Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию насоса высокого давления и повысить надежность его работы, расширить возможности по управлению законом подачи топлива и через последнее упростить и повысить качество регулирования двигателя внутреннего сгорания. Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания содержит топливный насос высокого давления и гидравлически связанную с ним форсунку. В качестве насоса высокого давления используется насос на базе пьезоэлектрогидравлического мультипликатора давления, содержащий корпус с внутренней заполненной топливом полостью, которая в верхней ее точке через нормально открытое устройство для стравливания воздуха гидравлически соединена со сливом. Его клапан, подпружиненный со стороны уплотняющего конуса, имеет внутренние каналы с встроенным дросселем малого диаметра, гидравлически соединяющие расточку в корпусе устройства, расположенную выше седла клапана, с внутренней полостью корпуса насоса. Внутренняя полость корпуса насоса, в свою очередь, для заполнения ее топливом в паузах между подачами гидравлически через обратный клапан соединена с топливоподкачивающим насосом умеренного давления, а для обеспечения подачи топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания - с форсункой, к крышке, герметично закрывающей внутреннюю полость корпуса насоса, прикреплен свободно расположенный многослойный привод из пьезоэлектрического материала. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания.

Известна система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания (Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей/ Под общей редакцией А.С.Орлина и М.Г.Круглова. М.: Машиностроение, 1985, стр.196, рис.180), содержащая топливный насос высокого давления и гидравлически связанную с ним форсунку.

Однако эта система обладает рядом недостатков. Во-первых, такая система обладает конструктивной сложностью, связанной с наличием множества прецизионных единений. Во-вторых, в таких системах сложно и зачастую невозможно управлять характеристиками впрыскивания (кроме величины цикловой подачи). В-третьих, ограниченные возможности гидромеханических систем традиционного типа в плане быстродействия отрицательно сказываются на возможностях управления работой двигателя в целом.

Задача изобретения - упрощение конструкции насоса высокого давления и повышение надежности его работы, расширение возможностей по управлению законом подачи топлива и через последнее упрощение и повышение качества регулирования двигателя внутреннего сгорания.

Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания отличается от прототипа тем, что в качестве насоса высокого давления используется насос на базе пьезоэлектрогидравлического мультипликатора давления. Насос содержит корпус с внутренней заполненной топливом полостью, которая в верхней ее точке через нормально открытое устройство для стравливания воздуха гидравлически соединена со сливом. При этом его клапан, подпружиненный со стороны уплотняющего конуса, имеет внутренние каналы с встроенным дросселем малого диаметра, гидравлически соединяющие расточку в корпусе устройства, расположенную выше седла клапана, с внутренней полостью корпуса насоса. Внутренняя полость корпуса насоса, в свою очередь, для заполнения ее топливом в паузах между подачами гидравлически через обратный клапан соединена с топливоподкачивающим насосом умеренного давления, а для обеспечения подачи топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания - с форсункой. К крышке, герметично закрывающей внутреннюю полость корпуса насоса, прикреплен свободно расположенный многослойный привод из пьезоэлектрического материала.

Для многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания целесообразен вариант системы, в которой внутренняя полость корпуса насоса гидравлически соединена с распределителем, кинематически связанным с коленчатым валом двигателя и с синхронизированным с ним в соответствии с фазами подачи и порядком работы цилиндров, а сам распределитель гидравлически соединен с соответствующими форсунками.

Возможен вариант первой системы, у которой к крышке корпуса насоса прикреплен свободно расположенный в полости корпуса насоса податливый герметичный стакан с размещенным в нем без торцевого зазора многослойным приводом из пьезоэлектрического материала.

Возможен также аналогичный вариант только второй системы, у которой к крышке корпуса насоса прикреплен свободно расположенный в полости корпуса насоса податливый герметичный стакан с размещенными в нем без торцевого зазора многослойным приводом из пьезоэлектрического материала.

Иногда с точки зрения удобства компоновки возможен вариант первой системы, отличающийся тем, что насос и форсунка объединены в насос-форсунку, в которой внутренняя полость корпуса насоса гидравлически соединена с карманом распылителя. При этом игла распылителя поджата сверху пружиной, полость размещения которой гидравлически соединена со сливом, а нормально открытое устройство для стравливания воздуха расположено в верхней зоне крышки, закрывающей сверху корпус насоса.

Может оказаться целесообразным и вариант пятой системы, в которой к крышке корпуса насоса прикреплен свободно расположенный в полости корпуса насоса податливый герметичный стакан с размещенным в нем без торцевого зазора многослойным приводом из пьезоэлектрического материала.

Подобные системы могут найти применение как в двигателях с принудительным воспламенением, так и в дизелях.

На фиг.1 изображена принципиальная схема системы подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Насос высокого давления на базе пьезоэлектрогидравлического мультипликатора давления содержит корпус 1 с внутренней заполненной топливом полостью 2. Полость 2 в верхней ее точке через нормально открытое устройство для стравливания воздуха 3 гидравлически соединена со сливом. При этом (см. фиг.2 и 3) подпружиненный со стороны уплотняющего конуса его клапан 4 имеет внутренние каналы с встроенным дросселем 5 малого диаметра, гидравлически соединяющие расточку 6 в корпусе устройства 3, расположенную выше седла клапана 4, с внутренней полостью корпуса насоса 2.

Внутренняя полость корпуса насоса 2, в свою очередь, для заполнения ее топливом в пазах между подачами гидравлически через обратный клапан 7 соединена с топливоподкачивающим насосом умеренного давления, а для обеспечения подачи топлива в цилиндр - с форсункой 8.

К крышке 9, герметично закрывающей внутреннюю полость 2 корпуса насоса 1, прикреплен (например, приклеен) свободно расположенный многослойный привод 10 из пьезоэлектрического материала.

Во втором варианте системы (фиг.4), наиболее предпочтительной для многоцилиндрового двигателя, внутренняя полость 2 корпуса 1 насоса гидравлически соединена с распределителем 11, кинематически связанным с коленчатым валом двигателя и с синхронизированным с ним в соответствии с фазой подачи и порядком работы цилиндров, а сам распределитель гидравлически соединен с соответствующими форсунками.

В третьем (фиг. отсутствует, так как отличается от фиг.5 только отсутствием распределителя 11) и четвертом вариантах устройства (фиг.5), соответствующих двум предыдущим схемам (фиг.1 и 4), к крышке 9 корпуса насоса 1 прикреплен свободно расположенный податливый герметичный стакан 12 с размещенным в нем без торцевого зазора многослойным приводом 10 из пьезоэлектрического материала.

В пятом варианте системы (фиг.6) первой схемы насос и форсунка 8 объединены в насос-форсунку, в которой внутренняя полость 2 корпуса 1 насоса гидравлически соединена с карманом 13 распылителя 14. При этом игла 15 распылителя 14 поджата сверху пружиной 16, полость размещения которой, в свою очередь, гидравлически соединена со сливом. Нормально открытое устройство для стравливания воздуха 3 расположено в верхней зоне крышки 9, закрывающей сверху корпус 1 насоса.

В варианте (фиг.7) системы пятой схемы к крышке 9 корпуса 1 насоса прикреплен свободно расположенный в полости корпуса насоса податливый герметичный стакан 12 с размещенным в нем без торцевого зазора многослойным приводом 10 из пьезоэлектрического материала.

В варианте (фиг.8) шестой схемы многослойный привод из пьезоэлектрического материала прикреплен к одному из внутренних торцов податливого герметичного стакана 12 и не касается противоположного, а полость 17 стакана заполнена диэлектрической (желательно не горючей) жидкостью.

Система (фиг.1) работает следующим образом. Топливоподкачивающим насосом умеренного давления через обратный клапан 7 происходит заполнение полости 2 корпуса 1 насоса топливом. При этом через нормально открытое устройство для стравливания воздуха 3 (фиг.2) происходит удаление последнего. После заполнения полости 2 топливом может иметь место в паузах между подачами небольшая утечка топлива, зависящая от давления подкачки и размера проходного сечения дросселя 5.

При подаче командного электрического импульса на многослойный привод 10 происходит увеличение его длины и объема.

При увеличении объема многослойного привода 10 происходит рост давления в полости 2 корпуса 1 насоса, что приводит практически почти к мгновенному закрытию клапана 4 (фиг.3) и обратного клапана 7. Вытесненное многослойным приводом 10 из полости 2 топливо подается к форсунке и осуществляется впрыск. При этом давление впрыска топлива и его продолжительность зависят от закона изменения подаваемого на многослойный привод 10 напряжения.

После прекращения подачи командного электрического импульса объем многослойного привода возвращается в исходное состояние и происходит очередная дозарядка полости 2 топливом. После окончания дозарядки форсунка оказывается снова готова к следующему циклу.

Возможно использование одной секции насоса для подачи топлива в несколько цилиндров (фиг.4). В этом случае топливо из полости 2 корпуса насоса попадает на распределитель 11 подачи топлива по цилиндрам и далее на форсунки 8.

Такой вариант системы гарантирует практически полную идентичность характеристик впрыскивания форсунками и упрощает управление системой подачи топлива в целом.

Более эффективными с точки зрения величины цикловой подачи, но сложными конструктивно являются схемы с распределителем 11 (фиг, 5) и без него (фиг. отсутствует), у которых к крышке 9 корпуса 1 прикреплен свободно расположенный в полости 2 корпуса 1 насоса податливый герметичный стакан 12. При этом в стакане 12 размещается без торцевого зазора многослойный привод 10 из пьезоэлектрического материала.

В этом случае величина цикловой подачи топлива форсункой 8 зависит от линейного удлинения многослойного привода 10 и диаметра стакана 12.

Представляют определенный интерес варианты без податливого герметичного стакана 12 (фиг.6) и с ним (фиг.7), у которых объединены насос и форсунка 8 в насос-форсунку.

В этих вариантах полость 2 корпуса 1 насоса гидравлически соединена с карманом 13 распылителя 14, а игла 15 распылителя 14 поджата сверху пружиной 16, полость размещения которой гидравлически соединена со сливом. При этом нормально открытое устройство для стравливания воздуха 3 расположено в верхней зоне крышки 9, закрывающей сверху корпус 1 насоса.

Вариант (фиг.8) имеет некоторое преимущество перед вариантами (фиг.1, 4 и 6), так как у него многослойный привод 10, находящийся под напряжением, не контактирует с горючей жидкостью. В вариантах же (фиг.1, 4 и 6) для предотвращения воспламенения топлива во время эксплуатации необходимо гарантировать полость 2 от попадания воздуха.

Результаты математического моделирования работы рассмотренных выше систем подачи топлива подтверждают возможность их осуществления и эффективность применения.

1. Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая топливный насос высокого давления и гидравлически связанную с ним форсунку, отличающаяся тем, что в качестве насоса высокого давления используется насос на базе пьезоэлектрогидравлического мультипликатора давления, содержащий корпус с внутренней заполненной топливом полостью, которая в верхней ее точке через нормально открытое устройство для стравливания воздуха гидравлически соединена со сливом, при этом его клапан, подпружиненный со стороны уплотняющего конуса, имеет внутренние каналы с встроенным дросселем малого диаметра, гидравлически соединяющие расточку в корпусе устройства, расположенную выше седла клапана, с внутренней полостью корпуса насоса, внутренняя полость корпуса насоса, в свою очередь, для заполнения ее топливом в паузах между подачами гидравлически через обратный клапан соединена с топливоподкачивающим насосом умеренного давления, а для обеспечения подачи топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания - с форсункой, к крышке, герметично закрывающей внутреннюю полость корпуса насоса, прикреплен свободно расположенный многослойный привод из пьезоэлектрического материала.

2. Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя полость корпуса насоса гидравлически соединена с распределителем, кинематически связанным с коленчатым валом двигателя и синхронизированным с ним в соответствии с фазами подачи и порядком работы цилиндров, а сам распределитель гидравлически соединен с соответствующими форсунками.

3. Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания соответственно по п.1, отличающаяся тем, что к крышке корпуса насоса прикреплен свободно расположенный в полости корпуса насоса податливый герметичный стакан с размещенным в нем без торцевого зазора многослойным приводом из пьезоэлектрического материала.

4. Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания по п.2, отличающаяся тем, что к крышке корпуса насоса прикреплен свободно расположенный в полости корпуса насоса податливый герметичный стакан с размещенным в нем без торцевого зазора многослойным приводом из пьезоэлектрического материала.

5. Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что насос и форсунка объединены в насос-форсунку, в которой внутренняя полость корпуса насоса гидравлически соединена с карманом распылителя, при этом игла распылителя поджата сверху пружиной, полость размещения которой гидравлически соединена со сливом, а нормально открытое устройство для стравливания воздуха расположено в верхней зоне крышки, закрывающей сверху корпус насоса.

6. Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания по п.5, отличающаяся тем, что к крышке корпуса насоса прикреплен свободно расположенный в полости корпуса насоса податливый герметичный стакан с размещенным в нем без торцевого зазора многослойным приводом из пьезоэлектрического материала.

7. Система подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания по п.6, отличающаяся тем, что многослойный привод из пьезоэлектрического материала прикреплен к одному из внутренних торцов податливого герметичного стакана и не касается противоположного, а полость стакана заполнена диэлектрической жидкостью.