ДОЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ТОПЛИВА
FUEL DOSING DEVICE

Уровень техники
В настоящее время при разработке двигателей внутреннего сгорания (ДВС) принимают меры, направленные на регенерацию компонентов системы выпуска отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания, а также регенерацию компонентов его системы терморегулирования. Так, в частности, для регенерации сажевого фильтра используют форсунки для дозирования топлива. При этом сажевый фильтр ОГ дизельного двигателя не требуется снабжать дорогостоящим покрытием или не требуется предусматривать дополнительную емкость для добавки. Дозирующее устройство для дозирования дизельного топлива перед катализатором окисления (каталитическим нейтрализатором окислительного типа) интегрировано в топливный контур низкого давления. Оно без помощи сжатого воздуха впрыскивает топливо в точно дозированном количестве в выпускной тракт в точке перед катализатором окисления. В результате этого температура ОГ при их прохождении через катализатор окисления в системе выпуска ОГ значительно возрастает. При этом скопившаяся в сажевом фильтре сажа выгорает. Расход топлива, впрыскиваемого в выпускной тракт для регенерации сажевого фильтра, регулируется в соответствии с текущими потребностями. Добавлением, соответственно дозированием топлива в соответствии с текущими потребностями и независимо от системы впрыскивания топлива в двигатель управляет надежная в работе и полностью не требующая обслуживания система.
Подобное дозирующее устройство для дозирования топлива в систему выпуска ОГ двигателя внутреннего сгорания, имеющее установленную в системе выпуска ОГ форсунку, известно из WO 2008/080693.
Краткое изложение сущности изобретения
В изобретении предлагается дозирующее устройство для дозирования топлива в точке перед катализатором окисления в системе выпуска ОГ двигателя внутреннего сгорания, при этом по ходу потока после питающего устройства для подачи топлива в топливопровод дозатора интегрированы запирающий клапан и/или дозирующий клапан, а также форсунка и в зоне дозатора и/или дозирующего клапана предусмотрено по меньшей мере одно устройство для демпфирования колебаний давления. Такое устройство для демпфирования колебаний давления топлива может представлять собой демпфирующее звено, уширенную часть, емкость или дополнительный объем, имеющий, как и всегда, обычное исполнение. Устройство для демпфирования колебаний давления позволяет минимизировать скачки давления с его повышением до пиковых значений, соответственно минимизировать появление пропорциональных таким пиковым значениям давления сигналов в дозирующем устройстве, соответственно в системе выпуска ОГ настолько, что исключается повреждение отдельных агрегатов. Сказанное означает также, что пиковое давление снижается до столь низких значений, что оно может безо всяких проблем регистрироваться отдельными датчиками. Помимо этого предлагаемая в изобретении система позволяет согласовывать, соответственно снижать средний уровень давления в дозаторе. Кроме того, наличие впускного дросселя, располагаемого по ходу потока перед дозатором, позволяет оптимально влиять на характер изменения давления с целью соблюдения ограничений, накладываемых техническими условиями, установленными для дозатора и для форсунки для подачи топлива в систему выпуска ОГ в точке перед сажевым фильтром.
В предпочтительном варианте функционально связанное с дозатором устройство для демпфирования колебаний давления расположено по ходу потока после дозирующего устройства или питающего устройства низкого давления для подачи топлива, прежде всего дизельного топлива, и для снижения уровня давления интегрировано в топливопровод дозатора.
В еще одном предпочтительном варианте система выпуска ОГ, соответственно дозатор по меньшей мере через один сливной топливопровод с расположенным в нем перепускным клапаном подсоединена, соответственно подсоединен к сборнику в автомобиле и по ходу потока за точкой ответвления этого сливного топливопровода дозатор и/или запирающий клапан снабжены/снабжен устройством для демпфирования колебаний давления. В указанном сборнике содержится запас топлива. В зависимости от варианта можно также не использовать первый дроссель, а работать только с запирающим клапаном.
В еще одном предпочтительном варианте реализации предлагаемого в изобретении решения устройство для демпфирования колебаний давления образовано по меньшей мере первым дросселем и/или вторым дросселем и/или расположенной в дозаторе камерой или уширением топливопровода дозатора.
В следующем предпочтительном варианте первый дроссель расположен по ходу потока за точкой ответвления сливного топливопровода от топливопровода дозатора и перед запирающим клапаном, а второй дроссель расположен в топливопроводе дозатора между запирающим клапаном и дозирующим клапаном.
В еще одном предпочтительном варианте емкость или уширенная часть для заполнения дополнительным объемом топлива интегрирована в топливопровод дозатора на участке между запирающим клапаном и дозирующим клапаном и представляет собой часть блока клапанов, соответственно часть топливопровода дозатора.
В следующем предпочтительном варианте в топливопроводе дозатора на участке после запирающего клапана и перед дозирующим клапаном предусмотрен по меньшей мере один датчик давления, который функционально связан с расширенной частью для заполнения дополнительным объемом топлива.
В следующем предпочтительном варианте к топливопроводу дозатора на участке между запирающим клапаном и дозирующим клапаном подсоединен по меньшей мере один второй дроссель с датчиком давления, который функционально связан с расширенной частью для заполнения дополнительным объемом топлива.
В еще одном предпочтительном варианте от топливопровода дозатора в точке между запирающим клапаном и дозирующим клапаном или расширенной частью для заполнения дополнительным объемом топлива ответвляется второй сливной топливопровод с расположенным в нем перепускным клапаном.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид выполненной по одному из возможных вариантов системы выпуска ОГ, в которой расположены различные клапаны с электромагнитным, соответственно электронным управлением, дозатор, катализатор окисления, а также сажевый фильтр,
на фиг.2 - аналогичный приведенному на вышеуказанном чертеже схематичный вид системы выпуска ОГ, в которой на участке между впускным дросселем и дозатором от его топливопровода ответвляется сливной топливопровод, в котором установлен перепускной клапан и который соединен со сборником, и
на фиг.3 - схематичный вид выполненной по другому варианту системы выпуска ОГ, в которую может быть интегрировано дополнительное демпфирующее звено в виде камеры внутри дозатора.
Описание вариантов осуществления изобретения
На фиг.1 показана используемая в настоящее время система снижения токсичности ОГ, прежде всего ОГ дизельных двигателей.
На фиг.1 в предельно упрощенном виде показана, в частности, система снижения токсичности ОГ, в которой в систему выпуска отработавших газов ДВС 10 дозируется топливо, прежде всего дизельное топливо.
Как схематично показано на фиг.1, ДВС 10, который в данном случае представляет собой четырехцилиндровый ДВС, прежде всего дизельный двигатель, имеет впускной тракт 12, а также выпускной тракт 36. ДВС 10 имеет наддувочное устройство, которое в показанном на фиг.1 варианте выполнено в виде турбокомпрессора. Во впускном тракте 12 ДВС 10 происходит впуск воздуха 14, который сжимается в компрессорной части 20 наддувочного устройства 16, выполненного прежде всего в виде турбокомпрессора. Нагревшийся при сжатии наддувочный воздух охлаждается затем в промежуточном охладителе 28, расположенном во впускном тракте 12. После промежуточного охладителя 28 расположен дроссельный узел, с помощью которого регулируется частота вращения вала ДВС 10. После дроссельного узла 30, расположенного во впускном тракте 12 ДВС 10, во впускной тракт входит трубопровод 32 системы рециркуляции ОГ, в котором расположены клапан рециркуляции ОГ, а также радиатор 34 для охлаждения очень горячих ОГ, подаваемых в поток сжатого и охлажденного в промежуточном охладителе 28 свежего (наддувочного) воздуха.
К ДВС 10 подсоединен, кроме того, расположенный после него выпускной тракт 36. Образовавшиеся в двигателе при его работе ОГ попадают в выпускной коллектор и из него - в выпускной трубопровод 38, в котором расположена турбинная часть 24 наддувочного устройства 16, выполненного прежде всего в виде турбокомпрессора и подающего в ДВС 10 наддувочный воздух. В турбинной части 24 наддувочного устройства 16 ОГ расширяются и таким путем приводят в действие компрессорную часть 20 для сжатия впускаемого воздуха 14. Компрессорная часть 20 и турбинная часть 24 жестко соединены между собой валом 26. Вместо показанного на фиг.1 жесткого вала 26 можно также использовать муфты, соединенные между собой отдельные валы или аналогичные связующие звенья.
В выпускном трубопроводе 38 по ходу потока ОГ после турбинной части 24 наддувочного устройства 16, выполненного прежде всего в виде турбонагнетателя, расположена клапанная форсунка 40. Через эту форсунку 40, перед которой расположен дозатор 48, в точке после турбинной части 24 и перед катализатором 42 окисления, расположенным в выпускном трубопроводе 38, впрыскивается топливо, прежде всего дизельное топливо. За точкой впрыскивания топлива, т.е. по ходу потоку ОГ после форсунки 40, расположен катализатор 42 окисления, после которого в свою очередь расположен сажевый фильтр 44. В соответствии с этим ОГ 46 до своего выхода из выпускного трубопровода 38 проходят сначала через катализатор 42 окисления, а также через сажевый фильтр 44.
Форсунка 40, которая может представлять собой обычную топливную форсунку с соответствующим образом согласованной конструкцией, открывается при питающем давлении, обеспечивая тем самым возможность впрыскивания топлива, прежде всего дизельного топлива, в выпускной трубопровод 38 выпускного тракта 36. Схематично показанный на фиг.1 дозатор 48 имеет первый датчик 50 давления и второй датчик 52 давления. Помимо этого в дозатор 48 встроены запирающий (отсечной) клапан 54, а также дозирующий клапан 56. Дозатором 48 в свою очередь управляет модуль 58 управления. Модуль 58 управления путем выдачи управляющего сигнала 60 управляет расположенным в дозаторе 48 запирающим клапаном 54, а путем выдачи управляющего сигнала 62 управляет также предусмотренным в дозаторе 48 дозирующим клапаном 56. Второй датчик 52 давления, который расположен в дозаторе 48 перед подводящим топливопроводом, ведущим к форсунке 40, выдает пропорциональный давлению сигнал 64, который передается в модуль 58 управления.
В модуль управления передаются также пропорциональные температуре сигналы 66 и 68. Пропорциональный температуре сигнал 66 несет информацию о температуре ОГ, которую они имеют после впрыскивания топлива, прежде всего дизельного топлива, в выпускной трубопровод 38 выпускного тракта 36. В результате впрыскивания топлива происходит значительное повышение температуры в выпускном трубопроводе 38 перед входом в катализатор 42 окисления. В модуль 58 управления передается также пропорциональный температуре сигнал 68, несущий информацию о температуре ОГ, которую они имеют после выхода из катализатора 42 окисления, и сигнал 70, характеризующий потерю давления ОГ на сажевом фильтре 44 при их прохождении через него, после чего нейтрализованные ОГ 46 выходят из выпускного трубопровода 38 выпускного тракта 36 ДВС 10.
Подачу топлива к дозатору 48 можно прекращать путем подачи управляющего сигнала на запирающий клапан 54. Запирающий клапан 54 всегда приводится в действие в то время, когда не должна выполняться регенерация сажевого фильтра 44, т.е. не должно происходить выжигание скопившихся в нем сажевых частиц путем повышения температуры ОГ. Обычно запирающий клапан закрыт в нормальном режиме работы, т.е. представляет собой нормально закрытый клапан. Необходимое дозируемое количество топлива рассчитывается на основании данных, полученных от расположенного по ходу потока перед запирающим клапаном первого датчика 50 давления. Такое количество топлива отмеряется расположенным в дозаторе 48 дозирующим клапаном 56 и подается к форсунке 40.
Как показано на фиг.2, топливо подается в дозатор 48 из контура 72 низкого давления через дросселирующий элемент 76. Контур 72 низкого давления показанным на фиг.2 лишь схематично топливопроводом соединен со сборником 74. Через дросселирующий элемент 76, называемый также впускным дросселем, топливо поступает в дозатор 48, который на фиг.2 обозначен штриховой прямоугольной рамкой. Корпус, в котором расположен дозатор 48, на фиг.2 не показан.
В перерывах между циклами регенерации сажевого фильтра 44, т.е. на время, когда не должна выполняться его регенерация, т.е. когда не должно происходить выжигание скопившихся в нем сажевых частиц, расположенный после дросселирующего элемента 76 запирающий клапан 54 перекрывает подачу топлива к дозатору 48. В этом случае топливо через выполненный, например, в виде обратного клапана перепускной клапан 80 перетекает по сливному топливопроводу 82 обратно в сборник 74. Помимо этого дозатор 48 в показанном на фиг.2 варианте имеет первый датчик 50 давления, на основании полученных от которого данных рассчитывается требуемое дозируемое количество топлива. Такое количество топлива отмеряется дозирующим клапаном 56 и подается от него к форсунке 40. Подобная форсунка в предпочтительном варианте представляет собой пружинную клапанную форсунку, которая открывается при превышении определенного давления открытия, в результате чего топливо может впрыскиваться в выпускной трубопровод 38.
Дозатор 48 имеет, кроме того, еще один, расположенный после дозирующего клапана 56 датчик 52 давления. Этот, расположенный по ходу потока после дозирующего клапана второй датчик 52 давления служит для обнаружения утечки топлива в топливопроводе, ведущем к форсунке 40, и измеряет давление топлива на выходе из дозатора 48.
На фиг.3 показан предлагаемый в изобретении дозатор 48. Аналогично показанному на фиг.2 варианту топливо подается к дозатору 48 в показанном на фиг.3 варианте его выполнения из контура 72 низкого давления. В контур 72 низкого давления топливо поступает из сборника 74. При закрытом запирающем клапане 54, т.е. во время перерыва между циклами регенерации сажевого фильтра 44, топливо возвращается по ответвляющемуся перед впускным дросселем 86 сливному топливопроводу 82 обратно в сборник 74, т.е. в данном случае топливо не поступает из контура 72 низкого давления через впускной дроссель 86 к дозатору 48. Как показано на фиг.3, дозатор 48 на участке между запирающим клапаном 54 и дозирующим клапаном 56 имеет присоединение. К этому присоединению подсоединяется второй перепускной клапан 80, а также параллельный сливной топливопровод 88, ведущий к сборнику 74. Такой параллельный сливной топливопровод 88 подсоединен в точке между запирающим клапаном 54 и дозирующим клапаном 56 и/или демпфером 78 колебаний давления, заполняемым дополнительным объемом топлива, и сообщается со сборником 74. Подобное решение позволяет устанавливать и поддерживать средний уровень давления, преобладающего в дозаторе 48, т.е. уровень рабочего давления в нем. Помимо этого на характер изменения давления можно влиять путем выполнения впускного дросселя 86 соответствующих размеров.
Как показано далее на фиг.3, на участке между запирающим клапаном 54 и дозирующим клапаном 56 расположен демпфер 78 колебаний давления, который может быть выполнен в виде уширения проходного сечения, в виде демпфирующего объема или иного аналогичного элемента. Как показано на фиг.3, дозатор 48 выполнен таким образом, что подсоединение второго -параллельного - сливного топливопровода 88, ведущего к сборнику 74, расположено на участке между запирающим клапаном 54 и дозирующим клапаном 56. С демпфером 78 колебаний давления через демпфирующий дроссель 84 соединен датчик 50 давления. Второй датчик 52 давления расположен на выходе дозатора 48 после дозирующего клапана 56. Второй датчик 52 давления служит для обнаружения утечки топлива в топливопроводе, ведущем к форсунке 40. Через форсунку 40, которая в простейшем случае может быть выполнена в виде обратного клапана, топливо подается в выпускной трубопровод 38 и тем самым в движущийся по нему поток ОГ. Выполненная в простейшем случае в виде обратного клапана форсунка 40 открывается сразу же в тот момент, в который давление в ведущем к ней подводящем топливопроводе, т.е. на участке после дозатора 48, достигает определенного давления открытия. Такое давление открытия непрерывно измеряется вторым датчиком 52 давления, расположенным в дозаторе 48.
Второй перепускной клапан 80, который расположен в параллельном сливном топливопроводе 88, ведущем к сборнику 74, может представлять собой внешнюю деталь, предусмотренную в виде отдельной детали в параллельном сливном топливопроводе 88, соответственно на не показанном на чертеже корпусе дозатора 48. Наряду с этим второй перепускной клапан 80 может быть также встроен в дозатор 48. Давление открытия второго перепускного клапана 80 в параллельном сливном топливопроводе, ведущем к сборнику 54, а тем самым и расход топлива через этот перепускной клапан можно настраивать в зависимости от назначения и в зависимости от типа автомобиля.
Помимо этого внутри дозатора 48 предусмотрен демпфер 78 колебаний давления максимально возможных размеров. На участке между ним и первым датчиком 50 давления может быть предусмотрен еще один демпфирующий дроссель 84. Путем соответствующего согласования проходного сечения демпфирующего дросселя 84 в сочетании с определенным моментом открытия второго перепускного клапана 80, который расположен в параллельном сливном топливопроводе 88, можно настраивать в дозаторе 48 требуемый уровень рабочего давления, а также поддерживать его во время работы.
При необходимости меры по демпфированию колебаний давления можно также принимать вне дозатора 48. Так, например, можно снижать уровень давления для возможности учета таким путем технических условий, возможно установленных для запирающего клапана 54. Уменьшить колебания давления, которые возникают в контуре 72 низкого давления, перед дозатором 48 можно, предусмотрев перед ним в зоне впускного дросселя демпфирующий объем. С этой целью можно, например, использовать эластичный шланг или иной аналогичный элемент, проходящий между контуром 72 низкого давления и дозатором 48.
Для подсоединения первого датчика 50 давления за запирающим клапаном 54 используется, например, предусмотренное в его корпусе отверстие. Такое непосредственное подсоединение первого датчика 50 давления к запирающему клапану 54 позволяет компенсировать пульсации давления и кавитационные явления, возникающие по ходу потока за ним и приводящие тем самым к пульсациям питающего давления. Для предотвращения или минимизации скачков давления с его повышением до пиковых значений перед первым датчиком 50 давления можно принимать следующие меры: простое подсоединение первого датчика 50 давления к демпфирующему дросселю 84, как это показано на фиг.3. Помимо этого обеспечить демпфирование пульсаций или колебаний давления топлива можно путем создания большого объема топлива, т.е. путем образования имеющего большой объем демпфера 78 колебаний давления, предусмотрев для этого уже упоминавшуюся выше компенсационную камеру или уширенную часть.
Функцию по дозированию необходимого в конечном итоге для впрыскивания в выпускной трубопровод 38 количества топлива выполняет дозирующий клапан 56, после которого для измерения уровня давления расположен второй датчик 52 давления.
Запирающий клапан 54 на время перерывов между циклами регенерации сажевого фильтра перекрывает подачу топлива к дозирующему клапану 56. В этом случае топливо через первый перепускной клапан 80, который расположен перед впускным дросселем 86, по сливному топливопроводу 82 сливается обратно в сборник 74. При открытии же запирающего клапана 54 топливо после прохождения демпфера 78 колебаний давления может поступать к дозирующему клапану 56. Для оптимального согласования, соответственно расчета количества дозируемого в поток ОГ топлива в соединительном отверстии между запирающим клапаном 54 и дозирующим клапаном 56 расположен первый датчик 50 давления. Результаты измерений давления этим датчиком используются для расчета требуемого дозируемого количества топлива. Такое дозируемое количество топлива отмеряется дозирующим клапаном 56 и подается к форсунке 40. Форсунка 40 может представлять собой, как уже указывалось выше, пассивно открывающуюся клапанную форсунку, например, обратный клапан, открывающийся по достижении определенного давления открытия и впрыскивающий топливо, прежде всего дизельное топливо, в выпускной трубопровод 38 выпускного тракта 36.
При применении предлагаемой в изобретении системы снижения токсичности ОГ форсунку 40 ввинчивают, например, в не показанный на фиг.3 радиатор, который, например, непосредственно включен в контур циркуляции охлаждающей жидкости ДВС 10 и через который тем самым циркулирует эта охлаждающая жидкость. Вместе с тем для охлаждения форсунки 40 можно также использовать не показанный на чертеже поток топлива, омывающий форсунку 40.
Принципиальное присоединение второго датчика 52 давления в показанных на фиг.2 и 3 вариантах идентично.
3
3
3
В показанном на фиг.3 варианте по ходу потока после запирающего клапана 54, соответственно по ходу потока после первого датчика 50 давления в дозаторе 48 образуют дополнительный, служащий в качестве демпфера 78 колебаний давления объем. Такой дополнительный объем может быть образован, например, уширением поперечного сечения в топливопроводе дозатора 48, например, уширением отверстия. Подобный дополнительный объем 78, составляющий более 2 см или от 2 до 20 см, прежде всего от 2 до 10 см, выполняет функцию демпфирующего объема внутри дозатора 48.
В показанном на фиг.3 варианте дозатор 48, как уже упоминалось выше, присоединен к контуру 72 низкого давления. Дозирующий топливопровод выходит из дозатора 48 в точке, расположенной по ходу потока за вторым датчиком 52 давления, и проходит к форсунке 40. Ее можно экономичным путем охлаждать, пропуская мимо нее поток топлива, учитывая, что температура ОГ при их прохождении через катализатор окисления возрастает до примерно 600°С. Помимо этого использование не показанного на фиг.3 охлаждающего устройства позволяет избежать быстрого старения топлива. В точке, расположенной на небольшом удалении перед выпускным отверстием форсунки 40, к дозирующему топливопроводу может быть подсоединен сливной топливопровод, который в свою очередь через управляемый, соответственно регулируемый клапан давления подсоединен к сборнику 74.