Патент на изобретение №2273764

(54) СИСТЕМА ВПРЫСКИВАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системе впрыскивания топлива для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с несколькими цилиндрами. Изобретение позволяет усовершенствовать систему впрыскивания с питанием каждого цилиндра от своего топливного насоса таким образом, чтобы обеспечить возможность управления в соответствии с текущими условиями не только количеством впрыскиваемого топлива и началом впрыскивания, но и давлением впрыскивания, характеристикой впрыскивания, предварительным впрыскиванием, довпрыскиванием и многократным впрыскиванием. Система впрыскивания топлива для двигателя внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами, в которые подается топливо, имеет электронный блок управления, а также следующие компоненты из расчета по одному на каждый цилиндр: топливный насос, форсунку с иглой и клапаном с электронным управлением, который позволяет управлять открытием иглы, и соединительный трубопровод, соединяющий между собой топливный насос и форсунку. Исполнительные органы топливных насосов и клапанов форсунок соединены с управляющим ими электронным блоком управления. Каждая форсунка имеет полость для накопления текучей среды, в которой с помощью клапана с электронным управлением может накапливаться текучая среда, давлением которой игла форсунки удерживается в закрытом положении. 3 з.п. ф-лы. 6 ил.

Настоящее изобретение относится к системе впрыскивания топлива для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с несколькими цилиндрами, в которые подается топливо, имеющей электронный блок управления, а также следующие компоненты из расчета по одному на каждый цилиндр: топливный насос, форсунку с иглой и клапаном с электронным управлением, который позволяет управлять открытием иглы, и соединительный трубопровод, соединяющий между собой топливный насос и форсунку.

Система впрыскивания топлива подобного типа представляет собой систему, в которой подача топлива осуществляется раздельно в каждый цилиндр и в которой приводом топливного насоса служит, например, кулачковый вал. При взаимодействии с кулачком топливный насос обеспечивает повышение давления впрыскиваемого топлива и его подачу в форсунку. Управление моментами начала и окончания подачи топлива топливным насосом может осуществляться, например, золотниковым клапаном, который в первом положении соединяет камеру нагнетания насоса со сливной линией, что исключает подачу топлива, а во втором положении отсоединяет сливную линию от камеры нагнетания, благодаря чему становится возможным возрастание давления. Таким путем может осуществляться управление моментом начала впрыскивания, а управление продолжительностью процесса впрыскивания позволяет также регулировать и количество впрыскиваемого топлива. При этом, однако, давление впрыскивания является функцией частоты вращения кулачкового вала, являющегося приводом топливного насоса. Кроме того, на характеристики впрыскивания и предварительное впрыскивание можно влиять только со стороны топливного насоса. В результате существенно ограничиваются возможности по гибкому регулированию количества предварительно впрыскиваемого топлива и по формированию характеристики впрыскивания, а также возникает неприемлемый разброс соответствующих величин по отдельным цилиндрам ДВС.

Из публикации DE 19732447 А1 известна система впрыскивания топлива вышеупомянутого типа, относящаяся к системам впрыскивания топлива типа “Common Rail”. В этой системе питание нескольких цилиндров осуществляется от одного топливного насоса, подключенного через соединительный трубопровод к отдельным форсункам. Форсунки снабжены иглой и клапаном, позволяющим управлять открытием иглы.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать систему впрыскивания топлива с питанием каждого цилиндра от своего топливного насоса таким образом, чтобы обеспечить возможность управления в соответствии с текущими условиями не только количеством впрыскиваемого топлива и началом впрыскивания, но и давлением впрыскивания, характеристикой впрыскивания, предварительным впрыскиванием, довпрыскиванием и многократным впрыскиванием.

Эта задача решается согласно изобретению в системе впрыскивания топлива для ДВС с несколькими цилиндрами, в которые подается топливо. Предлагаемая в изобретении система впрыскивания топлива имеет электронный блок управления, а также следующие компоненты из расчета по одному на каждый цилиндр: топливный насос, форсунку с иглой и клапаном с электронным управлением, который позволяет управлять открытием иглы, и соединительный трубопровод, соединяющий между собой топливный насос и форсунку. Исполнительные органы топливных насосов и клапанов форсунок соединены с управляющим ими электронным блоком управления. Каждая форсунка имеет полость для накопления текучей среды, в которой с помощью клапана с электронным управлением может накапливаться текучая среда, давлением которой игла форсунки удерживается в закрытом положении.

Преимущество предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива заключается в том, что за счет соответствующего управления предусмотренным в форсунке клапаном с электронным управлением создается возможность впрыскивания подаваемого топливным насосом топлива в соответствии с текущими требованиями, при этом для регулирования характеристики впрыскивания задействуются дополнительные параметры, которые не зависят от момента начала и окончания подачи топлива топливным насосом. В отличие от известных систем, в которых игла открывается автоматически в тот момент, когда после начала подачи топлива топливным насосом давление превысит некоторое заданное значение, и также автоматически вновь закрывается в тот момент, когда по окончании подачи топлива его давление снизится ниже некоторого минимального значения, предлагаемая в изобретении система впрыскивания позволяет впрыскивать топливо практически вне зависимости от производительности топливного насоса. Кроме того, при тех же размерах топливного насоса создается возможность использовать полную длину хода его плунжера и тем самым при неизменных размерах повысить производительность всей системы впрыскивания. Еще одно преимущество состоит в том, что по сравнению с уже известными системами предлагаемое в изобретении решение предполагает внесение лишь незначительных модификаций. При этом, в частности, требуется только заменить использовавшуюся ранее форсунку на форсунку с электронным управлением.

По сравнению с системами впрыскивания топлива “Common Rail”, в которых один единственный топливный насос используется для подачи топлива в топливный аккумулятор высокого давления, из которого в последующем топливо подается на впрыскивание в отдельные цилиндры, предлагаемая в изобретении система обладает более высокой эксплуатационной надежностью, поскольку благодаря ее модульной компоновке возможный выход из строя одного из топливных насосов отражается на работе только одного соответствующего цилиндра ДВС. При этом в предлагаемой системе обеспечивается столь же гибкое управление характеристикой впрыскивания, как и в системе “Common Rail”.

Каждый топливный насос предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива может иметь золотник с электронным управлением и камеру высокого давления, а каждый клапан с электронным управлением может быть выполнен в виде 3/2-распределителя с золотником.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере различных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 – схематичное изображение в частичном разрезе предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива, выполненной по первому варианту,

на фиг.2 – увеличенное изображение фрагмента II по фиг.1,

на фиг.3 – второй вариант выполнения предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива в виде, аналогичном виду по фиг.1,

на фиг.4 – продольный разрез форсунки, которая может использоваться в третьем варианте выполнения предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива,

на фиг.5 – увеличенное изображение фрагмента V по фиг.4 и

на фиг.6а-6г – характеристики различных величин, которые позволяют влиять на характеристику впрыскивания, достижимую с помощью предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива.

На фиг.1 представлен первый вариант выполнения предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива. Основными компонентами этой системы являются топливный насос 10, форсунка 12, а также соединительный трубопровод 14, соединяющий между собой топливный насос и форсунку.

Топливный насос 10 с приводом от вращающегося кулачка 16 имеет плунжер 18, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере 20 нагнетания. Впрыскиваемое топливо подается в топливный насос 10 по изображенному схематично подводящему топливопроводу 22. Для отвода топлива обратно в топливный бак предусмотрена сливная линия 24. Система низкого давления, образованная подающим топливопроводом 22 и топливоподающим насосом, а также безнапорная сливная система, образованная сливной линией 24, на чертеже не показаны. Помимо этого на чертеже также подробно не показаны различные предназначенные для отвода просачивающегося топлива линии 26, которые можно отнести к сливной линии 24.

Топливный насос 10 имеет золотник 28 с приводом от исполнительного органа 30 с электронным управлением, который соединен с электронным блоком 32 управления. Исполнительный орган 30 в зависимости от управляющих команд или сигналов, поступающих от блока 32 управления, может перемещать золотник 28 в открытое положение, в котором камера 20 нагнетания топливного насоса соединена с подающим топливопроводом 22 и сливной линией 24, что исключает нагнетание топлива, или в закрытое положение, в котором подающий топливопровод отсоединен от сливной линии, а перемещение плунжера 18 в камере 20 нагнетания сопровождается вытеснением из этой камеры 20 топлива, которое поступает по соединительному трубопроводу 14 к форсунке 12.

Эта форсунка 12, в которой предусмотрена полость 13 для накопления текучей среды, в частности топлива, имеет иглу 34, которая может перемещаться между закрытым положением, в котором предназначенное для впрыскивания топливо не может выходить из форсунки 12, и открытым положением, в котором это топливо впрыскивается в цилиндр ДВС. Игла 34 опирается на нажимной стержень 36 (см. фиг.2), который, с одной стороны, ограничивает полость 38 управляющего давления. В этой полости 38 управляющего давления оканчивается впускной канал 40 с впускным дросселем 42, который выполнен в виде сверленого отверстия малого сечения, а от этой полости отходит выпускной канал 44 с выпускным дросселем 46, который также выполнен в виде сверленого отверстия малого сечения. При этом сечение выпускного дросселя 46 больше сечения впускного дросселя 42.

Открытием и закрытием отходящего из полости 38 управляющего давления выпускного канала 44 управляет клапанный элемент 48, который может перемещаться исполнительным органом 50, также соединенным с блоком 32 управления, между положением, в котором он закрывает выпускной канал 44, и положением, в котором он открывает этот канал 44. Когда выпускной канал 44 закрыт клапанным элементом 48, в полости 38 управляющего давления накапливается поступающая по впускному каналу 40 текучая среда, обычно топливо. В результате к игле 34 через нажимной стержень 36 прикладывается усилие, под действием которого эта игла удерживается в закрытом положении против усилия открытия, создаваемого давлением топлива, приложенным к игле. При открытии клапанным элементом 48 выпускного канала 44 накопившаяся в полости 38 управляющего давления текучая среда может выходить из этой полости, поскольку сечение выпускного дросселя 46 большее сечения впускного дросселя 42. В результате на нажимной стержень 36 перестает действовать препятствующее его перемещению усилие, и игла 34 под действием приложенного к ней давления топлива приподнимается от своего седла, обеспечивая тем самым впрыскивание этого топлива в цилиндр.

Система впрыскивания топлива описанной выше конструкции работает следующим образом. Процесс или цикл впрыскивания начинается со срабатывания исполнительного органа 30. Этот исполнительный орган перемещает золотник 28 в положение, в котором камера нагнетания отсоединена от впускного топливопровода и сливной линии, благодаря чему топливный насос обеспечивает нагнетание топлива. В результате давление топлива, находящегося в соединительном трубопроводе 14 и форсунке 12, повышается плунжером 18. Во время этого процесса игла 34 остается в закрытом положении до тех пор, пока давление не достигнет необходимого уровня, при этом эффективное давление впрыскивания определяется промежутком времени, проходящим от момента закрытия золотника 28 до момента открытия иглы 34. В тот момент, когда должно начаться впрыскивание топлива, клапанный элемент 48 открывает выпускной канал 44, что создает возможность приподнятия иглы 34 от ее седла. При этом за счет независимого от золотника 28 управления клапанным элементом 48 можно управлять предварительным впрыскиванием, основным впрыскиванием с произвольно задаваемой характеристикой, а также довпрыскиванием. Различные существенные для этого параметры показаны на графиках, представленных на фиг.6а-6г.

На фиг.6а показана зависимость подаваемого на исполнительный орган 30 тока (I₃₀) от угла поворота коленчатого вала ДВС, в который подается топливо. На фиг.66 показана зависимость подаваемого на исполнительный орган 50 форсунки тока (150) от угла поворота коленчатого вала. На фиг.6в показана зависимость хода золотника 28 (s₂₈) от угла поворота коленчатого вала. На фиг.6г показана зависимость хода клапанного элемента 48 (s₄₈) от угла поворота коленчатого вала.

Как следует из представленных графиков, управление клапанным элементом 48 может осуществляться независимо от золотника 28, что позволяет произвольно задавать любую требуемую характеристику впрыскивания.

На фиг.3 представлен второй вариант выполнения предлагаемой в изобретении системы впрыскивания топлива. Эта система отличается от показанной на фиг.1 системы тем, что внутри топливного насоса 10 между плунжером 18 и золотником 28 предусмотрена аккумулирующая камера 21 высокого давления (аккумулятор высокого давления). Эта аккумулирующая камера 21 высокого давления служит своего рода гидроаккумулятором, что позволяет дополнительно увеличить задержку между началом нагнетания топлива топливным насосом 10 и моментом открытия иглы 34 форсунки 12.

На фиг.4 и 5 показана форсунка 12 для третьего варианта выполнения системы впрыскивания топлива. В этом случае вместо клапанного элемента 48 используется золотник 52 с образованием трехлинейного двухпозиционного распределителя (3/2-распределителя). В этом варианте также предусмотрены впускной дроссель 42 и выпускной дроссель 46, при этом с открытием золотника 52 открывается и подающий канал, ведущий к игле 34. При закрытом золотнике 52 последний обеспечивает сброс давления в подающем канале, ведущем к игле 34, а также в полости всей форсунки за счет их соединения со сливной линией 24. Преимущество этого варианта выполнения изобретения состоит в том, что топливо подается в форсунку под давлением только в процессе впрыскивания.

Формула изобретения

1. Система впрыскивания топлива для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с несколькими цилиндрами, в которые подается топливо, имеющая электронный блок (32) управления, а также следующие компоненты из расчета по одному на каждый цилиндр: топливный насос (10), форсунку (12) с иглой (34) и клапаном (48, 50; 50, 52) с электронным управлением, который позволяет управлять открытием иглы (34), и соединительный трубопровод (14), соединяющий между собой топливный насос (10) и форсунку (12), при этом исполнительные органы топливных насосов (10) и клапанов (48, 50; 50, 52) форсунок соединены с управляющим ими электронным блоком (32) управления, отличающаяся тем, что каждая форсунка (12) имеет полость (13) для накопления текучей среды, в которой с помощью клапана (48, 50; 50, 52) с электронным управлением может накапливаться текучая среда, давлением которой игла (34) форсунки удерживается в закрытом положении.

2. Система впрыскивания топлива по п.1, отличающаяся тем, что каждый топливный насос (10) имеет золотник (28) с электронным управлением

3. Система впрыскивания топлива по п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждый топливный насос (10) имеет камеру (21) высокого давления.

4. Система впрыскивания топлива по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что каждый клапан с электронным управлением выполнен в виде 3/2-распределителя с золотником.

РИСУНКИ