Система топливоподачи двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к управлению топливоподачей в двигателях внутреннего сгорания с впрыском топлива (преимущественно бензина) в камеру сгорания через электроуправляемые форсунки. Для автоматического обеспечения производительности топливного насоса высокого давления, соответствующей заданному режиму работы двигателя, и постоянства давления перед форсунками на всех режимах в топливную магистраль системы перед форсунками и гидроаккумулятором встроен дроссельный клапан постоянного давления, а регулируемый дроссель на входе насоса высокого давления выполнен в виде втулки и подпружиненного золотника, пружинная полость торца которого соединена с топливным баком или выходом подкачивающего насоса, а полость противоположного торца соединена с выходом насоса высокого давления, причем вход дросселирующего сечения соединен с напорной магистралью подкачивающего насоса, а выход - со входом в насос высокого давления. Изобретение позволяет обеспечить автоматическое поддержание насосом высокого давления величины производительности, требуемой заданным режимом работы двигателя, а также упростить конструкцию. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к управлению топливоподачей в двигателях внутреннего сгорания с впрыском топлива в камеру сгорания через электроуправляемые форсунки преимущественно для бензиновых двигателей.

В известной системе топливоподачи двигателя внутреннего сгорания, описанной в книге В.И.Крутова "Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания", (государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, Москва, 1963, стр. 44, фиг. 30), описывается конструктивная схема топливного насоса с дросселирующей иглой на всасывании, кинематически связанной с рычагом управления двигателем. Недостатком этой системы является невозможность использования данного насоса с дросселированием на всасывании в схеме топливопитания двигателя внутреннего сгорания, имеющего электроуправляемые форсунки с соответствующим блоком электронного управления без специального преобразователя электрического сигнала от электронного блока управления в гидромеханическое перемещение элемента дросселирования во входном канале топливного насоса высокого давления.

Известна также система топливоподачи двигателя внутреннего сгорания по патенту Швейцарии N 674243 A5, класс МПК F 02 M 45/100, F 02 M 41/100, которую можно принять за ближайший прототип. Эта система содержит подкачивающий насос, насос высокого давления с регулируемым дросселем во входном канале, гидроаккумулятор, электроуправляемые форсунки с электронным блоком управления, сигнал от которого воспринимает специальный преобразователь, который преобразует электрический сигнал от электронного блока управления в гидромеханическое изменение площади проходного сечения регулируемого дросселя во входном канале топливного насоса высокого давления.

Указанный преобразователь электрических сигналов в гидромеханическое изменение площади проходного сечения регулируемого дросселя является достаточно сложным и дорогостоящим элементом схемы, что является существенным недостатком.

Кроме того, в данной схеме не обеспечивается постоянное давление топлива перед форсунками на всех режимах работы двигателя, в результате чего на частичных режимах работы двигателя может быть не обеспечено оптимальное распыливание топлива через форсунки.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение автоматического поддержания насосом высокого давления величины производительности, требуемой заданным режимом работы двигателя, обеспечение поддержания постоянного давления перед форсунками двигателя, а также существенное упрощение конструкции системы топливоподачи в целом и снижение энергозатрат на привод.

Поставленная цель достигается тем, что в топливную магистраль от насоса высокого давления к форсункам встроен дроссельный клапан поддержания постоянного давления перед форсунками, а регулируемый дроссель на входе выполнен в виде втулки и подпружиненного золотника, пружинная полость торца которого соединена с топливным баком, а полость противоположного торца соединена с выходом насоса высокого давления, на золотнике имеются профилированные пазы, образующие с кромкой кольцевой канавки во втулке дросселирующее сечение, вход которого соединен с напорной магистралью подкачивающего насоса, а выход соединен со входом в насос высокого давления.

При таком выполнении топливной системы на всех режимах работы двигателя обеспечивается необходимое постоянное давление топлива перед форсунками, обеспечивается также регулирование производительности насоса высокого давления без применения специального преобразователя сигналов от электронного блока управления в гидромеханическое перемещение исполнительного механизма.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема заявляемого устройства.

Предлагаемая система топливоподачи двигателя содержит подкачивающий насос 1 с перепускным клапаном 2, насос высокого давления 3, регулируемый дроссель 4, дроссельный клапан постоянного давления 5, гидроаккумулятор 6, электроуправляемые форсунки 7, установленные на двигателе 8. Электронный блок управления 9 посредством провода 10 соединен с датчиком частоты вращения вала двигателя, а посредством проводов 11 соединен с форсунками 7. Регулируемый дроссель 4 через канал 12 подключен к выходу подкачивающего насоса 1, а через канал 13 - ко входу насоса высокого давления 3. Регулируемый дроссель 4 выполнен в виде втулки 14 с подпружиненным золотником 15, полость 16 пружины 17 которого соединена каналом 18 с топливным баком 19, а противоположная полость 20 каналом 21 соединена с напорной магистралью 22 насоса высокого давления 3. На пояске 23 золотника 15 выполнены профилированные пазы 24, образующие с кромкой 25 кольцевой канавки 26 во втулке 14 дросселирующее сечение, вход которого соединен с магистралью 12, а выход через канал 13 подключен ко входу насоса высокого давления 3.

Дроссельный клапан постоянного давления 5 включает в себя втулку 27, подпружиненный золотник 28, полость пружины 29 которого соединена со сливом, а противоположная полость 30 через демпфер 31 соединена с линией 32 подвода топлива к форсункам 7. На верхнем пояске золотника 28 выполнены профилированные пазы 33, которые с соответствующей кромкой на втулке 27 образуют дросселирующее сечение, вход которого соединен с каналом 22, а выход - с линией 32. Полость 20 через канал 34 соединяется с баком 19.

Работает система следующим образом: топливо из бака 19 подкачивающим насосом 1 по каналу 12 поступает на вход регулируемого дросселя 4 под давлением, величина которого определяется настройкой перепускного клапана 2. Далее топливо проходит через дросселирующее сечение регулируемого дросселя 4, формируемое конкретной осевой координатой профилированного паза 24 на золотнике 15 и кромкой 25 кольцевой канавки 26 на втулке 14.

Из насоса высокого давления 3 топливо поступает по каналу 22 через дроссельный клапан 5 постоянного давления к электроуправляемым форсункам 7 и к гидроаккумулятору 6. Клапан 5 поддерживает перед форсунками 7 постоянное давление, благодаря чему величина расхода топлива через клапан и форсунки однозначно определяется продолжительностью открытия форсунок, т.е. продолжительностью подачи электрического сигнала от электронного блока управления 9 на форсунки 7. Уровень давления в линии 32 перед форсунками 7 определяется настройкой клапана 5, т.е. величиной затяжки пружины 29. Работает клапан 5 следующим образом: топливо из канала 22 поступает через дросселирующее сечение профилированных пазов 33 в канал 32 и одновременно по осевому каналу золотника 28 через демпфер 31 в полость 30. Давление в полости 30 уравновешивается усилием затяжки пружины, величина которой постоянна, следовательно, и давление в полости 30 и канале 32 является постоянным.

Предположим, что давление в канале 32 по какой-либо причине возросло. Под действием увеличивающего давления в полости 30 золотник 28 сместится вниз, уменьшив тем самым площадь дросселирующего сечения пазов 33, что вызовет соответствующее уменьшение давления в канале 32 и полости 30, т.е. давление восстановится до исходной величины. И, наоборот, если в двигатель требуется подать больше топлива, расход через форсунки возрастает, что вызовет уменьшение давления в канале 32 и полости 30. Под действием пружины 30 золотник 28 переместится вверх и увеличит площадь дросселирующего сечения профилированных пазов 33, в результате чего давление в канале 32 восстановится до требуемого значения.

Таким образом, в связи с тем, что давление перед форсунками 7 постоянное, давление за насосом высокого давления 3 в каналах 22 и 21 переменное и зависит от расхода топлива и частоты вращения насоса 3, кинематически связанного с двигателем 8. Для того чтобы производительность насоса высокого давления 3 на всех режимах работы двигателя равнялась потребляемому двигателем количеству топлива, в линию подвода топлива от подкачивающего насоса 1 к насосу высокого давления 3 встроен регулируемый дроссель 4, площадь проходного сечения которого регулируется следующим образом: золотник 15 дросселя находится в равновесии на установившихся режимах под действием равенства усилий на торцы золотника. Слева со стороны пружины на золотник действует усилие пружины, а на противоположный торец действует давление в полости 20, т.е. давление за насосом 3. Если расход на форсунки 7 по сигналу от электронного блока 9 увеличивается, то это вызовет некоторое уменьшение давления в каналах 32, 31, 21 и 22, в результате под действием пружины 17 золотник 15 переместится вправо и увеличит площадь дросселирующего сечения, что увеличит поступление топлива на вход насоса высокого давления 3 и, следовательно, возрастет его производительность до необходимого и достаточного значения.

При уменьшении потребляемого двигателем расхода топлива процесс регулирования подачи топлива на вход насоса высокого давления 3 идет в обратном порядке, что вызовет уменьшение площади дросселирующего сечения регулируемого дросселя 4 и уменьшение производительности насоса 3.

Таким образом, на всех режимах работы двигателя производительность насоса высокого давления равна потребляемому двигателем расходу топлива, что обеспечивает минимальные затраты мощности на привод насоса высокого давления. Если по какой-либо причине давление за насосом высокого давления превысит максимально допустимую величину, то золотник 15 переместится влево настолько, что канал 21 через полость 20 соединится с каналом 34 и сольет излишки топлива в бак 19.

Из вышеуказанного следует, что включение в магистраль от подкачивающего насоса к насосу высокого давления регулируемого дросселя в виде втулки и подпружиненного золотника, пружинная полость которого соединена с топливным баком, а полость противоположного торца соединена с напорной магистралью насоса высокого давления, обеспечивает на всех режимах работы двигателя автоматическое регулирование производительности насоса в соответствии с потребностью двигателя. Причем на золотнике указанного дросселя имеются профилированные пазы, образующие с кромкой кольцевой канавки во втулке дросселирующее сечение, вход которого связан с выходом подкачивающего насоса, а выход соединен со входом в насос высокого давления. Кроме того, наличие перед форсунками и гидроаккумулятором дроссельного клапана постоянного давления обеспечивает на всех режимах работы двигателя возможность однозначной зависимости между расходом топлива и величиной электрического сигнала на электроуправляемые форсунки.

Наиболее целесообразно с точки зрения конструктивной реализации использование данного технического решения для поршневых двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине, а также для газотурбинных двигателей, т.е. для двигателей с невысоким уровнем рабочего давления топлива перед форсунками по сравнению, например, с дизельным двигателем.

Формула изобретения

1. Система топливоподачи двигателя внутреннего сгорания с электроуправляемыми форсунками, содержащая топливный бак, подкачивающий насос, насос высокого давления с регулируемым дросселем на входе и гидроаккумулятор, отличающаяся тем, что в топливную магистраль от насоса высокого давления к форсункам и гидроаккумулятору встроен дроссельный клапан постоянного давления, а регулируемый дроссель на входе в насос высокого давления выполнен в виде втулки и подпружиненного золотника, пружинная полость торца которого соединена с топливным баком, а полость противоположного торца соединена с напорной магистралью насоса высокого давления, на золотнике имеются профилированные пазы, образующие с кромкой кольцевой канавки во втулке дросселирующее сечение, вход которого соединен с напорной магистралью подкачивающего насоса, а выход соединен со входом в насос высокого давления.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что полость золотника регулируемого дросселя, противоположная пружинной полости, соединена с топливным баком дополнительным каналом.

РИСУНКИ

Рисунок 1