача топлива при прочих равных условиях определяется давлением, то редукционный клапан должен поддерживать давление топлива с точностью 2 кПа при абсолютном давлении впрыска 175-200 кПа. Отклонение давления питания топлива от заданного вызывает изменение состава смеси и соответствующее ухудшение технико-экономических показателей ДВС, что является недостатком системы.

В 1973 г была разработана и внедрена в производство аппаратура впрыска L - Джетроник, основными особенностями которой являются: управление впрыском топлива в зависимости от расхода воздуха, а не давления; соединение регулятора давления не с атмосферой, а со впускным трубопроводом увеличивает точность дозирования топливоподачи; для упрощения схемы электронного управления впрыском последний производится одновременно всеми форсунками.

Применение механического измерителя расхода воздуха в виде поворотной пластины для управления впрыском потребовало значительного изменения впускной системы ДВС и снижает надежность системы. Поэтому в последнее время для системы L - Джетроник измерения расхода воздуха предложено осуществлять термоанемометром, что повышает точность измерения, но надежность системы управления оказывается значительно ниже, чем у карбюраторных систем.

Известен топливный насос, содержащий ступенчатый плунжер, установленный в корпусе с образованием топливных камер высокого и низкого давлений, толкатель, связанный с кулачковым валом и передающий усилие ступенчатому плунжеру через топливо, находящееся в топливной камере низкого давления. Известный насос принят за прототип. Недостаток указанного насоса - недостаточная точность дозирования топливоподачи.

Цель изобретения - повышение точности дозирования топливоподачи.

Указанная цель достигается тем, что в топливном насосе ДВС, содержащем дроссельную заслонку, впускной патрубок, кулачок, толкатель, пружину, обратные клапаны, мембрану, корпус, топливную камеру, форсунки, он снабжен топливной камерой высокого давления и ступенчатым плунжером. Своей ступенью меньшего диаметра плунжер установлен в топливной камере высокого давления. Он снабжен шестерней, зубчатой рейкой и пневматическим чувствительным элементом, соединенными между собой. Пневматический чувствительный элемент соединен со впускным трубопроводом, а шестерня жестко соединена с плунжером. Плунжер подпружинен в осевом направлении, на плунжере выполнена винтовая отсечная кромка. В корпусе выполнены отсечные отверстия, соединенные со сливом. Он снабжен пусковым электромагнитом, сердечник которого через тросик связан с зубчатой рейкой и контактами тягового реле стартера. Он снабжен ограничительным электромагнитом с управляющим центробежным реле, приводимым от кулачкового вала и ограничивающий ход реле; он снабжен подвижным гидравлическим цилиндром, кинематически связанным с педалью акселератора, и поршнем кинематически связанным с рейкой и иглой форсунки.

Сравнительный анализ заявляемого топливного насоса ДВС с аналогичными техническими решениями позволяет установить в них наличие отдельных признаков, однако заявляемая совокупность признаков свидетельствует о значительных принципиальных отличиях конструкций, приводящих к более полному и точному выполнению поставленной цели повышения точности дозирования топливоподачи.

На чертеже изображена схема топливного насоса ДВС.

Бензиновый ДВС 1, коленчатый вал 2 которого соединен шатуном 3 с поршнем 4 и с кулачковым валом 5 топливного насоса 6. Топливный насос 6 соединен с неуправляемой форсункой 7, установленной на впускном трубопроводе 8 между дроссельной заслонкой 9 и впускным клапаном 10. На кулачковый вал 5 опирается толкатель 11, соединенный с пружиной 12, прижимающей его к кулачковому валу 5. Топливная камера 13 низкого давления образована мембраной 14, жестко соединенной с толкателем 11, корпусом 15 топливного насоса 6 и плунжером 16. В топливную камеру низкого давления 13 имеет выход отсечное отверстие 17, выпускной 18 и впускной 19 топливные обратные клапаны. На плунжере 16 выполнена под углом винтовая отсечная кромка 20, перекрывающая отверстие 17. С плунжером 16 жестко соединена шестерня 21, находящаяся в зацеплении с зубчатой рейкой 22, соединенной с мембраной 23 пневматического чувствительного элемента 24, который трубопроводом 25 соединен со впускным патрубком 8. Плунжер 16 выполнен ступенчатым, причем ступень 26 меньшего диаметра входит в топливную камеру 27 высокого давления, в которой выполнено отсечное отверстие 28. Плунжер 16 подпружинен в осевом направлении пружиной 29. Топливная камера высокого давления 27 соединена трубопроводом 30 с форсункой 7. Топливная полость 31 форсунки 7 закрывается мембраной 32 и клапаном 33, соединенным с мембраной 32, подпружиненной пружиной 34. Топливный насос 6, отсечными отверстиями 17 и 28 соединен со сливой магистралью 35. Дополнительное корректирование топливоподачи осуществляется с помощью штока 36, воздействующего на мембрану 32 форсунки 7, посредством подвижного гидравлического цилиндра, который соединен с педалью акселератора, а поршень гидравлического цилиндра одновременно воздействует на зубчатую рейку 22 насоса и шток 36 форсунки 7. В целях ограничения максимального скоростного режима используется приводимое от кулачкового вала 5, центробежное реле 38, электрический выходной сигнал которого подается на обмотку ограничительного электромагнита 39. При подаче ограничивающего сигнала, якорь ограничительного электромагнита 39 через тягу 40 воздействует на зубчатую рейку 22 в сторону уменьшения цикловой подачи топлива. При запуске ДВС пусковой электромагнит 41 по команде от замка зажигания осуществляет вытяжку зубчатой рейки 22 в положение, соответствующее пусковой подаче.

Топливный насос работает следующим образом.

При вращении коленчатого вала 2 ДВС 1 приводится в движение кулачковый вал 5 топливного насоса 6, толкатель которого 11 вместе с мембраной 14 совершают возвратно-поступательное движение. При этом движении в топливной камере низкого давления 13 совершается периодическое всасывание топлива, его сжатие и выпуск в сливную магистраль 35 излишка топлива. При такте всасывания в топливной полости 13 плунжер 16 под действием пружины 29 опускается и топливо через отсечное отверстие 28 заполняет топливную камеру высокого давления 27, так как диаметры верхней и нижней ступеней плунжеров различны, затем заполняется топливная камера низкого давления 13 насоса 6 перед клапаном 19. При подъеме толкателя 11 и мембраны 14 начинается такт сжатия, плунжер 16 поднимается вверх под действием возрастания давления в топливной камере низкого давления 13. Сжатие в топливной камере высокого давления 27 начинается после перекрытия ступенью 26 плунжера 16 отверстия 28, отсечка (прекращение подачи) происходит после открытия винтовой кромкой 20 отсечного отверстия 17 в нижней топливной камере низкого давления 13. После отсечки топливо из топливной камеры низкого давления 13 уходит в сливную магистраль 35, которая также находится под избыточным давлением, как и входная перед клапаном 19. Из-за разности площадей ступеней плунжера 16 в топливной камере высокого давления 27 давление будет выше, чем в топливной камере низкого давления 13. При сжатии топлива в топливной камере высокого давления 27 последнее поступает в форсунку 7 и происходит впрыск топлива во впускной патрубок 8. Согласование подач топлива и воздуха достигается регулированием цикловой подачи топлива при изменении давления во всасывающем патрубке 8. Топливоподача изменяется пневматическим чувствительным элементом 24, который через рейку 22 и шестерню 21 поворачивает плунжер 16. При таком повороте плунжера 16 меняется аксиальное расстояние , проходимое им до открытия винтовой кромкой 20 отсечного отверстия 17.Так как открытие отверстия 20 соответствует прекращению движения плунжера 16 вверх и впрыскиванию топлива, то поворот плунжера 16 пневматическим чувствительным элементом 24 меняет активный ход плунжера и величину цикловой подачи топлива. Поскольку перемещение мембраны 23 пневматического чувствительного элемента пропорционально давлению во впускном трубопроводе 8, то изменение давления после дроссельной заслонки 9 будет вызывать пропорциональное изменения и подачи воздуха и подачи топлива на цикл, т.е. будет соблюдаться постоянство воздушно-топливного соотношения при изменении мощности ДВС.

Дополнительное корректирование топливоподачи в зависимости от режима задания и работы ДВС осуществляется путем воздействия на рейку насоса от подачи акселератора через подвижный гидравлический цилиндр. Одновременно выходное перемещение гидроцилиндра с требуемым передаточным отношением передается на клапан форсунки 7. Это позволяет резко увеличить подачу топлива при быстром нажатии на педаль акселератора. Ограничение скоростного режима ДВС осуществляется с помощью центробежного реле 38 с приводом от кулачкового вала 5 и электромагнита 39. Максимальная цикловая подача при запуске ДВС обеспечивается с помощью пускового электромагнита 41, управляемого от замка зажигания контактами тягового реле стартера.

Применение топливного насоса ДВС позволит при изменении мощности ДВС обеспечить постоянство оптимального воздушно-топливного соотношения за счет повышения точности дозирования топливоподачи, что, в свою очередь приведет к увеличению экономичности ДВС и снижению токсичности выпускных газов на эксплуатационных режимах работы.

Повышение точности дозирования топливоподачи гарантируется независимостью активного хода плунжера от давления питания топлива. Это обеспечивается тем, то усилия по управлению плунжером находятся в перпендикулярной плоскости рабочим усилиям по сжатию топлива, поэтому изменение давления питания топлива не приводит к изменению картины силового нагружения чувствительного элемента давления во впускном патрубке ДВС.

Формула изобретения

1. ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с внутренними поверхностями разного диаметра и отсеченным отверстием, подпружиненный ступенчатый плунжер, установленный в корпусе, кулачковый вал, кинематически связанный с валом двигателя, толкатель, установленный в корпусе и кинематически связанный с последним, топливную камеру низкого давления, образованную внутренней поверхностью корпуса большего диаметра и ограниченную торцевыми поверхностями толкателя и ступенью плунжера большего диаметра, топливную камеру высокого давления, образованную внутренней поверхностью корпуса меньшего диаметра и торцевой поверхностью ступени плунжера меньшего диаметра и сообщунную с форсункой с клапаном, отличающийся тем, что, с целью повышения точности дозирования, насос снабжен шестерней, жестко связанной с плунжером, зубчатой рейкой, установленной с возможностью взаимодействия с шестерней, пневматическим чувствительным элементом с мембраной, соединеной с впускным трубопроводом, причем мембрана пневматического чувствительного элемента кинематически связана с зубчатой рейкой на ступени плунжера большего диаметра выполнена винтовая отсечная кромка с возможностью перекрытия отсечного отверстия.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что снабжен пусковым электромагнитом с сердечником и тросиком, электрически связанным с контактами тягового реле стартера двигателя, причем сердечник через тросики кинематически связан с зубчатой рейкой.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что снабжен ограничительным электромагнитом с сердечником, центробежным электрическим реле, кинематически связанным с кулачковым валом и электрически с ограничительным электромагнитом, причем сердечник кинематически связан с зубчатой рейкой с возможностью ограничения перемещения последней.

4. Насос по п.1, отличающийся тем, что снабжен подвижным гидравлическим цилиндром с подпружиненным поршнем и штоком, перепускным каналом, сообщенным с надпоршневой и подпоршневой полостями гидроцилиндра, причем гидроцилиндр кинематически связан с педалью акселератора двигателя, а шток поршня - с зубчатой рейкой и клапаном форсунки.

РИСУНКИ

Рисунок 1