Система подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливным системам аккумуляторного типа с электрическим управлением. Изобретение позволяет повысить эффективность системы при любых режимах работы двигателя. Система подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя содержит аккумулятор высокого давления с нагнетательным трубопроводом, штатный электромагнитный клапан, установленный перед типовой форсункой в нагнетательном трубопроводе посредством подводящего и отводящего штуцеров. Катушка штатного электромагнитного клапана соединена через коммутирующий блок с электронным блоком управления, который соединен с датчиком частоты вращения коленчатого вала и с датчиком начала впрыска топлива, управляемого распределительным устройством центробежного типа. Система дополнительно оборудована аккумулятором низкого давления, и в его нагнетательном трубопроводе установлен перепускной электромагнитный клапан, отводящий штуцер которого связан через перепускную перемычку с отводящим штуцером штатного электромагнитного клапана. Отводящий штуцер штатного электромагнитного клапана также связан через обратный клапан с нагнетательным трубопроводом аккумулятора низкого давления. Электронный блок управления дополнительно соединен с блоком сравнения сигналов, поступающих от датчиков частоты вращения коленчатого вала и от задающего блока режимов работы дизеля. Также электронный блок управления посредством обратной связи соединен с блоком длительности цикловой подачи топлива. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к топливным системам аккумуляторного типа с электрическим управлением процесса впрыска топлива в цилиндры дизельного двигателя внутреннего сгорания.

Известна система подачи топлива в цилиндры двигателя, содержащая аккумуляторный источник высокого давления с нагнетательным и сливным трубопроводами и форсунку, периодически сообщающей через электромагнитный клапан управления с аккумулятором высокого давления или со сливной магистралью [1].

Недостатком такой системы является ее недостаточное быстродействие, зависящее от значительной суммарной массы подвижных элементов и от значительных перепадов давлений, возникающих до 100% в полостях корпуса электромагнитного клапана с его противоположных сторон в моменты впрыска топлива. Естественно, такой недостаток приводит к увеличению энергозатрат, габаритов электромагнита и, как следствие, к увеличению суммарной массы подвижных элементов в виде цилиндрического якоря и направляющих плунжеров.

В качестве общего недостатка известных топливных систем аккумуляторного типа с электрическим управлением следует отметить, что быстродействие процесса впрыска топлива зависит от сил инерции подвижных масс электромагнитного клапана, разности давления топлива в полостях корпуса электромагнитного клапана с его противоположных сторон и постоянного времени, зависящей от величины активного и индуктивного сопротивления катушки электроклапана. В частности, по указанным причинам минимальная длительность между включением и отключением электроклапана достигается только в течение 0,008 с, тогда как при 1500 об/мин и при длительности цикловой подачи топлива в течение 10 градусов поворота коленчатого вала (ϕ п.к.в.) время процесса впрыска должно быть не более 0,0011 с.

Относительно систем электроуправления следует отметить, что для управления процессом включения и отключения катушки электромагнитного клапана известны электросистемы, состоящие из коммутирующего и электронного блоков управления, бесконтактного датчика начала впрыска топлива, центробежного регулятора начала впрыска топлива и устройств, корректирующих начало впрыска в зависимости от расхода топлива двигателем [2, З].

Цель изобретения заключается в обеспечении работоспособности аккумуляторной топливной системы с электрическим управлением при любых длительностях цикловой подачи топлива и в повышении эффективности системы при любых режимах работы двигателя.

Поставленная задача достигается в системе подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя, содержащей аккумулятор высокого давления с нагнетательным трубопроводом, штатный электромагнитный клапан, установленный перед типовой форсункой в нагнетательном трубопроводе посредством подводящего и отводящего штуцеров, катушку штатного электромагнитного клапана, соединенную через коммутирующий блок с электронным блоком управления, который соединен с датчиком частоты вращения коленчатого вала и с датчиком начала впрыска топлива, управляемого распределительным устройством центробежного типа. Согласно изобретению система дополнительно оборудована аккумулятором низкого давления, и в его нагнетательном трубопроводе установлен перепускной электромагнитный клапан, отводящий штуцер которого связан через перепускную перемычку с отводящим штуцером штатного электромагнитного клапана, а также отводящий штуцер штатного электромагнитного клапана связан через обратный клапан с нагнетательным трубопроводом аккумулятора низкого давления. Электронный блок управления дополнительно соединен с блоком сравнения сигналов, поступающих от датчиков частоты вращения коленчатого вала и от задающего блока режимов работы дизеля, а также электронный блок управления посредством обратной связи соединен с блоком длительности цикловой подачи топлива.

На фиг.1 показана структурная схема подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя, которая включает: топливный бак 1, насосы высокого давления 2, 3, обратные клапаны 4, 5, 6, клапаны максимального давления 7, 8, аккумуляторы высокого и низкого давления 9, 10, нагнетательные трубопроводы 11, 12, штатный электромагнитный клапан 13 с подводящим и отводящим штуцерами 14, 15, перепускной электромагнитный клапан 16 с подводящим и отводящим штуцерами 17, 18, перепускную перемычку 19 и типовую форсунку 20, которая посредством трубки высокого давления соединена через штуцер 15, выполненного в виде тройника со штатным электромагнитным клапаном 13, а также с перепускным электромагнитным клапаном 16. На фиг.1 полости корпусов электромагнитных клапанов 13 и 16, расположенных с противоположных их сторон, условно обозначены буквами - «а», «б», «в», «г».

Для управления процессом срабатывания электромагнитных клапанов 13 и 16 в системе предусмотрены: электронный блок управления 22, коммутирующие блоки 23, 24, блок сравнения сигналов 25, задающий блок режимов работы дизеля 26, блок длительности цикловой подачи топлива 27, бесконтактный датчик начала впрыска топлива 28, установленный напротив распределительного устройства центробежного типа 29, а также предусмотрен бесконтактный датчик частоты вращения коленчатого вала 30, который установлен напротив зубчатого диска 31 и соединен с электронным блоком управления 22 и с блоком сравнения сигналов 25.

В качестве дополнительного пояснения конструкции системы следует отметить, что посредством клапана 7 обеспечивается поддержание потенциального давления в аккумуляторе 9 и в трубопроводе 11 на уровне равном оптимальному значению, а посредством клапана 8 обеспечивается поддержание давления в аккумуляторе 10, трубопроводе 12, перемычке 19 и в трубопроводе 21 на уровне остаточного давления после впрыска топлива в цилиндр дизеля. Такое перераспределение давления зависит от конструкции типовой форсунки и регулируемого давления впрыска топлива. В частности, для дизелей типа Д100, при давлении впрыска топлива в пределах 210÷215 кгс/см², потенциальное давление должно быть - 260÷280 кгс/см², а остаточное - 190÷200 кгс/см². Таким образом, перепад давлений между потенциальными источниками 9 и 10 должен быть на уровне 25-30%.

Система подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя внутреннего сгорания функционирует следующим образом. Перед запуском включают топливные насосы высокого давления 4, 5, и после повышения давления в аккумуляторах и в трубопроводах топливоподающей системе до необходимых уровней осуществляют запуск дизеля. Для этого переключатель задающего блока режимов работы 26 переводят в положение «Пуск», и с этого момента обеспечивается прокрутка коленчатого вала дизеля, например стартер-генератором, и также коммутация катушек штатного и перепускного электромагнитных клапанов 13 и 16. При срабатывании штатного электромагнитного клапана 13 топливо под высоким потенциальным давлением из полости «а» поступает в полость «б» и далее через отводящий штуцер 15 и трубку высокого давления 21 топливо нагнетается в полость штатной форсунки 20, и с этого момента осуществляется процесс начала впрыска топлива. Далее электронный блок управления 22, после определенного времени выдержки, коммутирует срабатывание перепускного электромагнитного клапана 16, и с этого момента за счет частичного сброса давления через перепускной электромагнитный клапан 16 прекращается цикловая подача топлива.

При этом следует отметить, что давление топлива перед началом впрыска, которое должно быть на 20-30% больше, чем регулируемое давление подъема иглы штатной форсунки, поступает из аккумулятора 9 и регулируется до нужного уровня клапаном максимального давления 7. Также следует отметить, что давление перед форсункой после его частичного сброса должно снизиться до уровня остаточного давления, которое зависит от гидростатических параметров конкретной штатной форсунки, и оно регулируется за счет клапана максимального давления 8.

При работе дизеля после его запуска стабильность частоты вращения коленчатого вала осуществляется за счет сравнения сигналов, подающихся на блок 25 со стороны задающего блока режимов работы 26 и датчика частоты вращения 30. В процессе работы дизеля также предусматривается автоматическое регулирование начала впрыска топлива за счет распределительного устройства центробежного типа 29 и обратной связи управляющего блока 22 через блок 27, фиксирующий длительность цикловой подачи топлива.

Остановка работы дизеля или изменение его частоты вращения коленчатого вала также производится посредством переключателя задающего блока режимов работы 26 путем переключения в положение «Стоп» или в положения 1, 2, 3 и т.д.

Положительным моментом функционирования системы подачи топлива следует отметить то, что перепад давления в полостях «а», «б» электромагнитного клапана 13 при закрытом состоянии не превышает 40% относительно остаточного давления в трубке 21. Перепад давлений в полостях «в» и «г» при закрытом состоянии клапанов 13 и 16 отсутствует и достигает до 40% со стороны полости «г» только в процессе впрыска топлива.

В качестве примера на фиг.2 и 3 приведены варианты характеристик изменения тока I_шт и I_п в катушках электромагнитных клапанов 13 и 16, а также подъем иглы форсунки h_ф в зависимости от времени поворота коленчатого вала τ_пкв. По приведенным характеристикам видно, что длительность процесса впрыска топлива Δτ₁ и Δτ₂ зависит только от промежутков между моментами включения электромагнитных клапанов 13, 16 и совершенно не зависит от их продолжительности во включенном состоянии τ_i.

Таким образом, графическим примером доказывается возможность функционирования системы практически при любой длительности цикловой подачи топлива независимо от быстродействия включения и отключения электромагнитного клапана.

Эффективность системы подачи топлива достигается за счет обеспечения быстродействия процесса цикловой подачи топлива, а также за счет оптимизации начала впрыска топлива и поддержания относительно низкого уровня разности давлений в полостях корпуса электромагнитного клапана с его противоположных сторон при любых условиях его функционирования.

Эффективность также ожидается за счет исключения в системах топливоподачи сложных и дорогостоящих штатных узлов топливной аппаратуры в виде топливных насосов высокого давления, кулачковых валов, толкателей, гидромеханических регуляторов частоты вращения коленчатого вала и т.д.

Источники информации

1. А.С. СССР № 1746039, Кл. F 02 M 51/00, 1992.

2. Патент Р.Ф. № 2206782, Кл. F 02 M 43/00, 2003.

3. В.Е. Ютт. Электрооборудование автомобилей. М.: Транспорт, 2002. С.270-273.

1. Система подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя, содержащая аккумулятор высокого давления с нагнетательным трубопроводом, штатный электромагнитный клапан, установленный перед типовой форсункой в нагнетательном трубопроводе посредством подводящего и отводящего штуцеров, и при этом катушка штатного электромагнитного клапана соединена через коммутирующий блок с электронным блоком управления, который соединен с датчиком частоты вращения коленчатого вала и с датчиком начала впрыска топлива, управляемого распределительным устройством центробежного типа, отличающийся тем, что система дополнительно оборудована аккумулятором низкого давления и в его нагнетательном трубопроводе установлен перепускной электромагнитный клапан, отводящий штуцер которого связан через перепускную перемычку с отводящим штуцером штатного электромагнитного клапана, а также отводящий штуцер штатного электромагнитного клапана связан через обратный клапан с нагнетательным трубопроводом аккумулятора низкого давления.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что электронный блок управления дополнительно соединен с блоком сравнения сигналов, поступающих от датчиков частоты вращения коленчатого вала, и от задающего блока режимов работы дизеля, а также электронный блок управления посредством обратной связи соединен с блоком длительности цикловой подачи топлива.