Способ подачи топлива в камеру сгорания дизеля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) 111) 696 А 51)5 Р 02 М 45/00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК ПАТЕНТУСд(71) Челябинский государственный технический университет(54) СПОСОБ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЯ Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к топливовпрыскивающей аппаратуредля двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано при конструировании топливных насосов высокого давления и организации процесса их работы,Известны способы подачи топлива в камеру сгорания дизеля, в которых топливо подается в нагнетательный топливопровод под давлением, вызывающем подъем иглы распылителя, а после окончания процесса впрыскивания остаточное давление сбрасывается путем перепускания топлива через нагнетательный клапан насоса в надплунжерную полость, (см, например, Астахов И.В. и др. "Подача и распыливание топлива в дизеля:", М 1972, стр. 11-16).Известно также, что форсирование двигателей по мощности, вызывая увеличение цикловых подач топлива, сопровождается при применении известного способа увели(57) Использование: двигателестроение, а также при конструировании и модернизации топливных насосов высокого давления дизелей для совершенствования процесса их работы. Целью изобретения является повышение эффективности впрыскивания топлива. Сущность изобретения: при подаче топлива в полость перед иглой форсунки двумя порциями с различными давлениями первая порция -оплива подается в полость перед иглой форс) нки под давлением, меньшим давления подъема иглы форсунки. 4 ил. чением продолжительности впрыскивания, Существует оптимальное для выбранного способа смесеобразования и сгорания значение продолжительности впрыскивания, обеспечивающие достаточную экономичность дизеля при удовлетворительной динамике рабочего цикла. Увеличение при дальнейшем форсировании дизеля продолжительности впрыскивания сверх оптимальных значений приводит к существенному затягиванию процесса сгорания во времени и как следствие, ухудшению экономических и экологических показателей дизеля, Снижение при этом полноты сгорания при этом приводит к повышенным топливным потерям и дымности отработавших газов. Сокращение продолжительности процесса впрыскивания топлива может достигаться различными способами системы, например, увеличением диаметра плунжера и сопловых отверстий распылителя, увеличением скорости движения плунжера, уменьшением внут 1790696реннего диаметра и длины нагнетательного трубопровода, применением аккумулирующих устройств и т.д. (см. например, Балакин В,И, и др. "Топливная аппаратура быстроходн ых дизелей).Эффективным способом повышения давления и сокращения продолжительности впрыскивания является использование энергии отсечной волны после отсечки подачи топлива для гидродогружения иглы распылителя (см, например, положительное решение от 30 мая 1989 г. по заявке М 4610203/25-06 от 25,Х.1988 г,), Недостатком этого способа является сложность конструкции из-за наличия дополнительных устройств в виде перепускных и запирающих клапанов, дополнительного топливопровода высокого давления, повышенная себестоимость,Известен способ подачи в камеру сгорания дизеля основной и дополнительной порции топлива, например, посредством дополнительного выступа на профиле кулачка топливного насоса. Дополнительная порция топлива подается в начале такта всасывания,Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности впрыскивания путем увеличения давления и сокращения продолжительности впрыскивания при повышении экономичности и улучшения экологических показателей двигателя без существенного усложнения топливной аппаратуры.Указанная цель достигается тем, что начальная первая порция топлива подается в нагнетательный топливопровод дополнительным кулачком с меньшим выступом под давлением меньшим необходимого для подъема иглы распылителя, последующая., основная вторая порция топлива - подается основным кулачком с большим выступом под давлением, вызывающим подъем иглы распылителя,На фиг, 1 представлена конструктивная схема для реализации способа подачи топлива в цилиндр дизеля и осциллограммы изменения давления в нагнетательном топливЬпроводе при использовании предлагаемого способа, а также осциллограмма подьема иглы форсунки; на фиг. 2 - па раметры процесса впрыскивания топлива при использовании известного и предлагаемого способа подачи топлива; на фиг. 3 - сравнительные нагрузочные характеристики, полученные на двигателе Дтрактора Т(ПО ЧТЗ) при Р=8,5 кг/см и п=1250 при использовании известного и предлагаемого способа подачи топлива; на фиг. 4 - сравнительная внешняя скоростная характеристи 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Как известно, создание повышенного начального давления в нагнетательном топливопроводе перед каждым процессом впрыскивания способствует увеличению максимального давления и сокращению продолжительности впрыскивания, что улучшает качество распыливания и смесеобразования и, как следствие, повышается ка двигателя Дразмерности 4 ЧН 14,5/20,5 при использовании известного и предлагаемого способа подачи топлива.Особенностью конструктивной схемы для реализации предлагаемого способа подачи топлива является наличие дополнительного меньшего выступа 1 на профиле кулачка вала топливного насоса высокого давления (ТНВД) для создания повышенного начального давления в нагнетательном топливопроводе перед подачей основной порции топлива. Основная вторая порция топлива подается основным кулачком 2 с большим выступом. Таким образом, кулачок вала ТН ВД имеет два выступа, обеспечивающими двойной подъем плунжера: один из них подает топливо в нагнетательный топливопровод не допуская при этом подъема иглы распылителя, другой осуществляет прыскивание топлива в цилиндр.Величина активного хода плунжера при дополнительном его подъеме кулачком 1 меньшего выступа обуславливает уровень начального давления в нагнетательном топливопроводе и выбирается из условия ограничивающего давление топлива моментом подъема иглы распылителя, Начало подъема иглы распылителя происходит при превышении давления затяжки пружины иглы распылителя.Конструктивные параметры дополнительного выступа кулачка вала ТНВД выбирались с учетом расчетных и экспериментальных данных,Способ осуществляется следующим образом.При начале поступательного движения плунжера при набегании дополнительного кулачка 1 с меньшим выступом на толкатель ТНВД в нагнетательный топливопровод подается первая порция топлива под давлением меньшим необходимого для подъема иглы распылителя, При этом создается повышенное начальное давление в нагнетательном топливопроводе (фиг. 1). Последующая основная вторая порция топлива подается основным кулачком 2 с большим выступом под давлением вызывающим подъем иглы распылителя и впрыскивается в камеру сгорания дизеля при увеличенном максимальном давлении впрыскивания,1790696 5 10 15 20 25 30 35 40 45 экономичность и улучшаются экологические показатели,На фиг. 2 показаны параметры процесса впрыскивания при использовании известного и предлагаемого способа подачи топлива. При набегании дополнительного меньшего выступа кулачка на толкатель в нагнетательном топливопроводе давление повышается до величины Рь=5,0 МПа, не вызывая подъема иглы распылителя, а при набегании основного кулачка с большим выступом, происходит дальнейшее повышение давления до величины Рф=35,0 МПа, вызывающее подъем иглы распылителя форсунки, пружина которой отрегулирована на давление топлива 21,0 МПа и начинается впрыскивание топлива, Продолжительность впрыскивания при Р=0,85 МПа сокращается с 32 до 23 град. п,к.в, т,е, на 9 град, п.к,в. (28%),Проведенные на двигателе Д(4 ЧН 14,5/20,5) трактора Т(ПО ЧТЗ) сравнительные исследования показали, что применение предлагаемого способа подачи топлива приводит к повышению давления топлива перед форсункой перед впрыском через нее топлива, что позволяет повысить максимальное давление впрыскивания, приводит к более качественному распыливанию топлива во всех диапазонах нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя и, тем самым, повысить экономичность работы дизеля при улучшении его характеристик,Из предложенной на фиг, 3 сравнительных нагрузочных характеристик двигателя Двидно, что применение предлагаемого способа подачи топлива дает устойчивый эффект уменьшения удельного расхода топлива це во всем диапазоне нагрузок и особенно от средней до максимальной, Это уменьшение 9 составляет не менее 5 г/л.с,ч, Соответственно и уменьшается часовой расход топлива С, При одинаковой мощности Ке, коэффициент избытка воздуФормула изобретения Способ подачи топлива в камеру сгорания дизеля топливным насосом высокого давления, заключающийся в том, что в полость перед иглой форсунки подаюттопливо двумя пооциями с различными давлениями,ха а несколько выше у предлагаемого способа, температура отработавших газов 1 и степень дымности К ниже. Максимальное давление процесса сгорания в предлагаемом способе выше при одинаковой жесткости процесса сгорания,Сравнение скоростных характеристик обеих способов, представленных на фиг, 4 показывает, что в предлагаемом способе на режимах, начальная от 1050 мин, разница в удельном расходе топлива становится существенной, достигая 5 г/л.с.ч. при номинальных оборотах. При одном и том же часовом расходе топлива эффективная мощность увеличивается в среднем на 10 л.с, при одинаковом коэффициенте избыТка воздуха а, Максимальное давление процесса сгорания повышается незначительно, а температура отработавших газов и степень дымности значительно понижаются, При оборотах близких к режиму максимального крутящего момента М равных 950 мин , дымность отработавших газов снижается на 20%,Предварительная оценка эффективности предлагаемого способа подачи топлива показала, что его использование на двигателе Дтрактора Тможет дать годовой экономический эффект в сумме 2,5 млн, руб.Таким образом, технико-экономический эффект от применения предложенного технического решения заключается в том; что при незначительном конструктивном изменении кулачков вала ТН ВД повышается эффективность впрыскивания путем увеличения давления и сокращении ее продолжительности при повышении экономичности и улучшении экологических показателей двигателя,Предлагаемый способ подачи топлива прошел испытания на развернутом дизеле, подтвердившие его высокую эффективность и надежность,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности впрыскивания, первая порция топлива подается в полость перед иглой форсунки под давлением меньшим давления подъема иглы форсунки, 1790696