Патент на изобретение №2204048

(54) СИСТЕМА ПОДАЧИ СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА ДЛЯ ДИЗЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к системам впрыска топлива в дизель. Изобретение позволяет расширить возможности управления составом смесевого топлива, подаваемого в камеру сгорания дизеля с двухтопливной системой, в процессе рабочего цикла с учетом многорежимности. Система подачи смесевого топлива для дизеля содержит аппаратуру для подачи первой и второй составляющих смесевого топлива, подключенную к форсунке и распылителю, установленному на ее корпусе, каналы в корпусе и распылителе для подвода первой и второй составляющих смесевого топлива, два кармана, полость одного из которых выполнена в средней части распылителя и сообщена с каналами для подвода первой составляющей смесевого топлива, а через кольцевой канал между распылителем и запирающей иглой – с полостью другого кармана, выполненного в нижней части распылителя и сообщенного с каналами для подвода второй составляющей смесевого топлива, а посредством запирающей иглы – с распыливающими отверстиями, и нагнетательные обратные клапаны, установленные в соответствующих линиях подвода первой и второй составляющих смесевого топлива. В одной из линий подвода составляющих смесевого топлива по меньшей мере один из обратных клапанов, установленный непосредственно на входе в форсунку, снабжен гидравлической линией связи, сообщающей вход обратного клапана с его выходом с помощью установленного в гидравлической линии связи регулирующего органа. К выходу обратного клапана, снабженного гидравлической линией связи, посредством регулирующего органа подключен дополнительный объем. Внутренняя полость дополнительного объема снабжена подпружиненным поршнем. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к автотракторному машиностроению и может быть использовано при производстве дизелей.

Известно устройство, предназначенное для подачи топлива в камеру сгорания дизеля и выполненное в виде подключенной к насосной аппаратуре форсунки, содержащей корпус с каналами для подвода основного и альтернативного топлива, обратные клапаны, установленные в каналах корпуса, распылитель с каналами для подвода основного и альтернативного топлива к полости смешения, расположенной у основания запирающей кромки (см. патент РФ 2029128, М.кл. F 02 M 43/04, опубл. 1995 г.).

Эта система позволяет осуществлять подачу в камеру сгорания дизеля в начале впрыскивания преимущественное содержание одного из компонентов смеси, а в конце впрыскивания – другого.

Недостаток системы – ограниченные возможности ее с позиции направленной коррекции составом смеси, подаваемой в камеру сгорания дизеля за время рабочего цикла в условиях многорежимности двигателя.

Известно устройство для подачи топлива в камеру сгорания дизеля, в котором имеются каналы подвода основного углеводородного топлива и присадки, связанные с соответствующими каналами распылителя форсунки. При этом канал подвода присадки дополнительно снабжен смесительно-аккумулирующей камерой (см. А.С. СССР 1087681, М.кл. F 02 M 25/10, опубл. 1984 г.).

Недостатком известного устройства является то, что смешение топлив происходит в объеме, который превышает цикловые подачи обоих топлив. В итоге это приводит к значительной инерционности системы подачи, которая практически неуправляема с позиции изменения состава смеси топлив в процессе единичного цикла.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение возможности управления составом смесевого топлива, подаваемого в камеру сгорания дизеля двухтопливной системой в процессе рабочего цикла, с учетом многорежимности.

Поставленная техническая задача решается тем, что в системе подачи смесевого топлива для дизеля, содержащей аппаратуру для подачи первой и второй составляющих смесевого топлива, подключенную линиями подвода к форсунке и установленному на ее корпусе распылителю, каналы в корпусе форсунки и распылителе для подвода первой и второй составляющих смесевого топлива, два кармана, полость одного из которых выполнена в средней части распылителя и сообщена с каналами для подвода первой составляющей смесевого топлива, а через кольцевой канал между распылителем и запорной иглой – с полостью другого кармана, выполненного в нижней части распылителя и сообщенного с каналами для подвода второй составляющей смесевого топлива, а посредством запорной иглы – с распыливающими отверстиями, и нагнетательные обратные клапаны, установленные в соответствующих линиях подвода первой и второй составляющих смесевого топлива, согласно изобретению в одной из линий подвода составляющих смесевого топлива по меньшей мере один из нагнетательных обратных клапанов, установленный непосредственно на входе в форсунку, снабжен гидравлической линией связи, сообщающей вход обратного клапана с его выходом с помощью установленного в гидравлической линии связи регулирующего органа.

В одном из вариантов решения поставленная техническая задача решается также тем, что к выходу обратного клапана, снабженного гидравлической линией связи, посредством регулирующего органа подключен дополнительный объем.

В другом варианте решения поставленная техническая задача решается тем, что внутренняя полость дополнительного объема снабжена подпружиненным поршнем.

Введение дополнительной гидравлической линии связи в зоне установки одного из обратных клапанов, размещенных непосредственно на входе в форсунку одной из линий подачи топлива, позволяет с помощью установленного в этой линии связи регулирующего органа изменить суммарный объем и длину каналов для подвода топлива в корпусах форсунки и распылителя, что создает условия для направленной коррекции состава смеси, подаваемой в камеру сгорания дизеля, что сказывается на коэффициенте содержания присадки в составе смеси – К_см. Т. е. в зависимости от степени открытия регулирующего органа значение К_см будет изменяться в начальные периоды работы, и в дальнейшем смесь в данном соотношении поступит в камеру сгорания. Таким образом, регулируя степень открытия регулирующего органа в гидравлической линии связи (от полного открытия до полного закрытия) появляется возможность изменять и расходы топливной смеси и, как следствие, коэффициент состава смеси К_см в зависимости от режимов работы дизеля.

Использование в качестве варианта системы подачи смесевого топлива, где выход упомянутого обратного клапана имеет сообщение с дополнительным объемом, дает возможность изменять также фазы и интенсивность процесса массового обмена топливной смеси между полостями кармана в нижней части распылителя и каналов в корпусе форсунки и распылителе.

Использование в качестве варианта подпружиненного поршня, установленного во внутренней полости упомянутого дополнительного объема, позволяет еще более расширить возможности по изменению суммарного объема каналов для подачи топлива, а следовательно, и коэффициента содержания присадки в смеси К_см.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема системы подачи смесевого топлива в камеру сгорания, где имеется сечение А-А на фиг. 2; на фиг.2 приведено сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.3 представлен вариант системы подачи с использованием дополнительного объема в линии подвода одного из составляющих смесевого топлива; на фиг.4 приведен вариант с установленным в дополнительном объеме подпружиненным поршнем.

Система подачи смесевого топлива включает аппаратуру (не показана) для подачи первой и второй составляющих смесевого топлива, которая может быть выполнена в виде насосов традиционного золотникового или аккумуляторного типа с автономным регулированием. Топливная аппаратура подключена с помощью линий 1 и 2 подвода первой и второй составляющих топлива соответственно к форсунке 3 и установленному на ее корпусе 4 распылителю 5. В корпусе 4 форсунки 3 и распылителе 5 предусмотрены каналы 6, 7 и 8, 9 для подвода первой и второй составляющих смесевого топлива соответственно. Кроме этого, в распылителе 5 выполнены два кармана 10 и 11. Полость кармана 10 выполнена в средней части распылителя 5 и сообщена с каналами 6 и 7 для подвода первой составляющей смесевого топлива (например, основного топлива). Помимо этого через кольцевой канал 12, образованный распылителем 5 и запирающей иглой 13, полость кармана 10 сообщена с полостью другого кармана 11. Последний выполнен в нижней части распылителя 5 и, в свою очередь, сообщен с каналами 8 и 9 для подвода второй составляющей смесевого топлива (например, присадки к основному топливу). При этом полость кармана 11 посредством запирающей иглы 13, имеющей запирающую кромку 14, может быть сообщена через полость колодца 15 с распиливающими отверстиями 16, выходящими в камеру сгорания (не показана). В одной из линий подвода, например в линии 1 подвода первой составляющей смесевого топлива, установлен нагнетательный обратный клапан 17, а в другой линии 2 подвода второй составляющей смесевого топлива – два нагнетательных обратных клапана 18 и 19. Причем по меньшей мере один из них, а именно обратный клапан 18, установленный непосредственно на входе в форсунку 3, дополнительно снабжен гидравлической линией связи 20, которая сообщает вход 21 обратного клапана 18 с его выходом 22 с помощью регулирующего органа 23. Таким образом, гидравлическая линия связи 20 подключена параллельно нагнетательному обратному клапану 18, а установленный в ней регулирующий орган 23 обладает регулируемой (механическим или электрическим способом) пропускной способностью с возможностью полного перекрытия гидравлической линии связи 20. Количество нагнетательных обратных клапанов в одной из линий подвода любой составляющей смесевого топлива может быть больше двух и зависит от того, какие требования предъявляются к топливной системе с позиции регулирования составом смеси и процессом топливоподачи в целом.

В варианте системы подачи смесевого топлива может быть предусмотрена возможность подключения к выходу 22 обратного клапана 18 с помощью гидравлической линии 24 дополнительного объема 25 посредством регулирующего органа 26 с функциями, аналогичными функциям регулирующего органа 23.

Кроме этого, дополнительный объем 25 может быть снабжен подпружиненным поршнем 27 с регулируемой настройкой его пружины 28.

Система подачи смесевого топлива для дизеля работает следующим образом.

При закрытом положении регулирующего органа 23 в гидравлической линии связи 20 в рабочем процессе системы в целом можно выделить пять периодов.

При включении аппаратуры для подачи первая и вторая составляющие смесевого топлива, а иначе – основное топливо и присадка, по соответствующим линиям подвода 1 и 2 поступают на вход форсунки 3 через нагнетательные обратные клапаны 17 и 18, 19 соответственно.

Однако подача первой и второй составляющих топливной смеси будет происходить не одновременно, а именно подача присадки осуществляется с опережением.

В период между впрыскиваниями смесевого топлива через распыливающие отверстия 16 в камеру сгорания дизеля, когда давление в форсунке Р_ф становится меньше давления Р_к, при котором обратный клапан 18 под действием давления, которое обеспечивается аппаратурой для подачи, откроется, вторая составляющая смесевого топлива – присадка по каналам 8 и 9 поступает в полость смешения кармана 11. Этот период работы системы условно принимается за первый. В это время в полости кармана 11 образуется смесь компонентов энергоносителя, которая характеризуется числом К_см. Одновременно в этот период из полости кармана 11 смесевое топливо по кольцевому каналу 12 перетекает в полость кармана 10 и далее – в канал 7 для подвода первой составляющей топливной смеси – основного топлива. В процессе подачи второй составляющей смесевого топлива – присадки в полость кармана 11 концентрация присадки (К_см) в смеси будет увеличиваться и достигнет максимальных значений к моменту закрытия обратного клапана 18. В результате процесса первого периода по длине кольцевого канала 12 будет распределено смесевое топливо переменной концентрации. При этом в нижнем сечении канала 12, т.е. в зоне соприкосновения с полостью кармана 11, смесь будет характеризоваться большим значением К_см, а в направлении к полости кармана 10 – меньшим значением К_см (в пределе К_см=0, т. е. чистое дизельное топливо). Далее происходит процесс подачи основного топлива с помощью насоса высокого давления в составе аппаратуры для подачи, и с момента начала повышения давления Р_ф (вследствие подачи топлива по каналу 7) до значения Р_ф=Р_ф0, где Р_ф0 – давление в форсунке, соответствующее началу подъема запирающей иглы 13, отсчитывается время второго периода работы системы подачи.

Во время второго периода в полость кармана 11 из кольцевого канала 12 поступает сначала смесь, значение К_см которой постоянно уменьшается, а затем чистое дизельное топливо. В это же время из полости кармана 11 по каналу 9 подвода происходит отток смеси, состав которой на границе канала 9 и полости кармана 11 одинаковый. Аналогично, как и для предыдущего периода, для процессов в кольцевом канале 12 во время второго периода по каналу 9 для подвода присадки будет распределена смесь переменного состава. За время второго периода значение К_см в полости кармана 11 убывает.

Третий период – это период от начала движения запирающей иглы 13 форсунки 3 до момента, когда Р_ф=Р_фmах. В это время происходит нагнетание топлива из кольцевого канала 12 в полость кармана 11, впрыскивание смеси в камеру сгорания дизеля через распыливающие отверстия 16 и продолжение оттока смеси из полости кармана 11 по каналу 9 для подвода присадки. Во время этого периода значение К_см в полости кармана 11 продолжает убывать, а в канал 9 поступает смесь, как и во время второго периода, переменного состава, а затем и чистое основное топливо. В момент времени, когда Р_ф=Р_фmax, нa границе канала 9 и полости кармана 11 будет наблюдаться минимальное значение К_см. В более удаленных от полости кармана 11 сечениях канала 9 значение К_cм будет выше и в пределе составит К_см=1 (чистая присадка).

Четвертый период работы системы подачи – это период с момента Р_ф=Р_фmах до момента посадки запирающей кромки 14 запирающей иглы 13 на седло, выполненное в распылителе 5. В это время вследствие уменьшения Р_ф будет наблюдаться поток смеси из канала 8 по направлению к каналу 9 в полость 11. В это же время подача топлива по кольцевому каналу 12 в полость кармана 11 резко уменьшается, а в конце периода происходит и обратный ток смеси. В результате подачи в полость кармана 11 по каналу 9 смеси с нарастающим значением К_см, уменьшения подачи топлива по кольцевому каналу 12 и впрыскивания смеси в камеру сгорания через распыливающие отверстия 16 значение коэффициента смеси К_см, находящейся в полости кармана 11, будет увеличиваться, т. е. будет увеличиваться доля присадки. Характерно, что изменение К_см в полости кармана 11 в четвертый период и предшествующие периоды во многом зависит от геометрических параметров канала 9 и режима работы дизеля. В частности при увеличении суммарной длины канала 9 (с учетом длины канала 8), что достигается открытием регулирующего органа 23, в гидравлической линии связи 20 нагнетательного обратного клапана 18 увеличивается доля смеси, поступающей в канал 9 за время второго и третьего периодов. В результате за время четвертого периода эта смесь вследствие ее сжимаемости поступит в полость кармана 11 и, следовательно, в камеру сгорания. Таким образом, изменяя, в частности, суммарную длину канала 9, считая и длину канала 8, с помощью регулирующего органа 23 и линии связи 20 можно достичь оптимизации состава смеси, подаваемой в камеру сгорания дизеля с учетом режима его работы.

Пятый период рабочего цикла системы подачи длится с момента посадки запирающей кромки 14 запирающей иглы 13 на седло до момента начала работы обратных клапанов 18 и 19. В этот период происходит выравнивание скоростей и давлений топлива во всей системе и формирование начальных условий к следующему рабочему циклу. Характер изменения отмеченных параметров неоднозначен и во многом зависит от конструктивных параметров системы и режима ее работы. Далее рабочий цикл повторяется.

Представленная на фиг.1 конструкция так же имеет ограничения по управлению процессом. Дальнейшее ее совершенствование может быть достигнуто путем подключения к выходу 22 нагнетательного обратного клапана 18 дополнительного объема 25 с помощью гидравлической линии 24, в которой установлен регулирующий орган 26, имеющий автоматическое регулирование пропускной способности с возможностью полного перекрытия гидравлической линии 24, т.е. с аналогичными функциями, что и регулирующий орган 23 (см. фиг.3).

Эта система работает так же как и предыдущая, но благодаря дополнительному объему 25 количество топлива, которое перетекает из полости кармана 11 по каналу 9 в сумме с каналом 8 за время второго и третьего периодов, существенно возрастает. Изменяются так же фазы и интенсивность процесса массового обмена топливной смесью между полостью кармана 11 и каналом 7 с прилегающими к нему элементами – каналом 6 и полостью кармана 10.

Однако и эта система имеет ограниченные возможности по производительности, т. к. количество топлива, которое перетекает из полости кармана 11 в каналы 8, 9 с прилегающими элементами, зависит от сжимаемости смеси энергоносителей.

Дальнейшее совершенствование этой системы может быть достигнуто тем, что во внутренние полости дополнительного объема 25 установлен подпружиненный поршень 27, который нагружен пружиной 28, имеющей регулируемую затяжку (см. фиг.4).

Принцип работы этой системы аналогичен предыдущей. Разница состоит в следующем. Во время поступления топлива в внутреннюю полость дополнительного объема 25 давление в ней возрастает. Повышение давления в полости дополнительного объема 25 приводит к перемещению поршня 27, в результате чего существенно увеличивается объем внутренней полости дополнительного объема 25. Тем самым существенно увеличиваются возможности системы с позиции ее производительности и изменения состава смеси, подаваемой в различные моменты рабочего цикла. Осуществляя изменение затяжки пружины 28, (т.е. регулируя настройку собственно функций поршня 27), пропускной способности регулирующих органов 23, 26, можно достичь оптимизации параметров впрыскивания и состава смеси, подаваемой в камеру сгорания дизеля в широких диапазонах его работы.

Таким образом, предлагаемое изобретение путем снабжения в любой из линий подвода какой-либо из составляющих топливной смеси (основного топлива или присадки) по меньшей мере одного из нагнетательных обратных клапанов, установленного непосредственно на входе в форсунку, параллельно подключенной к его входу и выходу гидравлической линией связи с регулирующим органом в ней, позволяет осуществлять регулирование состава смеси из двух составляющих ее топлив, подаваемой затем в камеру сгорания дизеля с учетом режима его работы. Использование вариантов устройства в системе подачи смесевого топлива, а именно варианта с дополнительным объемом, который подключен к выходу упомянутого клапана, и варианта с установкой во внутренней полости дополнительного объема подпружиненного поршня, в большей степени расширяют возможности в части регулирования состава смесевого топлива, подаваемого в камеру сгорания дизеля. Благодаря вышеперечисленному изобретение решает задачу по расширению возможности управления в процессе рабочего цикла и с учетом многорежимности.

Формула изобретения

1. Система подачи смесевого топлива для дизеля, содержащая аппаратуру для подачи первой и второй составляющих смесевого топлива, подключенную к форсунке и установленному на ее корпусе распылителю, каналы в корпусе форсунки и распылителе для подвода первой и второй составляющих смесевого топлива, два кармана, полость одного из которых выполнена в средней части распылителя и сообщена с каналами для подвода первой составляющей смесевого топлива, а через кольцевой канал между распылителем и запирающей иглой – с полостью другого кармана, выполненного в нижней части распылителя и сообщенного с каналами для подвода второй составляющей смесевого топлива, а посредством запирающей иглы – с распыливающими отверстиями, и нагнетательные обратные клапаны, установленные в соответствующих линиях подвода первой и второй составляющих смесевого топлива, отличающаяся тем, что в одной из линий подвода составляющих смесевого топлива, по меньшей мере, один из обратных клапанов, установленный непосредственно на входе в форсунку, снабжен гидравлической линией связи, сообщающей вход обратного клапана с его выходом с помощью установленного в гидравлической линии связи регулирующего органа.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что к выходу обратного клапана, снабженного гидравлической линией связи, посредством регулирующего органа подключен дополнительный объем.

3. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что внутренняя полость дополнительного объема снабжена подпружиненным поршнем.

РИСУНКИ