СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА ИЗ БАКА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ICE FUEL FEED DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе подачи топлива из бака в двигатель внутреннего сгорания.
В частности, настоящее изобретение относится к системе подачи дизельного топлива из бака в дизельный двигатель внутреннего сгорания, причем в приведенном ниже описании этот случай применения изобретения рассматривается лишь в качестве примера без потери общности.
Уровень техники
Как известно, в состав систем подачи дизельного топлива в дизельный двигатель внутреннего сгорания обычно входят:
- насос низкого давления или топливоподкачивающий насос,
- плунжерный насос высокого давления, и
- топливный тракт, имеющий первый участок, выполненный для соединения топливного бака с топливоподкачивающим насосом, второй участок, выполненный для соединения топливоподкачивающего насоса с плунжерным насосом высокого давления, и третий участок, выполненный для соединения плунжерного насоса высокого давления с двигателем внутреннего сгорания.
В частном случае дизельных двигателей внутреннего сгорания третий участок топливного тракта способен соединять сторону нагнетания плунжерного насоса высокого давления с топливораспределительным коллектором, известным также как топливный аккумулятор высокого давления или общая топливная рампа (шина) высокого давления (англ. Common Rail) и сообщающимся с форсунками, выполненными с возможностью распыливания дизельного топлива по получаемым командам в различные камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания.
Поскольку топливоподкачивающий насос является электрическим насосом с постоянной производительностью, система подачи топлива также содержит электроуправляемый регулирующий клапан и механический предохранительный клапан (клапан избыточного давления), установленные параллельно во втором участке топливного тракта.
В частности, второй участок топливного тракта за стороной нагнетания топливоподкачивающего насоса разветвляется на два отдельных канала, которые входят в плунжерный насос высокого давления отдельно друг от друга. Электроуправляемый регулирующий клапан установлен в канале, выходящем непосредственно на вход плунжерного насоса высокого давления, а предохранительный клапан установлен в канале, выходящем в камеру плунжерного насоса высокого давления, в которой расположен механизм привода плунжеров.
Регулирующий клапан способен непрерывно регулировать подачу дизельного топлива, непрерывно поступающего во входную горловину плунжерного насоса высокого давления и управляется электронным блоком управления таким образом, чтобы во входной патрубок плунжерного насоса высокого давления в каждый момент времени поступало количество дизельного топлива, по существу равное мгновенной потребности двигателя внутреннего сгорания в топливе (мгновенному потребному расходу топлива), а предохранительный клапан стабилизирует давление дизельного топлива перед регулирующим клапаном, автоматически отводя излишнее дизельное топливо в камеру плунжерного насоса высокого давления, в которой расположен механизм привода плунжеров, чтобы дизельное топливо могло смазывать и охлаждать расположенные в этой камере механические элементы.
В последние годы необходимость в уменьшении веса и размеров той части системы топливоподачи, которая размещается в подкапотном пространстве транспортного средства, заставила крупных производителей подобных систем топливоподачи выполнять два вышеупомянутых канала второго участка топливного тракта непосредственно внутри корпуса плунжерного насоса высокого давления вместе с посадочными местами для регулирующего клапана и предохранительного клапана.
К сожалению, это привело к значительному усложнению сборки плунжерного насоса высокого давления с сопутствующим повышением производственных затрат по сравнению с более громоздкими дизельными системами топливоподачи.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в разработке системы подачи дизельного топлива из бака в двигатель внутреннего сгорания, которая была бы более компактной и легкой, а также более простой и дешевой в производстве по сравнению с существующими системами.
В соответствии с указанными выше целями в настоящем изобретении предлагается система подачи топлива из бака в двигатель внутреннего сгорания, включающая в себя электрический топливоподкачивающий насос переменной производительности, плунжерный насос высокого давления, имеющий корпус и расположенный в корпусе механизм привода плунжеров, и топливный тракт, имеющий первый участок для соединения бака с топливоподкачивающим насосом, второй участок для соединения топливоподкачивающего насоса с плунжерным насосом высокого давления и третий участок для соединения плунжерного насоса высокого давления с двигателем внутреннего сгорания, причем второй участок топливного тракта выполнен разветвляющимся за топливоподкачивающим насосом на первый канал, выполненный для подачи части топлива на вход плунжерного насоса высокого давления и для непосредственного соединения топливоподкачивающего насоса с входом плунжерного насоса высокого давления, и второй канал, выполненный для подачи части топлива в корпус плунжерного насоса высокого давления и для соединения топливоподкачивающего насоса с корпусом, обеспечивающего прохождение топлива только через по меньшей мере одно калиброванное отверстие. Таким образом, изобретение позволяет отказаться от использования в системе топливоподачи на втором участке топливного тракта электроуправляемого регулирующего клапана и механического предохранительного клапана, чем достигаются существенное уменьшение занимаемого системой объема и снижение затрат на ее производство. Действительно, выполнить калиброванное отверстие в корпусе плунжерного насоса высокого давления гораздо проще, чем вставить в корпус насоса механический предохранительный клапан или смазочный клапан.
Краткое описание чертежей
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения выявляются в приведенном ниже описании, поясняемом чертежами, которые иллюстрируют неограничивающий вариант осуществления изобретения и на которых показано:
на фиг.1 - функциональная схема предлагаемой в изобретении системы подачи топлива из бака в двигатель внутреннего сгорания, с исключением некоторых элементов для наглядности изображения,
на фиг.2 - вид сбоку в разрезе компонента системы, показанной на фиг.1, с исключением некоторых элементов для наглядности изображения,
на фиг.3 и 4 - виды сбоку в разрезе двух вариантов компонента системы, с исключением некоторых элементов для наглядности изображения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 номером 1 обозначена в целом система подачи топлива, в данном случае - дизельного топлива, из бака 2 в двигатель 3 внутреннего сгорания известного типа.
В частности, двигатель 3 внутреннего сгорания является дизельным двигателем, имеющим топливораспределительный коллектор 4, известный также как топливный аккумулятор высокого давления или общая топливная рампа (шина) высокого давления (англ. Common Rail) и выполненный таким образом, чтобы вмещать топливо под давлением, составляющим, предпочтительно, но не обязательно, более 1800 бар, и несколько электрически управляемых форсунок 5, непосредственно подключенных к коллектору 4 и способных по соответствующим командам распылять топливо в различных камерах сгорания (на чертежах не показаны) двигателя внутреннего сгорания.
Как показано на фиг.1, система 1 топливоподачи в основном включает в себя топливный насосный узел 6, топливный тракт 7, способный соединять топливный насосный узел 6 как с баком 2, так и с двигателем 3 внутреннего сгорания, и блок 8 управления, а именно электронный блок управления, настроенный для определения текущей потребности в топливе двигателя 3 внутреннего сгорания и управления определенными компонентами системы 1 топливоподачи таким образом, чтобы снабжать топливораспределительный коллектор 4 топливом в количестве, по существу равном мгновенному потребному расходу топлива в двигатель 3 внутреннего сгорания.
В частности, топливный насосный узел 6 содержит насос низкого давления, или топливоподкачивающий насос, 9 и плунжерный насос 10 высокого давления, расположенные последовательно вдоль топливного тракта 7, причем топливный тракт 7 имеет первый участок 11, обеспечивающий соединение бака 2 с топливоподкачивающим насосом 9, второй участок 12, обеспечивающий соединение топливоподкачивающего насоса 9 с плунжерным насосом 10 высокого давления, и третий участок 13, обеспечивающий соединение плунжерного насоса 10 высокого давления с топливораспределительным коллектором 4 двигателя 3 внутреннего сгорания.
Предпочтительно, но не обязательно, топливный тракт 7 также снабжен по меньшей мере одним топливным фильтром 14, расположенным на соединительном участке 11 топливного тракта перед топливоподкачивающим насосом 9, т.е. до него по ходу потока топлива (или - в другом, не показанном на чертежах варианте осуществления изобретения - за топливоподкачивающим насосом, т.е. после него по ходу потока топлива).
Как показано на фиг.1, топливоподкачивающий насос 9 является, в частности, электрическим насосом переменной производительности, которым может непосредственно управлять электронный блок 8 управления системы топливоподачи таким образом, чтобы всасывать из бака 2 и подавать в плунжерный насос 10 высокого давления такое количество топлива, которое в каждый момент времени приближается с избытком к мгновенной потребности в топливе двигателя 3 внутреннего сгорания, а плунжерный насос 10 высокого давления имеет внешний корпус 15, ограничивающий замкнутую камеру 16, в которой расположен механизм 17 привода плунжеров.
В другом варианте осуществления изобретения топливоподкачивающий насос 9 может быть электрическим пластинчатым (шиберным) насосом с регулируемым рабочим объемом или внутренним или внешним шестеренным насосом, с пилотным управлением, например электрическим.
В частности, как показано на фиг.1, плунжерный насос 10 высокого давления имеет несколько плунжеров 18 (в рассматриваемом примере - три плунжера), распределенных по окружности камеры 16 и установленных с возможностью осевого перемещения в соответствующих цилиндрических полостях 18а, выходящих в камеру 16, и герметично изолирующих эти полости от камеры 16.
Механизм 17 привода плунжеров содержит вал 19, приводимый во вращение приводным валом (на чертежах не показан) двигателя 3 внутреннего сгорания и имеющий эксцентрик 19а, расположенный подвижно внутри камеры 16 корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления, и многогранное кольцо 20, установленное с возможностью свободного вращения на эксцентрике 19а вала 19, так что при вращении вала 19 вокруг своей продольной оси L многогранное кольцо 20 может совершать орбитальное движение внутри камеры 16 в корпусе 15 плунжерного насоса высокого давления. В другом варианте осуществления изобретения могут использоваться плунжерные насосы высокого давления с иным приводом, например с округлым кулачком, а не многогранным кольцом.
На каждый плунжер 18 в плунжерном насосе 10 высокого давления также имеется соответствующая возвратная винтовая пружина (на чертежах не показана), обеспечивающая постоянное прижатие нижнего (внутреннего) торца плунжера 18 к периферии многогранного кольца 20 таким образом, чтобы во время вращательно-поступательного движения многогранного кольца 20 внутри камеры 16 корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления плунжер 18 совершал внутри цилиндрической полости 18а возвратно-поступательное движение.
Наконец, как показано на фиг.1, на каждую цилиндрическую полость 18а в плунжерном насосе 10 высокого давления имеется по меньшей мере один впускной клапан 21 и по меньшей мере один выпускной клапан 22, управляющие сообщением цилиндрической полости 18а, соответственно, с участком 12 и участком 13 топливного тракта 7. В частности, впускной клапан 21 представляет собой обратный клапан, выполненный таким образом, чтобы управлять прохождением топлива из участка 12 топливного тракта 7 в цилиндрическую полость 18а плунжерного насоса 10 высокого давления, а выпускной клапан 22 представляет собой обратный клапан, выполненный таким образом, чтобы управлять прохождением топлива из цилиндрической полости 18а плунжерного насоса 10 высокого давления в участок 13 топливного тракта 7.
В представленном на чертежах примере впускные клапаны 21 и выпускные клапаны 22 встроены в корпус 15 плунжерного насоса высокого давления и далее не рассматриваются, поскольку они широко известны в отрасли.
Как показано на фиг.1 и 2, вал 19 плунжерного насоса 10 высокого давления проходит через камеру 16, в которой расположен механизм 17 привода плунжеров, и установлен с возможностью вращения вокруг своей оси внутри корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления за счет размещения между валом и корпусом насоса специальных боковых опор 23, в данном случае - вкладышей 23, расположенных с противоположных сторон камеры 16. Кроме того, один из двух концов вала 19 выступает из корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления наружу, что позволяет соединить этот конец с приводным валом (на чертежах не показан) двигателя 3 внутреннего сгорания.
Как показано на фиг.2, для предотвращения утечек топлива из корпуса 15 плунжерный насос 10 высокого давления предпочтительно, но не обязательно, также снабжен кольцевой уплотнительной прокладкой 24, посаженной на вал 19 непосредственно за вкладышем 23, ограничивающим и поддерживающим выступающую часть вала 19, а именно часть вала, выступающую наружу корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления.
Иными словами, кольцевая уплотнительная прокладка 24 установлена внутри корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления рядом с вкладышем 23, поддерживающим выступающую часть вала 19, с противоположной стороны камеры 16, вмещающей остальную часть механизма 17 привода плунжеров.
В частности, в показанном примере корпус 15 плунжерного насоса высокого давления содержит фланцевую опорную втулку 15а, выполненную таким образом, чтобы ограничивать и герметично уплотнять камеру 16 в корпусе 15 плунжерного насоса высокого давления и вмещать в себя вкладыш 23, непосредственно поддерживающий выступающую часть вала 19, а возможно, и кольцевую уплотнительную прокладку 24.
Как показано на фиг.1 и 2, участок 12 топливного тракта 7 выполнен разветвляющимся за топливоподкачивающим насосом 9 на два канала 12а и 12b, которые отдельно друг от друга проходят к плунжерному насосу 10 высокого давления. Канал 12а обеспечивает подачу части топлива, поступающего со стороны нагнетания топливоподкачивающего насоса, на вход плунжерного насоса 10 высокого давления, а канал 12b подает часть топлива в камеру 16 для смазывания и охлаждения механизма 17 привода плунжеров.
Топливный тракт 7 также содержит четвертый соединительный участок 25 для соединения камеры 16 с баком 2 и слива топлива, используемого для смазывания и/или охлаждения механизма 17 привода плунжеров, обратно в бак 2.
Как возможный вариант, топливный тракт 7 также может быть снабжен калиброванным отверстием 26 или обратным клапаном, расположенным на участке 25.
Однако, в отличие от известных систем топливоподачи, канал 12а участка 12 топливного тракта выполнен для соединения стороны нагнетания топливоподкачивающего насоса 9 непосредственно (т.е. без включения между ними какого бы то ни было управляющего клапана) с входом плунжерного насоса 10 высокого давления, а канал 12b участка 12 топливного тракта выполнен для соединения стороны нагнетания топливоподкачивающего насоса 9 с камерой 16, в которой расположен механизм 17 привода плунжеров, таким образом, чтобы топливо проходило только через по меньшей мере одно калиброванное отверстие 27, предназначенное для понижения давления и ограничения максимального расхода топлива, поступающего в камеру 16 корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления.
Иными словами, сторона нагнетания топливоподкачивающего насоса 9 отделена от камеры 16, в которой расположен механизм 17 привода плунжеров, только одним или несколькими калиброванными отверстиями 27 (в рассматриваемом примере - одним калиброванным отверстием), предназначенными для понижения давления и ограничения максимального расхода топлива, поступающего в камеру 16 корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления.
В частности, как показано на фиг.2, в рассматриваемом примере впускные клапаны 21 плунжерного насоса 10 высокого давления связаны между собой и с участком 12 топливного тракта 7 посредством внешнего кольцевого канала 28, выполненного непосредственно на наружной поверхности фланцевой втулки 15а, рядом с камерой 16. Кольцевой канал 28 является, предпочтительно, но не обязательно, соосным с валом 19 и втулкой 15а относительно продольной оси L вала, и окружает вкладыш 23, который, в свою очередь, расположен в центре втулки 15а соосно с валом 19 относительно продольной оси L последнего.
Фланцевая втулка 15а выполнена с одним или несколькими продольными сквозными каналами 29, который(-ые) проходит(-ят) внутри тела втулки параллельно продольной оси L вала 19 и втулки 15а между внешним кольцевым каналом 28 и расположенным под ним вкладышем 23, непосредственно сообщая гнездо 30, в котором расположена кольцевая уплотнительная прокладка 24, с камерой 16 в корпусе 15 плунжерного насоса высокого давления, в которой расположен механизм 17 привода плунжеров, таким образом, чтобы смазывать и/или охлаждать вкладыш 23 с обеих сторон. Канал 12b образован прямолинейным сквозным отверстием, имеющим, предпочтительно, но не обязательно, переменный диаметр и проходящим в теле фланцевой втулки 15а радиально от дна кольцевого канала 28 до продольного сквозного канала 29.
Таким образом, топливо, заполняющее кольцевой канал 28, может уходить на слив в прямолинейное сквозное отверстие, пока не попадет в продольный сквозной канал 29, а оттуда оно проходит дальше в камеру 16, в которой расположен механизм 17 привода плунжеров, и/или в гнездо 30, в котором расположена кольцевая уплотнительная прокладка 24.
Проходное сечение прямолинейного сквозного отверстия, имеющее наименьший диаметр, образует калиброванное отверстие 27, предназначенное для понижения давления и ограничения максимального расхода топлива, поступающего в камеру 16 корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления.
Как показано на фиг.3, вровень с одним из двух концов продольного сквозного канала 29, который непосредственно сообщается с прямолинейным сквозным отверстием 12, во фланцевой втулке 15а может быть предусмотрена пробка 31, образующая герметичное уплотнение у одного из двух концов продольного сквозного канала 29, который непосредственно соединен со сквозным отверстием. Таким образом, все топливо, уходящее на слив через прямолинейное сквозное отверстие, вынуждено выходить только у одного конца продольного сквозного канала 29.
Установка пробки 31 в конце продольного сквозного канала 29, примыкающего к камере 16 корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления (см. фиг.3), способствует улучшению смазывания и/или охлаждения вкладыша 23 и кольцевой уплотнительной прокладки 24. Установка же пробки 31 в конце продольного сквозного канала 29, примыкающего к гнезду 30, в котором расположена кольцевая уплотнительная прокладка 24, способствует улучшению смазывания и/или охлаждения механизма 17 привода плунжеров, расположенного внутри камеры 16 корпуса 15 плунжерного насоса высокого давления.
Принцип работы предлагаемой в изобретении системы 1 топливоподачи очевиден из приведенного выше описания и поэтому не требует отдельного пояснения. За исключением пояснения того, что электронный блок 8 управления настроен таким образом, чтобы управлять топливоподкачивающим насосом 9 переменной производительности на основе сигналов, поступающих от ряда датчиков для измерения определенных физических величин, относящихся к работе двигателя 3 внутреннего сгорания, чтобы регулировать подачу насоса на основании мгновенной потребности в топливе двигателя 3 внутреннего сгорания.
В частности, электронный блок 8 управления настроен для непрерывного регулирования подачи топливоподкачивающего насоса 9 таким образом, чтобы всегда подавать топливо в плунжерный насос 10 высокого давления в количестве, необходимом для удовлетворения мгновенной потребности в топливе двигателя 3 внутреннего сгорания, а также для смазывания и/или охлаждения механизма 17 привода плунжеров.
Предлагаемая в изобретении система 1 топливоподачи обладает многими преимуществами.
Прежде всего, исключение из участка 12 топливного тракта 7 регулирующего клапана и предохранительного и/или смазочного клапана обеспечивает существенное снижение затрат на производство системы. Выполнить калиброванное отверстие 27 внутри корпуса 15 плунжерного насоса 10 высокого давления плунжерного насоса высокого давления действительно очень просто.
Кроме того, выполнение канала 12b и калиброванного отверстия 27 прямо на дне кольцевого канала 28, имеющегося на наружной поверхности фланцевой втулки 15а, дозволяет значительно уменьшить вес и объем фланцевой втулки 15а, а также существенно упрощает процесс изготовления плунжерного насоса 10 высокого давления, с сопутствующим этому уменьшением производственных затрат.
Наконец, очевидно, что предлагаемая система 1 топливоподачи может быть реализована в вариантах, отличающихся от рассмотренных выше, в рамках объема патентных притязаний.
Например, как показано на фиг.4, независимо от наличия или отсутствия продольных сквозных каналов 29 во фланцевой втулке 15а канал 12b может быть образован наклонным прямолинейным сквозным отверстием 12b, проходящим от дна кольцевого канала 28 прямо в камеру 16, в которой расположен механизм 17 привода плунжеров. В данном случае, проходное сечение прямолинейного сквозного отверстия 12b, имеющее наименьший диаметр, образует калиброванное отверстие 27.
Кроме того, во всех описанных выше вариантах осуществления изобретения калиброванное отверстие 27 может быть выполнено во втулке или резьбовой вставке, установленной на том или ином отрезке прямолинейного сквозного отверстия.