Система подачи топлива в дизель

 

Изобретение может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Технический результат заключается в повышении эффективности рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания путем использования энергии волновых процессов в топливопроводе высокого давления для создания давления воздуха и его дальнейшего использования при впрыскивании топлива в камеру сгорания методом соударяющихся струй топлива и воздуха. Система содержит нагнетатель воздуха высокого давления, ресивер, воздушную магистраль от нагнетателя к ресиверу и от ресивера к форсунке, золотник, расположенный в форсунке с изолированными топливными и воздушными каналами к каждой паре сопловых отверстий. Золотник обеспечивает управление подачей воздуха в зависимости от давления топлива в кармане распылителя форсунки. Нагнетатель воздуха высокого давления в своем корпусе имеет две полости, разделенные подвижным поршнем: рабочую полость с впускным клапаном, соединенным с атмосферой, и выпускным клапаном, соединенным с ресивером, и вспомогательную, соединенную с линией высокого давления топлива. 1 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

В современных силовых установках транспортных средств, в частности в дизелях, наиболее широко распространены системы подачи топлива с непосредственным впрыскиванием разделенного типа. Такие системы состоят из топливных насосов высокого и низкого давления, топливопроводов высокого и низкого давления, форсунок для впрыскивания топлива в камеру сгорания и дополнительных элементов (фильтры, емкости, измерительные приборы и т.д.). При этом качество процесса впрыскивания во многом определяется режимом работы дизеля.

Системы подачи топлива с использованием насос-форсунок, а также аккумуляторного типа находят ограниченное применение вследствие сложности конструктивных схем и механизмов регулировки.

Известны системы топливоподачи с закрытыми форсунками с гидродинамическим управлением запорной иглой, которые обеспечивают впрыскивание топлива методом соударяющихся струй [1]. При асинхронном изменении параметров струй распространение происходит в общем случае по эллиптическому полому конусу с изменяющимся углом при вершине. Применение данных распылителей позволяет значительно увеличить использование объема камеры сгорания, снизить неравномерность концентрации топлива, что позволяет в целом улучшить показатели дизеля. Однако при гидравлическом управлении подъемом иглы указанное изменение параметров происходит только на этапах подъема и опускания запорной иглы форсунки, когда изменяется разность давлений топлива у соплового отверстия в седле и у отверстия в носике распылителя. Экспериментальные исследования показали высокую эффективность данных распылителей на режимах работы дизеля, обуславливающих незначительное время нахождения запорной иглы на упоре в сравнении с общим временем впрыскивания (режимы малых подач топлива). Недостатки, связанные с отсутствием всережимного управления развитием топливного факела, снижают эффективность применения данного способа впрыскивания на режимах средних и высоких нагрузок.

Применение в топливных системах дизелей пневматического распыливания [2-4] не находит всестороннего применения в быстроходных дизелях, так как это не обеспечивает требуемые энергетические и экономические показатели, и требует значительного усложнения конструкции для получения сжатого воздуха [5].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система топливоподачи с распылителем форсунки, обеспечивающим впрыскивание топлива методом соударяющихся струй, в котором сопловые отверстия расположены попарно таким образом, что каждая пара имеет одно отверстие, расположенное на запорном конусе седла распылителя, а второе - в колодце распылителя, при этом оси этих отверстий пересекаются на некотором расстоянии от корпуса распылителя и находятся в одной плоскости с его осью [1] . Однако данный распылитель работает неэффективно на режимах средних и высоких нагрузок, обуславливающих значительное время нахождения запорной иглы на упоре в сравнении с общим временем впрыскивания.

Настоящее изобретение направлено на повышение эффективности рабочего процесса дизеля, снижение затрат на получение сжатого воздуха, демпфирование остаточных волновых явлений в линии высокого давления, а также на улучшение распыливания и распределения топлива в камере сгорания при впрыскивании топлива методом соударяющихся струй.

Решение поставленной задачи достигается тем, что система дополнительно содержит нагнетатель воздуха высокого давления, ресивер, воздушную магистраль от нагнетателя к ресиверу и от ресивера к форсунке, золотник, расположенный в форсунке с изолированными топливными и воздушными каналами к каждой паре сопловых отверстий и обеспечивающий управление подачей воздуха в зависимости от давления топлива в кармане распылителя форсунки, при этом нагнетатель воздуха высокого давления в своем корпусе имеет две полости, разделенные подвижным поршнем: рабочую полость с впускным клапаном, соединенным с атмосферой, и выпускным клапаном, соединенным с ресивером, и вспомогательную, соединенную с линией высокого давления топлива.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемые мероприятия позволяют увеличить долю времени, в течение которого происходит изменение параметров струй за период впрыскивания, а следовательно, увеличивается временной диапазон, в течение которого факел изменяет свою форму, тем самым способствуя равномерному распределению топлива в объеме камеры сгорания и качественному протеканию процесса смесеобразования.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что система дополнительно содержит нагнетатель воздуха высокого давления, ресивер, воздушную магистраль от нагнетателя к ресиверу и от ресивера к форсунке, золотник, расположенный в форсунке с изолированными топливными и воздушными каналами к каждой паре сопловых отверстий и обеспечивающий управление подачей воздуха в зависимости от давления топлива в кармане распылителя форсунки, при этом нагнетатель воздуха высокого давления в своем корпусе имеет две полости, разделенные подвижным поршнем: рабочую полость с впускным клапаном, соединенным с атмосферой, и выпускным клапаном, соединенным с ресивером, и вспомогательную, соединенную с линией высокого давления топлива.

Таким образом, отличия, связанные с тем, что система топливоподачи дополнительно содержит нагнетатель воздуха высокого давления, ресивер, воздушную магистраль от нагнетателя к ресиверу и от ресивера к форсунке, золотник, расположенный в форсунке с изолированными топливными и воздушными каналами к каждой паре сопловых отверстий и обеспечивающий управление подачей воздуха в зависимости от давления топлива в кармане распылителя форсунки, при этом нагнетатель воздуха высокого давления в своем корпусе имеет две полости, разделенные подвижным поршнем: рабочую полость с впускным клапаном, соединенным с атмосферой, и выпускным клапаном, соединенным с ресивером, и вспомогательную, соединенную с линией высокого давления топлива, позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена система подачи топлива в дизель.

Система подачи топлива в дизель содержит плунжерный насос 1 с нагнетательным клапаном 2, топливопровод высокого давления 3, нагнетатель воздуха высокого давления 4, соединенный через штуцер 5 с топливопроводом 3, ресивер 12, соединенный воздушной магистралью 13 с нагнетателем 4 и форсункой 15, золотник 14, установленный в форсунке 15 и управляющий подачей воздуха в камеру сгорания дизеля 16. Нагнетатель воздуха высокого давления 4 состоит из корпуса 6, в котором имеется впускной клапан 7, соединенный с атмосферой, и выпускной клапан 10, соединенный через воздушную магистраль 13 с ресивером 12, рабочего элемента 9, выполненного в виде штока с поршнем на одном конце и запорным элементом на другом, пружины нагнетателя 11 и крышки 8.

Устройство работает следующим образом.

1. Работа нагнетателя воздуха высокого давления 4 основана на использовании энергии колебательных процессов в топливопроводе высокого давления. Так, в момент отсечки топлива и опускания запорной иглы форсунки в седло возникают волны сжатия и разрежения (глубина волны разрежения для некоторых видов топливной аппаратуры достигает 40 МПа). При подходе волны разрежения к нагнетателю шток 9 с поршнем под действием перепада давлений перемещаются в направлении топливопровода высокого давления. При этом поршень выталкивает порцию воздуха через выпускной клапан 10 в воздушную магистраль 13 и затем в ресивер 12. Волна сжатия, а также пружина 11 нагнетателя возвращают шток с поршнем в исходное положение, при этом очередная порция воздуха попадает в нагнетатель через впускной клапан 7. В промежуток между циклами топливоподачи происходит 3-4 подхода волн сжатия и разрежения с уменьшающейся амплитудой, в течение которых происходит заполнение ресивера 12 воздухом под необходимым давлением.

2. При работе дизеля топливо подается насосом 1 в топливопровод высокого давления 3 и затем через форсунку 15 к ее сопловым отверстиям. Одновременно воздух под высоким давлением подается из ресивера 12 в воздушную магистраль 13 к золотнику 14. В момент впрыскивания золотник открывает доступ воздуха к воздушным сопловым отверстиям и в камере сгорания дизеля 16 происходит соударение струй топлива и воздуха.

3. В момент впрыскивания происходит соударение струи топлива, параметры которой изменяются в соответствии с законом подачи и струи воздуха, параметры которой изменяются незначительно в процессе впрыскивания. Таким образом, в течение всего периода впрыскивания происходит изменение формы топливного факела, а именно непрерывное "раскрытие" и "схлопывание" полого конуса топливного факела, который образуется в результате соударения струи топлива и воздуха.

Применение данной системы топливоподачи позволяет эффективно использовать преимущества впрыскивания топлива методом соударяющихся струй воздуха и топлива для повышения качества протекания рабочего процесса, снижает затраты на получение сжатого воздуха, улучшает энергетические и экономические показатели дизеля.

Источники информации 1. Патент РФ 2078245, кл. F 02 M 61/10, 1997.

2. ЕП 0315328, кл. F 02 M 67/02, F 02 M 67/04, 1989.

3. Патент ФРГ 3914636, кл. F 02 M 67/02, F 02 M 69/08, 1990.

4. Патент США 4782809, кл. F 02 M 67/02, 1988.

5. Фанлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Л.: Машиностроение, 1990.

Формула изобретения

Система подачи топлива в дизель, содержащая насос высокого давления, нагнетательный клапан, топливопровод высокого давления, форсунку с распылителем, обеспечивающим впрыскивание топлива методом соударяющихся струй, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит нагнетатель воздуха высокого давления, ресивер, воздушную магистраль от нагнетателя к ресиверу и от ресивера к форсунке, золотник, расположенный в форсунке с изолированными топливными и воздушными каналами к каждой паре сопловых отверстий и обеспечивающий управление подачей воздуха в зависимости от давления топлива в кармане распылителя форсунки, при этом нагнетатель воздуха высокого давления в своем корпусе имеет две полости, разделенные подвижным поршнем: рабочую полость с впускным клапаном, соединенным с атмосферой, и выпускным клапаном, соединенным с ресивером, и вспомогательную, соединенную с топливопроводом высокого давления топлива.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двухтактных форкамерных двигателях внутреннего сгорания (ДВС), работающих на легком топливе с искровым зажиганием

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой

В изобретении предложен распылитель жидкого топлива, содержащий корпус, имеющий канал (44) подачи топлива и, по меньшей мере, одно основное отверстие (32), сконфигурированное для рассеивания потока топлива на множество капель топлива. Множество капель топлива входит в контакт с поверхностью соударения (46) для разбиения множества капель топлива на множество более малых вторичных капель и создания тонкой пленки вторичных капель на поверхности соударения. По меньшей мере, один канал (48) для сжатого воздуха подает воздушный поток в контакт с вторичными каплями для разбиения тонкой пленки вторичных капель топлива на периферийной кромке поверхности соударения для уменьшения размера вторичных капель. Вторичные капли проходят через множество вторичных выходных отверстий (52), выходя из корпуса. Размер множества вторичных капель уменьшается при выходе из множества вторичных отверстий. Технический результат заключается в повышении качества распыления и испарения жидкого топлива. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 30 ил.
Наверх