СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ ДИЗЕЛЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к конструкции топливоподающей аппаратуры дизелей.
Известна система подачи топлива в дизель, содержащая насос высокого давления, нагнетательный клапан, подпитывающую магистраль, дополнительный канал и невозвратный клапан, причем насос связан с подпитывающей магистралью и соединен через нагнетательный клапан и трубопровод высокого давления с форсункой, а невозвратный клапан размещен в дополнительном канале, который одним концом связан с трубопроводом высокого давления, а другим концом - с подпитывающей магистралью, при этом втулка плунжера насоса имеет всасывающее и отсечное отверстие, а в насосе выполнен топливный канал, связанный с этим отверстием, отличающаяся тем, что отсечное отверстие имеет форму прямоугольника, повернутого относительно вертикальной оси на угол, равный углу наклона отсечной кромки плунжера, при этом в корпусе насоса выполнен канал слива топлива, связанный с отсечным отверстием (патент RU N2151904, F02М 55/00, 25.09.1998).
Недостатками известного технического решения, влияющими на экономичность дизеля и токсичность отработавших газов являются: не обеспечивающий достаточно интенсивного начала отсечки закон нарастания эффективного проходного сечения прямоугольного отсечного отверстия, влияющий на вид характеристики впрыскивания на участке падения
давления и на период разгрузки линии высокого давления, а, следовательно, определяющий наличие и количество подвпрыскиваний топлива через форсунку в цилиндр дизеля [1, 2]; отсутствие корректирования угла опережения впрыскивания топлива (УОВТ) в зависимости от нагрузки. Данное решение позволяет увеличить начальное давление лишь до ограниченного значения. Это связано с тем, что создание начального давления топливоподкачивающим насосом (ТПН) зависит от скоростного режима работы дизеля. Даже при номинальных частотах вращения значения максимального создаваемого топливоподкачивающим насосом давления в подпитывающей магистрали будут существенно меньше рекомендуемого начального давления в трубопроводах высокого давления. Кроме того, применение переходника и держателя приводит к усложнению конструкции и увеличению объема нагнетательной магистрали.
Технический результат направлен на повышение экономичности дизеля, а также уменьшение токсичности отработавших газов путем увеличения начального давления впрыскивания и ликвидации подвпрыскивания топлива в цилиндр дизеля, уменьшения нежелательного приращения объема нагнетательной магистрали, а также обеспечение регулирования УОВТ по нагрузке.
Технический результат достигается тем, что в известной системе подачи топлива в дизель, содержащей насос высокого давления, нагнетательный клапан, подпитывающую магистраль, дополнительный канал и невозвратный клапан, причем насос связан с подпитывающей магистралью
и соединен через нагнетательный клапан и трубопровод высокого давления с форсункой, а невозвратный клапан размещен в дополнительном канале, который одним концом связан с трубопроводом высокого давления, а другим концом - с подпитывающей магистралью, втулка плунжера насоса имеет всасывающее и отсечное отверстие, а в насосе выполнен топливный канал, связанный с этим отверстием, отсечное отверстие имеет форму прямоугольника, повернутого относительно вертикальной оси на угол, равный углу наклона отсечной кромки плунжера, а в корпусе насоса выполнен канал слива топлива, связанный с отсечным отверстием, при этом отсечное отверстие имеет форму треугольника, с основанием, наклоненным относительно вертикальной оси на угол, равный углу наклона отсечной кромки плунжера, а плунжер имеет регулирующую кромку, выполненную в виде фаски малой глубины с углом наклона α, а наклон винтовой канавки уменьшен на ту же величину; в корпусе насоса выполнен отсечной канал, связанный с отсечным отверстием с одной стороны и с гидроаккумулятором через отсечной трубопровод и невозвратный клапан с другой стороны; гидроаккумулятор, в свою очередь, связан через клапан двойного действия с трубопроводом низкого давления и через подпитывающий трубопровод и нагнетательный клапан двойного действия с трубопроводом высокого давления.
Отличительным признаком от прототипа является то, что отсечное отверстие имеет форму треугольника, с основанием, наклоненным относительно вертикальной оси на угол, равный углу наклона отсечной
кромки плунжера, а плунжер имеет регулирующую кромку, выполненную в виде фаски малой глубины с углом наклона α, а наклон винтовой канавки уменьшен на ту же величину; в корпусе насоса выполнен отсечной канал, связанный с отсечным отверстием с одной стороны и с гидроаккумулятором через отсечной трубопровод и невозвратный клапан с другой стороны; гидроаккумулятор, в свою очередь, связан через клапан двойного действия с трубопроводом низкого давления и через подпитывающий трубопровод и нагнетательный клапан двойного действия с трубопроводом высокого давления.
Подпитка трубопровода высокого давления устраняет возможность появления паровых пробок, которые возникают при интенсивных волнах разрежения, особенно при работе на топливах, содержащих легкоиспаряющиеся фракции.
Применение отсечного отверстия треугольной формы позволяет интенсифицировать процесс отсечки за счет улучшения его характеристики "время-сечение" в начальном периоде отсечки по сравнению с отсечным отверстием прямоугольной формы. Это позволяет увеличить скорость падения давления в надплунжерном пространстве при отсечке и увеличить скорость посадки нагнетательного клапана и, тем самым, уменьшить продолжительность разгрузки трубопровода высокого давления, что улучшает экономичность дизеля.
На фиг.1 приведена схема системы топливоподачи дизеля;
на фиг.2 - сравнительная схема эффективных проходных сечений отсечных отверстий треугольной, круглой и прямоугольной формы равных площадей с эффективной высотой треугольного и прямоугольного отверстий равной диаметру круглого отверстия;
на фиг.3 - схема работы нагнетательного клапана двойного действия;
на фиг.4 - схема работы клапана двойного действия гидроаккумулятора;
на фиг.5 - диаграмма изменения проходного сечения отсечного отверстия при перемещении плунжера;
на фиг.6 - диаграмма давления топлива перед распыливающими отверстиями форсунки.
Система топливоподачи дизеля (Фиг.1) содержит топливоподкачивающий насос 1, связанный через трубопровод низкого давления 2 с всасывающим отверстием 3 втулки плунжера 4, имеющей также диаметрально расположенное ему отсечное отверстие 5 треугольной формы с основанием 2 (Фиг.2), параллельным отсечной кромке 6 плунжера 7. Плунжер 7, в свою очередь, содержит центральное отверстие 8, диаметральный канал 9, верхнюю торцевую кромку 10 и регулирующую кромку 11, выполненную в виде фаски малой глубины с углом наклона α, a наклон винтовой канавки 12 уменьшен на ту же величину; при этом надплунжерное пространство 13 сообщается через нагнетательный клапан двойного действия 14 (Фиг.3) посредством трубопровода высокого давления 15 с форсункой 16, а отсечное отверстие 5 через отсечной канал 17, отсечной
трубопровод 18 и невозвратный клапан 19 связано с гидроаккумулятором 20. Гидроаккумулятор 20 сообщается, в свою очередь, с одной стороны через клапан двойного действия 21 и трубопровод 22 с трубопроводом низкого давления 2, а с другой стороны через подпитывающий трубопровод 23 и нагнетательный клапан двойного действия 14 с трубопроводом высокого давления 15.
Система работает следующим образом.
При активном ходе плунжера 7 (Фиг.1) после перекрытия верхней торцевой кромкой 10 всасывающего отверстия 3 втулки плунжера 4 поступление топлива в надплунжерное пространство 13 прекращается и часть топлива из надплунжерного пространства 13 вытесняется через отсечное отверстие 5 до момента перекрытия его регулирующей кромкой 11, выполненной в виде фаски малой глубины с углом наклона α. Вследствие этого момент перекрытия отсечного отверстия 5 изменяется в зависимости от положения рейки ТНВД, корректируя геометрический УОВТ. В надплунжерном пространстве 13 растет давление топлива, под действием которого открывается нагнетательный клапан двойного действия 14, и топливо вытесняется по трубопроводу высокого давления 15 к форсунке 16, при этом, открываясь, нагнетательный клапан двойного действия 14 разобщает гидроаккумулятор 20 и трубопровод высокого давления 15 (Фиг.3). При дальнейшем движении плунжера 7 вверх отсечная кромка 6 винтовой канавки 12 открывает отсечное отверстие 5 и топливо из надплунжерного пространства 13 начинает перетекать соответственно через
центральное отверстие 8, диаметральный канал 9, винтовую канавку 12 плунжера 7, отсечное отверстие 5 втулки плунжера 4, отсечной канал 17, отсечной трубопровод 18 и невозвратный клапан 19 в гидроаккумулятор 20, при этом в надплунжерном пространстве 13 давление топлива падает, и нагнетательный клапан двойного действия 14 под действием перепада давлений топлива в трубопроводе высокого давления 15 и надплунжерном пространстве 13 закрывается, происходит резкая отсечка подачи топлива и разгрузка трубопровода высокого давления 15, в результате чего подача топлива через форсунку 16 прекращается.
При посадке нагнетательного клапана двойного действия 14 гидроаккумулятор 20 через подпитывающий трубопровод 23 сообщается с трубопроводом высокого давления 15, в результате чего в трубопроводе высокого давления 15 формируется давление, которое является начальным для очередного цикла впрыскивания топлива. В ходе опускания плунжера 7 вниз после открытия всасывающего отверстия 3 происходит заполнение надплунжерного пространства 13 топливом, которое подводится от топливоподкачивающего насоса 1 по трубопроводу низкого давления 2, связанному с всасывающим отверстием 3.
Гидроаккумулятор 20, имеет объем, многократно превышающий объем максимальной цикловой подачи, за счет чего волновые явления, создаваемые при поступлении топлива через невозвратный клапан 19 из отсечного трубопровода 18 при отсечке ослабляются. Клапан двойного действия 21, связанный посредством трубопровода 22 с трубопроводом
низкого давления 2, ограничивает давление в гидроаккумулятое 20 значением равным необходимому начальному давлению топлива в трубопроводе высокого давления 15. На номинальных нагрузочных режимах продолжительность отсечки, ее интенсивность и количество топлива, сбрасываемого из надплунжерного пространства 13 в отсечной канал 17 сокращается, что делает возможным снижение давления в гидроаккумуляторе 20 и, как следствие, начального давления в трубопроводе высокого давления 15. В этом случае, а также в случае нарушения герметичности отсечного трубопровода 18, при снижении давления в гидроаккумуляторе 20 ниже давления создаваемого топливоподкачивающим насосом 1 клапан двойного действия 21 срабатывает в обратном направлении и топливо из трубопровода низкого давления 2 начинает поступать в гидроаккумулятор 20 (Фиг.4).
Предлагаемая система топливоподачи дизеля позволяет оптимизировать процесс топливоподачи и, как следствие, улучшить экономичность дизеля и снизить токсичность отработавших газов. В частности, для снижения количества подвпрыскиваний топлива в цилиндр дизеля в конце процесса впрыскивания необходимо наиболее интенсивно проводить начальную стадию отсечки, разгружая линию высокого давления за минимальное время до такого значения давления, при котором волновые процессы в трубопроводах не смогут привести к отрыву иглы распылителя форсунки от седла корпуса распылителя [1, 2]. Этого можно добиться изменением формы сечения отсечного отверстия.
Так, при выполнении отсечного отверстия треугольным, при равных площадях и высотах отверстий с круглым, треугольным и прямоугольным сечениями, налицо большая крутизна нарастания проходного сечения (Фиг.2, 5). Это обеспечивает формирование более крутой характеристики топливоподачи на участке падения давления, а, следовательно, уменьшение подвпрыскиваний топлива за счет более интенсивной начальной стадии отсечки (Фиг.6).
Выполнение системы регулирования начального давления (РНД) по предложенной схеме позволит поднять начальное давление, что особенно актуально на малых и средних нагрузках, на которых дизель работает большую часть времени; иметь резервную систему РНД за счет связи гидроаакумулятора с трубопроводом низкого давления через клапан двойного действия, а также частично гасить волны давления, возникающие в трубопроводе высокого давления при отсечке за счет демпфирования в подпитывающем трубопроводе, выполненном без клапанов и диффузоров.
Таким образом, предложенное решение позволяет достигнуть повышения эффективности работы дизеля благодаря повышению начального давления, уменьшению количества топлива, подаваемого в камеру сгорания дизеля после начала отсечки, повышению стабильности топливоподачи по циклам и равномерности по цилиндрам, сокращения объема системы и регулирования УОВТ по нагрузке.
Источники информации:
1. Производство. Технология. Экология. Сборник научных трудов №9. Том 1. Под ред. Ю.М.Соломенцева и Л.Э.Шварцбурга. - М.: «Янус-К», 2006, с.84-86.
2. А.С.Орлин, М.Г.Круглов. Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей. М., Машиностроение, 1985, стр.124-131.