УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ЦИЛИНДР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DEVICE OF SUPPLY OF FUEL IN THE CYLINDER OF THE ENGINE OF INTERNAL COMBUSTION

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), в частности, к устройствам впрыска топлива в цилиндр двигателя.
Известно устройство по патенту РФ 2621445, содержащее корпус с внутренней расточкой, в котором две гидравлические полости разделены подпружиненным клапаном с глухим центральным каналом и боковыми сквозными отверстиями, нижняя часть корпуса жестко соединена с втулкой, которая внутри соединена с конической частью диффузора, а с его цилиндрической частью соосно установлен подпружиненный конический клапан с возможностью периодического запирания отверстий диффузора, с втулкой жестко соединена коническая втулка с дренажными каналами для впрыска топлива в цилиндр ДВС, в части полости, свободной от хода подпружиненных клапанов закреплен световод, соединенный с лазерным излучателем, электрически управляемый командами электронного блока управления, при этом рабочая длина волны лазерного излучателя равна или максимально близка длине волны поглощения излучения топливом.
Основным недостатком прототипа является постоянный объем второй гидравлической полости, что ограничивает область применения данного устройства только работой при постоянной мощности ДВС, т.к. в цилиндр впрыскивается постоянное количество топлива за каждый цикл.
Технический результат - обеспечение расширения функциональных возможностей путем обеспечения управления и изменения объема топлива, подаваемого в цилиндр ДВС.
Для решения указанного технического результата предлагается:
Устройство подачи топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с внутренней расточкой, в котором две гидравлические полости разделены подпружиненным клапаном с глухим центральным каналом и боковыми сквозными отверстиями, нижняя часть корпуса жестко соединена с втулкой, которая внутри соединена с конической частью диффузора, а с его цилиндрической частью соосно установлен подпружиненный конический клапан с возможностью периодического запирания отверстий диффузора, с указанной втулкой жестко соединена коническая втулка с дренажными каналами для впрыска топлива в цилиндр ДВС, в части полости свободной от хода подпружиненных клапанов закреплен световод, соединенный с лазерным излучателем, электрически управляемый командами электронного блока управления, при этом рабочая длина волны лазерного излучателя равна или максимально близка длине волны поглощения излучения топливом.
В отличии от прототипа, в верхней части корпуса находится подвижный цилиндр с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, снабженный снаружи уплотнительными кольцами и выполненный внутри с кольцевым упором, внутри цилиндра находится гидравлическая полость с подводящим каналом и отводящим каналом, в котором предусмотрен разгрузочный клапан, а в нижней части гидравлической полости размещен подпружиненный клапан с центральным глухим каналом, который через боковые сквозные отверстия обеспечивает сообщение гидравлической полости с нижней гидравлической полостью, также клапан в верхней части снабжен кольцеобразным ограничителем хода с возможностью сопряжения с кольцевым упором подвижного цилиндра, а в нижней части клапана выполнены кромки для защиты пружины от смещения в процессе повышения давления, кроме того верхняя часть подвижного цилиндра жестко соединена с штоком, при этом в крышке корпуса выполнены отверстия с обеспечением свободного перемещения в них штока и подводящего и отводящего каналов, причем переменное положение штока выполнено с обеспечением зависимости от положения регулятора мощности.
На верхней части штока выполнена шаровая или роликовая опора с возможностью свободного качения по поверхности профилированного паза кулачкового механизма, а положение кулачкового механизма определяет соответственно, положение регулятора мощности.
Устройство подачи топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания показано на фиг. 1.
Корпус 1 устройства выполнен с внутренней расточкой. Сверху корпус 1 закрыт крышкой 2, которая крепится к корпусу 1 посредством резьбового соединения. В верхней части корпуса 1 находится подвижный цилиндр 3 с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, снабженный снаружи уплотнительными кольцами 4 и выполненный внутри с кольцевым упором 5.
Внутри цилиндра 3 находится гидравлическая полость 6 с подводящим каналом 7 и отводящим каналом 8, в котором предусмотрен разгрузочный клапан (на фиг. не показан как общеизвестный). В нижней части гидравлической полости 6 размещен подпружиненный клапан 9 с центральным глухим каналом 10, который через боковые сквозные отверстия 11 обеспечивает сообщение гидравлической полости 6 с нижней гидравлической полостью 12. Клапан 9 выполнен в нижней части с кромками 13 для защиты пружины 14 от смещения в процессе повышения давления в нижней гидравлической полости 12. В верхней части клапана 9 имеется кольцеобразный ограничитель хода 15, который удерживает клапан 9 в рамках хода внутри гидравлической полости 6 до сопряжения с кольцевым упором 5. В начале цикла работы клапан 9 за счет пружины 14 находится в открытом состоянии, при котором топливо поступает из гидравлической полости 6 в нижнюю гидравлическую полость 12. В момент закрытия клапана 9 слив топлива осуществляется через разгрузочный клапан в отводящем канале 8.
С нижней частью корпуса 1 жестко соединена втулка 16, которая жестко соединена с конической частью диффузора 17 с отверстиями 18 по периметру, а соосно его цилиндрической части 19 установлен подпружиненный конический клапан 20 с возможностью периодического запирания отверстий 18 и с обеспечением возвратного хода посредством пружины 21. Пружина 21 размещена между торцом цилиндрической части диффузора 19 и тарелкой на верхнем торце конического клапана 20 и частично экранирована боковыми кромками тарелки 22, что защищает пружину 21 от смещения в процессе повышения давления в нижней гидравлической полости 12. Нижняя часть втулки 16 и коническая часть диффузора 17 жестко соединены с распылителем в виде конической втулки 23 с дренажными каналами 24 для впрыска топлива в цилиндр двигателя. Коническая втулка 23 имеет наружную резьбу для закрепления устройства в камере сгорания (на фиг. резьбы не показаны).
Верхняя часть подвижного цилиндра 3 жестко соединена с штоком 25. Для свободного перемещения штока 25 и отводящего 8 и подводящего 7 каналов в крышке 2 выполнены отверстия.
Перемещение штока 25 приводит к тому, что гидравлическая полость 12, из которой происходит непосредственно подача топлива, имеет переменный объем. Причем переменное положение штока 25 выполнено с обеспечением прямой зависимости от положение регулятора мощности (скорости или педали газа). При использовании механической передачи управление может быть выполнено по следующей схеме. На верхней части штока 25 выполнена шаровая или роликовая опора 26 с возможностью свободного качения по поверхности профилированного паза кулачкового механизма 27, а положение кулачкового механизма 27 определяет соответственно, положение регулятора мощности (скорости или педали газа). Условно показано на фиг. 1 возможности хода кулачкового механизма 27 посредством тяги 28 и пружины 29. Кривизна профиля кулачка выбирается в соответствии с законом управления мощностью двигателя в зависимости от положения педали газа.
В корпусе 1 закреплен световод 30, конец которого выходит в гидравлическую полость 12 в части, свободной от хода подпружиненных клапанов 9 и 20. Второй конец световода 30 соединен с выходом лазерного излучателя 31, работающего по командам электронного блока управления (ЭБУ) 32. По формируемым командам ЭБУ 32 лазерный излучатель 31 обеспечивает подачу оптического импульса в гидравлическую полость 12 устройства с заданной частотой впрыска топлива в цилиндр двигателя. Электронный блок управления 32 выполнен с возможностью формирования команд для:
- установления момента подачи топлива в полость 6 устройства;
- установления момента конца такта сжатия и соответствующего давления в цилиндре,
- установления момента нахождения поршня цилиндра в верхней мертвой точке,
- установления момента подключения световода 30 к лазерному излучателю 31 и подачи лазерного импульса в конце такта сжатия.
Рабочая длина волны лазерного излучения является необходимым условием функционирования устройства.
Устройство работает следующим образом.
При запуске ДВС орган управления (педали газа) находится в положении максимальной подачи топлива и через тягу 28 кулачковый механизм 27 перемещается в крайнее положение, при котором подвижный цилиндр 3 вместе с клапаном 9 перемещается в верхнюю часть корпуса 1 и объем гидравлической полости 12 становится максимальным.
В исходном состоянии впускной клапан 9 под действием пружины 14 открыт, а конический клапан 20 закрыт под действием пружины 21. Топливо под некоторым давлением через подводящий канал 7 поступает в полость 6 и далее через центральный канал 10 и отверстия 11 клапана 9 поступает в полость 12. Кольцевой упор 5 и ограничитель хода 15 удерживают клапан 9 в рамках хода внутри полости 6.
В момент конца такта сжатия в цилиндре ДВС (фиксируемые программой ЭБУ 32), когда поршень цилиндра находится в верхней мертвой точке, лазерное излучение по световоду 30 по команде ЭБУ 32 подается в полость 12 устройства. Под воздействием лазерного излучения в топливе возникает светогидравлический эффект (открытие СССР №65), который приводит к мгновенному нагреву и расширению топлива, что вызывает появление в нем мощного импульса давления и происходит мгновенный впрыск топлива в цилиндр двигателя.
Под воздействием импульса давления закрывается впускной клапан 9 с центральным каналом 10 и перекрываются боковые отверстия 11, препятствуя подаче топлива из гидравлической полости 6 в гидравлическую полость 12 и обратно. Кромки 13 служат для упора и устойчивости работы пружины 14 и ее защиты от смещения в процессе повышения давления в гидравлической полости 12, а также перекрывают обратный заброс топлива из гидравлической полости 12 в гидравлическую полость 6. Одновременно клапан 9 совместно с цилиндром 3 перемещаются вверх относительно корпуса 1. Уплотнительные кольца 4 препятствуют проникновению топлива в пространство между цилиндром 3 и крышкой 2 и служат также устойчивости при движении цилиндра 3 относительно корпуса 1.
За счет давления топлива, поступающего по подводящему каналу 7 и движения вверх клапана 9, приводящего к уменьшению объема полости 6, открывается разгрузочный клапан канала 8 для слива излишек топлива в топливную магистраль. Одновременно открывается подпружиненный конический клапан 20 с тарелкой на верхнем торце, кромки которой 22 служат для крепления пружины 21 и ее защиты от смещения в процессе повышения давления в гидравлической полости 12. Через отверстия 18 конического диффузора 17 и дренажные каналы 24 распылителя топливо впрыскивается в цилиндр двигателя.
Количество впрыскиваемого топлива определяется положением профиля механизма 27 и, соответственно, положениями цилиндра 3, клапана 9 и объемом полости 12. В зависимости от положения педали газа через тягу 28 меняется положение механизма 27 и объем полости 12, поэтому количество впрыскиваемого топлива напрямую зависит от положения педали газа. Пружина 29 служит для возврата кулачкового механизма 27 в исходное положение.
Устройство позволяет обеспечить управление мощностью двигателя за. счет изменения количества подаваемого топлива, которое зависит от внутреннего объема гидравлической полости устройства и которое, в свою очередь, изменяется посредством перемещения педали газа. В то же время, при периодическом увеличении объема подаваемого топлива устройство сохраняет, как и в прототипе, полноту горения топлива, сокращается фаза его нагрева, расширения и распыления, сокращается время подачи топлива в цилиндр, что приводит к повышению мощности двигателя и снижает содержание вредных веществ в выхлопных газах.
Устройство может быть реализовано с использованием известных материалов и оборудования.