СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬ

Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована при разработке транспортных и стационарных дизелей.
Известна система подачи топлива в дизель, состоящая из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, насоса высокого давления, гидравлического аккумулятора, форсунки, управляющих клапанов, датчиков режимных параметров и электронного блока управления (Марков В.Α., Девянин C.H., Мальчук В.И.. Впрыскивание и распыление топлива в дизелях. - М.: - 2007 - с. 27, рис. 1.10)
Указанная система обеспечивает хороший распыл топлива в цилиндре и малую продолжительность процесса впрыскивания, что достигается благодаря высокому давлению при впрыске топлива (порядка 100-200 МПа).
Недостатками указанной системы подачи топлива являются:
- высокие контактные напряжения в деталях топливной системы обуславливают быстрый их износ и снижают надежность работы системы;
- система перестает работать при разгерметизации, например при неисправности одной из форсунок, когда ее клапан постоянно находится в открытом положении;
- она имеет более высокие требования к качеству топлива, чем у традиционных систем;
- в результате большой величины давления впрыска имеет большие затраты энергии на привод насоса высокого давления;
- после окончания впрыска топливо остается в отверстиях распылителя и под действием высоких температур постепенно коксуется, что со временем приводит к выходу из строя форсунки;
- при прекращении впрыска топлива форсункой процесс снижения давления в ней происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени. В этот период качество распыла существенно ухудшается, и топливо в цилиндре двигателя сгорает не полностью.
Техническим результатом полезной модели являются повышение надежности работы системы подачи топлива и снижение потерь энергии в дизеле.
Технический результат достигается тем, что в системе подачи топлива в дизель, состоящей из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, форсунки, управляющих клапанов, датчиков режимных параметров и электронного блока управления, форсунка имеет камеру сгорания со свечей накаливания, свечей зажигания и управляющими клапанами: подачи окислителя, подачи дополнительного топлива и выпуска газов, имеются системы подвода к камере сгорания форсунки окислителя и дополнительного топлива, каждая из которых включает в себя емкость для хранения компонента, трубопроводы, запорные и регулирующие устройства.
Сущность предлагаемой системы подачи топлива в дизель поясняется схемой, приведенной на фиг.
Система содержит топливный бак 1, топливоподкачивающий насос 2, форсунку 3 с запорной иглой 4 и диафрагменной пружиной 5. Внутренняя полость 6 форсунки является камерой сгорания. В корпусе форсунки установлены управляющие клапаны: подачи топлива 7, подачи окислителя 8, подачи дополнительного топлива 9 и выпуска газов 10. В камере сгорания форсунки расположены свеча зажигания 11 и свеча накаливания 12.
Приведенные на фиг. системы подвода к камере сгорания форсунки окислителя и дополнительного топлива предполагают использование в качестве окислителя сжиженной закиси азота, а в качестве дополнительного топлива - сжиженный пропан.
Система подвода окислителя включает в себя емкость для хранения окислителя 13, связанную посредством трубопровода 14 через редуктор 15 и клапан подачи окислителя 8 с камерой сгорания форсунки 3. Система подвода дополнительного топлива включает в себя емкость для хранения дополнительного топлива 16, связанную посредством трубопровода 17 через редуктор 18 и клапан подачи дополнительного топлива 9 с камерой сгорания форсунки 3.
Система автоматического управления топливоподачей включает электронный блок управления 19 и датчики режимных параметров 20.
В зависимости от применяемых в качестве окислителя и дополнительного топлива веществ системы их подвода к форсунке может быть иными. При использовании в дизеле в качества топлива диметилового этила это же вещество может быть использовано и в качестве дополнительного топлива. В этом случае необходимость в отдельной системе для подачи дополнительного топлива отпадает.
Система подачи топлива в дизель работает следующим образом.
При запуске двигателя электронный блок управления 19 включает нагрев свечи накаливания 12, открывает клапан 10 выпуска газа из камеры и дозирует подачу топлива двигателя в форсунку через клапан 3. После разогрева свечи накаливания начинается впуск через клапаны 8 окислителя и 9 дополнительного топлива. Сжиженные газы, обтекая свечу накаливания 12, испаряются и поступают в камеру сгорания под давлением, которое постоянно поддерживают редукторы 15, 18. По мере заполнения форсунки окислителем и топливом клапан 10 выпуска газа закрывается. После впуска определенных доз окислителя и дополнительного топлива клапаны 8 и 9 закрываются, и электронный блок 19 подает напряжение на свечу зажигания 11. При сгорании топлива давление в форсунке повышается, и газы, преодолев сопротивление диафрагменной пружины, поднимают запорную иглу и выдувают через отверстия распылителя форсунки топливо в цилиндр двигателя. При снижении давления газов в форсунке до определенного предела игла под действием пружины опускается и разобщает камеру сгорания форсунки с распылителем.
Электронный блок управления открывает клапан 10 выпуска газа из форсунки и цикл работы возобновляется. При последующих циклах впрыска отпадает необходимость в работе свечи накаливания, так как сжиженные газы будут испаряться, отнимая тепло от стенок камеры сгорания.
Электронный блок управления совместно с датчиками режимных параметров обеспечивает оптимизацию параметров подачи топлива в цилиндр: момента начала впрыскивания, величины цикловой подачи, давления и продолжительности впрыскивания.
Основными причинами выхода из строя известных систем подачи топлива в дизеле являются износ плунжерных пар, а также других деталей топливных насосов высокого давления, которые имеют большие величины контактных напряжений. Одной из причин выхода из строя форсунок является закоксовывание отверстий распылителя в результате присутствия в них топлива во время процесса сгорания в цилиндре. В предлагаемой системе подачи топлива насос высокого давления отсутствует, а топливо из отверстий распылителя будет выдуваться газами, перетекающими из камеры сгорания форсунки в цилиндр двигателя. Поскольку в предлагаемой системе нет общего для всех форсунок гидравлического аккумулятора и работа каждой форсунки двигателя не зависит от других, то выход из строя одной форсунки не приводит к остановке двигателя.
Из изложенного можно сделать вывод, что надежность предлагаемой систем подачи топлива в дизель будет выше, чем системы Common-Rail.
В известной системе для осуществления впрыска топлива используется часть теплоты, выделившейся в цилиндре двигателя. Эта теплота с определенными потерями, обусловленными эффективным КПД двигателя, преобразуется в механическую энергию на коленчатом валу, а затем в насосе высокого давления преобразуется с соответствующими потерями в гидравлическую энергию. При сгорании топлива в форсунке вся тепловая энергия, за исключением потерь в стенки, идет на работу расширения газов. Кроме этого, часть недоиспользованной в форсунке химической и тепловой энергии в результате перетекания газа через распылитель поступает в цилиндр и там используется на полезную работу.
При окончании впрыска топлива в предлагаемой системе существенного изменения давления газов не происходит, следовательно, не происходит и ухудшения распыла топлива форсункой. Таким образом, рабочий процесс в дизеле с предлагаемой системой подачи топлива будет эффективнее, чем с известной. Предлагаемая система подачи топлива в дизель улучшает его пусковые свойства в холодное время года.
На основании выше изложенного можно сделать вывод, что предлагаемое в полезной модели техническое решение позволяет повысить надежность работы системы подачи топлива и снизить потери энергии в дизеле.