устройство для подачи топлива в многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Устройство для подачи топлива в многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, содержащее расходный бак, насос и регулятор умеренного давления, гидравлический преобразователь давления с магистралями умеренного и высокого давления, дозирующий клапан с запирающим органом и блоком электромагнита, форсунку, подсоединенную к магистрали высокого давления, блок датчиков для контроля параметров и условий работы двигателя и его топливной системы, микроэлектронную систему управления, электрически связанную с регулятором давления, блоком электромагнита дозирующего клапана и блоком датчиков, отличающееся тем, что гидравлический преобразователь давления содержит по меньшей мере пару секций, работающих в период переключения одной из них с такта подачи на такт наполнения с гарантированным перекрытием фазы подачи, магистраль высокого давления гидравлического преобразователя подсоединена к форсунке последовательно через обратные и дозирующий клапаны, устройство отключения подачи топлива при зависании запирающего органа дозирующего клапана и распределитель подачи топлива по цилиндрам, вращающийся в корпусе золотник которого кинематически связан с коленчатым валом двигателя и синхронизирован с ним в соответствии с фазой подачи и порядком работы цилиндров, а просочившееся из элементов устройства топливо через блок электромагнита подается в расходный бак.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между обратными и дозирующими клапанами дополнительно размещен аккумулятор.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дозирующий клапан встроен в магистраль умеренного давления гидравлического преобразователя давления.

4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что в корпусе распределителя с выходом на рабочую цилиндрическую внутреннюю поверхность выполнены сверление для подвода топлива и со смещением в осевом направлении по числу форсунок сверления для отвода топлива с угловыми смещениями между последними, равными соответствующим угловым смещениям между фазами подачи топлива по цилиндрам, а на наружной поверхности золотника, имеющего частоту вращения, равную частоте распределительного вала двигателя, напротив сверлений в корпусе для подвода топлива выполнена кольцевая проточка и в плоскости сверления для отвода топлива местная канавка, симметрично которой в осевом направлении и со смещением на 180^o в зоне сплошной цилиндрической поверхности корпуса выполнены две местные компенсационные канавки, равные по площади между собой и в сумме площади местной канавки, причем сверлениями все три канавки гидравлически связаны между собой и с кольцевой проточкой, а камеры со стороны торцов золотника связаны со сливом.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Известно устройство для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания (см. например, ЭИ "Поршневые и газотурбинные двигатели" N 1,1993 г. стр. 10. ), содержащее насос и регулятор умеренного давления, гидравлический преобразователь давления с магистралями умеренного и высокого давления, дозирующий клапан с запирающим органом и блоком электромагнита. Устройство имеет также форсунку, подсоединенную к магистрали высокого давления, и блок датчиков для контроля параметров и условий работы двигателя и его топливной системы. Микроэлектронная система управления такой системы электрически связана с регулятором умеренного давления, блоком электромагнита дозирующего клапана и блоком датчиков.

Однако при использовании этого устройства на многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания оно обладает рядом существенных недостатков.

Во-первых, это большое количество сложных по конструкции и технологии изготовления электромагнитных клапанов и гидравлических преобразователей давления, соответственно равное числу цилиндров, что отрицательно сказывается на эффективности их использования, усложняет и удорожает конструкцию устройства в целом.

Во-вторых, сложность достижения идентичности процессов топливоподачи по цилиндрам, связанная с необходимостью обеспечения идентичности конструктивных и регулировочных параметров дозирующих клапанов и преобразователей давления с учетом взаимного их влияния на конечный результат.

Для упрощения и удешевления конструкции и повышения эффективности предлагается устройство для подачи топлива в многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания.

Задача достигается тем, что в отличие от прототипа гидравлический преобразователь давления содержит по меньшей мере пару секций, фазы подач которых имеют гарантированное взаимное перекрытие в момент переключения одной из них с такта подачи на такт наполнения.

Магистраль высокого давления преобразователя устройства подсоединена к форсунке последовательно через обратные клапаны, дозирующий клапан, устройство для отключения подачи топлива при зависании запирающего органа дозирующего клапана и распределитель топлива по цилиндрам.

Вращающийся в корпусе распределителя золотник кинематически связан с коленчатым валом двигателя и синхронизирован с ним в соответствии с фазой подачи и порядком работы цилиндров.

Просочившееся из элементов устройства топливо через блок электромагнита подается в сливную магистраль и далее в расходный бак.

Между обратными и дозирующим клапанами может быть дополнительно размещен топливный аккумулятор.

В некоторых случаях целесообразен вариант устройства, при котором дозирующий клапан встраивается в магистраль умеренного давления гидравлического преобразователя.

Во всех трех вариантах устройства возможен распределитель подачи топлива по цилиндрам, в корпусе которого с выходом на рабочую цилиндрическую внутреннюю поверхность выполнены сверления для подвода топлива и со смещением в осевом направлении по числу форсунок сверления для отвода топлива. Сверления для отвода топлива имеют угловые смещения, равные соответствующим угловым смещениям между подачами топлива по цилиндрам.

На наружной поверхности золотника напротив сверления в корпусе для подвода топлива выполнена кольцевая проточка, а в плоскости сверлений для отвода топлива местная канавка.

Симметрично в осевом направлении и со смещением на 180 градусов относительно местной канавки в зоне сплошной цилиндрической поверхности корпуса расположены две местные компенсационные канавки, равные по площади между собой и в сумме площади местной канавки. Сверлениями все три местные канавки гидравлически связаны между собой и с кольцевой проточкой.

Камеры со стороны торцов золотника связаны со сливом, а сам он имеет частоту вращения, равную частоте вращения распределительного вала двигателя внутреннего сгорания.

На фигуре 1 изображена принципиальная схема устройства для подачи топлива в многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания.

Устройство содержит расходный бак 1, из которого топливо насосом 2 умеренного давления через регулятор 3 умеренного давления подается в магистраль 4 умеренного давления гидравлического преобразователя давления 5, состоящего по крайней мере из пары секций 6 и золотникового устройства 7. Из преобразователя давления топливо направляется в магистраль высокого давления 8 и далее через обратные клапаны 9 попадает на вход дозирующего клапана 10, снабженного блоком электромагнита 11 и запирающим органом. Топливо, пройдя через устройство 12 для отключения его подачи при зависании запирающего органа дозирующего клапана, попадает на распределитель 13 подачи топлива по цилиндрам и далее на форсунку 14 двигателя 15. При этом золотник, вращающийся в корпусе распределителя, кинематически связан с коленчатым валом двигателя и ссинхронизирован с ним в соответствии с фазой подачи и порядком работы цилиндров. Блок датчиков 16, контролируя параметры и условия работы двигателя внутреннего сгорания и его топливной системы, электрически связан с микроэлектронной системой управления 17. Микроэлектронная система управления 17 в свою очередь электрически связана с регулятором 3 умеренного давления и блоком электромагнита 11. Для лучшего отвода тепла все просочившееся топливо из элементов устройства пропускается через блок электромагнита 11 в сливную магистраль 18 и далее расходный бак 1.

Во втором варианте (фиг.2) устройства между нагнетательными клапанами 9 и дозирующим клапаном 10 дополнительно размещен топливный аккумулятор 19.

В третьем варианте (фиг. 3) устройства дозирующий клапан 10 встроен в магистраль умеренного давления гидравлического преобразователя давления.

Все три схемы устройства могут иметь (см. фиг.4) корпус 20 распределителя, у которого с выходом на рабочую цилиндрическую внутреннюю поверхность выполнены сверление 21 для подвода топлива и со смещением в осевом направлении по числу форсунок сверления 22 для отвода топлива. Сверления 22 (разрез А-А) расположены в порядке работы форсунок и имеют угловые смещения, равные соответствующим углам между подачами топлива по цилиндрам. На наружной цилиндрической поверхности золотника 23 напротив сверления 21 выполнена кольцевая проточка 24, а в плоскости сверлений 22 местная канавка 25. Симметрично в осевом направлении и со смещением на 180 градусов относительно местной канавки 25 в зоне сплошной цилиндрической поверхности корпуса 20 расположены две местные компенсационные канавки 26, строго равные по площади между собой и в сумме площади местной канавки 25. При этом угловая протяженность местной канавки 25 выполняется такой, чтобы обеспечить продолжительность периодической гидравлической связи дозирующего клапана 10 с форсунками 14, гарантированно превышающую максимальную продолжительность впрыскивания. Наличие же пары местных канавок 26 позволяет полностью разгрузить валик от сил давления топлива и избежать появления нагружающего его момента.

Сверлениями 27, 28, 29 и 30 все три местные канавки гидравлически связаны между собой и с кольцевой расточкой. Камеры 31 и 32 со стороны торцов золотника 23 сверлениями 33 гидравлически связаны между собой и со сливом. Для предотвращения утечек топлива из камер 31 и 32 распределитель снабжен уплотнением 34. Золотник 23 имеет частоту вращения, равную частоте вращения распределительного вала двигателя внутреннего сгорания 15.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от режима и условий работы двигателя внутреннего сгорания оптимальные фазы начала и характеристика подачи топлива обеспечиваются микроэлектронной системой управления 17. При этом соответствующая амплитуда впрыскивания поддерживается регулятором 3 умеренного давления. Информация о режиме и условиях работы двигателя внутреннего сгорания и его топливной системы передается на микроэлектронную систему управления от блока датчиков 16.

После осуществления подачи топлива в кармане распылителя форсунки сохраняется остаточное давление, а перед дозирующим клапаном в перерывах между впрысками происходит восстановление давления до максимально возможного, что способствует высокому быстродействию устройства. С помощью золотникового устройства 7 и обратных клапанов 9 достигается чередование тактов подачи и наполнения в секциях преобразователя давления.

Пара секций работает так, что каждая из них обеспечивает несколько подач за рабочий ход с гарантированным взаимным перекрытием фаз подачи при переключении одной из них с рабочего хода на такт наполнения. Этим гарантируется стабильность характеристик впрыскивания топлива по цилиндрам. Практическая реализация преобразователя давления 5 возможна, например, по схеме в соответствии с а.с. СССР N 1649107.

Величина умеренного давления топлива зависит от заданной амплитуды впрыскивания и соотношения площадей плунжеров преобразователя давления. Для реально освоенных амплитуд впрыскивания можно использовать насос 3 с гарантированным давлением не более 10.15 МПа.

Для предотвращения неуправляемой подачи топлива в случае зависания запирающего органа электромагнитного клапана 10 служит устройство 12 для отключения подачи топлива, которое возможно реально осуществить, например, по схеме в соответствии с а.с. СССР N 1710811.

Размещение топливного аккумулятора 19 (фиг.2) между нагнетательными 9 и дозирующим 10 клапанами несколько усложняет конструкцию устройства, но одновременно и увеличивает его быстродействие, что при определенных условиях может положительно сказаться на протекании рабочего процесса двигателя.

В варианте (фиг.3), когда дозирующий клапан 10 встроен в магистраль умеренного давления преобразователя 5, существенно снижаются требования к конструкции клапана 10, но быстродействие устройства при этом снижается. В некоторых случаях такое снижение быстродействия незначительно влияет на качество протекания рабочего процесса двигателя. Тогда использование варианта устройства может оказаться оправданным.

В варианте (фиг.4) с разгруженным от сил давления топлива золотником 23 распределителя 13 топлива по цилиндрам значительно повышается надежность работы устройства.

Наличие общих для групп форсунок одного гидравлического преобразователя давления, одного дозирующего клапана и одного устройства для отключения подачи топлива при зависании запирающего органа клапана гарантирует идентичность характеристик впрыскивания топлива по цилиндрам, снижает требования к конструкции и настройке указанных элементов и устройства в целом. В принципе одно устройство может обеспечить подачу топлива до восьми форсунок.

Результаты стендовых испытаний устройства, проходящих в настоящее время, подтверждают возможность осуществления и эффективность изобретения.