Система подачи топлива двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам питания двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить топливную экономичность и снизить токсичность двигателя внутреннего сгорания. Система подачи топлива двигателя внутреннего сгорания содержит резервуар с углеводородным топливом, связанный с насосом подачи углеводородного топлива, снабженным регулятором давления, по меньшей мере, одну форсунку, подключенную при помощи трубопровода к насосу подачи углеводородного топлива. В корпусе насоса выполнен канал подачи углеводородного топлива к распылителю, источник присадок, соединенный с дозатором подачи присадок, который оснащен подпружиненным одноходовым запорным клапаном, смесительно-аккумулирующую камеру, связанную с каналом подачи углеводородного топлива к распылителю и с каналом подачи присадок к распылителю, соединенным при помощи магистрали с дозатором подачи присадок. Подпружиненный одноходовой запорный клапан, предотвращающий обратный поток присадок, снабжен жиклером, контактирующим с игольчатым клапаном. Игольчатый клапан присоединен через шаговый электродвигатель к механизму управления. Связанная с трубопроводом высокого давления смесительно-аккумулирующая камера расположена вне корпуса форсунки и разделена пористой металлокерамической вставкой на полости, одна из которых сообщена с каналом подачи углеводородного топлива к распылителю, а другая с дозатором подачи присадок. 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в системах питания двигателя внутреннего сгорания.

Известна система подачи топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащая резервуар с углеводородным топливом, источник присадок, топливный насос высокого давления, снабженный управляющим органом и сообщенный с резервуаром, регулятор, связанный с источником присадок, и по меньшей мере одну форсунку, в корпусе которой выполнены канал подачи углеводородного топлива в колодец распылителя, связанный при помощи трубопровода высокого давления с топливным насосом, и канал подачи присадок в колодец распылителя, соединенный при помощи магистрали с регулятором. Канал подачи присадок содержит смесительно-аккумулирующую камеру, снабженную обратным шариковым клапаном (авторское свидетельство СССР №1087681, МПК 3 F 02 М 25/10).

Основными недостатками описанной системы подачи топлива двигателя внутреннего сгорания являются низкая топливная экономичность и высокая токсичность двигателя, обусловленные следующим:

- отсутствием возможности развития площадей контакта подаваемых присадок с углеводородным топливом, в особенности в малогабаритных форсунках, так как присадки с топливом смешиваются в подыгольном пространстве форсунки;

- неудовлетворительным качеством смеси топлива с присадками, так как продолжительность растворения присадок в углеводородном топливе регламентируется временем между очередными подачами топлива в цилиндр;

- отсутствием возможности дозирования присадок в зависимости от нагрузки двигателя внутреннего сгорания, так как обратный шариковый клапан в форсунке обеспечивает только подачу присадок;

- небольшим количеством добавляемых присадок, влияющих на развитие факела в цилиндре двигателя, так как углеводородное топливо, оставшееся в колодце распылителя, не перемешивается с присадками, попадает в камеру сгорания, после впрыска основной части углеводородного топлива не сгорает полностью, что приводит к недогоранию в цилиндре двигателя.

Известна система подачи топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащая резервуар с углеводородным топливом, связанный с насосом подачи углеводородного топлива, снабженным регулятором давления, по меньшей мере одну форсунку, подключенную при помощи трубопровода к насосу подачи углеводородного топлива, источник присадок, соединенный с дозатором подачи присадок, и смесительно-аккумулирующую камеру. В корпусе форсунки выполнены каналы подачи углеводородного топлива к распылителю и подачи присадок к распылителю. Канал подачи углеводородного топлива к распылителю связан при помощи трубопровода с насосом подачи углеводородного топлива, а канал подачи присадок к распылителю соединен при помощи магистрали с дозатором подачи присадок. Дозатор подачи присадок оснащен подпружиненными одноходовыми запорными клапанами, связанными между собой. Смесительно-аккумулирующая камера выполнена в корпусе форсунки перпендикулярно каналам подачи углеводородного топлива к распылителю и подачи присадок к распылителю. Углеводородное топливо и присадки эмульгируют под действием высокого давления углеводородного топлива и впрыскиваются в цилиндр (заявка Япония №60-138266, кл. F 02 М 43/04). Эта конструкция является наиболее близкой по технической сущности и принята за прототип.

Основными недостатками вышеописанной системы подачи топлива двигателя внутреннего сгорания являются низкая топливная экономичность и высокая токсичность двигателя, обусловленные следующим:

- недостаточной для растворения присадок в углеводородном топливе площадью их контакта с топливом при подаче присадок через одноходовой запорный клапан под давлением в канал подачи присадок к распылителю и подаче углеводородного топлива под давлением в канал подачи углеводородного топлива к распылителю и далее - в смесительно-аккумулирующую камеру;

- необоснованным расходом присадок и углеводородного топлива из-за подачи присадок в углеводородное топливо при работе двигателя на холостых ходах и малых нагрузках.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения топливной экономичности и снижения токсичности двигателя внутреннего сгорания.

Для достижения этого технического результата в системе подачи топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащей резервуар с углеводородным топливом, связанный с насосом подачи углеводородного топлива, снабженным регулятором давления, по меньшей мере одну форсунку, подключенную при помощи трубопровода к насосу подачи углеродного топлива, в корпусе которой выполнен канал подачи углеводородного топлива к распылителю, источник присадок, соединенный с дозатором подачи присадок, который оснащен подпружиненным одноходовым запорным клапаном, смесительно-аккумулирующую камеру, связанную с каналом подачи углеводородного топлива к распылителю и с каналом подачи присадок к распылителю, соединенным при помощи магистрали с дозатором присадок, согласно изобретению подпружиненный одноходовой запорный клапан, предотвращающий обратный поток присадок, снабженный жиклером, контактирующим с игольчатым клапаном, причем игольчатый клапан присоединен через шаговый электродвигатель к механизму управления, а связанная с трубопроводом высокого давления смесительно-аккумулирующая камера расположена вне корпуса форсунки и разделена пористой металлокерамической вставкой на полости, одна из которых сообщена с каналом подачи углеводородного топлива к распылителю, а другая - с дозатором подачи присадок.

Повышение топливной экономичности и снижение токсичности двигателя внутреннего сгорания обеспечивается за счет введения в систему подачи топлива, а именно в дозатор подачи присадок, игольчатого клапана, контактирующего с жиклером и связанного через шаговый электродвигатель с механизмом управления, на который подаются сигналы от электронного блока управления, получающего сигналы от датчика температуры отработавших газов, установленного в выпускном коллекторе, и преобразующего эти сигналы в электрические импульсы, а также за счет введения пористой металлокерамической вставки, разделяющей смесительно-аккумулирующую камеру на две полости. Применение дозатора подачи присадок, снабженного игольчатым клапаном и жиклером, позволяет подавать присадки только при повышенных нагрузках работы двигателя внутреннего сгорания и точно определять момент подачи и необходимый расход присадок в различных диапазонах нагрузок двигателя, что повышает экономичность как углеводородного топлива, так и присадок, и снижает содержание вредных веществ в отработавших газах. Применение смесительно-аккумулирующей камеры, полости которой сообщены с каналом подачи углеводородного топлива к распылителю и с дозатором подачи присадок, позволяет осуществлять равномерное распределение присадок, проникающих через поры металлокерамической вставки, и их качественное смешение с углеводородным топливом, что в свою очередь приводит к его качественному сгоранию и, как следствие, к повышению топливной экономичности двигателя и снижению токсичности отработавших газов.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема предлагаемой системы подачи топлива двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - разрез форсунки и дозатора подачи присадок. На фиг.2 дополнительно показаны стрелками направления подачи углеводородного топлива и вывод отработавших газов.

Насос подачи углеводородного топлива 1, снабженный регулятором давления 2, подключенным к резервуару с углеводородным топливом (на чертеже не показан), сообщен при помощи трубопроводов 3-6 высокого давления с форсунками 7-10. Источник 11 присадок соединен при помощи магистрали 12 через электронасос 13, трубопровод 14 подачи присадок, дозатор 15 подачи присадок с форсунками 7-10. Дозатор 15 подачи присадок связан через шаговый электродвигатель 16, механизм управления 17 с электронным блоком управления 18, подключенным к датчику 19 температуры отработавших газов. Датчик 19 температуры отработавших газов установлен в выпускном коллекторе 20 двигателя внутреннего сгорания 21. Механизм управления 17 представляет собой электромагнит, получающий от электронного блока управления 18 электрический сигнал. Блок управления 18 предназначен для преобразования электрических импульсов от датчика 19 температуры отработавших газов.

Дозатор 15 подачи присадок оснащен игольчатым клапаном 22, контактирующим с жиклером 23 и связывающим дозатор 15 подачи присадок через шаговый электродвигатель 16 с механизмом управления 17. Внутри жиклера 23, перекрываемого игольчатым клапаном 22, установлен подпружиненный одноходовой запорный шариковый обратный клапан 24 для предотвращения обратного потока присадок. Клапан 24 фиксируется штуцером 25. Дозатор 15 подачи присадок соединен с форсунками через магистраль 12 и канал 26 подачи присадок к распылителю. В канале 26 подачи присадок к распылителю размещен запорный шариковый клапан 27, вынесенный за пределы корпуса форсунки. Вне корпуса форсунки расположена и смесительно-аккумулирующая камера 28, разделенная пористой металлокерамической вставкой 29, запрессованной в штуцер 30, на полости 31 и 32. Смесительно-аккумулирующая камера 28 связана с трубопроводом высокого давления через штуцер 30, подключенный к этому трубопроводу. Штуцер 30 снабжен фильтром 33. Полость 31 смесительно-аккумулирующей камеры 28 сообщена с каналом 26 подачи присадок к распылителю, а полость 32 - с каналом 34 подачи углеводородного топлива к распылителю, расположенным в корпусе форсунки. Смесительно-аккумулирующая камера 28 связана с магистралью 12 запорным шариковым клапаном 27 через вставку 35 с косой винтовой нарезкой и шагом (1-2)d, где d - диаметр смесительно-аккумулирующей камеры.

Полости 31 и 32 соединены через канал 34 подачи углеводородного топлива и распылитель 36 с распыливающими отверстиями 37, 38, запираемыми иглой 39. Распылитель 36 снабжен гайкой 40.

Система подачи топлива двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. При работе двигателя на режимах нагрузок менее 50% от максимального игольчатый клапан 22 дозатора 15 подачи присадок закрыт. Насос 1 подачи углеводородного топлива нагнетает через канал 34 углеводородное топливо в распылитель 36. Под действием давления топлива игла 39 перемешается и топливо через отверстия 37 и 38 впрыскивается в цилиндр двигателя. При работе двигателя на режимах нагрузок, начиная с 50% от максимального и выше, повышенная температура отработавших газов, выходящих через выпускной коллектор 20, воздействует на датчик 19 температуры отработавших газов, сигналы датчика 19 получает блок управления 18 и через механизм управления 17 они передаются электрическими импульсами на шаговый электродвигатель 16, который перемещает игольчатый клапан 22. При этом шариковый клапан 24 открывается и пропускает под давлением, создаваемым электронасосом 13, из источника присадок 11 через жиклер 23 в магистраль 12 часть присадок. Те в свою очередь после разгрузки смесительно-аккумулирующей камеры 28 поступают через запорный шариковый клапан 27 и через вставку 35 с косой винтовой нарезкой в поры металлокерамической вставки 29. Топливо поступает в штуцер 30 через трубопроводы 3-6 от насоса подачи углеводородного топлива 1 и по каналу 34 (фиг.2) - в распылитель 36. При этом часть топлива попадает в поры металлокерамической вставки 29. После подъема иглы 39 и впрыска топлива и присадок через отверстия 37 и 38 происходит разгрузка давления в распылителе 36 и, соответственно, в смесительно-аккумулирующей камере 28. Запорный шариковый клапан 27 открывается и пропускает из магистрали 12 часть присадок. Присадки, выжимая из пор металлокерамической вставки 29 топливо, перемешиваются с ним. Поверхность контакта присадок с топливом развита за счет того, что площадь контакта присадок и топлива образована поверхностью пористой металлокерамической вставки 30. В порах металлокерамической вставки 29 может находиться как топливо, так и присадки. Присадки, благодаря порам вставки 29, поступают в смесительно-аккумулирующую камеру 28 в виде мелких частиц. При очередном поднятии иглы 39 в цилиндр поступает смесь топлива и присадок. Смешение топлива и присадок осуществляется как в смесительно-аккумулирующей камере 28, так и в канале 34, в которой присадки поступают с топливом из пористой металлокерамической вставки 29. Таким образом, предлагаемая система подачи топлива с дозированием присадок позволяет повысить топливную экономичность и снизить токсичность двигателя. Выполнение в системе подачи топлива дозатора присадок с игольчатым клапаном и жиклером позволяет более точно определять момент подачи и количество присадок в различных диапазонах нагрузок двигателя, что обеспечивает повышенную экономичность как топлива, так и присадок, и снижение вредных веществ в отработавших газах. Система подачи топлива, по сравнению с прототипом, позволяет использовать присадки без изменений основной системы питания двигателя. Данная система дает возможность отключать подачу присадок и эксплуатировать двигатель на углеводородном топливе. Система также позволяет осуществлять качественную регулировку смеси топлив, подаваемой в цилиндр с учетом нагрузки и частоты вращения двигателя.

Система подачи топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащая резервуар с углеводородным топливом, связанный с насосом подачи углеводородного топлива, снабженным регулятором давления, по меньшей мере, одну форсунку, подключенную при помощи трубопровода к насосу подачи углеводородного топлива, в корпусе которого выполнен канал подачи углеводородного топлива к распылителю, источник присадок, соединенный с дозатором подачи присадок, который оснащен подпружиненным одноходовым запорным клапаном, смесительно-аккумулирующую камеру, связанную с каналом подачи углеводородного топлива к распылителю и с каналом подачи присадок к распылителю, соединенным при помощи магистрали с дозатором подачи присадок, отличающаяся тем, что подпружиненный одноходовый запорный клапан, предотвращающий обратный поток присадок, снабжен жиклером, контактирующим с игольчатым клапаном, причем игольчатый клапан присоединен через шаговый электродвигатель к механизму управления, а связанная с трубопроводом высокого давления смесительно-аккумулирующая камера расположена вне корпуса форсунки и разделена пористой металлокерамической вставкой на полости, одна из которых сообщена с каналом подачи углеводородного топлива к распылителю, а другая с дозатором подачи присадок.