Топливоподающий агрегат двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, в частности топливовпрыскивающая аппаратура дизелей. Сущность изобретения: топливный насос и распределитель топлива объединены в один агрегат. Топливоподающий агрегат содержит корпус, в котором размещены топливной насос и распределитель топлива, связанный с нагнетательной магистралью насоса и насос-форсункой, и аккумулятор топлива, выполненный в виде расположенного в его корпусе подпружиненного поршня с аккумулирующей камерой перед его днищем, подключенной к нагнетательной магистрали насоса. Агрегат снабжен входным фильтром, размещенным внутри корпуса аккумулятора перед рабочей камерой, образованной во внутренней полости поршня аккумулятора между его днищем и корпусом входного фильтра и связанной с полостью внутри корпуса фильтра через обратный клапан, прикрепленный к корпусу буферным бачком, полость внутри которого связана со всасывающей магистралью топливного насоса, с каналом возврата топлива от форсунки с рабочей камерой, и редукционным клапаном, через который аккумулирующая камера сообщена с полостью внутри буферного бачка. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а более конкретно к системах подачи топлива для двигателя внутреннего сгорания, и касается топливовпрыскивающей аппаратуры, в которой топливный насос и распределитель топлива объединены в один агрегат.

Известен топливоподающий агрегат двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, в котором размещены имеющие привод основной топливный насос со всасывающей и нагнетательной магистралями и распределитель топлива с каналом, связанным с нагнетательной магистралью насоса, и каналом для подачи топлива к форсунке, и аккумулятор топлива, выполненный в виде расположенного в его корпусе подпружиненного поршня с аккумулирующей камерой перед его днищем. Первый из упомянутых каналов распределения через первый электроуправляемый гидравлический клапан и всасывающую магистраль основного насоса связаны с подкачивающим насосом, размещенным вне агрегата, аккумулирующая камера аккумулятора через второй электроуправляемый гидравлический клапан связана со вторым из упомянутых каналов распределителя. Насос высокого давления выполнен плунжерного типа, ротор распределителя гидравлически не уравновешен.

Привод основного насоса обеспечивается посредством вращения вала, выполненного в виде кольца с кулачковыми выступами на внутренней поверхности (заявка ФРГ N 3922231, кл. F 02 M 41/00, опубл. 1991).

Известный топливоподающий агрегат обеспечивает подачу топлива только в объеме цикловой подачи в цилиндры двигателя и при использовании на двигателе с двухплунжерной насос-форсункой с гидроприводом плунжеров он не сможет обеспечить подачу топлива в необходимом объеме для перемещения этих плунжеров. В связи с малым объемом подачи топлива к форсункам двигателя (цикловая подача) и высоким давлением топлива стабильность цикловой подачи будет в большей степени зависеть от утечки топлива в неплотностях подвижного соединения ротора-распределителя с корпусом агрегата. От величины утечки будет зависеть и давление топлива перед форсунками, а значит и качество их работы. Агрегат весьма сложен. Так, подкачивающий насос и аккумулятор связаны с распределителем через гидравлические клапаны с магнитоэлектрическим приводом. Эти клапаны, в свою очередь, управляются электрическими или электронными системами, работа которых должна быть синхронизована с вращением двигателя.

Известен топливоподающий агрегат двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, в котором размещены имеющий привод топливный насос со всасывающей и нагнетательной магистралями и распределитель топлива с каналом, связанным с нагнетательной магистралью насоса, каналом для подачи топлива к форсунке или насос-форсунке и каналом для возврата топлива от нее, и аккумулятор топлива, выполненный в виде расположенного в его корпусе подпружиненного поршня с аккумулирующей камерой перед его днищем, подключенной к нагнетательной магистрали насоса. Последний выполнен плунжерного типа (патент СССР N 743592, кл. F 02 M 41/08, опубл. 1980).

Известный топливоподающий агрегат имеет следующие недостатки. Агрегат предназначен для подачи малых объемов топлива (цикловой подачи) при высоком давлении, поэтому неизбежная утечка топлива через зазор между валом распределителя и корпусом будет в большей степени влиять на фактическую величину цикловой подачи, на давление перед форсунками, быстродействие и качество распыла топлива. Распределитель гидравлически не уравновешен и поэтому будет иметь повышенный износ трущихся поверхностей. Аккумулятор топлива отличается относительной сложностью и рассчитан на малый расход топлива. Он может работать только до момента растворения в топливе газовой фазы (например, воздуха), находящейся первоначально с тыльной стороны поршня. Точечный контакт плунжеров насоса, скользящих относительно кулачкового кольца, закрепленного в корпусе, приведет к быстрому износу плунжеров и кольца в местах контакта. Таким образом, известный топливоподающий агрегат не обеспечит необходимую надежность топливоподачи и высокое быстродействие двухплунжерных насос-форсунок с гидроприводом плунжеров.

Задачей данного изобретения является создание компактного топливоподающего агрегата для работы с двухплунжерными насос-форсунками с гидроприводом плунжеров, обеспечивающего повышенную надежность топливоподачи при одновременном высоком быстродействии работы агрегата.

Для решения этой задачи топливоподающий агрегат двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, в котором размещены имеющие привод топливный насос со всасывающей и нагнетательной магистралями и распределитель с по меньшей мере одним каналом, связанным с нагнетательной магистралью насоса, и каналами для подачи топлива к насос-форсунке и возврата топлива от насос-форсунки, и аккумулятор топлива, выполненный в виде расположенного в его корпусе подпружиненного поршня с аккумулирующей камерой перед его днищем, подключенной к нагнетательной магистрали насоса, снабжен входным фильтром, размещенным внутри корпуса аккумулятора перед рабочей камерой, образованной во внутренней полости поршня аккумулятора между его днищем и корпусом входного фильтра и связанной с полостью внутри корпуса фильтра через обратный клапан, прикрепленным к корпусу буферным бачком, полость внутри которого связана с всасывающей магистралью топливного насоса, с упомянутым каналом возврата топлива от форсунки и с упомянутой рабочей камерой, и редукционным клапаном, через который аккумулирующая камера сообщена с полостью внутри буферного бачка.

Обратный клапан, связывающий упомянутую рабочую камеру, образованную во внутренней полости поршня аккумулятора, с входным фильтром, выполнен в виде, по меньшей мере, одного диффузионного гидравлического диода, расположенного внутри корпуса входного фильтра.

Редукционный клапан образован подпружиненным поршнем аккумулятора и пазом, выполненным на внутренней поверхности корпуса аккумулятора вдоль траектории движения поршня и подключенным к буферному бачку.

Распределитель топлива выполнен в виде вращающегося в гильзе гидравлически уравновешенного ротора с разделенными проточкой, связанной каналом с нагнетательной магистралью топливного насоса, двумя распределительными поясками, на наружной поверхности которых выполнены продольные пазы, совмещаемые при вращении ротора через окна, выполненные в гильзе, с каналами, выполненными в корпусе для подачи топлива к насос-форсунке и для возврата топлива от насос-форсунки в буферный бачок и во всасывающую магистраль топливного насоса через полости, расположенные в корпусе со стороны торцов ротора. Упомянутый топливный насос выполнен шиберного типа с гидравлическим уравновешенным ротором, установленным соосно ротору распределителя и поршню аккумулятора, и боковыми стенками, одной из которых ограничена упомянутая аккумулирующая камера, а другой стенкой ограничена одна из упомянутых полостей в корпусе, связывающий канал для возврата топлива из насос-форсунки с буферным бачком и топливным насосом.

Привод ротора топливного насоса выполнен в виде торсионного вала, соединяющего этот ротор с приводимым от вала двигателя ротором распределителя топлива.

На фиг.1 представлена принципиальная схема системы топливоподачи в двигателе внутреннего сгорания с заявляемым топливоподающим агрегатом.

На фиг.2 показан топливоподающий агрегат в разрезе (Ж-Ж фиг.8). На фиг.3 показан вид справа, на фиг.4 вид слева, на фиг.5 вид сверху фиг.2. На фиг.6 11 представлены соответственно разрезы А-А, Б-Б, В-В, Г-Г, Д-Д, Е-Е фиг.1 в увеличенном масштабе (2:1).

Топливоподающий агрегат 1, предназначенный для подачи топлива к насос-форсункам 2 двигателя внутреннего сгорания 3, содержит корпус 4, в котором размещены топливный насос 5 и распределитель топлива 6, корпус 7 аккумулятора 8, примыкающий к корпусу 4 и соединенный с ним, и буферный бачок 9, прикрепленный к корпусу 4. В корпусе 7 аккумулятора 8 установлен поршень 10 с пружиной 11 и уплотнительными кольцами 12. В буферном бачке 9 размещен топливоприемник 13. Топливный насос 5 шиберного типа со всасывающей магистралью 14, сообщенный с топливоприемником 13, и нагнетательной магистралью 15 обеспечивает сравнительно низкое давление 1 2 МПа в двухтактных двигателях с искровым зажиганием и 4 6 МПа в дизелях. Насос состоит из ротора 1, лопаток 17, статора 18 и боковых стенок 19 и 20. Ротор 16 гидравлически уравновешен и равнодействующая сила давления топлива на него со всех сторон равна нулю. Это достигается симметричностью расположения двух всасывающих и двух нагнетающих полостей насоса.

Распределитель топлива 6 состоит из вращающегося в гильзе 21, размещенной в корпусе 4, ротора 22 с двумя распределительными поясками 23 и 24 на его боковой поверхности, разделенными проточкой 25, связанной с нагнетательной магистралью 15 насоса 5 каналами 26 и 27. В корпусе 4 по торцам ротора 22 выполнены полости 28 и 29, сообщаемые каналами 30 и 31 с топливоприемником 13 буферного бачка 9 и с всасывающей магистралью 14 насоса 5. На наружной поверхности поясков 23 и 24 выполнены продольные пазы 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, совмещаемые при вращении ротора с выполненными в гильзе 21 радиальными окнами 40, 41, 42 и 43. Последние сообщены соответственно с выполненными в корпусе 4 выходными каналами 44, 45, продолжением которых являются топливопроводы 46, и выходными каналами 47, 48, продолжением которых являются топливопроводы 49, для попеременной подачи по упомянутым выходным каналам топлива к насос=форсункам 2 и возврата топлива через полости 28 и 29 в буферный бачок 9 и на вход насоса 5.

Ротор 22 распределителя 6, установленный соосно ротору 16 насоса 5 и поршню 10 аккумулятора, как и ротор 16 выполнен гидравлически уравновешенным. Это достигается выполнением ротора в виде двух барабанов равных размеров с симметричными пазами, связанных одним валом, в связи с чем давление жидкости между барабанами и снаружи барабанов на их торцовые поверхности уравновешено. Уравновешено и радиальное давление жидкости на барабаны и вал, соединяющий их.

Ротор 22 распределителя приводится с помощью торсионного вала 50 от коленчатого вала двигателя, а ротор 16 насоса 5 соединен с ротором 22 торсионным валом 51. Осевые перемещения ротора 22 ограничиваются упорным кольцом 52 и крышкой 53 распределителя, в которой размещена уплотнительная манжета 54. В корпусе 4 распределителя сверху расположено заливное отверстие 55, которое закрыто резьбовой пробкой 56. В корпусе 7 аккумулятора перед наружной поверхностью днища 57 поршня 10 (в надпоршневом пространстве) образована аккумулирующая камера 58. Эта камера ограничена днищем 57, стенками корпуса 7 и боковой стенкой 19 примыкающего к нему насоса 5 и сообщена с нагнетательной магистралью 15 последнего. Во внутренней полости 59 поршня 10 между его днищем 57 и корпусом 60 входного фильтра 61, размещенным внутри полости 62 корпуса 7 аккумулятора и частично введенным в полость 59 внутри поршня, образована рабочая камера 63. Эта камера связана с полостью 64 внутри корпуса 60 фильтра 61 через обратный клапан 65, выполненный в виде диффузорных гидравлических диодов 66, представляющих собой последовательно расположенные в каналах внутри корпуса 60 короткие конические патрубки. Полость 64 внутри корпуса 60 сообщена штуцером 67 с топливоприемником основного топливного бака. Фланец 68 крышки корпуса 7, в которую упирается пружина 11, выполнен заодно с корпусом 60. Полость 62 внутри корпуса 7 аккумулятора сообщена с буферным бачком 9 каналом 69 в корпусе 7 аккумулятора и каналом 70 в корпусе 4 насоса 5 и распределителя топлива 6.

Аккумулирующая камера 58 сообщена с полостью внутри буферного бачка 9 посредством редукционного клапана 71, образованного подпружиненный поршнем 10 аккумулятора и пазом 72, выполненным на внутренней поверхности его корпуса 7 вдоль траектории движения поршня и подключенным к полости внутри буферного бачка каналами 69 и 70. На корпусе 4 снизу размещен обратный клапан 73 (фиг.9), состоящий из седла 74, прикрепленного к корпусу 1 винтами (не показаны), шайбы 75 и пружины 76. Все эти детали размещены в сверлении 77 корпуса 4. Через обратный клапан 73 и топливопровод 78 полость внутри буферного бачка 9 связана с полостью внутри основного топливного бака (не показаны). Топливопровод 78 является частью магистрали, по которой топливо из дренажных каналов форсунок возвращается в основной топливный бак. Аэрозольная насос-форсунка 2 содержит корпус с размещенными внутри него гильзами и установленными в них первым и вторым плунжерами, смесительную камеру и распылитель, расположенные под первым торцом первого плунжера (не показаны). Плунжеры имеют двухсторонний гидропривод для их поступательного продольного перемещения посредством подключения форсунки к распределителю топлива двумя топливопроводами 46 и 49 для одновременной подачи по ним топлива во взаимно противоположных направлениях. Установленная на двигателе аэрозольная насос-форсунка подробно описана в заявке на выдачу охранного документа СССР N 4947660/06.

Заявляемый топливоподающий агрегат работает следующим образом. Перед началом работы топливоподводящего агрегата на двигателе внутреннего сгорания буферный бачок 9 должен быть заполнен топливом. Для этого топливо заливается в бачок 9 через заливное отверстие 55. При повторной работе агрегата нет необходимости заливать топливо в этот бачок, так как бачок остается заполненным топливом. Поскольку при работе двигателя производительность насоса 5 значительно меньше темпа подачи топлива к форсункам в период времени их срабатывания, объем аккумулирующей камеры 58, связанной с напорной магистралью 15 насоса и напорными каналами 26 и 27 распределителя топлива, в процессе работы непрерывно меняется, а поршень 10 аккумулятора, непрерывно совершая возвратно-поступательное перемещение на величину 2 3 мм, выполняет фактически функции подкачивающего насоса. Перемещение поршня позволяет подавать топливо из основного топливного бака через штуцер 67 в рабочую камеру 63 и далее по каналам 69 и 70 в буферный бачок 9, так как объем между корпусом 60 фильтра и поршнем 10 постоянно меняется, а конические патрубки диодов 66 определяют направление подачи топлива. Избыточное количество топлива, подаваемого при перемещении поршня 10 в бачок 9, удаляется в основной топливный бак через обратный клапан 73. Из буферного бачка 9 топливо насосом 5 подается в аккумулирующую камеру 58 и напорные каналы 26 и 27 к проточке 25 ротора 22 распределителя 6. Из проточки 25 топливо поступает в пазы 32, 33, 38 и 39 на поясках 23 и 24 ротора и далее в те окна гильзы 21 ротора 22, которые при вращении ротора оказываются совмещенными с пазами 32, 33, 38 и 39, например, в окна 42 и 43. Далее топливо поступает в сообщенные с этими окнами каналы 47 и 48 в корпусе 4 и далее по топливопроводам 49 подается к форсункам для привода их плунжеров и впрыска в цилиндры двигателя. Одновременно часть топлива из форсунок по топливопроводу 46 поступает обратно к топливоподающему агрегату. Оно поступает в каналы 44 и 45, окна 40 и 41 гильзы 21, пазы 34, 35 ротора 22 и, наконец, через полость 29, каналы 30 и 31 в корпусе 4 к всасывающей магистрали насоса 5 и в бачок 9.

В другой период времени (следующая фаза работы форсунок 2 и распределителя 6) топливо из проточки 25 поступает к окнам 40 и 41 через пазы 38 и 39 и далее через каналы 44 и 45 в корпусе 4 и топливопроводы 46 к форсункам 2 для перемещения их плунжеров в обратном направлении. В этот период времени часть топлива из форсунок 2 поступает обратно к распределителю 6 по топливопроводу 49 и через каналы 47 и 48 и окна 42 и 43, пазы 36 и 37 ротора в полость 28. Из полости 28 топливо поступает к всасывающей магистрали насоса 5 и в бачок 9 через каналы 30 и 31. С учетом того, что количество топлива, подаваемого к одной форсунке для единичного срабатывания составляет порядка 1,5 см³, а темп подачи топлива может достигать сравнительно большой величины, например, 45 л/мин в связи с малой продолжительностью по времени подачи топлива (0,002 0,005 с), наличие аккумулятора обеспечивает возможность уменьшения размеров насоса 5 и стабилизацию давления топлива на выходе из этого насоса при пульсирующей подаче топлива к форсункам. При определенной величине давления топлива в аккумулирующей камере 58 поршень 10, перемещаясь в сторону пружины 11, соединяет полость 58 с пазом 72. В результате этого часть топлива от насоса 5 будет поступать в полость 62 и по каналам 69 и 70 в буферный бачок 9, а величина давления в полости 58 стабилизируется.

Таким образом, выполнение поршнем 10 аккумулятора топливоподающего агрегата, кроме своих основных функций как элемента аккумулятора, функций подкачивающего насоса при наличии в агрегате буферного бачка 9, прикрепленного к общему для топливного насоса 5 и распределителя топлива 6 корпусу 4, и связи полости внутри буферного бачка с всасывающей магистралью насоса 5 и с рабочей камерой 63, образованной во внутренней полости поршня 10 аккумулятора, обеспечивает компактность конструкции, надежность и быстродействие работы агрегата. 2 4 6 8

Формула изобретения

1. Топливоподающий агрегат двигателя внутреннего сгорания, содержащий топливовпрыскивающее устройство, корпус, размещенные в корпусе и выполненные с приводом топливный насос со всасывающей и нагнетательной магистралями и распределитель топлива с по меньшей мере одним каналом, связанным с нагнетательной магистралью, и каналами для подачи и возврата топлива, сообщенными с топливовпрыскивающим устройством, и аккумулятор топлива, состоящий из корпуса и подпружиненного поршня, размещенного в корпусе с образованием внутренней полости и подпоршневой полости, сообщенной с нагнетательной магистралью, отличающийся тем, что он снабжен обратным и редукционным клапанами, входным фильтром, выполненным в виде полого корпуса, размещенного в корпусе аккумулятора и во внутренней полости поршня с образованием в днище поршня рабочей камеры, сообщенной с полостью корпуса входного фильтра через обратный клапан и буферным бачком, жестко связанным с корпусом топливоподающего агрегата, причем топливовпрыскивающее устройство выполнено в виде насос-форсунки, полость внутри буферного бачка сообщена со всасывающей магистралью топливного насоса, с каналом возврата топлива и с рабочей камерой, а подпоршневая полость сообщена с полостью внутри буферного бачка через редукционный клапан.

2. Топливоподающий агрегат по п.1, отличающийся тем, что обратный клапан выполнен в виде по меньшей мере одного диффузорного гидравлического диода, расположенного в корпусе входного фильтра.

3. Топливоподающий агрегат по п.1 или 2, отличающийся тем, что редукционный клапан образован подпружиненным поршнем аккумулятора и пазом, выполненным на внутренней поверхности корпуса аккумулятора вдоль траектории движения поршня.

4. Топливоподающий агрегат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что распределитель топлива состоит из гильзы с окнами и размещенного в гильзе с возможностью вращения гидравлически уравновешенного ротора с двумя распределительными поясками на его боковой поверхности, разделенными проточкой, сообщенной каналом с нагнетательной магистралью топливного насоса, на наружной поверхности распределительных поясков выполнены продольные пазы, причем ротор размещен в гильзе с образованием двух дополнительных полостей со стороны торцов ротора с возможностью сообщения продольных пазов через окна в гильзе, каналы подачи и возврата топлива, дополнительные полости соответственно с буферным бачком и всасывающей магистралью топливного насоса.

5. Топливоподающий агрегат по п.4, отличающийся тем, что топливный насос выполнен шиберного типа с гидравлически уравновешенным ротором, установленным соосно ротору распределителя и поршню аккумулятора, и с боковыми стенками, одной из которых ограничена аккумулирующая камера, а другой стенкой ограничена одна из дополнительных полостей в корпусе, сообщенных через канал возврата топлива с буферным бачком и топливным насосом.

6. Топливоподающий агрегат по п. 4 или 5, отличающийся тем, что привод топливного насоса снабжен торсионным валом, причем ротор топливного насоса кинематически связан через торсионный вал с ротором распределителя топлива, а ротор распределителя с валом двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11