Система подачи топлива для систем впрыска тяжелого топлива с общим нагнетательным трубопроводом
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет дополнительно усовершенствовать систему подачи топлива так, чтобы износ гнезда клапана и его последствия были снижены, а срок службы и эксплуатационная безопасность продувочного клапана, используемого в такой системе подачи топлива, были усовершенствованы. Система подачи топлива для систем впрыска тяжелого топлива с общим нагнетательным трубопроводом для двигателей внутреннего сгорания включает в себя резервуар, основной подающий насос для подачи тяжелого топлива из резервуара к насосу высокого давления, присоединенному посредством, по меньшей мере, одного трубопровода высокого давления к аккумулятору (нагнетательному трубопроводу) высокого давления, питающего, по меньшей мере, одну форсунку, и, кроме того, продувочный клапан, присоединенный к аккумулятору высокого давления посредством отдельного трубопровода высокого давления для направления, по меньшей мере, части тяжелого топлива обратно в резервуар посредством обратного трубопровода. Продувочный клапан содержит элемент клапана, который выполнен с возможностью смещения между открытым и закрытым положением, соединение высокого давления для трубопровода высокого давления, сообщающегося с аккумулятором (нагнетательным трубопроводом) тяжелого топлива высокого давления, соединение низкого давления для обратного трубопровода и исполнительные средства для приведения в действие элемента клапана. Гнездо элемента клапана выполнено в виде скользящего гнезда. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к системе подачи топлива для систем впрыска тяжелого топлива с общим нагнетательным трубопроводом (систем впрыска «common rail») для двигателей внутреннего сгорания, содержащей резервуар, основной подающий насос для подачи тяжелого топлива из резервуара к насосу высокого давления, присоединенному посредством по меньшей мере одного трубопровода высокого давления к аккумулятору (нагнетательному трубопроводу) высокого давления, питающему по меньшей мере одну форсунку, и, кроме того, продувочный клапан, присоединенный к аккумулятору высокого давления посредством отдельного трубопровода высокого давления для направления по меньшей мере части тяжелого топлива обратно в резервуар посредством обратного трубопровода.
По экономическим соображениям, низкокачественное топливо, такое как тяжелое топливо, используется для очень больших дизельных двигателей, в частности судовых дизельных двигателей. Вследствие особых физических характеристик тяжелого топлива необходимо принимать специальные меры для работы тяжелого топлива. Вязкость тяжелого топлива, например, значительно больше вязкости обычного дизельного топлива, так что требуется нагрев до около 80°С, для того чтобы вообще нагнетать тяжелое топливо.
Высокая вязкость тяжелого топлива требует постоянной принудительной циркуляции топлива внутри системы трубопроводов, даже при простое двигателя, для того чтобы предотвратить загустевание тяжелого топлива в трубопроводах.
С этой целью системы впрыска тяжелого топлива с общим нагнетательным трубопроводом (аккумуляторные системы впрыска), как определено выше, содержат продувочный клапан, который закрыт во время работы двигателя, для того чтобы закрыть элементы топливной системы стороны высокого давления и, таким образом, также нагнетательный трубопровод (топливную магистраль), относительно обратного топливопровода стороны низкого давления, через который топливо может быть обратно возвращено в резервуар. При простое двигателя продувочный клапан может быть открыт, для того чтобы вызвать рециркуляцию со стороны высокого давления через трубопроводы высокого давления и нагнетательный трубопровод через клапан на сторону низкого давления и, впоследствии, в резервуар, в котором топливо поддерживается при соответствующей температуре подогревателем, для того чтобы предотвратить загустевание тяжелого топлива в трубопроводах.
Помимо создания рециркуляционного потока для нагрева топлива в системе, продувочный клапан в то же время также выполняет функцию аварийного стопорного клапана. Приводя в действие соответственно продувочный клапан, давление в системе может быть снижено очень быстро в экстренном случае без необходимости отключения самих форсунок.
Ранее известные конструкции таких продувочных клапанов содержали клапаны, снабженные традиционными гнездами клапана, в которых элемент клапана, имеющий форму усеченного конуса, прижимался к гнезду клапана, причем уплотняющий эффект достигался соответственно сильным давлением на поверхность. Эти конструкции имели недостаток в том, что возникали проблемы уплотнения с увеличением срока службы продувочного клапана: частицы могут повредить коническое гнездо, а эрозионные свойства топлива могут полностью разрушить гнездо. Другой механизм износа содержит микросмещения, вызванные приведением в действие продувочного клапана. Вследствие износа гнезда клапана существующее давление на поверхность снижается и появляется негерметичность.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является дополнительное усовершенствование системы подачи топлива определенного выше типа так, чтобы износ гнезда клапана и его последствия были снижены, а срок службы и эксплутационная безопасность продувочного клапана, используемого в такой системе подачи топлива, были усовершенствованы.
Чтобы решить эту задачу, система подачи топлива согласно настоящему изобретению определенного выше типа дополнительно усовершенствуется так, что гнездо клапана элемента клапана выполнено в виде скользящего гнезда. При такой конструкции продувочного клапана уплотняющий эффект достигается не прижиманием уплотняющей поверхности к гнезду клапана, а увеличенной длиной перекрытия уплотняющих поверхностей, между которыми оставлен узкий зазор. Небольшие постоянные протечки будут возникать в этой конструкции. Если частицы зажаты между уплотняющими поверхностями на короткое время, они могут вызвать повреждение, однако такое повреждение не повлияет на уплотняющий эффект, поскольку уплотняющий эффект обуславливается узким зазором и длиной перекрытия. Перед подачей в трубопроводы для тяжелого топлива, топливо может быть подогрето с помощью подогревателя, так что трубопроводы и другие компоненты будут поддерживаться при соответствующей температуре, для того чтобы избежать чрезмерного увеличения вязкости во время простоя двигателя.
Система подачи топлива согласно изобретению дополнительно предпочтительно усовершенствована так, что элемент клапана направляется с возможностью смещения в клапанной втулке и содержит управляющий край, образованный уступом, причем управляющий край для открытия клапана смещается в область трубопровода высокого давления, радиально открывающегося в клапанную втулку, а для закрытия клапана смещается из отверстия трубопровода высокого давления с образованием перекрытия элемента клапана и клапанной втулки. При этом уплотняющие поверхности, расположенные на наружной оболочке элемента клапана и на внутренней оболочке клапанной втулки, взаимодействуют друг с другом, таким образом, обеспечивая большую длину перекрытия, так что при закрытом клапане будут возникать только чрезвычайно малые утечки. Чтобы открыть клапан, элемент клапана смещается таким образом, что управляющий край, образованный уступом, достигает области отверстия трубопровода высокого давления, для того чтобы позволить топливу протечь через область элемента клапана, которая ограничена управляющим краем и выполнена меньшего диаметра, таким образом, при открытии клапана сечение кольцевого потока высвобождается или увеличивается. Размер уступа на элементе клапан определяет сечение кольцевого потока и, следовательно, скорость потока, причем конструкция может быть разработана так, что скорости потока достаточно, чтобы поддерживать вязкость тяжелого топлива, находящегося в трубопроводах, соответственно низкой.
Чтобы увеличить скорость потока через продувочный клапан, изобретение согласно предпочтительному варианту выполнения может быть дополнительно усовершенствовано так, чтобы трубопровод высокого давления открывался в кольцевую канавку клапанной втулки. В этом случае отведение элемента клапана в область трубопровода высокого давления, радиально открывающегося в клапанную втулку, незамедлительно приведет к сравнительно большой скорости потока.
Система подачи топлива согласно изобретению предпочтительно дополнительно усовершенствована так, чтобы наибольшее перекрытие соответствовало по меньшей мере от 0,1 до 0,5 диаметра элемента клапана, для того чтобы позволить достижение устойчивости продувочного клапана к износу, желаемой согласно изобретению, выбором достаточно большой длины перекрытия уплотняющих поверхностей.
Особенно простым образом, изобретение дополнительно усовершенствовано так, чтобы исполнительные средства имели конфигурацию пневматических средств, так что исполнительные системы, используемые в настоящее время для продувочных клапанов, также могут быть использованы для продувочных клапанов согласно изобретению, в которых, особенно простым образом, изобретение дополнительно усовершенствовано так, чтобы трубопровод, выполненный с возможностью питания средой под давлением, в частности сжатым воздухом, открывался в камеру, заданную поверхностью элемента клапана, проходящей поперек направления смещения. Поверхность элемента клапана, проходящая поперек направления смещения, таким образом, образует поршень в соответствующем цилиндре, причем поршень может быть смещен давлением подаваемой среды под давлением, преодолевая сопротивление пружины, таким образом, инициируя приведение в действие элемента клапана. С этой целью предпочтительно предусмотрена пружина сжатия, отклоняющая элемент клапана в направлении закрытия.
Для того чтобы обеспечить автоматическую работу системы подачи топлива согласно изобретению, система подачи топлива согласно изобретению предпочтительно дополнительно усовершенствована так, чтобы было предусмотрено устройство управления, которое взаимодействует с продувочным клапаном для открытия клапана при простое двигателя внутреннего сгорания.
Далее изобретение будет описано более подробно посредством примеров вариантов выполнения, изображенных на чертежах. На Фиг.1 изображена система подачи топлива согласно изобретению; на Фиг.2 показано сечение продувочного клапана согласно предшествующему уровню техники; и на Фиг.3 показан продувочный клапан системы подачи топлива согласно изобретению.
На Фиг.1 схематично показана система впрыска тяжелого топлива с общим нагнетательным трубопроводом. Из резервуара 1 топливо, которое было подогрето в подогревателе 2, подается основным подающим насосом 3 через топливный фильтр 4 и трубопроводы 11 подачи топлива по меньшей мере в один насос 5 высокого давления, где топливо сжимается до давлений системы около 1400 бар. По трубопроводам 12 высокого давления сжатое топливо достигает по меньшей мере одного нагнетательного трубопровода (топливной магистрали) 6, который среди прочего снабжен по меньшей мере одним клапаном 13 регулировки давления и датчиком 7 давления нагнетательного трубопровода. Давление в нагнетательном трубопроводе 6 регулируется управляющим устройством 10 посредством управления количеством топлива нагнетаемого в трубопровод 12 высокого давления насосом 5 высокого давления. Отходя от нагнетательного трубопровода 6, топливо через ограничитель 18 потока и трубопровод 14 высокого давления достигает форсунки 8, которая также приводится в действие управляющим устройством 10. Управляющее количество топлива, требуемое для работы форсунки 8, возвращается обратно в резервуар 1 по трубопроводам 17 низкого давления. Для того чтобы иметь возможность обеспечивать циркуляцию топлива в системе трубопроводов даже при простое двигателя, дополнительный трубопровод 15 высокого давления проходит от нагнетательного трубопровода 6 к продувочному клапану 9, который, приведенный в действие управляющим устройством 10, может непосредственно вернуть часть топлива в трубопроводы 16 низкого давления, ведущие непосредственно обратно к резервуару 1.
На Фиг.2 показано сечение продувочного клапана 9 согласно предшествующему уровню техники. Продувочный клапан состоит из корпуса 20, клапанной втулки 23, элемента 28 клапана, корпуса 30, пружины 25 и крышки 24. В корпусе 30 предусмотрено соединение 27 для подачи сжатого воздуха, которое сообщается с напорной камерой 31, ограниченной корпусом 30 и поршнем 26 и которое уплотнено относительно клапанной втулки 23 уплотнительным кольцом 26. Если давление на соединении 27 для подачи сжатого воздуха отсутствует, пружина 25, которая поддерживается крышкой 24, которая надежно прикреплена к корпусу 30, и поршнем 26 прижимает элемент 28 клапана в гнездо 29 клапана, образованное внутри клапанной втулки 23. Когда давление воздуха, находящегося в напорной камере 31, возрастает, оно отжимает элемент 28 клапана из гнезда 29 клапана, преодолевая сопротивление пружины 25, и топливо, находящееся в трубопроводе 15 низкого давления под давлением системы, направляется в трубопровод 16 низкого давления, для того чтобы создать циркуляцию топлива посредством непрерывной подачи насоса 5 высокого давления.
На Фиг.3 показана система подачи топлива согласно изобретению. Клапан 9 выполнен в виде клапана со скользящим гнездом. Элемент 28 клапана имеет управляющий край 33, который выпускает или блокирует поток через клапан совместно с управляющим краем 32, расположенным в клапанной втулке 23. В неподвижном состоянии пружина 25 прижимает элемент 28 клапана к корпусу 30 так, что только минимальный зазор останется между клапанной втулкой 23 и элементом 28 клапана, для того чтобы обеспечить малое количество утечки. Когда напорная камера 31 снабжается сжатым воздухом через трубопровод 27 для сжатого воздуха, давление воздуха прижимает элемент 28 клапана в направлении крышки 24. Как только управляющий край 33 на элементе 28 клапана проходит управляющий край 32 клапанной втулки 23, будет выпущено заметно большее сечение потока, причем возвращаемое количество сильно возрастет.
1. Система подачи топлива для систем впрыска тяжелого топлива с общим нагнетательным трубопроводом для двигателей внутреннего сгорания, включающая в себя резервуар (1), основной подающий насос (3) для подачи тяжелого топлива из резервуара (1) к насосу (5) высокого давления, присоединенному посредством по меньшей мере одного трубопровода (12) высокого давления к аккумулятору (нагнетательному трубопроводу) (6) высокого давления, питающего по меньшей мере одну форсунку (8), и, кроме того, продувочный клапан (9), присоединенный к аккумулятору высокого давления посредством отдельного трубопровода (15) высокого давления для направления по меньшей мере части тяжелого топлива обратно в резервуар (1) посредством обратного трубопровода, причем продувочный клапан (9) содержит элемент (28) клапана, который выполнен с возможностью смещения между открытым и закрытым положением, соединение высокого давления для трубопровода (15) высокого давления, сообщающегося с аккумулятором (нагнетательным трубопроводом) (6) тяжелого топлива высокого давления, соединение низкого давления для обратного трубопровода и исполнительные средства для приведения в действие элемента (28) клапана, отличающаяся тем, что гнездо (29) элемента (28) клапана выполнено в виде скользящего гнезда.
2. Система подачи топлива по п.1, отличающаяся тем, что элемент (28) клапана направляется с возможностью смещения в клапанной втулке (23) и содержит управляющий край (33), образованный уступом, причем управляющий край для открытия клапана (9) смещается в область трубопровода высокого давления, радиально открывающегося в клапанную втулку (23), а для закрытия клапана смещается из отверстия трубопровода (12) высокого давления с образованием перекрытия элемента (28) клапана и клапанной втулки (23).
3. Система подачи топлива по п.2, отличающаяся тем, что трубопровод (15) высокого давления открывается в кольцевую канавку клапанной втулки (23).
4. Система подачи топлива по п.2, отличающаяся тем, что наибольшее перекрытие соответствует по меньшей мере от 0,1 до 0,5 диаметра элемента клапана.
5. Система подачи топлива по п.1, отличающаяся тем, что исполнительные средства имеют конфигурацию пневматических средств.
6. Система подачи топлива по п.5, отличающаяся тем, что трубопровод (27), выполненный с возможностью питания средой под давлением, в частности сжатым воздухом, открывается в камеру, заданную поверхностью элемента (28) клапана, проходящей поперек направления смещения.
7. Система подачи топлива по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что в ней предусмотрена пружина (25) сжатия, отклоняющая элемент (28) клапана в направлении закрытия.
8. Система подачи топлива по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что между резервуаром (1) и основным подающим насосом (3) расположен подогреватель для подогрева тяжелого топлива.
9. Система подачи топлива по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что в ней предусмотрено устройство (10) управления, которое взаимодействует с продувочным клапаном (9) для открытия клапана при простое двигателя внутреннего сгорания.
