НАГНЕТАТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к конструкции топливоподающей аппаратуры дизелей.
Известна топливоподающая система дизеля, содержащая насос, имеющий, по меньшей мере, две насосные секции, каждая из которых связана через запорный нагнетательный клапан с нагнетательным трубопроводом и с форсункой закрытого типа; аккумулятор топлива, выполненный в виде общего для всех секций канала в корпусе насоса и содержащий газовую и гидравлическую полости, разделенные диафрагмой; дополнительные каналы, размещенные между аккумулятором и нагнетательными трубопроводами и выполненные в виде сверлении в корпусе и седлах нагнетательных клапанов с регулируемыми дросселями в виде резьбовых пробок с проходным сечением 0,5-1,5 проходного сечения распылителя (авторское свидетельство СССР N 842211, F02М 55/00, 1981).
Недостатками известного технического решения являются: отсутствие возможности эффективного гашения волновых явлений в нагнетательной магистрали, образующихся вследствие возникновения гидроудара в штуцере насоса при посадке нагнетательного клапана и приводящих при определенных условиях к возникновению подвпрыскиваний топлива; уменьшение цикловой подачи по причине
отбора части топлива из нагнетательной магистрали при топливоподаче для питания гидроаккумулятора; технологическая сложность изготовления гидроаккумулятора в корпусе насоса и регулирования дросселей с целью создания равных оптимальных начальных давлений в нагнетательных магистралях; сложность и ненадежность совмещения каналов в корпусе насоса и канавок в седле нагнетательного клапана при монтаже системы; высокая трудоемкость модернизации существующих топливных систем дизелей с целью приведения к данной схеме; отсутствие регулирования давления в гидроаккумуляторе и нежелательная зависимость начальных давлений в нагнетательной магистрали, пропорциональная величине давлений впрыскивания.
Известна система топливоподачи дизеля, содержащая насос высокого давления, связанный с магистралью низкого давления и соединенный через нагнетательный клапан двойного действия и трубопровод высокого давления с форсункой; втулку плунжера насоса, имеющую всасывающее и отсечное отверстия, причем отсечное отверстие имеет форму треугольника, с основанием, наклоненным относительно вертикальной оси на угол, равный углу наклона отсечной кромки плунжера; плунжер имеющий регулирующую кромку, выполненную в виде фаски малой глубины с углом наклона а, а наклон винтовой канавки уменьшен на ту же величину; отсечной канал выполненный в корпусе насоса и связанный с отсечным отверстием с одной стороны и с гидроаккумулятором через отсечной трубопровод и невозвратный клапан с
другой стороны; гидроаккумулятор связанный, в свою очередь, через клапан двойного действия с трубопроводом низкого давления и через подпитывающий трубопровод и нагнетательный клапан двойного действия с трубопроводом высокого давления (патент на полезную модель RU N 66430, F02М 55/00, 2007).
Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности автоматического регулирования начального давления в нагнетательной магистрали.
Известен нагнетательный клапан для дизеля с форсункой, имеющий замкнутый надыгольный объем, содержащий запорный орган и седло, имеющее отверстие для снижения давления в надыгольном объеме форсунки в промежутке между впрыскиваниями (авторское свидетельство СССР N 1002650, F02М 59/44, 1983).
Недостатком данного технического решения является замедление скорости подъема нагнетательного клапана из-за утечек топлива через отверстие в седле и затягивание вследствие этого начала впрыскивания; отсутствие эффективного демпфирования гидроудара, возникающего в момент посадки клапана в седло.
Наиболее близким техническим решением является нагнетательный клапан насоса высокого давления для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с размещенным в нем подпружиненным цилиндрическим клапаном и расположенным в верхней его части штуцером, а также аккумулятор топлива, расположенный за пределами
корпуса и соединенный с ним посредством переходника. Полости аккумулятора и линии нагнетания в исходном положении цилиндрического подпружиненного клапана соединены между собой каналом (патент на полезную модель RU N 54636, F02М 55/00, 2006).
Недостатками данного технического решения являются отсутствие ограничителя хода запорного элемента, что при больших импульсах подачи от насоса может привести к частичному или полному разобщению надплунжерного пространства и нагнетательного трубопровода; отсутствие возможности регулирования начального давления в нагнетательной магистрали; технологическая сложность выполнения гидроаккумуляторов для каждой секции топливного насоса высокого давления (ТНВД) и слабая степень унификации с существующими образцами топливной аппаратуры (ТА), используемыми на российских дизелях.
Технический результат направлен на улучшение параметров топливоподачи вследствие устранения явления подвпрыскивания и снижения интенсивности волновых явлений в нагнетательной магистрали за счет эффективного демпфирования гидроудара возникающего при посадке нагнетательного клапана, обеспечение формирования в нагнетательной магистрали начального давления оптимизированного по нагрузке и частоте вращения вала привода ТНВД, а также на максимальную унификацию с штатной топливной аппаратурой
отечественных дизелей при ее модернизации элементами системы регулирования начального давления.
Технический результат достигается тем, что известный нагнетательный клапан насоса высокого давления для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с размещенным в нем подпружиненным клапаном и расположенным в верхней его части штуцером, а также аккумулятор топлива, расположенный за пределами корпуса, причем полости аккумулятора и линии нагнетания в исходном положении подпружиненного клапана соединены между собой, при этом корпус нагнетательного клапана содержит подпитывающий штуцер с каналом, ход нагнетательного клапана грибкового типа ограничен упором с радиальными и центральным каналами с одной стороны и седлом с другой, на клапане имеются две разгрузочные канавки, переходящие в разгрузочный поясок, сообщенный при исходном положении клапана через подпитывающий канал и кольцевую проточку в седле с каналом подпитывающего штуцера, гидроаккумулятор выполнен общим для всех секций ТНВД и соединен с ними через подпитывающие трубопроводы и подпитывающие штуцера корпусов нагнетательных клапанов, гидроаккумулятор содержит разделенные мембраной газовый демпфер и гидравлическую полость, в которой посредством управляемого электромагнитного клапана автоматически поддерживается давление в значении равном оптимальному начальному давлению в нагнетательной
магистрали для текущего скоростного и нагрузочного режима работы ТНВД.
Отличительным признаком от прототипа является то, что корпус нагнетательного клапана содержит подпитывающий штуцер с каналом, ход нагнетательного клапана грибкового типа ограничен упором с радиальными и центральным каналами с одной стороны и седлом с другой, на клапане имеются две разгрузочные канавки, переходящие в разгрузочный поясок, сообщенный при исходном положении клапана через подпитывающий канал и кольцевую проточку в седле с каналом подпитывающего штуцера, гидроаккумулятор выполнен общим для всех секций ТНВД и соединен с ними через подпитывающие трубопроводы и подпитывающие штуцера корпусов нагнетательных клапанов, гидроаккумулятор содержит разделенные мембраной газовый демпфер и гидравлическую полость, в которой посредством управляемого электромагнитного клапана автоматически поддерживается давление в значении равном оптимальному начальному давлению в нагнетательной магистрали для текущего скоростного и нагрузочного режима работы ТНВД.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом:
На фиг.1 изображена схема работы нагнетательного клапана двойного действия;
на фиг.2 изображена осциллограмма давления топлива перед форсункой (топливная аппаратура марки 33-01 дизеля КамАЗ-740.10) при
-1
применении штатного нагнетательного клапана и экспериментального нагнетательного клапана двойного действия на режиме 50% нагрузки и частоте вращения вала привода ТНВД 800 мин.
Нагнетательный клапан двойного действия (Фиг.1) содержит корпус нагнетательного клапана 1 с нагнетательным каналом 2 и подпитывающим штуцером 3 с каналом 4. В корпусе нагнетательного клапана 1 размещены седло 5 с подпитывающим каналом 6 и кольцевой проточкой 7, в котором с возможностью осевого перемещения расположен нагнетательный клапан 8 с радиальными 9 и центральным 10 каналами, двумя разгрузочными канавками 11, выполненными в плоскости, перпендикулярной радиальным каналам 9 и соединяющимися с разгрузочным пояском 12, упор нагнетательного клапана 13 с радиальными 14 и центральным 15 каналами, на который опирается одним концом пружина 16, штуцер нагнетательного клапана 17, соединенного с трубопроводом высокого давления 18. Подпитывающий штуцер корпуса клапана 3 соединен посредством подпитывающего трубопровода 19 с гидроаккумулятором 20, имеющим, в свою очередь, газовый демпфер 21, наполненный азотом, гидравлическую полость 22 и управляемый электронным блоком управления (ЭБУ) электромагнитный клапан 23, ограничивающий давление в гидроаккумуляторе 20.
Нагнетательный клапан двойного действия работает следующим образом.
В исходном положении (Фиг.1а) нагнетательный клапан (НК) 8 прижат к седлу 5, разгрузочный поясок 12 находится в плоскости подпитывающего канала 6 седла 5, при этом гидравлическая полость гидроаккумулятора 22 через подпитывающую магистраль, включающую в себя подпитывающий трубопровод 19, канал 4 подпитывающего штуцера 3 корпуса нагнетательного клапана 1, кольцевую проточку 7 и подпитывающий канал 6 седла 5, разгрузочный поясок 12 и разгрузочные канавки НК 11, сообщается с штуцером НК 17 и трубопроводом высокого давления (ТВД) 18. При начале нагнетания топлива плунжером давление в нагнетательном канале 2 корпуса НК 1 растет, вследствие чего НК 8, преодолевая суммарное действие сил давления предварительной затяжки пружины 16 и начального давления топлива в штуцере НК 17, начинает подниматься. При этом, поднимаясь, нижняя кромка разгрузочного пояска 12 перекрывает подпитывающий канал 6 седла 5, разобщая гидравлическую полость гидроаккумулятора 22 и ТВД 18. При дальнейшем перемещении НК 8 относительно седла 5 радиальные каналы 9 начинают входить в полость штуцера НК 17 и топливо из нагнетательного канала 2 через центральный 10 и радиальные каналы 9 НК 8 и нагнетательную магистраль, включающую в себя, центральный 15 и радиальные каналы 14 упора 13, штуцер НК 17 и ТВД 18 поступает в форсунку (Фиг.16). При начале отсечки давление в нагнетательном канале 2 корпуса НК 1 падает, вследствие чего НК 8 под действием суммарной силы действия сжатой пружины 16 и давления топлива в штуцере НК 17
начинает опускаться. При этом, часть топлива, вследствие перепада давлений, успевает перетечь через закрывающиеся радиальные 9 и центральный 10 каналы НК 8 в нагнетательный канал 2 корпуса ПК 1, разгружая ТВД 18. Эффект разгрузки усиливается насосным действием НК 8 при его посадке. Вследствие этого давление в штуцере НК 17 падает и возникает обратная волна, направленная в сторону штуцера НК 17. При посадке НК 8 в исходное положение разгрузочный поясок 12 снова сообщается с подпитывающим каналом 6 седла 5, вследствие чего обратная волна не вызывает возникновение гидроудара в штуцере нагнетательного клапана 17 с формированием отраженной волны, способной привести к повторному подъему иглы форсунки, а проходит через подпитывающую магистраль в гидравлическую полость гидроаккумулятора 22, где теряет свою энергию при взаимодействии с газовым демпфером 21 и вследствие относительно большого объема гидроаккумулятора (ГА) 20. При этом давление в ГА 20 повышается. Значения давления в ГА 20 определяется порогом срабатывания электромагнитного клапана 23, которое задается ЭБУ в зависимости от нагрузочного и скоростного режима работы ТНВД. Процесс завершается, когда давление, установленное в ГА 20, через подпитывающую магистраль формируется в нагнетательной магистрали и становится начальным для следующего такта топливоподачи.
Глубокая разгрузка и ослабление волновых процессов в нагнетательной магистрали после начала отсечки являются
целесообразными с точки зрения ликвидации подвпрыскивания топлива в цилиндр дизеля и интенсификации окончания процесса топливоподачи (Фиг.2). Это препятствует попаданию крупных капель топлива движущихся с малыми скоростями в обедненные кислородом зоны горения, и тем самым, снижает дымность дизеля и расход топлива [1].
Повышение начального давления в нагнетательной магистрали определяет интенсивность переднего фронта нарастания характеристики топливоподачи в следующем такте впрыскивания, а также влияет на максимальные и средние давления впрыскивания. Целесообразно создавать большее начальное давление в нагнетательной магистрали на малых частотах и нагрузках с целью компенсации утечек топлива через неплотности плунжерной пары и обеспечения максимального коэффициента подачи системы. На нагрузках и частотах близких к номинальным, требования к начальному давлению в нагнетательной магистрали менее жесткие [2].
Повышение унификации разработанного нагнетательного клапана двойного действия с элементами штатной ТА отечественных дизелей путем применения штуцера нагнетательного клапана, упора нагнетательного клапана, пружины, ТВД и подпитывающих трубопроводов, а также частичная модернизация НК и седла позволяют снизить затраты на оснащение дизелей высокоэффективной ТА [3].
Таким образом, предложенное решение позволяет достигнуть повышения эффективности работы дизеля благодаря регулированию
начального давления, уменьшению количества топлива, подаваемого в камеру сгорания дизеля после начала отсечки, стабильности и надежности работы нагнетательного клапана двойного действия, а также позволяет снизить затраты на модернизацию с целью повышения параметров топливоподачи штатной ТА отечественных дизелей путем частичной унификации ее элементов.
Источники информации:
1. Савельев М.А. Влияние формирования начальных условий в нагнетательной магистрали топливной аппаратуры высокого давления на характеристику впрыскивания [Текст] / Сб. науч. тр. №10. Производство. Технология. Экология. Том 1. / - М.: 2007, с.109-113
2. Кутовой В.А. Впрыск топлива в дизелях. [Текст]/ Машиностроение/ - М.: 1981, с.107-108
3. Медведков В.И., Билык С.Т. Автомобили КамАЗ-5320, КамАЗ-4310, УРАЛ-4320 [Текст] / ДОСААФ / - М.: 1987, с 22-97.