Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Настоящее изобретение относится к системе питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

В DE 19926308 А1 описана система питания с общей топливной магистралью высокого давления (система "common rail"), в каковой системе топливо подается из бака топливоподкачивающим насосом по топливопроводу в насос высокого давления. Между топливоподкачивающим насосом и насосом высокого давления расположен дозатор, позволяющий регулировать количество топлива, в котором оно поступает в насос высокого давления. На участке между дозатором и рабочей камерой насоса высокого давления ответвляется топливопровод нулевой подачи с расположенным в нем дросселем нулевой подачи. По этому топливопроводу нулевой подачи отводится топливо, которое при закрытом дозаторе все же просачивается через него.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу настоящего изобретения была положена задача повысить коэффициент полезного действия системы питания ДВС.

Указанная задача решается с помощью системы питания с отличительными признаками, представленными в п.1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения приведены различные предпочтительные варианты осуществления изобретения. Помимо этого важные для изобретения его отличительные особенности рассмотрены в последующем описании и представлены на прилагаемых к нему чертежах, при этом различные отличительные особенности изобретения могут иметь важное для него значение и по отдельности, и в различных допустимых сочетаниях между собой даже без явного указания на это в каждом конкретном случае.

Преимущество, связанное с наличием всасывающих средств, состоит в обеспечении ими снижения давления в топливопроводе нулевой подачи или на его конце, благодаря чему давление открытия впускного клапана насоса высокого давления может оставаться низким, что повышает коэффициент полезного действия насоса (давление открытия впускного клапана всегда должно с некоторым запасом и с учетом возможного отклонения срока службы от номинального превышать максимально возможный уровень давления, включая необходимый перепад давления на топливопроводе нулевой подачи и на возможно предусмотренном в нем дросселе нулевой подачи). Помимо этого наличие всасывающих средств позволяет выполнять дроссель нулевой подачи со сравнительно малым диаметром, благодаря чему при подаче топлива в обычном или стандартном режиме "теряется" лишь сравнительно малое количество топлива через топливопровод нулевой подачи. В результате улучшается наполнение рабочей камеры насоса высокого давления топливом, а также прежде всего повышается коэффициент полезного действия при пуске ДВС, когда необходимое для этого давление должно создаваться практически только топливоподкачивающим насосом.

В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения всасывающие средства представляют собой сопло Вентури. В этом случае предпочтительно, чтобы топливопровод нулевой подачи оканчивался в той части сопла Вентури, где преобладает наиболее низкое давление. Сопло Вентури имеет простую конструкцию без подвижных частей. Поэтому оно имеет низкую стоимость и характеризуется практически полным отсутствием износа при работе. Поскольку в системе питания в любом случае практически всегда существуют необходимые для работы сопла Вентури потоки топлива, для приведения в действие сопла Вентури не требуются никакие дополнительные приводы.

В еще одном особенно предпочтительном варианте предлагаемая в изобретении система питания имеет регулирующий давление клапан, который предназначен для регулирования давления в расположенной между топливоподкачивающим насосом и насосом высокого давления части низкого давления и в ведущем от которого перепускном топливопроводе расположено сопло Вентури. Подобный регулирующий давление клапан обычно перепускает топливо в особо большом количестве в том случае, когда дозатор закрыт. В соответствии с этим производительность сопла Вентури по всасыванию особо велика именно в том случае, когда при закрытом дозаторе величина утечки, отводимой по топливопроводу нулевой подачи, максимальна. И наоборот, при открытом дозаторе производительность сопла Вентури по всасыванию минимальна. Тем самым производительность сопла Вентури автоматически согласована с текущей потребностью, что особенно положительно сказывается на коэффициенте полезного действия системы питания.

Эффективность предлагаемого в изобретении решения еще выше в том случае, когда перепускной топливопровод, в котором расположено сопло Вентури, оканчивается в подводящем топливопроводе, ведущем к топливоподкачивающему насосу. В подобном случае просачивающееся топливо можно сразу же подавать вновь на вход топливоподкачивающего насоса, возвращая тем самым топливо снова в контур его циркуляции для обеспечения работы ДВС, соответственно для смазывания и охлаждения приводной и кривошипной камеры насоса высокого давления.

Вместо этого перепускной топливопровод, в котором расположено сопло Вентури, может также оканчиваться в сливном топливопроводе, по которому топливо отводится обратно в топливный бак. Топливо, возвращаемое в топливный бак, может охлаждаться в нем, что облегчает поддержание температурного баланса системы питания.

В модифицированном варианте осуществления изобретения сопло Вентури можно также располагать в подводящем топливопроводе, ведущем к регулирующему давление клапану. При наличии у регулирующего давление клапана нескольких ведущих от него перепускных топливопроводов, которым соответствуют разные давления открытия регулирующего давление клапана, выполнение соплом Вентури своей функции не зависит от того, какой из перепускных топливопроводов открыт в данный момент.

Дополнительно к этому в предпочтительном варианте подводящий топливопровод является частью трубопровода контура смазывания и/или охлаждения насоса высокого давления, а регулирующий давление клапан характеризуется первым давлением открытия, по достижении которого он соединяет подводящий топливопровод со сливным топливопроводом. Благодаря этому обеспечивается прохождение потока топлива через сопло Вентури уже при сравнительно низком давлении в части низкого давления, например, при пуске ДВС и эффективный отвод просачивающегося топлива по топливопроводу нулевой подачи.

В еще одном предпочтительном варианте насос высокого давления имеет по меньшей мере один сливной топливопровод, который предназначен для возврата топлива, просачивающегося через опоры приводного вала насоса высокого давления и в котором расположен закрывающийся в направлении него подпружиненный обратный клапан. Такой обратный клапан обеспечивает возможность ускоренного нарастания давления топлива при пуске ДВС.

Помимо этого предпочтительно также располагать параллельно топливоподкачивающему насосу подпружиненный обратный клапан или клапан ограничения давления, открывающийся в направлении входа топливоподкачивающего насоса. Назначение такого обратного клапана или клапана ограничения давления состоит при этом в защите топливоподкачивающего насоса от перегрузки, например, при возможном забивании топливного фильтра в случае, когда он предусмотрен с напорной стороны топливоподкачивающего насоса (после него по ходу потока топлива). Одновременно с появлением подобной неисправности может выдаваться предупредительный сигнал, например, на приборной панели автомобиля, указывающий на необходимость очистки засорившегося фильтра, соответственно на необходимость его замены.

В системах питания для их заполнения топливом, например, после ремонта или технического обслуживания предусмотрен ручной насос. Поэтому в имеющей подобное исполнение системе питания в еще одном предпочтительном варианте параллельно топливоподкачивающему насосу расположен подпружиненный обратный клапан или клапан ограничения давления, открывающийся в направлении входа насоса высокого давления. Такой клапан служит в качестве байпаса, который при заполнении системы питания топливом обеспечивает пропускание топлива в обход топливоподкачивающего насоса во избежание необходимости перекачивания через него всего топлива, требующегося для заполнения системы питания.

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

на фиг.1 - выполненная по первому варианту система питания с топливопроводом нулевой подачи, который оканчивается в сопле Вентури в перепускном топливопроводе, ведущем от регулирующего давление клапана,

на фиг.2 - вид в разрезе изображенного на фиг.1 сопла Вентури,

на фиг.3 - выполненная по второму варианту система питания с топливопроводом нулевой подачи, который оканчивается в сопле Вентури в подводящем топливопроводе, ведущем к регулирующему давление клапану,

на фиг.4 - выполненная по третьему варианту система питания с топливопроводом нулевой подачи, который оканчивается в сопле Вентури в сливном топливопроводе, ведущем от регулирующего давление клапана,

на фиг.5 - изображенная на фиг.1 система питания с обратным клапаном в сливном топливопроводе,

на фиг.6 - изображенная на фиг.1 система питания с обратным клапаном в топливопроводе для отвода топлива, просачивающегося через опоры приводного вала изображенного на фиг.1 насоса высокого давления, в подающий топливопровод; и

на фиг.7 - выполненная по четвертому варианту система питания с топливным фильтром, который расположен на участке между топливоподкачивающим насосом и изображенным на фиг.1 насосом высокого давления.

На фиг.1 показана система 10 питания для так называемой системы "common rail", представляющей собой систему впрыскивания топлива в ДВС 12, имеющую общую топливную магистраль высокого давления. Для работы ДВС 12 топливо под высоким давлением подается в общую топливную магистраль 14 высокого давления (топливный распределитель, "common rail"), в которой оно аккумулируется и к которой подсоединены устройства 16 впрыскивания топлива, которыми оно под высоким давлением впрыскивается в камеры 18 сгорания в ДВС 12.

Топливо при этом подается из топливного бака 20 автомобиля. В направлении потока топлива на пути его подачи по подводящему топливопроводу 22 расположены, начиная от топливного бака 20, топливный фильтр 24, дроссель 25 и топливоподкачивающий насос 26 с механическим или электрическим приводом. Для смазывания приводных деталей путь подачи топлива оканчивается сначала в приводной, соответственно кривошипной камере 28 насоса 30 высокого давления, который в предпочтительном варианте выполнен в виде радиально-поршневого насоса с механическим приводом. Пути прохождения топлива в системе 10 питания обозначены на чертежах стрелками,

За приводной и кривошипной камерой 28 поток топлива раздваивается. Первый выходной поток топлива попадает в основной (рабочий) топливопровод 32, подаваемое по которому топливо используется для работы ДВС 12, а второй выходной поток топлива попадает в питающий возвратный топливопровод 34 контура циркуляции топлива и используется для смазывания и охлаждения насоса 30 высокого давления.

По основному топливопроводу 32 топливо в направлении его потока подается через еще один топливный фильтр 35 в дозатор 36, который выполнен в виде пропорционального подпружиненного золотникового клапана с электромагнитным управлением. Дозатор 36, таким образом, расположен в гидросистеме между топливоподкачивающим насосом 26 и насосом 30 высокого давления и предназначен для дозирования топлива, поступающего в насос 30 высокого давления. По ходу потока за дозатором 36 поток топлива вновь раздваивается. Во-первых, от выхода дозатора ответвляется топливопровод 38 нулевой подачи, который через топливный фильтр 39 оканчивается в сопле 40 Вентури. Такое сопло 40 Вентури более подробно рассмотрено ниже. Во-вторых, от выхода дозатора 36 ответвляется всасывающий топливопровод 42, который через всасывающий клапан 44 оканчивается в рабочей (нагнетательной) камере 46 насоса 30 высокого давления, соединяемой через закрывающийся в направлении насоса 30 высокого давления обратный клапан 48 с общей топливной магистралью 14 высокого давления.

По питающему возвратному топливопроводу 34 находящееся в приводной и кривошипной камере 28 топливо подается в направлении своего потока через еще один топливный фильтр 50 в регулирующий давление клапан 52 (регулятор давления), который выполнен в виде подпружиненного клапана с цилиндрическим золотником и с двумя позициями переключения. Тем самым питающий возвратный топливопровод 34 представляет собой также подводящий топливопровод, ведущий к регулирующему давление клапану 52. Наряду со входом для питающего возвратного топливопровода 34 регулирующий давление клапан 52 имеет три выхода. В переключенном в первую позицию, т.е. при низком давлении топлива в питающем возвратном топливопроводе 34, оно подается по сливному топливопроводу 54 через дроссель 56 в топливный бак 20, а в переключенном во вторую позицию при большем давлении топлива в питающем возвратном топливопроводе 34 оно подается в проточный топливопровод 58, в котором расположено сопло 40 Вентури. Сливной топливопровод 54 и проточный топливопровод 58 представляют собой тем самым перепускные топливопроводы, ведущие от регулирующего давление клапана 52. Проточный топливопровод 58 оканчивается в подводящем топливопроводе 22. Третий выход 60 регулирующего давление клапана 52 предназначен исключительно для выравнивания давления при перемещении цилиндрического золотника в регулирующем давление клапане 52. В данном месте также возможно просачивание топлива, которое через дроссель 62 подается в сливной топливопровод 54.

Насос 30 высокого давления обычно имеет две опоры для установки на них приводного вала с эксцентриком. Через такие опоры может также просачиваться топливо. Обе подобные опоры условно обозначены на фиг.1 в виде дросселей 63. Топливо, просачивающееся через опоры 63, возвращается по сливному топливопроводу 54 в топливный бак 20.

На фиг.2 в разрезе показано сопло 40 Вентури. Оно состоит из гладкостенной с наружной стороны трубки 64 с сужением внутреннего проходного сечения D, образованным двумя обращенными друг к другу своими вершинами конусами 66 и 68, которые в зоне их наименьшего диаметра D переходят один в другой. Оба конуса 66 и 68 имеют одинаковое суженное проходное сечение D и одинаковое расширенное проходное сечение 3D. Все кромки внутри трубки 64 для придания им обтекаемой формы выполнены закругленными. Расширенное проходное сечение 3D примерно в три раза больше суженного проходного сечения D. В направлении 70 потока топлива конус 66 имеет длину, примерно равную проходному сечению D, а длина конуса 68 в направлении 70 потока топлива составляет 3-5D, т.е. примерно в 3-5 раз больше суженного проходного сечения D. В той части внутри трубки 64, где расположено ее суженное проходное сечение D, предусмотрен проходящий перпендикулярно трубке 64 отводящий канал 72. Проходное сечение такого отводящего канала 72 существенно меньше проходного сечения D и имеет такие размеры, что оно соответствует проходному сечению дросселя нулевой подачи. К этому дросселю 72 нулевой подачи согласно настоящему изобретению подсоединен топливопровод 38 нулевой подачи, тогда как сама трубка 64 является частью проточного топливопровода 58. С технологической точки зрения сопло 40 Вентури может быть образовано деталью, запрессованной в канал в корпусе насоса 30 высокого давления. Однако в другом варианте сопло 40 Вентури могло бы быть также образовано ввинчиваемой по резьбе деталью, соответственно внешним компонентом.

При применении в предлагаемой в изобретении системе питания сопло 40 Вентури работает следующим образом.

При протекании топлива по трубке 64, т.е. по проточному топливопроводу 58, в наиболее узком месте D трубки 64 динамический напор (скоростной напор) максимален, а статический напор (давление покоя) минимален. При прохождении топлива через суженную часть трубки 64 скорость его потока возрастает на величину, определяемую соотношением проходных сечений D:3D, поскольку топливо проходит везде через трубку в неизменном количестве. По причине сравнительно низкого давления в зоне наиболее узкого места D у выходного отверстия дросселя 72 нулевой подачи также преобладает соответственно низкое давление. Поэтому между выходным отверстием дросселя 72 нулевой подачи во внутреннем пространстве сопла 40 Вентури и началом топливопровода 38 нулевой подачи создается перепад давлений, под действием которого топливо отсасывается по топливопроводу 38 нулевой подачи на участке между дозатором 36 и всасывающим клапаном 44. В этом отношении сопло 40 Вентури, таким образом, образует всасывающее средство на нижнем по ходу потока топлива конце топливопровода 38 нулевой подачи.

В соответствии со сказанным выше система 10 питания в показанном на фиг.1 варианте ее выполнения работает следующим образом.

В результате всасывающего действия, создаваемого топливоподкачивающим насосом 26, топливо всасывается из топливного бака 20 по подводящему топливопроводу 22. Топливо при этом фильтруется топливным фильтром 24. Топливоподкачивающий насос 26 подает топливо далее в приводную и кривошипную камеру 28 насоса 30 высокого давления. Отсюда топливо для работы ДВС 12 подается по основному топливопроводу 32 в открытый дозатор 36, после чего топливо в конечном итоге попадает через всасывающий клапан 44 в рабочую камеру 46 насоса 30 высокого давления. В ней давление топлива повышается, и затем топливо под высоким давлением поступает через обратный клапан 48 в общую топливную магистраль 14 высокого давления для впрыскивания в камеры сгорания в ДВС.

При закрытом дозаторе 36 (например, при работе ДВС в режиме принудительного холостого хода) все нагнетаемое топливоподкачивающим насосом 26 топливо подается из приводной и кривошипной камеры 28 по питающему возвратному топдивопроводу 34 к регулирующему давление клапану 52. По причине избыточного количества топлива давление в питающем возвратном топливопроводе 34 повышается, и регулирующий давление клапан 52 поэтому открывается настолько, что топливо, с одной стороны, возвращается по сливному топливопроводу 54 в топливный бак 20, а с другой стороны, вновь подается по проточному топливопроводу 58, в котором расположено сопло 40 Вентури, на вход топливоподкачивающего насоса 26. В последнем случае образуется контур циркуляции топлива, который служит для смазывания и охлаждения приводной и кривошипной камеры 28 и для приведения в действие сопла 40 Вентури.

Поскольку топливоподкачивающий насос 26 обычно нагнетает топливо в количестве, большем того, которое требуется для работы ДВС 12, в питающем возвратном топливопроводе 34 и при частично открытом дозаторе 36, т.е. при работе ДВС 12 в режиме нагрузки, создается определенный поток топлива, расход которого, однако, меньше, чем при работе ДВС в режиме принудительного холостого хода, и поэтому регулирующий давление клапан 52 открывается лишь частично. Поскольку этот фактор (еще) не влияет на количество проходящего по сливному топливопроводу 54 топлива, его расход через проточный топливопровод 58 ниже, а поэтому ниже также производительность сопла Вентури 40 по всасыванию.

При пуске ДВС 12 подпружиненный регулирующий давление клапан 52 сначала закрыт и благодаря этому обеспечивает возможность создания максимально высокого давления топлива в основном топливопроводе 32 при открытом дозаторе 36.

При закрытом дозаторе 36, когда ДВС 12 работает в режиме принудительного холостого хода, на дозаторе возникает утечка топлива. Такое просачивающееся топливо подается по топливопроводу 38 нулевой подачи через дроссель 72 нулевой подачи в сопло 40 Вентури. Поскольку при закрытом дозаторе 36 расход топлива через проточный топливопровод 58 значителен, всасывающее действие на входе отводящего канала 72 в трубке 64 сопла Вентури выше, чем при частично или полностью открытом дозаторе 36. Сопло 40 Вентури всасывает просачивающееся топливо из топливопровода 38 нулевой подачи и подает это просачивающееся топливо вместе с остальным топливом на вход топливоподкачивающего насоса 26, которым топливо нагнетается далее в подводящий топливопровод 22.

На фиг. 3 показана предлагаемая в изобретении система питания, выполненная по второму варианту. В отношении показанного на фиг. 3 варианта и всех показанных на последующих чертежах вариантов следует отметить, что те элементы и части, которые функционально эквивалентны элементам и частям системы питания, показанной на фиг. 1, обозначены теми же позициями и повторно подробно не рассматриваются. Отличие от показанного на фиг. 1 варианта заключается в размещении сопла 40 Вентури. В данном случае оно в отличие от показанного на фиг. 1 варианта расположено в питающем возвратном топливопроводе 34, т.е. в подводящем топливопроводе, ведущем к регулирующему давление клапану 52. По своему принципу работы выполненная по этому варианту система питания в основном идентична описанной выше системе питания, выполненной по показанному на фиг. 1 варианту. Сопло 40 Вентури в данном случае также работает при сравнительно малом расходе топлива через подводящий топливопровод, ведущий к регулирующему давление клапану 52.

На фиг.4 показана предлагаемая в изобретении система питания, выполненная по третьему варианту. Существенное отличие от показанного на фиг.1 или 3 варианта и в данном случае заключается в размещении сопла 40 Вентури. В рассматриваемом варианте оно расположено в сливном топливопроводе 54. Сопло 40 Вентури работает со сравнительно постоянной производительностью по всасыванию.

На фиг.5 показан вариант, дополняющий показанный на фиг.1 вариант. В данном случае в сливном топливопроводе 54, по которому отводится также топливо, просачивающееся через опоры приводного вала насоса 30 высокого давления, дополнительно расположен закрывающийся в направлении насоса 30 высокого давления подпружиненный обратный клапан 74. Наличие такого обратного клапана 74 позволяет ускорить и облегчить создание давления в системе 10 питания при пуске ДВС.

На фиг.6 показан вариант, являющийся модификацией показанного на фиг.5 варианта, с расположением обратного клапана 74 в топливопроводе для отвода топлива, просачивающегося через опоры приводного вала насоса 30 высокого давления, в подводящий топливопровод 22. Обратный клапан 74 и в данном случае используется для ограничения утечки топлива через опоры приводного вала насоса высокого давления при пуске ДВС.

На фиг.7 показана предлагаемая в изобретении система питания, выполненная по четвертому варианту, который представляет собой модификацию показанного на фиг.5 варианта. Однако данный вариант также может распространяться на другие описанные выше варианты. Существенное отличие от описанных выше вариантов заключается в размещении топливного фильтра 24. В то время как в предыдущих вариантах топливный фильтр 24 всегда располагался со всасывающей стороны топливоподкачивающего насоса 26, в данном случае топливный фильтр 24 расположен с напорной стороны топливоподкачивающего насоса 26. В подобных системах питания для их заполнения топливом после ремонта или технического обслуживания предпочтительно предусматривать ручной насос 76. В направлении потока топлива перед и за таким ручным насосом 76 предусмотрено два закрывающихся в направлении топливного бака 20 обратных клапана 77. Дополнительно параллельно топливоподкачивающему насосу 26 предусмотрены открывающийся в направлении насоса 30 высокого давления подпружиненный обратный клапан 78 и открывающийся в направлении входа топливоподкачивающего насоса подпружиненный обратный клапан 80. Обратный клапан 78 служит в качестве байпаса при заполнении системы 10 питания топливом во избежание необходимости перекачивания всего требующегося для ее заполнения топлива через топливоподкачивающий насос 26. Обратный клапан 80 при возможном забивании топливного фильтра 24 защищает топливоподкачивающий насос 26 от перегрузки, а топливный фильтр 24 - от повреждения. Задействование топливопровода 38 нулевой подачи с использованием сопла 40 Вентури идентично описанным выше вариантам.