ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
DIESEL ENGINE FUEL SYSTEM

Изобретение относится к автомобильной промышленности и может быть использовано в различных отраслях, использующих дизельные двигатели.
Известна топливная система, включающая раздельную подачу дизельного топлива с целью достижения минимальных давлений сгорания и жесткости работы, для чего используется плунжерная пара двухфазного впрыска, при применении которой объем первой фазы составляет примерно 15% от объема впрыскиваемого топлива (Дизели. Справочник, изд. третье, переработанное и дополненное /Б.П.Байков, В.А.Вайншейдт, И.П.Воронов/ Под общей редакцией В.А.Ваншейдта, Н.Н.Иванченко, Л.К.Коллерова/ Ленинград «Машиностроение» Лен-кое отделение, 1977 г. - 480 с.).
Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности форсирования работы дизельного двигателя при производственной необходимости, например при длительном подъеме в гору.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является топливная система дизельного двигателя, содержащая топливный бак, фильтр, насос, предпусковой подогреватель двигателя, форсунку, которая закреплена на головке блока цилиндров, активаторы дизельного топлива, топлипровод с байпасной линией, дополнительную байпасную линию с вставкой, имеющей внутреннюю геометрию в виде параболоида вращения, содержащей высоковольтные электроды, и регулирующим клапаном на участке перед форсункой. В дополнительную байпасную линию входят дозирующий клапан, выполненный совместно с вставкой, которая закреплена на головке блока, причем на внешней стороне клапана размещено устройство, выполненное в виде герметичной оболочки, разделенной перегородкой на две секции, в одной секции размещен гидрид металла, а в другой секции - насос для подачи водорода в зону впрыска, при этом перегородка имеет окно из палладиевого сплава. В первой секции у гидрида металла и окна в перегородке размещены нагреватели, во второй - установлен насос, снабженный трубопроводом для подачи водорода, оканчивающимся в зоне впрыска дозирующего клапана и герметизируемым в паузах между впрысками дизельного топлива иглой, имеющей кинематическую связь с насосом для подачи водорода в зону впрыска (патент РФ на изобретение №2291979, МПК F02M 25/12, F02N 17/00).
Недостатками данного технического решения являются использование водорода только при запуске двигателя, а также генерирование водорода на каждый блок цилиндров отдельно, что требует установки устройства генерирования водорода на каждый блок и повышает себестоимость изготовления топливной системы. Кроме того, отсутствие электрического управления подачи водородного топлива не позволяет водителю контролировать расход и подачу водородного топлива в процессе работы двигателя.
Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей дизельного двигателя, достижение оптимальной эксплуатации при форсированных режимах работы за счет дозированной и своевременной подачи водородного топлива.
Поставленная задача достигается тем, что топливная система дизельного двигателя, содержащая топливный бак, фильтр, предпусковой подогреватель двигателя, активаторы дизельного топлива, форсунку, закрепленную на головке блока цилиндров и снабженную иглой, расположенной по центральной оси форсунки, насос высокого давления, связанный с рабочей камерой форсунки посредством топливопровода подачи дизельного топлива, снабженного клапаном, согласно предлагаемому решению содержит устройство подачи водорода, соединенное через топливопровод подачи водорода с рабочей камерой форсунки, сильфон с уплотнительной вставкой, установленный в верхней части форсунки и заполненный рабочей жидкостью, электроды, расположенные в полости сильфона, при этом сильфон снабжен поршнем, шток которого является продолжением иглы форсунки, а топливопровод подачи водорода снабжен дозирующим клапаном, при этом электроды сильфона и дозирующий клапан электрически связаны с датчиком угла поворота коленчатого вала двигателя.
При этом устройство подачи водорода может быть выполнено в виде баллона с водородом.
Дозирующий клапан выполнен электромеханическим.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена общая схема топливной системы, на Фиг.2 - продольный разрез электрогидравлической форсунки.
Предлагаемая топливная система дизельного двигателя содержит топливный бак, фильтр, предпусковой подогреватель двигателя, активаторы дизельного топлива (на фиг.1 и 2 не показаны). Кроме того, система содержит установленную на головке блока цилиндров 1 электрогидравлическую форсунку 2 с иглой 3, установленной по центру форсунки 2. Форсунка 2 соединена с устройством подачи водорода 14 через топливопровод 4, в котором установлен дозирующий клапан 5, являющийся, например, электромеханическим обратным клапаном, предотвращающий попадание дизельного топлива из рабочей камеры 16 форсунки 2 в топливопровод 4 и электрически связанный с датчиком угла поворота 19 коленчатого вала двигателя. Топливопровод 6, по которому дизельное топливо от насоса высокого давления 7 подается в рабочую камеру форсунки 2, имеет механический клапан 15, предотвращающий попадание водородного топлива из рабочей камеры 16 форсунки 2 в топливопровод 6. На форсунке 2 установлен сильфон 8, снабженный металлической крышкой 10. Внутри сильфона 8 расположена уплотнительная резиновая вставка 9, внутренняя поверхность которой выполнена параболической формы. Внутри полости сильфона 8 установлен поршень 11, шток которого является продолжением иглы 3, а в его верхней части установлена металлическая цилиндрическая втулка, внутри которой перемещается поршень 11. Полость сильфона 8 заполнена рабочей жидкостью 12, обеспечивающей при электрическом взрыве перемещение поршней 11, 17 и иглы 3 форсунки 2 для впрыска водорода. В качестве рабочей жидкости могут быть использованы различные виды топлива, в т.ч. бензин, керосин, имеющие низкую температуру замерзания. Внутри полости сильфона 8 установлены электроды 13 (диоды Ганна), связанные с датчиком угла поворота 19 коленчатого вала двигателя через блок электроники.
Пример работы системы рассмотрим на одном цилиндре.
При работе двигателя дизельное топливо подается от насоса высокого давления 7 по топливопроводу 6 в электрогидравлическую форсунку 2, электромеханический клапан 5 при этом закрыт и не пропускает дизельное топливо в топливопровод 4. После впрыска дизельного топлива в рабочую камеру цилиндра 1 происходит его взрыв в полости цилиндра, при этом давление и сила, действующие на поршень 17 рабочей камеры форсунки 2, падают и поршень 17 идет вниз. В следующий момент времени форсунка, с опережением в 10..14 угловых градуса, срабатывает от сигнала, поданного с датчика угла поворота 19 коленчатого вала на электроды 13; при этом игла 3 и поршень 17 поднимаются вверх и закрывается механический клапан 15, после чего происходит впрыск водорода в рабочую камеру цилиндра 1, что обеспечивает дополнительное сгорание дизельного топлива и дополнительное силовое действие на поршень головки блока цилиндра 1. В качестве датчика угла поворота 19 коленчатого вала двигателя может быть использован, например, бесконтактный полнооборотный датчик угла поворота, разработанный в ООО «Вист Групп» (Датчик угла поворота, ООО «Вист Групп», сайт www.vistgroup.ru), имеющий разрешающую способность 5 угл. мин и предназначенный для военной и космической техники, авиационных и автотракторных систем управления и контроля.
Работа электрогидравлической форсунки 2 основана на электрогидравлическом эффекте Юткина (Юткин А.А. Электрогидравлический эффект. М.-Л., Машгиз, Ленин-кое отделение, 1955 г.). При подаче на электроды 13-кратковременного импульсного разряда по сигналу от датчика угла поворота коленчатого вала 19 в полости с рабочей жидкостью 12 возникает гидродинамический импульс, который создает два удара: гидравлический и кавитационный. Вектор сил ударов направляется с помощью резиновой вставки 9 и определенного, параллельного игле 3, расположения электродов 13 внутри полости и направлен вдоль хода поршня 11. Перемещаясь вверх, поршень 11 поднимает иглу 3 и открывает отверстие 18 для впрыска водородного топлива, производится впрыск. Количество впрыскиваемого водорода определяется временным промежутком впрыска, то есть соответственной величиной напряжения, подаваемого на электроды с блока электроники.
При форсированном режиме работы двигателя водитель с панели приборов может контролировать время подачи водородного топлива в камеру сгорания.
Блок электроники на фиг.1 условно не показан и может быть выполнен, например, в виде различных типовых электронных устройств, преобразующих в момент запуска двигателя постоянное напряжение требуемой величины и формы и согласующих сигнал, поступающий с датчика угла поворота на коленчатом вале.
Использование водорода в качестве дополнительного топлива улучшает процесс сгорания дизельного топлива и делает топливную смесь более мелкодисперсной.
Преимущества предлагаемого изобретения:
- бесперебойная работа двигателя при длительных подъемах в гору за счет дополнительного включения подачи водорода;
- возможность управления подачей водородного топлива с панели приборов автомобиля;
- возможность использования одной форсунки для раздельной подачи дизельного и водородного топлива;
- использование водорода снижает токсичность выброса угарного газа, что значительно снижает пагубное воздействие на окружающую среду.
Таким образом, заявляемое техническое решение расширяет технологические возможности устройства путем развязки во времени момента впрыска для полного сгорания дизельного топлива и повышения мощности двигателя, при этом в качестве дополнительного топлива используется водород.