Топливная система для дизеля

 

Использование: в двигателестроении, в частности дизельной топливной аппаратуре. Сущность изобретения: топливная система содержит источник 1 постоянного давления, подключенный к корпусу 2, где размещены усилитель давления с поршнем 3 и плунжером 4, управляющая камера 18 с управляющим электромагнитным клапаном 15, гидроуправляемый клапан 6 с дроссельным отверстием 20, форсунка 7 с гидрозапираемой подпружиненной иглой 8, каналы 21 и 22, сообщающие подыгольную камеру 9 и рабочую полость 14 с возможностью их перекрытия при рабочем и нагнетательном ходах. Управляющий и гидрозапираемый клапаны 6 и 15 снабжены пружинами 23 и 24 соответственно, которые способствуют закрытию первого и открытию второго клапанов. Дроссельное отверстие 20 выполнено согласно соотношению приведенному в тексте описания, а цилиндрическая поверхность 25 гидроуправляемого клапана 6 с корпусом имеет радиальный зазор, который определяется согласно условно, также приведенному в тексте . 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к топливоподающей аппаратуре дизелей.

Известна топливная система для дизеля, в состав которой входит источник постоянного давления топлива гидронасос и аккумулятор, соединенные последовательно и подключенные к приводной полости усилителя давления со ступенчатым плунжером, форсунка с гидрозапираемой подпружиненной иглой с надыгольной и подыгольной камерами, клапаны обратный, электромагнитный управляющий и гидроуправляемый с дроссельным отверстием. Последние выполнены подпружиненными, причем у обоих пружины способствуют закрытию клапанов. При этом приводная полость усилителя давления топлива связана с источником постоянного давления топлива через гидроуправляемый клапан, у которого управляющая полость подключена к сливу через электромагнитный управляющий клапан, вход обратного клапана связан с источником постоянного давления, а выход с рабочей полостью плунжера и подыгольной камерой [1] Недостаток описанной топливной системы состоит в том, что малые цикловые подачи впрыскиваются в камеру сгорания с существенно меньшими подачами, чем большие, поскольку в устройстве осуществлен принцип дозирования, при котором усилитель давления при наполнении совершает полный подъем и под плунжером по окончании подачи остается большой объем сжатого топлива под давлением, неиспользованного при впрыскивании, и являющийся, кроме того, возможным источником возникновения колебаний давления, что ведет систему к неустойчивости в работе в целом. Другой недостаток состоит в том, что в системе не предусмотрено четкое окончание впрыскивания, что не позволяет проводить впрыскивание оптимальным образом, а именно без затягивания конечной фазы впрыскивания.

Известна также топливная система для дизеля, являющаяся наиболее близким аналогом, в состав которой входит источник постоянного давления топлива в виде соединенных последовательно гидронасоса и аккумулятора, подключенных к корпусу, в котором размещены усилитель давления, имеющий поршень и плунжер, гидроуправляемый клапан, с помощью которого приводная полость усилителя давления связана с источником постоянного давления, форсунка с гидрозапираемой подпружиненной иглой, подыгольной и надыгольной камерами, обратный клапан, подключенный между источником постоянного давления и напорной камерами, а также управляющий электромагнитный клапан, сообщающий управляющую камеру со сливом. В гидроуправляемом клапане выполнено дроссельное отверстие, которое соединяет приводную полость усилителя давления с управляющей камерой. При этом в усилителе предусмотрены каналы, которые циклически сообщают подыгольную камеру и рабочую полость усилителя давления [2] Недостатком данной топливной системы является недостаточное быстродействие, так как велик и нестабилен период запаздывания впрыскивания от момента закрытия управляющего электромагнитного клапана до начала впрыскивания.

Технической задачей, решаемой изобретением, является уменьшение периода запаздывания и начала впрыскивания.

Поставленная задача достигается тем, что в известной топливной системе, содержащей источник постоянного давления топлива, подключенный к корпусу, в котором размещены усилитель давления с рабочим поршнем и плунжером, соединенный своей приводной полостью с источником постоянного давления топлива через гидроуправляемый клапан, форсунка с установленной в ней гидрозапираемой подпружиненной иглой с подыгольной и надыгольной камерами, обратный клапан, вход которого сообщен с источником постоянного давления, а выход с рабочей полостью усилителя давления и подыгольной камерой, управляющий клапан с электромагнитным приводом, установленный в линии связи управляющей камеры со сливом, при этом в гидроуправляемом клапане выполнено отверстие, сообщающее приводную полость с управляющей камерой, а надыгольная камера и рабочая полость сообщены между собой каналами, выполненными с возможностью их перекрытия при рабочем и наполнительном ходах плунжера, управляющий и гидроуправляемый клапаны снабжены соответствующими пружинами, способствующими закрытию первого и открытию второго клапанов, а дроссельное отверстие выполнено согласно соотношению f_др. (0,45-0,6)f_упр.кл., где f_др. площадь проходного сечения дроссельного отверстия гидроуправляемого клапана; f_упр.кл. площадь проходного сечения управляющего клапана, при этом цилиндрическая поверхность гидроуправляемого клапана со стороны приводной полости имеет радиальный зазор с корпусом, определяемый исходя из условия (0,005-0,02)D_г, где радиальный зазор между цилиндрической поверхностью гидроуправляемого клапана и корпусом; D_г диаметр гидроуправляемого клапана со стороны приводной полости.

Достижение технического результата в виде уменьшения периода запаздывания становится возможным благодаря уменьшению временных составляющих периодов. Известно, что в общем случае время запаздывания впрыска состоит из следующих временных периодов: t₁, t₂, t₃ и t₄, где t₁ время закрытия управляющего клапана; t₂ время выравнивания давлений в управляющей камере с давлением в приводной полости; t₃ время страгивания и открытия гидроуправляемого клапана; t₄ время движения поршня с плунжером до начала впрыскивания.

Использование в конструкции перечисленных выше признаков позволяет влиять на процессы закрытия управляющего клапана, т.е. на составляющие времени запаздывания t₁, t₂, t₃ и t₄. Причем время открытия последнего прямо пропорционально параметрам жесткости его пружины, так как гидроуправляемый клапан под действием пружины открывается, но одновременно проявляется влияние на период времени скорости выравнивания давления в управляющей камере по отношению к давлению в приводной полости усилителя давления, которое определяется геометрическими параметрами f_др., f_упр.кл. Предлагаемое соотношение площадей характерных проходных сечений позволяет оптимизировать процесс выравнивания давлений в управляющей камере. Таким образом появляется возможность осуществлять регулируемую работу системы с уменьшенным и более стабильным запаздыванием по сравнению с прототипом. Интервальные значения числового коэффициента в соотношении площадей характерных проходных сечений первоначально были рассчитаны по соответствующей программе, а затем уточнены экспериментально. Причем нижний предел f_др. ограничивается большой длительностью дозирования (временем движения плунжера от нижнего положения на заданную высоту). Максимальное значение f_др. выбирается из условия создания усилия, возникающего из-за перепада давлений в рабочей полости и камере управления при протекании топлива через дроссельное отверстие, достаточное для преодоления усилия пружины гидроуправляемого клапана и его закрытия.

Введение в совокупность существенных признаков радиального зазора между цилиндрической поверхностью гидроуправляемого клапана и корпусом со стороны приводной полости и определение его интервальных значений необходимое и достаточное условие снижения составляющих периодов t₃ и t₄ времени запаздывания впрыскивания. Интервальные значения числового коэффициента в заявленном соотношении определены также первоначально расчетным путем, а затем скорректированы экспериментально. В целом соотношение характеризует оптимальный интервал значений радиального зазора, определяющего скорость нарастания давления в приводной полости, а следовательно, и скорость перемещения поршня. Причем при увеличении ход гидроуправляемого клапана при впрыскивании уменьшается из-за снижения силы, опрокидывающей гидроуправляемый клапан. Это приводит к дросселированию и уменьшению давления в приводной полости при впрыскивании, следовательно, к уменьшению давления впрыскивания и временных периодов t₃ и t₄.

При уменьшении гидроуправляемый клапан не закрывается (при открытом управляющем клапане) и наполнение рабочей полости не происходит.

На фиг. 1 представлена схема топливной системы с гидроуправляемой насос-форсункой, разрез; на фиг.2 зависимости значения давления впрыскивания форсунки P '_ф.ср. и продолжительности впрыскивания _впр. в зависимости от относительного параметра /D_г; на фиг.3 зависимости среднего и максимального значений давления впрыскивания форсунки Р '_ф.ср. и Р '_ф.макс а также продолжительности впрыскивания _впр.и продолжительности открытия управляющего клапана _упр.кл. от относительного параметра f_др./f_упр.кл.. На фигурах приняты следующие обозначения:
радиальный зазор между цилиндрической поверхностью гидроуправляемого клапана и корпусом со стороны форсунки;
D_г диаметр гидроуправляемого клапана со стороны приводной полости;
f_др. площадь проходного сечения дроссельного отверстия;
F_упр.кл. площадь проходного сечения управляющего клапана.

Топливная система для дизеля содержит источник 1 постоянного давления топлива, подключенный к корпусу 2, в котором размещены усилитель давления (не показан) с рабочим поршнем 3 и плунжером 4, соединенный приводной полостью 5 с источником 1 постоянного давления топлива через гидроуправляемый клапан 6, форсунку 7 с установленной в ней гидрозапираемой подпружиненной иглой 8 с надыгольной и подыгольной камерами 9 и 10, обратный клапан 11, вход 12 которого сообщен с источником 1 постоянного давления, а выход 13 с рабочей полостью 14 плунжера 4 усилителя давления и подыгольной камерой 10, управляющий клапан 15 с электромагнитным приводом 16, установленный в линии связи 17 управляющей камеры 18 со сливом 19. В гидроуправляемом клапане 6 выполнено дроссельное отверстие 20, сообщающее приводную полость 5 с управляющей камерой 18, а подыгольная камера 9 и рабочая полость 14 сообщены между собой каналами 21 и 22, которые выполнены в корпусе 2 и плунжере 4 соответственно с возможностью их перекрытия при рабочем и наполнительном ходах плунжера 4. При этом управляющий и гидроуправляемый клапаны 15 и 6 снабжены соответствующими пружинами 23 и 24. При этом пружина 23 способствует закрытию первого, а пружина 24 открытию второго из указанных клапанов.

Дроссельное отверстие 20 выполнено согласно отношению f_др. (0,45-0,6)f_упр.кл., где f_др. площадь проходного сечения дроссельного отверстия гидроуправляемого клапана 6, а f_упр.кл. площадь проходного сечения управляющего клапана 15. Кроме того, гидроуправляемый клапан 6 по цилиндрической поверхности 25 со стороны приводной полости имеет радиальный зазор с корпусом 2, который определяется, исходя из условия (0,005-0,02)D_г, где радиальный зазор между цилиндрической поверхностью 25 гидроуправляемого клапана 6 и корпусом 2, а D_г диаметр гидроуправляемого клапана 6 со стороны приводной полости 5.

В состав топливной системы для дизеля входят также бак 26, гидронасос 27, связанный с источником 1 постоянного давления, подключенный к корпусу 2 напорной гидролинией 28. Электромагнитный привод 16 подключен к блоку управления 29. При этом подпоршневый объем 30 сообщен со сливом 19 гидролинией 31, а игла 8 подпружинена пружиной 32. Подача топлива в дизель осуществляется через распыливающие отверстия 33.

На фиг. 2 и 3 с помощью заштрихованных площадей 34 и 35 иллюстрируются области оптимальных сочетаний всех рабочих параметров системы и геометрических параметров конструкции /D_г, Р '_ф.cр., Р '_ф.макс., _впр.,_упр.кл., f_др./f_упр.кл.
На фиг. 3 показана также линия 36 с односторонним штрихом, обозначающая границу минимальнодопустимых значений продолжительности открытия управляющего клапана _упр.кл. для обеспечения максимального скоростного режима дизеля.

Топливная система для дизеля работает следующим образом.

В исходном начальном состоянии топливной системы управляющий клапан 15 закрыт, так как сигнал от блока управления 29 не подается. При этом гидроуправляемый клапан 6 открыт и приводная полость 5 заполнена топливом. Под действием усилия пружины 23 управляющий клапан 15 находится в закрытом состоянии и разобщает управляющую камеру 18 с линией связи 17 и сливом 19.

При подаче электрического импульса из блока управления 29 на электромагнитный привод 16 клапан 15, преодолевая усилие пружины 23, открывается. Топливо приводной полости 5 через дроссельное отверстие 20, управляющую камеру 18 и открытый клапан 15 поступает в линию связи 17, слив 19 и бак 25. Под действием усилия, возникающего из-за разности давлений в управляющей камере 18 и приводной полости 5, гидроуправляемый клапан 6, преодолевая усилие пружины 24, закрывается и тем самым прекращает поступление топлива в приводную полость 5 от источника 1 постоянного давления. Под действием давления топлива, поступающего от источника 1 постоянного давления на вход 12 обратного клапана 11 и далее в рабочую полость 14, плунжер 4 и поршень 3 усилителя давления поднимаются (положение по чертежу). Продолжительность открытия клапана 15, а следовательно, длительность электрического импульса, поступающего на электромагнитный привод 16 из блока управления 29, пропорциональны высотe подъема усилителя давления и, следовательно, определяют необходимую цикловую подачу. Усилие пружины 24 предотвращает открытие иглы 8 под действием давления топлива, поступающего из рабочей полости 14 в подыгольную камеру 10.

При прекращении подачи электрического импульса из блока управления 29 на электромагнитный привод 16 управляющий клапан 15 под действием пружины 23 закрывается. В управляющей камере 18 и приводной полости 5 происходит выравнивание давлений, и гидроуправляемый клапан 6 под действием усилия пружины 24 открывается. Установка пружины 24 способствует уменьшению периода времени t₃ открытия гидроуправляемого клапана 6 и, следовательно, сокращению запаздывания подачи топлива. Под действием давления топлива, поступающего от источника 1 постоянного давления в приводную полость 5, поршень 3 и плунжер 4 двигаются вниз (положение по чертежу). При этом топливо из подпоршневого объема 30 вытесняется в гидролинию 31, слив 19 и бак 25. Под действием нарастающего давления в рабочей полости 14 и на выходе 13 обратного клапана 11 последний закрывается, а игла 8, преодолевая усилие пружины 32, открывается. Происходит впрыскивание топлива в дизель через распыливающие отверстия 33. В момент перекрытия каналов 22 и 21 топливо из рабочей полости 14 поступает в надыгольную камеру 9. Игла 8 под действием усилия пружины 32 и давления топлива, поступающего в надыгольную камеру 9, закрывается, что приводит к перекрытию распыливающих отверстий 33 и окончанию впрыскивания. Рабочая область 34 (см. фиг.2) является сочетанием максимального значения Р '_ф.ср. и оптимальных значений параметра _впр. в рабочем диапазоне значений зазора (0,005-0,02)D_г. Рабочая область 35 (см. фиг.3) является сочетанием максимальных значений давлений Р '_ф.ср., Р '_ф.макс. и оптимальных значений продолжительности впрыскивания _впр. в диапазоне значений f_др. (0,45-0,6)f_упр.кл. и не превышающих максимально допустимого значения продолжительности открытия управляющего клапана _упр.кл. (линия 36 для заданного скоростного режима).

Таким образом, предлагаемые соотношения f_др. (0,45-0,6)f_упр.кл. и = (0,005-0,02)D_г позволяют оптимизировать основные параметры топливоподaчи (Р '_ф.ср., Р '_ф.макс. и _впр.) и управления аккумуляторной топливной системы ( _упр.кл.) с наибольшей эффективностью.

Изобретение, охарактеризованное всей совокупностью существенных признаков, является новым, так как предложенная совокупность существенных признаков не описана в известных источниках информации, использованных для определения уровня техники.

Кроме того, предлагаемая совокупность существенных признаков не является очевидной, поскольку не следует непосредственно из уровня техники. При этом предлагаемое техническое решение осуществимо в промышленных условиях

Формула изобретения

1. ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДИЗЕЛЯ, содержащая линию связи, корпус со сливом, источник постоянного давления, подключенный к корпусу, гидроуправляемый клапан с дроссельным отверстием, размещенный в корпусе с образованием управляющей камеры, сообщенной со сливом через линию связи, и установленный на последней управляющий клапан с электромагнитным приводом, усилитель давления, выполненный в виде рабочего поршня и плунжера, размещенных в корпусе с образованием приводной и рабочей полостей, форсунку с гидрозапорной подпружиненной иглой, надыгольной и подыгольной камерами, обратный клапан, выполненный с входом, сообщенным с источником постоянного давления, выходом сообщенным с рабочей полостью усилителя давления и подыгольной камерой, причем приводная полость сообщена с источником постоянного давления через гидроуправляемый клапан, а с управляющей камерой через дроссельное отверстияе в гидроуправляемом клапане, надыгольная камера и рабочая полость сообщены между собой каналами, расположенными с возможностью перекрытия этих каналов при рабочем и наполнительном ходах плунжера, отличающаяся тем, что управляющий и гидроуправляемый клапан снабжены соответствующими пружинами, установленными с возможностью закрытия управляющего клапана и открытия гидроуправляемого клапана, а дроссельное отверстие выполнено согласно соотношению
f_др (0,45 0,6) f_{упр. кл},
где f_др площадь проходного сечения дроссельного отверстия гидроуправляемого клапана;
f_пр.кл площадь проходного сечения управляющего клапана;
=(0,005-0,02)D_г,
где радиальный зазор между цилиндрической поверхностью гидроуправляемого клапана со стороны приводной полости и корпусом;
D_г диаметр гидроуправляемого клапана со стороны приводной полости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3