RU2142060C1

RU2142060C1 - Fuel feed system of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2142060C1
Application number: RU97106982A
Authority: RU
Inventors: А.А. Медведев; В.А. Петров; В.В. Курманов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ярославский завод топливной аппаратуры" (ОАО "ЯЗТА")
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1997-04-29
Publication date: 1999-11-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines with injection of fuel (mainly gasoline) into combustion chamber through electrically controlled nozzles. SUBSTANCE: to provide automatically capacity of fuel injection pump corresponding to required operating conditions of engine and constant pressure before nozzles at all duties, constant pressure throttle valve is built into system fuel main line before nozzles and hydraulic accumulator. Controlled throttle at inlet of fuel injection pump is made in form of bushing and spring-loaded spool. Spring space of spool end is connected with fuel tank or with outlet of fuel feed pump, and space at opposite end is connected with outlet of fuel injection pump. Inlet of throttling section is connected with pressure main line of fuel feed pump, and outlet, with inlet of fuel injection pump. EFFECT: provision of automatic maintenance of required capacity of fuel injection pump corresponding to engine operating conditions, simplified design. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к управлению топливоподачей в двигателях внутреннего сгорания с впрыском топлива в камеру сгорания через электроуправляемые форсунки преимущественно для бензиновых двигателей. The invention relates to the control of fuel supply in internal combustion engines with fuel injection into the combustion chamber through electrically controlled nozzles mainly for gasoline engines.

В известной системе топливоподачи двигателя внутреннего сгорания, описанной в книге В.И.Крутова "Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания", (государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, Москва, 1963, стр. 44, фиг. 30), описывается конструктивная схема топливного насоса с дросселирующей иглой на всасывании, кинематически связанной с рычагом управления двигателем. Недостатком этой системы является невозможность использования данного насоса с дросселированием на всасывании в схеме топливопитания двигателя внутреннего сгорания, имеющего электроуправляемые форсунки с соответствующим блоком электронного управления без специального преобразователя электрического сигнала от электронного блока управления в гидромеханическое перемещение элемента дросселирования во входном канале топливного насоса высокого давления. In the well-known fuel supply system of an internal combustion engine described in the book of V.I. Krutov "Automatic regulation of internal combustion engines" (State Scientific and Technical Publishing House of Mechanical Engineering Literature, Moscow, 1963, p. 44, Fig. 30), a structural diagram of the fuel a pump with a throttling needle at the suction kinematically connected to the engine control lever. The disadvantage of this system is the impossibility of using this pump with suction throttling in the fuel supply circuit of an internal combustion engine having electrically controlled nozzles with a corresponding electronic control unit without a special converter of the electric signal from the electronic control unit to hydromechanically move the throttle element in the input channel of the high pressure fuel pump.

Известна также система топливоподачи двигателя внутреннего сгорания по патенту Швейцарии N 674243 A5, класс МПК F 02 M 45/100, F 02 M 41/100, которую можно принять за ближайший прототип. Эта система содержит подкачивающий насос, насос высокого давления с регулируемым дросселем во входном канале, гидроаккумулятор, электроуправляемые форсунки с электронным блоком управления, сигнал от которого воспринимает специальный преобразователь, который преобразует электрический сигнал от электронного блока управления в гидромеханическое изменение площади проходного сечения регулируемого дросселя во входном канале топливного насоса высокого давления. Also known is the fuel supply system of an internal combustion engine according to Switzerland patent N 674243 A5, IPC class F 02 M 45/100, F 02 M 41/100, which can be taken as the closest prototype. This system contains a booster pump, a high pressure pump with an adjustable throttle in the input channel, a hydraulic accumulator, electrically controlled nozzles with an electronic control unit, the signal from which is received by a special converter that converts the electric signal from the electronic control unit into a hydromechanical change in the passage area of the adjustable throttle in the input channel of the high pressure fuel pump.

Указанный преобразователь электрических сигналов в гидромеханическое изменение площади проходного сечения регулируемого дросселя является достаточно сложным и дорогостоящим элементом схемы, что является существенным недостатком. The specified Converter of electrical signals into a hydromechanical change in the area of the orifice of an adjustable throttle is a rather complex and expensive element of the circuit, which is a significant drawback.

Кроме того, в данной схеме не обеспечивается постоянное давление топлива перед форсунками на всех режимах работы двигателя, в результате чего на частичных режимах работы двигателя может быть не обеспечено оптимальное распыливание топлива через форсунки. In addition, this scheme does not provide a constant fuel pressure in front of the nozzles at all engine operation modes, as a result of which, at partial engine operation modes, optimal atomization of fuel through the nozzles may not be ensured.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение автоматического поддержания насосом высокого давления величины производительности, требуемой заданным режимом работы двигателя, обеспечение поддержания постоянного давления перед форсунками двигателя, а также существенное упрощение конструкции системы топливоподачи в целом и снижение энергозатрат на привод. The aim of the invention is to ensure that the high-pressure pump automatically maintains the performance required by the specified engine operation mode, maintains a constant pressure in front of the engine nozzles, and also substantially simplifies the design of the fuel supply system as a whole and reduces the energy consumption of the drive.

Поставленная цель достигается тем, что в топливную магистраль от насоса высокого давления к форсункам встроен дроссельный клапан поддержания постоянного давления перед форсунками, а регулируемый дроссель на входе выполнен в виде втулки и подпружиненного золотника, пружинная полость торца которого соединена с топливным баком, а полость противоположного торца соединена с выходом насоса высокого давления, на золотнике имеются профилированные пазы, образующие с кромкой кольцевой канавки во втулке дросселирующее сечение, вход которого соединен с напорной магистралью подкачивающего насоса, а выход соединен со входом в насос высокого давления. This goal is achieved by the fact that a throttle valve for maintaining constant pressure in front of the nozzles is built into the fuel line from the high-pressure pump to the nozzles, and an adjustable throttle at the inlet is made in the form of a sleeve and a spring-loaded spool, the spring end cavity of which is connected to the fuel tank, and the cavity of the opposite end connected to the outlet of the high pressure pump, there are profiled grooves on the spool forming a throttling section with the edge of the annular groove in the sleeve, the input of which one with the booster pump pressure line, and an output coupled to the input of the high pressure pump.

При таком выполнении топливной системы на всех режимах работы двигателя обеспечивается необходимое постоянное давление топлива перед форсунками, обеспечивается также регулирование производительности насоса высокого давления без применения специального преобразователя сигналов от электронного блока управления в гидромеханическое перемещение исполнительного механизма. With this embodiment of the fuel system at all engine operating modes, the necessary constant fuel pressure in front of the nozzles is provided, and the high-pressure pump performance is also regulated without the use of a special signal converter from the electronic control unit to the hydromechanical movement of the actuator.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема заявляемого устройства. The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows a schematic diagram of the inventive device.

Предлагаемая система топливоподачи двигателя содержит подкачивающий насос 1 с перепускным клапаном 2, насос высокого давления 3, регулируемый дроссель 4, дроссельный клапан постоянного давления 5, гидроаккумулятор 6, электроуправляемые форсунки 7, установленные на двигателе 8. Электронный блок управления 9 посредством провода 10 соединен с датчиком частоты вращения вала двигателя, а посредством проводов 11 соединен с форсунками 7. Регулируемый дроссель 4 через канал 12 подключен к выходу подкачивающего насоса 1, а через канал 13 - ко входу насоса высокого давления 3. Регулируемый дроссель 4 выполнен в виде втулки 14 с подпружиненным золотником 15, полость 16 пружины 17 которого соединена каналом 18 с топливным баком 19, а противоположная полость 20 каналом 21 соединена с напорной магистралью 22 насоса высокого давления 3. На пояске 23 золотника 15 выполнены профилированные пазы 24, образующие с кромкой 25 кольцевой канавки 26 во втулке 14 дросселирующее сечение, вход которого соединен с магистралью 12, а выход через канал 13 подключен ко входу насоса высокого давления 3. The proposed fuel supply system of the engine comprises a booster pump 1 with a bypass valve 2, a high pressure pump 3, an adjustable throttle 4, a constant pressure throttle valve 5, a hydraulic accumulator 6, electrically controlled nozzles 7 mounted on the engine 8. The electronic control unit 9 is connected to the sensor via a wire 10 the rotational speed of the motor shaft, and through the wires 11 is connected to the nozzles 7. An adjustable throttle 4 is connected through the channel 12 to the output of the booster pump 1, and through the channel 13 to the pump inlet high pressure 3. The adjustable throttle 4 is made in the form of a sleeve 14 with a spring-loaded spool 15, the cavity 16 of the spring 17 of which is connected by a channel 18 to the fuel tank 19, and the opposite cavity 20 by a channel 21 is connected to the pressure pipe 22 of the high pressure pump 3. On the belt 23 of the spool 15, profiled grooves 24 are made, forming a throttling section with the edge 25 of the annular groove 26 in the sleeve 14, the input of which is connected to the line 12, and the output through the channel 13 is connected to the input of the high pressure pump 3.

Дроссельный клапан постоянного давления 5 включает в себя втулку 27, подпружиненный золотник 28, полость пружины 29 которого соединена со сливом, а противоположная полость 30 через демпфер 31 соединена с линией 32 подвода топлива к форсункам 7. На верхнем пояске золотника 28 выполнены профилированные пазы 33, которые с соответствующей кромкой на втулке 27 образуют дросселирующее сечение, вход которого соединен с каналом 22, а выход - с линией 32. Полость 20 через канал 34 соединяется с баком 19. The constant pressure throttle valve 5 includes a sleeve 27, a spring-loaded spool 28, the spring cavity 29 of which is connected to the drain, and the opposite cavity 30 is connected through the damper 31 to the fuel supply line 32 to the nozzles 7. The profiled grooves 33 are made on the upper zone of the spool 28, which with a corresponding edge on the sleeve 27 form a throttling section, the input of which is connected to the channel 22, and the output to the line 32. The cavity 20 through the channel 34 is connected to the tank 19.

Работает система следующим образом:
топливо из бака 19 подкачивающим насосом 1 по каналу 12 поступает на вход регулируемого дросселя 4 под давлением, величина которого определяется настройкой перепускного клапана 2. Далее топливо проходит через дросселирующее сечение регулируемого дросселя 4, формируемое конкретной осевой координатой профилированного паза 24 на золотнике 15 и кромкой 25 кольцевой канавки 26 на втулке 14.The system works as follows:
the fuel from the tank 19 by the booster pump 1 through the channel 12 enters the inlet of the adjustable throttle 4 under pressure, the value of which is determined by the setting of the bypass valve 2. Next, the fuel passes through the throttle section of the adjustable throttle 4 formed by the specific axial coordinate of the profiled groove 24 on the spool 15 and the edge 25 annular groove 26 on the sleeve 14.

Из насоса высокого давления 3 топливо поступает по каналу 22 через дроссельный клапан 5 постоянного давления к электроуправляемым форсункам 7 и к гидроаккумулятору 6. Клапан 5 поддерживает перед форсунками 7 постоянное давление, благодаря чему величина расхода топлива через клапан и форсунки однозначно определяется продолжительностью открытия форсунок, т.е. продолжительностью подачи электрического сигнала от электронного блока управления 9 на форсунки 7. Уровень давления в линии 32 перед форсунками 7 определяется настройкой клапана 5, т.е. величиной затяжки пружины 29. Работает клапан 5 следующим образом: топливо из канала 22 поступает через дросселирующее сечение профилированных пазов 33 в канал 32 и одновременно по осевому каналу золотника 28 через демпфер 31 в полость 30. Давление в полости 30 уравновешивается усилием затяжки пружины, величина которой постоянна, следовательно, и давление в полости 30 и канале 32 является постоянным. From the high-pressure pump 3, fuel enters through channel 22 through a constant pressure throttle valve 5 to electrically controlled nozzles 7 and to a hydraulic accumulator 6. Valve 5 maintains constant pressure in front of the nozzles 7, due to which the amount of fuel flow through the valve and nozzles is uniquely determined by the duration of the nozzles opening, t .e. the duration of the electrical signal from the electronic control unit 9 to the nozzles 7. The pressure level in line 32 in front of the nozzles 7 is determined by the setting of valve 5, i.e. value of spring tightening 29. Valve 5 operates as follows: fuel from channel 22 enters through the throttling section of profiled grooves 33 into channel 32 and simultaneously along the axial channel of the spool 28 through the damper 31 into the cavity 30. The pressure in the cavity 30 is balanced by the force of the spring tightening, the value of which constant, therefore, and the pressure in the cavity 30 and the channel 32 is constant.

Предположим, что давление в канале 32 по какой-либо причине возросло. Под действием увеличивающего давления в полости 30 золотник 28 сместится вниз, уменьшив тем самым площадь дросселирующего сечения пазов 33, что вызовет соответствующее уменьшение давления в канале 32 и полости 30, т.е. давление восстановится до исходной величины. И, наоборот, если в двигатель требуется подать больше топлива, расход через форсунки возрастает, что вызовет уменьшение давления в канале 32 и полости 30. Под действием пружины 30 золотник 28 переместится вверх и увеличит площадь дросселирующего сечения профилированных пазов 33, в результате чего давление в канале 32 восстановится до требуемого значения. Suppose that the pressure in channel 32 has increased for some reason. Under the action of increasing pressure in the cavity 30, the spool 28 will move downward, thereby reducing the area of the throttling section of the grooves 33, which will cause a corresponding decrease in pressure in the channel 32 and cavity 30, i.e. pressure will be restored to its original value. Conversely, if more fuel is required to be supplied to the engine, the flow rate through the nozzles increases, which will cause a decrease in pressure in the channel 32 and cavity 30. Under the action of the spring 30, the spool 28 will move up and increase the throttling section of the profiled grooves 33, as a result of which the pressure in channel 32 is restored to the desired value.

Таким образом, в связи с тем, что давление перед форсунками 7 постоянное, давление за насосом высокого давления 3 в каналах 22 и 21 переменное и зависит от расхода топлива и частоты вращения насоса 3, кинематически связанного с двигателем 8. Для того чтобы производительность насоса высокого давления 3 на всех режимах работы двигателя равнялась потребляемому двигателем количеству топлива, в линию подвода топлива от подкачивающего насоса 1 к насосу высокого давления 3 встроен регулируемый дроссель 4, площадь проходного сечения которого регулируется следующим образом: золотник 15 дросселя находится в равновесии на установившихся режимах под действием равенства усилий на торцы золотника. Слева со стороны пружины на золотник действует усилие пружины, а на противоположный торец действует давление в полости 20, т.е. давление за насосом 3. Если расход на форсунки 7 по сигналу от электронного блока 9 увеличивается, то это вызовет некоторое уменьшение давления в каналах 32, 31, 21 и 22, в результате под действием пружины 17 золотник 15 переместится вправо и увеличит площадь дросселирующего сечения, что увеличит поступление топлива на вход насоса высокого давления 3 и, следовательно, возрастет его производительность до необходимого и достаточного значения. Thus, due to the fact that the pressure in front of the nozzles 7 is constant, the pressure behind the high-pressure pump 3 in the channels 22 and 21 is variable and depends on the fuel consumption and the speed of the pump 3 kinematically connected to the engine 8. In order for the pump performance to be high pressure 3 at all engine operating modes was equal to the amount of fuel consumed by the engine, an adjustable throttle 4 is built into the fuel supply line from the booster pump 1 to the high pressure pump 3, the passage area of which is adjustable tsya follows: the throttle valve 15 is in balance at steady state under the action of forces equal at the ends of the spool. The spring force acts on the spool on the left side of the spring, and the pressure in the cavity 20 acts on the opposite end, i.e. pressure behind the pump 3. If the flow rate to the nozzles 7 increases due to the signal from the electronic unit 9, this will cause a certain decrease in pressure in the channels 32, 31, 21 and 22, as a result of the action of the spring 17, the spool 15 will move to the right and increase the throttle section area, which will increase the flow of fuel to the inlet of the high pressure pump 3 and, consequently, its productivity will increase to the necessary and sufficient value.

При уменьшении потребляемого двигателем расхода топлива процесс регулирования подачи топлива на вход насоса высокого давления 3 идет в обратном порядке, что вызовет уменьшение площади дросселирующего сечения регулируемого дросселя 4 и уменьшение производительности насоса 3. With a decrease in the fuel consumption consumed by the engine, the process of regulating the fuel supply to the inlet of the high-pressure pump 3 proceeds in the reverse order, which will cause a reduction in the throttle cross-sectional area of the adjustable throttle 4 and a decrease in the productivity of pump 3.

Таким образом, на всех режимах работы двигателя производительность насоса высокого давления равна потребляемому двигателем расходу топлива, что обеспечивает минимальные затраты мощности на привод насоса высокого давления. Если по какой-либо причине давление за насосом высокого давления превысит максимально допустимую величину, то золотник 15 переместится влево настолько, что канал 21 через полость 20 соединится с каналом 34 и сольет излишки топлива в бак 19. Thus, at all engine operating modes, the performance of the high-pressure pump is equal to the fuel consumption consumed by the engine, which ensures the minimum power consumption for driving the high-pressure pump. If for any reason the pressure behind the high-pressure pump exceeds the maximum permissible value, then the spool 15 will move to the left so that the channel 21 through the cavity 20 is connected to the channel 34 and merges excess fuel into the tank 19.

Из вышеуказанного следует, что включение в магистраль от подкачивающего насоса к насосу высокого давления регулируемого дросселя в виде втулки и подпружиненного золотника, пружинная полость которого соединена с топливным баком, а полость противоположного торца соединена с напорной магистралью насоса высокого давления, обеспечивает на всех режимах работы двигателя автоматическое регулирование производительности насоса в соответствии с потребностью двигателя. Причем на золотнике указанного дросселя имеются профилированные пазы, образующие с кромкой кольцевой канавки во втулке дросселирующее сечение, вход которого связан с выходом подкачивающего насоса, а выход соединен со входом в насос высокого давления. Кроме того, наличие перед форсунками и гидроаккумулятором дроссельного клапана постоянного давления обеспечивает на всех режимах работы двигателя возможность однозначной зависимости между расходом топлива и величиной электрического сигнала на электроуправляемые форсунки. From the above it follows that the inclusion in the line from the booster pump to the high pressure pump of an adjustable throttle in the form of a sleeve and a spring-loaded spool, the spring cavity of which is connected to the fuel tank, and the cavity of the opposite end is connected to the pressure pipe of the high pressure pump, provides for all engine operation modes automatic regulation of pump performance in accordance with the needs of the engine. Moreover, on the spool of the specified throttle there are profiled grooves forming a throttling section with the edge of the annular groove in the sleeve, the input of which is connected to the output of the booster pump, and the output is connected to the entrance to the high pressure pump. In addition, the presence of a constant pressure throttle valve in front of the nozzles and the hydraulic accumulator provides, in all engine operating modes, the possibility of an unambiguous relationship between fuel consumption and the magnitude of the electric signal to electrically controlled nozzles.

Наиболее целесообразно с точки зрения конструктивной реализации использование данного технического решения для поршневых двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине, а также для газотурбинных двигателей, т.е. для двигателей с невысоким уровнем рабочего давления топлива перед форсунками по сравнению, например, с дизельным двигателем. From the point of view of constructive implementation, the use of this technical solution for piston internal combustion engines running on gasoline, as well as for gas turbine engines, i.e. for engines with a low level of fuel operating pressure in front of the nozzles compared, for example, with a diesel engine.

Claims

1. The fuel supply system of an internal combustion engine with electrically controlled nozzles, comprising a fuel tank, a booster pump, a high pressure pump with an adjustable throttle inlet and a hydraulic accumulator, characterized in that a constant pressure throttle valve is integrated in the fuel line from the high pressure pump to the nozzles and the hydraulic accumulator, and an adjustable throttle at the inlet to the high pressure pump is made in the form of a sleeve and a spring-loaded spool, the spring cavity of the end of which is connected to the fuel tank ohm, and the cavity opposite end connected to the pressure line of high-pressure pump on the spool are profiled grooves forming with the lip an annular groove in the sleeve throttling cross section, whose input is connected with the pressure line booster pump, and an output coupled to the input of the high pressure pump.

2. The system according to claim 1, characterized in that the cavity of the spool of the adjustable throttle, opposite the spring cavity, is connected to the fuel tank by an additional channel.