СИСТЕМА ВПРЫСКА ТОПЛИВА ДЛЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ
PISTON ENGINE FUEL INJECTION SYSTEM

Изобретение относится к системе впрыска топлива для поршневого двигателя согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Для улучшения работы поршневых двигателей широко используется так называемая система впрыска топлива с общей топливной магистралью для поршневого двигателя с несколькими цилиндрами. В системе впрыска топлива подача давления и впрыск топлива функционально разделяются друг с другом. Топливо подается с помощью средств высокого давления в общую подводку сжатого воздуха, из которой оно проводится по раздельным трубкам в инжектор каждого цилиндра.
Задачей настоящего изобретения является создание улучшенной системы впрыска топлива для поршневого двигателя.
Задача настоящего изобретения решается посредством создания системы впрыска топлива согласно п.1 формулы изобретения. Система впрыска топлива согласно настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, один аккумулятор давления для топлива под давлением и инжекторы, соединенные с аккумулятором давления или аккумуляторами давления для впрыска топлива под давлением в цилиндры. Система также содержит систему каналов утечки для удаления утечки топлива из инжекторов. Система каналов утечки снабжается детектором утечки для обнаружения утечки топлива.
Далее изобретение описывается посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематический вид одной из систем впрыска топлива согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 - вид в поперечном сечении топливного инжектора, который может использоваться в системе впрыска топлива с фиг.1;
Фиг.3 - вид в поперечном сечении соединения впускной трубки с топливным инжектором и головкой цилиндра; и
Фиг.4 - вид в поперечном сечении детектора утечки топлива, который может использоваться в системе впрыска топлива с фиг.1.
Фиг.1 схематически показывает систему впрыска топлива с общей топливной магистралью для поршневого двигателя с несколькими цилиндрами большого поршневого двигателя, например большого дизельного двигателя. Большой поршневой двигатель относится в данном документе к таким двигателям, которые могут использоваться, например, как основные и вспомогательные двигатели на судах или в силовых установках для производства тепла и/или электричества. Двигатель может приводиться в действие с помощью тяжелого дизельного топлива. Система 1 впрыска топлива содержит источник топлива, например бак 2 для горючего, из которого топливо подается с помощью средств топливного насоса 3 низкого давления по топливопроводу 4 к насосу 5 высокого давления, который, в свою очередь, повышает давление топлива до такого уровня, чтобы достигалось достаточное давление впрыска в инжекторах 6.
Система 1 впрыска топлива содержит, по меньшей мере, один аккумулятор 7, 8 давления для топлива под высоким давлением. Система, показанная на фиг.1, содержит два отдельных аккумулятора 7, 8, расположенных в сообщении друг с другом по текучей среде через соединительную трубку 9. Топливо подается от насоса 5 высокого давления в первый аккумулятор 7 давления, из которого топливо затем подается по соединительной трубке 9 во второй аккумулятор 8 давления. Также, каждый инжектор 6 может снабжаться аккумулятором 18 давления инжектора, в который топливо подается от аккумулятора 7, 8 давления. Второй аккумулятор 8 давления снабжается перепускным клапаном 10, через который топливо может циркулировать в системе 1 впрыска для нагрева перед запуском двигателя. Второй аккумулятор давления 8 также снабжается предохранительным клапаном 11 для поддержания давления в аккумуляторах 7, 8 давления и/или аккумуляторах 18 давления инжекторов ниже заданного максимального значения. Предохранительный клапан 11 также может использоваться для понижения давления в аккумуляторах 7, 8 и/или в аккумуляторах 18 давления инжекторов, при необходимости. Объем аккумуляторов 7, 8 давления может определяться с помощью формулы
acc
inj
inj
V=S/(V*N),
acc
где V - объем аккумулятора давления,
inj
V - количество (объем) топлива, впрыснутого с помощью инжектора во время одного события впрыска при полной (100%) нагрузке на двигатель,
inj
N - количество инжекторов, соединенных с указанным аккумулятором,
так чтобы значение S находилось в диапазоне от 50 до 100.
Система впрыска топлива 1 содержит инжекторы 6 для впрыска топлива в цилиндры 12 двигателя. Устройство топливных инжекторов 6 показано более подробно на фиг.2. Инжекторы 6 устанавливаются на головке 13 цилиндра двигателя. Каждый инжектор 6 соединяется через впускную трубку 14 с аккумулятором давления 7, 8. Конечная часть впускной трубки 14 располагается в цилиндрическом отверстии 35 в головке 13 цилиндра. В варианте осуществления, показанном на фиг.1, несколько инжекторов 6 соединяются с каждым аккумулятором 7, 8 давления, но при необходимости, только один инжектор 6 может соединяться с каждым аккумулятором 7, 8. Топливо подается от аккумуляторов давления 7, 8 к инжекторам 6 по подводящим трубкам 14. Подводящие трубки 14 снабжены двойными стенками. Внутреннее пространство для потока впускной трубки 14 предназначено для топлива под высоким давлением, а внешнее пространство для потока служит как канал сбора для возможно утекающего топлива. Внешние пространства для потока у подводящей трубки находятся в сообщении текучих сред с системой определения утечки топлива, которая может располагаться в соединении с аккумулятором 7, 8 давления. Примеры такой системы определения утечки топлива описаны в патенте EP 1150006.
Инжектор 6 содержит корпус 15, в котором устанавливается игла 16 клапана для контроля впрыска топлива из топливной камеры 17 в цилиндр 12. В зависимости от положения иглы 16 клапана, впрыск топлива из топливной камеры 17 в цилиндр 12 либо разрешается, либо запрещается. Инжектор 6 содержит аккумулятор 18 давления инжектора, в который топливо подается через впускную трубку 14. Объем аккумулятора 18 давления инжектора составляет, по меньшей мере, 40, как правило, от 60 до 100 частей от количества (объема) топлива, впрыскиваемого с помощью инжектора во время одного события впрыска при полной (100%) нагрузке на двигатель. Топливо подается из аккумулятора 18 давления инжектора по соединительному каналу 34 в топливную камеру 17. Предохранитель 19 перетекания располагается между инжектором аккумулятора 18 давления и топливной камерой 17. Предохранитель 19 перетекания не позволяет топливу утекать из инжектора аккумулятора давления 18 в топливную камеру 17 в случае несрабатывания инжектора 6, например, когда игла 16 клапана не закрывается надлежащим образом.
Инжектор 6 содержит контрольную камеру 20, в которую топливо подается по впускной трубке 14. Давление топлива в контрольной камере 20 воздействует на иглу 16 клапана. Сила давления топлива в контрольной камере 20 заставляет иглу 16 клапана перемещаться в сторону закрытого положения. Перемещение иглы 16 клапана и, таким образом, впрыск топлива в цилиндр 12, может контролироваться с помощью давления топлива, преобладающего в контрольной камере 20. Возвратная трубка 21 для удаления топлива из контрольной камеры 20 соединяется с инжектором 6. Возвратная трубка 21 устанавливается во втором отверстии 42 или соединяется со вторым отверстием 42 в головке 13 цилиндра. Топливо, удаляемое из контрольной камеры 20 через возвратную трубку 21, используется для контроля впрыска топлива из инжектора 6. Управляющий клапан 22 устанавливается в возвратной трубке 21 для управления стоком топлива из контрольной камеры 20. Управляющий клапан 22 может представлять собой соленоидный клапан. Входное отверстие контрольной камеры снабжается заслонкой, с помощью которой ограничивается поток топлива в контрольную камеру 20. Инжектор 6 также снабжается пружиной 23, которая заставляет иглу 16 клапана перемещаться в сторону закрытого положения.
Для инициирования впрыска топлива, управляющий клапан 22 открывается. Топливо протекает из контрольной камеры 20 в возвратную трубку 21, и давление топлива в контрольной камере 22 понижается. Топливо протекает по возвратной трубке 21 в топливный бак 2. Давление топлива в возвратной трубке 21 составляет, как правило, около 4 Бар, или оно выше 4 Бар. Как только давление в контрольной камере 22 становится достаточно низким, сила, вызванная давлением топлива в топливной камере 17, заставляет иглу 16 клапана перемещаться в сторону открытого положения против воздействия силы пружины 23. В результате, игла 16 клапана поднимается с ее гнезда, и топливо впрыскивается из топливной камеры 17 в цилиндр 12. Когда управляющий клапан 22 закрывается, давление топлива в контрольной камере 20 повышается. Как следствие, игла клапана 16 возвращается в свое закрытое положение, вплотную к гнезду, так, чтобы впрыск топлива из топливной камеры 17 в цилиндр 12 останавливался.
Система 1 впрыска топлива снабжается системой 24 каналов утечки для удаления так называемой грязной утечки из инжекторов 6. Грязная утечка представляет собой нежелательную утечку топлива из инжекторов 6, например, утечку из зазоров между деталями инжекторов и/или смешивание топлива и уплотнительной смазки инжектора. Система 24 каналов утечки содержит ответвляющиеся каналы 25, соединенные с инжекторами 6 или находящиеся в сообщении текучих сред с ними. Также, система 24 каналов утечки содержит канал 26 сбора, соединенный с ответвляющимися каналами 25, так, чтобы поток утечки топлива от ответвляющихся каналов 25 приводился в канал 26 сбора. Корпус 15 инжектора имеет выходное отверстие утечки, через которое грязная утечка может удаляться из инжектора 6 и подаваться в ответвляющийся канал 25. Ответвляющийся канал 25 находится в сообщении по текучей среде с выходным отверстием для утечки. Ответвляющийся канал 25 располагается в отверстии в головке 13 цилиндра. Цилиндрическое отверстие 35, в котором устанавливается впускная трубка 14, также может использоваться для ответвляющегося канала 25, так, чтобы зазор между внешней поверхностью впускной трубки 14 и внутренней поверхностью цилиндрического отверстия 35 действовал как ответвляющийся канал 25.
Фиг.3 показывает более подробно соединение впускной трубки 14 с инжектором 6 топлива и с головкой 13 цилиндра. Впускная трубка 14 содержит первую часть 14a, расположенную между аккумулятором 7, 8 давления и головкой 13 цилиндра, и вторую часть 14b, расположенную между первой частью 14a и инжектором 6. Первая часть 14a снабжается двойными стенками. Вторая часть 14b является одностенной. Таким образом, вторая часть 14b содержит только пространство для протекания топлива под высоким давлением. Вторая часть 14b располагается в цилиндрическом отверстии 35 в головке 13 цилиндра. Цилиндрическое отверстие 35 содержит две камеры 38, 39. Топливо под высоким давлением из аккумулятора 7, 8 давления доставляется через первую часть 14a впускной трубки в головку 13 цилиндра и через вторую часть 14b части впускной трубки 14 также внутри головки 13 цилиндров в инжектор 6. Первый конец 36a второй части 14b плотно соединяется с первой частью 14a. Любые пригодные средства 37 крепления, например, муфта с резьбовым соединением на конце 36a трубки, могут предусматриваться для обеспечения плотного соединения между первой частью 14a и второй частью 14b. Второй конец 36b второй части 14b находится в прямом соединении с инжектором 6 посредством общих поверхностей 37a и 6a контакта, соответственно. Поверхность 6a может иметь форму конуса, а поверхность 37a предпочтительно имеет форму шара, для создания надежного и плотного зацепления.
Головка 13 цилиндра снабжается первой камерой 38, которая находится в сообщении с выходным отверстием утечки посредством второй камеры 39. Вторая камера 39 имеет меньший диаметр, чем первая камера 38. Система содержит дополнительные средства 40 крепления, например, муфту или сходный крепежный элемент, через который проходит вторая часть 14b и который зацепляется с помощью резьбы 41 с первой камерой 38 в головке 13 цилиндра. Вторая часть 14b снабжается увеличенной частью 14c с обратной поверхностью 37b, расположенной во взаимодействии с поверхностью 40a на средствах 40 крепления. Эти поверхности 37b и 40a могут иметь форму конуса. Альтернативно, по аналогии с поверхностью 37a, поверхность 37b может также иметь форму шара, так, чтобы лучше соответствовать возможному изгибу второй части 14b, как будет описано далее. Таким образом, вторая часть 14b может плотно герметизироваться вместе с обратной поверхностью 40a средств 40 крепления ближе к первому концу 36a второй части. Увеличенная часть 14c не должна быть неотъемлемой частью второй части 14b, хотя при необходимости она тоже может выполняться, например, как отдельная соединительная муфта.
Как показано на фиг.3, часть второй части 14b между увеличенной частью 14c и инжектором 6 имеет достаточную длину, особенно, с учетом своего диаметра. Преимуществом такого типа расположения второй части 14b внутри второй камеры 39 является большая длина деформации, которая обеспечивает удерживание нагрузки, несмотря на крайние рабочие температуры топлива от 40°C до 150°C для тяжелого дизельного топлива. При необходимости, вторая камера 39 допускает некоторый изгиб второй части 14b так, чтобы достаточное удерживание нагрузки могло поддерживаться при различных условиях. С другой стороны, эта часть второй части 14b может снабжаться направляющими для обеспечения пределов для изгиба такого типа. На чертеже это показывается только схематически посредством опорного элемента 41. Естественно, подобный опорный элемент должен конструироваться с возможностью утечки через него, так, чтобы сделать возможной утечку с протеканием через камеры 38 и 39, как описывается выше.
Первая камера 38 находится в сообщении через вторую камеру 39 с выходным отверстием для утечки. Поэтому эти камеры 38, 39 служат как ответвляющийся канал 25 и используются для удаления грязной утечки из инжектора 6. Ответвляющийся канал 25 содержит проход 42, по которому грязная утечка удаляется из головки 13 цилиндра.
Система 24 каналов утечки снабжается детектором утечки 28 для обнаружения утечек топлива. Детектор 28 утечки присоединяется к каналу 26 сбора в положении, в котором все топливо от ответвляющихся каналов 25 размещается для протекания. Так как при нормальных рабочих условиях инжекторов 6 утекает только малое количество топлива, удобно, чтобы обнаруживались только большие потоки утечки утекающего топлива. Следовательно, детектор 28 утечки устанавливается для определения только больших потоков, то есть только утекающих потоков топлива, имеющих скорость потока, превышающую заданное значение. Детектор утечки 28 неспособен детектировать потоки утекающего топлива, имеющие скорость потока ниже, чем упомянутое заданное значение.
Фиг.4 показывает вид в поперечном сечении детектора 28 утечки, пригодного для использования в системе впрыска топлива с фиг.1. Канал 26 сбора соединяется с входом 30 для утечки детектора 28. Детектор 28 утечки содержит контрольную камеру 29, в которую утекающее топливо поступает через входное отверстие утечки 30. Нижняя часть контрольной камеры снабжается отверстием 31, через которое топливо выпускается из контрольной камеры 29. Отверстие 31 имеет такие размеры, чтобы утечка топлива, происходящая при нормальных условиях работы инжекторов 6, полностью выпускалась из контрольной камеры 29. Когда в контрольную камеру 29 поступает больший поток утекающего топлива, все топливо не может выпускаться через отверстие 31, и в результате уровень топлива в контрольной камере 29 растет. Контрольная камера 29 снабжается средствами определения уровня топлива 32, например поплавковым детектором или детектором уровня, которые подают сигнал или иначе информируют, когда уровень топлива в контрольной камере 29 повышается до точки, показывающей большую грязную утечку топлива из одного или нескольких инжекторов 6. Таким образом, детектор утечки 28 располагается для определения только потоков утекающего топлива, имеющих скорость потока, большую, чем установленное значение. Из-за большой грязной утечки топлива из инжектора 6, соответствующий цилиндр 12 не работает оптимально и параметры работы цилиндра 12 находятся за нормальными пределами. Инжектор 6 с утечкой может определяться с помощью системы управления двигателем, которая осуществляет наблюдение за рабочими параметрами цилиндров, например, за давлением в цилиндрах или температурой выхлопного газа. Верхняя часть контрольной камеры 29 снабжается выходным отверстием 33 утечки, через которое выпускается избыточное топливо. Из детектора утечки 28 топливо направляется в топливный бак 2. При нормальных условиях работы инжекторов 6, ответвляющиеся и коллекторные каналы 25, 26 системы 24 каналов утечки и контрольная камера 29 не находятся под давлением (то есть они находятся при атмосферном давлении).