RU2270356C1 - Method to create high pressure of fuel injected into combustion chambers of diesel engines and fuel system to implement the method - Google Patents
Method to create high pressure of fuel injected into combustion chambers of diesel engines and fuel system to implement the method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2270356C1 RU2270356C1 RU2004117208/06A RU2004117208A RU2270356C1 RU 2270356 C1 RU2270356 C1 RU 2270356C1 RU 2004117208/06 A RU2004117208/06 A RU 2004117208/06A RU 2004117208 A RU2004117208 A RU 2004117208A RU 2270356 C1 RU2270356 C1 RU 2270356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- pressure
- voltage
- working chamber
- pump
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидравлике и электротехнике и может быть использовано при конструировании и изготовлении систем топливоподачи с электронным управлением для дизелей, устанавливаемых на легковые и грузовые автомобили, автобусы, тракторы, сельскохозяйственные и дорожно-строительные машины, стационарные насосы, компрессорные и электрогенераторные установки.The invention relates to hydraulics and electrical engineering and can be used in the design and manufacture of electronically controlled fuel supply systems for diesel engines installed on cars and trucks, buses, tractors, agricultural and road-building machines, stationary pumps, compressor and power generating sets.
Известны способы, а также системы и устройства для создания высокого давления топлива, нагнетаемого в топливный аккумулятор или непосредственно в электрогидравлические форсунки путем его механического сжатия.Known methods, as well as systems and devices for creating high pressure fuel, injected into the fuel accumulator or directly into the electro-hydraulic nozzles by mechanical compression.
Например, известен топливный насос высокого давления, в котором топливо сжимается механическим способом в прецизионной паре плунжером, управляемым кулачком вала, приводимого шестернями, пластинчато-роликовой цепью или зубчатым ремнем от коленчатого вала дизеля. В конструкции такого насоса кулачок вала воздействует на толкатель и через него на плунжер, который при своем подъеме перекрывает выпускное и впускное окна, вследствие чего объем топлива, нагнетаемый подкачивающим насосом и находящийся во втулке над плунжером, оказывается замкнутым и давление в нем повышается до тех пор, пока оно не превысит предварительную затяжку пружины напорного гидроклапана, после чего топливо поступает через штуцер и трубопровод высокого давления в форсунку дизеля, причем количество вытесняемого плунжером топлива регулируется путем изменения положения его винтовой канавки относительно выпускного окна при повороте плунжера вокруг своей оси с помощью закрепленного на нем зубчатого сектора /1/.For example, a high pressure fuel pump is known in which fuel is mechanically compressed in a precision pair by a plunger controlled by a cam of a shaft driven by gears, a plate-roller chain or a toothed belt from a diesel crankshaft. In the design of such a pump, the shaft cam acts on the pusher and through it on the plunger, which, when it rises, closes the outlet and inlet windows, as a result of which the volume of fuel pumped by the booster pump and located in the sleeve above the plunger is closed and the pressure in it increases until until it exceeds the preliminary tightening of the spring of the pressure hydraulic valve, after which the fuel enters through the nozzle and high pressure pipe into the diesel nozzle, and the amount of fuel displaced by the plunger and is adjusted by changing the position of its helical groove relative to the outlet port by rotating the plunger around its axis via a gear fixed on it sector / 1 /.
Недостатками этого способа и устройств являются снижение мощности двигателя за счет ее существенных затрат на привод такого насоса и сжатия топлива его плунжерами во втулках для создания высокого давления, необходимость изготовления деталей этого привода, увеличение за их счет массы дизеля, усложнение конструкции и увеличение трудозатрат на его изготовление, обслуживание и ремонт, высокая стоимость прецизионных плунжерных пар, высокая шумность работы топливоподающей аппаратуры, сопоставимая с шумностью работы самого дизеля.The disadvantages of this method and devices are the reduction in engine power due to its significant costs for driving such a pump and compressing the fuel with its plungers in the bushings to create high pressure, the need to manufacture parts of this drive, increasing the mass of the diesel engine due to them, complicating the design and increasing labor costs for it manufacturing, maintenance and repair, the high cost of precision plunger couples, the high noise level of fuel supply equipment, comparable to the noise level of the diesel engine itself.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и способу создания высокого давления является электроимпульсный насос, содержащий рабочую камеру, в которой размещены два электрода, подключенные к источнику питания, а на внутренней поверхности выполнены цилиндрические проточки, сделанные в виде тангенциальных каналов с подводами рабочей жидкости, и сопло, на выходе из которого установлен датчик давления. В таком насосе создается давление путем электрического разряда между электродами с образованием небольшой паровой зоны. Паровая зона расширяется и создает подачу жидкости из рабочей камеры насоса через сопло /2/.Closest to the invention in technical essence and method of creating high pressure is an electric pulse pump containing a working chamber in which two electrodes are placed connected to a power source, and on the inner surface there are cylindrical grooves made in the form of tangential channels with the supply of working fluid, and nozzle at the outlet of which a pressure sensor is installed. In such a pump, pressure is created by electric discharge between the electrodes to form a small vapor zone. The vapor zone expands and creates a fluid supply from the working chamber of the pump through the nozzle / 2 /.
К недостаткам такого насоса относится следующее:The disadvantages of such a pump include the following:
- подвод рабочей жидкости через тангенциальные каналы приводит к закрутке жидкости, турбуленизации потока, повышению гидравлических потерь и снижению создаваемого давления паровой зоны;- the supply of the working fluid through the tangential channels leads to swirling of the fluid, turbulence of the flow, increased hydraulic losses and reduced generated pressure of the vapor zone;
- нет регулятора давления, который обеспечивает в рабочей камере оптимальное давление для любых эксплуатационных режимов работы насоса;- there is no pressure regulator that provides the optimal pressure in the working chamber for any operating conditions of the pump;
- электроды в рабочей камере насоса подключены к низковольтному источнику питания, что не позволяет создать высоковольтный разряд, формирующий ударную волну давления;- the electrodes in the working chamber of the pump are connected to a low-voltage power source, which does not allow creating a high-voltage discharge, forming a pressure shock wave;
- на выходе из рабочей камеры насоса нет напорного гидроклапана, поэтому после понижения в ней давления рабочая жидкость из гидродвигателя вновь будет в нее возвращаться и подача насоса будет отсутствовать.- at the exit from the working chamber of the pump there is no pressure hydraulic valve, therefore, after lowering the pressure in it, the working fluid from the hydraulic motor will again return to it and the pump flow will be absent.
Задача изобретения заключается в создании двигателя внутреннего сгорания (дизеля) с электронной системой управления топливоподачи, обладающего более высокой топливной экономичностью, уменьшенным содержанием в его отработавших газах токсичных веществ и твердых частиц, меньшей шумностью его работы, сниженной затратой части мощности двигателя на привод агрегатов системы топливоподачи, т.е. с более высокими топливоэкономическими, энергетическими и экологическими показателями, а также стоимости его в производстве и эксплуатации.The objective of the invention is to create an internal combustion engine (diesel) with an electronic fuel management system having higher fuel efficiency, reduced content of toxic substances and solid particles in its exhaust gases, lower noise level, reduced consumption of part of the engine power to drive units of the fuel supply system , i.e. with higher fuel, economic, energy and environmental indicators, as well as its cost in production and operation.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ создания высокого давления топлива, впрыскиваемого в камеры сгорания дизелей с использованием электронной системы топливоподачи.The problem is solved by the fact that the proposed method of creating high pressure fuel injected into the combustion chambers of diesel engines using an electronic fuel supply system.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе создания высокого давления топлива, впрыскиваемого в камеры сгорания дизелей, топливо подают из топливного бака подкачивающим насосом, снабженным переливным гидроклапаном, под низким давлением через фильтр и всасывающий гидроклапан в рабочую камеру электрогидродинамического насоса (ЭГДН), в которой размещены электроды, подключенные к источнику питания, в качестве источника питания используют источник высокого напряжения с электронным управлением.The essence of the invention lies in the fact that in the method of creating a high pressure of fuel injected into the combustion chambers of diesel engines, fuel is supplied from the fuel tank by a booster pump equipped with an overflow valve, at low pressure through a filter and a suction valve to the working chamber of an electrohydrodynamic pump (EHD), which contains electrodes connected to a power source, an electronically controlled high voltage source is used as a power source.
Отличие предложенного способа от известного состоит в том, что в рабочей камере ЭГДН создают высоковольтный разряд путем пропускания через топливо высоковольтных импульсов между находящимися в нем электродами, причем высоковольтные импульсы подают на высоковольтный электрод от источника высокого напряжения с электронным управлением, а другой электрод заземляют, высоковольтным разрядом образуют объем паротопливной фазы с высокой температурой, в результате чего формируется ударная волна высокого давления, вытесняющая топливо из рабочей камеры ЭГДН, которое через напорный гидроклапан подают либо непосредственно к каждой электрогидравлической форсунке, либо предварительно через топливный аккумулятор, после релаксации паротопливной фазы и снижения давления в рабочей камере ЭГДН ее заполняют топливом через всасывающий гидроклапан под давлением, создаваемым подкачивающим насосом, причем регулирование высокого давления топлива на входе в электроуправляемые форсунки дизеля осуществляют путем изменения частоты и амплитуды высоковольтных импульсов, которые поступают на высоковольтный электрод, а также с помощью регуляторов давления, установленных на ЭГДН.The difference between the proposed method and the known one is that a high-voltage discharge is created in the EGED working chamber by passing high-voltage pulses through the fuel between the electrodes located in it, and high-voltage pulses are supplied to the high-voltage electrode from an electronically controlled high-voltage source, and the other electrode is grounded by a high-voltage discharge form the volume of the vapor-fuel phase with high temperature, as a result of which a high-pressure shock wave is formed, displacing fuel from the slave whose EGDN chamber, which is supplied either directly to each electro-hydraulic nozzle through a pressure hydraulic valve or preliminarily through a fuel accumulator, after the vapor-fuel phase relaxes and the pressure in the EHD chamber is relaxed, it is filled with fuel through a suction hydraulic valve under the pressure created by the booster pump, and high-pressure regulation fuel at the entrance to the electrically controlled diesel nozzles is carried out by changing the frequency and amplitude of high-voltage pulses, which They are connected to a high-voltage electrode, as well as using pressure regulators installed on the EGD.
Отличием является также то, что давление в топливном аккумуляторе регулируют переливным гидроклапаном с электрическим управлением по сигналам установленного в топливном аккумуляторе датчика давления.The difference is also that the pressure in the fuel accumulator is regulated by an electrically controlled overflow valve according to the signals of the pressure sensor installed in the fuel accumulator.
Система топливоподачи с электронным управлением для осуществления способа состоит из топливного бака, подкачивающего насоса с переливным гидроклапаном и топливного фильтра, связанных через всасывающий гидроклапан с входом ЭГДН, в рабочей камере которого размещены электроды, подключенные к источнику питания, выход ЭГДН связан через напорный гидроклапан и трубопроводы высокого давления с входом либо непосредственно к каждой форсунке, либо предварительно через топливный аккумулятор.An electronically controlled fuel supply system for the implementation of the method consists of a fuel tank, a booster pump with an overflow valve and a fuel filter connected through a suction valve to an EGDN input, in the working chamber of which are placed electrodes connected to a power source, the EGD output is connected through a pressure hydraulic valve and pipelines high pressure with an entrance either directly to each nozzle, or preliminary through the fuel accumulator.
Отличием заявленной системы для создания высокого давления топлива от известных состоит в том, что электроды рабочей камеры ЭГДН системы установлены с искровым зазором между их торцами, причем один из них заземлен, а другой - высоковольтный - подключен к источнику высокого напряжения с электронным управлением для создания в рабочей камере ЭГДН высоковольтного разряда и ударной волны высокого давления, состоящему из генератора высоковольтных импульсов, питаемого от стартерной батареи транспортного средства и вырабатывающего высоковольтные импульсы, управляемые блоком высокого напряжения и передаваемого на высоковольтный электрод ЭГДН через транзисторный коммутатор, при этом вся система контролируется блоком управления сигналов.The difference between the claimed system for creating high fuel pressure from the known ones is that the electrodes of the working chamber of the EHD system are installed with a spark gap between their ends, one of them being grounded and the other high-voltage, connected to an electronically controlled high voltage source to create working chamber EGDN high-voltage discharge and high-pressure shock wave, consisting of a high-voltage pulse generator, powered by the starter battery of the vehicle and generating a high-voltage tnye impulses controllable high-voltage unit and transmitted to the high voltage electrode through the transistor switch EGDN, the entire system is controlled by the signal control unit.
Кроме того, блок управления сигналов вырабатывает также низковольтные импульсы для регуляторов давления ЭГДН, переливного гидроклапана с электрическим управлением топливного аккумулятора и электрогидравлических форсунок по сигналам соответствующих датчиков.In addition, the signal control unit also generates low-voltage pulses for pressure regulators EGDN, overflow hydraulic valve with electric control of the fuel accumulator and electro-hydraulic nozzles according to the signals of the respective sensors.
Под действием ударных волн происходит открытие напорного гидроклапана, а его закрытие - при релаксации паротопливной фазы и резком снижении давления топлива в рабочей камере ЭГДН, после которого она заполняется топливом через всасывающий гидроклапан под действием давления, создаваемого подкачивающим насосом, причем в случае подачи ЭГДН высокого давления топлива непосредственно к каждой электрогидравлической форсунке объем его рабочей камеры соединяем с регулятором давления, поддерживающим в этой камере оптимальное для каждого режима работы двигателя давление, которое при его повышении сливает избыточное топливо по сигналам блока управления обратно в топливный бак.Under the influence of shock waves, the pressure hydraulic valve opens and closes when the vapor-fuel phase relaxes and the fuel pressure in the EGDN working chamber drops sharply, after which it is filled with fuel through the suction hydraulic valve under the pressure created by the booster pump, and in the case of high pressure EGD of fuel directly to each electro-hydraulic nozzle, the volume of its working chamber is connected to a pressure regulator supporting in this chamber the optimum for each mode and working pressure of the engine, which merges at its increasing excess fuel from the signals of the control unit back to the fuel tank.
При этом надо заметить следующее, что при подаче на высоковольтный электрод электрического импульса одновременно выделившаяся энергия обеспечивает частичное разложение топлива на фракции и почти полную диссоциацию молекул водорода и кислорода на атомы, в результате чего нагретая и подготовленная к сгоранию паротопливная смесь впрыскивается через форсунку под большим давлением в цилиндр дизеля (ДВС), что обеспечивает лучшее перемешивание паротопливной смеси с воздухом и его сгорание, обеспечивая повышение мощности и КПД дизеля, а также уменьшение экологически вредных веществ в отработавших газах. Количество подаваемого из ЭГДН топлива не должно превышать величину его сгорания.In this case, it should be noted that when an electric pulse is applied to a high-voltage electrode, the simultaneously released energy provides partial decomposition of the fuel into fractions and almost complete dissociation of hydrogen and oxygen molecules into atoms, as a result of which the heated fuel mixture prepared for combustion is injected through the nozzle under high pressure into the diesel cylinder (ICE), which provides the best mixing of the steam-fuel mixture with air and its combustion, providing an increase in the power and efficiency of the diesel engine, and e reduction of environmentally harmful substances in the exhaust gases. The amount of fuel supplied from EGDN should not exceed the amount of its combustion.
Технический результат, который получается от использования изобретения, заключается в повышении топливно-экономических, энергетических и экологических показателей дизеля, его ремонтопригодности, уменьшение трудовых и материальных затрат на его обслуживание в эксплуатации.The technical result that is obtained from the use of the invention is to increase the fuel-economic, energy and environmental performance of a diesel engine, its maintainability, reduce labor and material costs for its maintenance in operation.
Более высокая топливная экономичность дизеля достигается за счет того, что предлагаемый настоящим изобретением способ создания высокого (достигающего 400...500 МПа) давления топлива, нагнетаемого либо непосредственно в электрогидравлические форсунки, либо предварительно в топливный аккумулятор с помощью предлагаемого электрогидродинамического насоса (ЭГДН), позволяет создавать более высокое давление топлива по сравнению с таковым при его механическом сжатии насосом плунжерного типа, вследствие чего улучшается мелкодисперсность его распыливания форсунками и, следовательно, более полное его сгорание, что приводит к снижению расхода топлива дизелем при той же развиваемой им мощности.Higher fuel efficiency of a diesel engine is achieved due to the fact that the method of the present invention to create a high (reaching 400 ... 500 MPa) fuel pressure is either injected directly into electro-hydraulic nozzles or previously into a fuel accumulator using the proposed electro-hydrodynamic pump (EHD), allows you to create a higher fuel pressure compared to that during mechanical compression by a plunger type pump, resulting in improved fineness dusting with nozzles and, therefore, its more complete combustion, which leads to a decrease in diesel fuel consumption at the same power developed by it.
Энергетические показатели дизеля - развиваемые им мощность и крутящий момент - повышаются при использовании предлагаемого изобретением способа создания более высокого давления топлива, при котором вместо механической энергии, затрачиваемой в насосах плунжерного типа для сжатия топлива, с этой целью используется топливная энергия, выделяющаяся в искровом зазоре между погруженными в топливо электродами, находящимися в рабочей камере предлагаемого электрогидродинамического насоса, при пропускании через этот зазор высоковольтного напряжения и формирования в топливе под ее воздействием гидравлического удара.The energy performance of a diesel engine — the power and torque developed by it — is increased by using the method of creating a higher fuel pressure proposed by the invention, in which instead of the mechanical energy spent in the plunger type pumps to compress the fuel, the fuel energy released in the spark gap between the electrodes immersed in the fuel located in the working chamber of the proposed electrohydrodynamic pump, while passing through this gap high-voltage yazheniya and the formation of the fuel under its influence the water hammer.
Экологические показатели дизеля повышаются также за счет более полного сгорания впрыскиваемого в его камеры сгорания электрогидравлическими форсунками топлива, нагнетаемого предлагаемым электрогидродинамическим насосом под более высоким давлением, чем создаваемым насосами плунжерного типа, вследствие чего уменьшается содержание в отработавших газах дизеля вредных компонентов, в первую очередь - окиси углерода СО и твердых частиц, а также по той же причине вследствие снижения создаваемого им шума, порождаемого в существующих системах топливоподачи насосом плунжерного типа и его механическим приводом от коленчатого вала дизеля, поскольку в предлагаемом изобретением в электрогидродинамическом насосе отсутствуют движущиеся детали и он не требует их привода.The environmental performance of a diesel engine is also increased due to more complete combustion of the fuel injected into its combustion chamber by electro-hydraulic nozzles, pumped by the proposed electro-hydrodynamic pump at a higher pressure than that created by the plunger type pumps, thereby reducing the content of harmful components in the exhaust gas of the diesel engine, primarily oxide carbon monoxide and particulate matter, as well as for the same reason, due to the reduction of noise generated by it in existing systems ah fuel supply by the plunger type pump and its mechanical drive from the diesel crankshaft, since in the proposed invention there are no moving parts in the electrohydrodynamic pump and it does not require their drive.
Ремонтопригодность дизеля, в котором используются предлагаемые изобретением способ и система топливоподачи, повышается вследствие того, что вместо замены изношенных под действием трения подвижных деталей (плунжерных пар, толкателей, кулачкового вала и его подшипников) и деталей механического привода (шестерен, пластинчато-роликовой цепи или зубчатого ремня) существующего топливного насоса высокого давления плунжерного типа от коленчатого вала дизеля или замены его целиком, замена предлагаемого электрогидродинамического насоса высокого давления требует меньших трудозатрат вследствие отсутствия его механического привода, а из числа его собственных деталей при ремонте требуется замена только находящихся в топливе его рабочей камеры высоковольтного и заземленного электродов, торцы которых, формирующие искровой промежуток для электрического разряда между ними, подвергаются эрозионному износу и в процессе эксплуатации дизеля увеличение этого промежутка может компенсироваться путем ввертывания заземленного электрода в корпусе насоса, что повышает межремонтный срок службы последнего, а трудозатраты на эту операцию являются незначительными по сравнению с таковыми при регулировках и ремонте насосов плунжерного типа.The maintainability of a diesel engine, which uses the method and system of fuel supply proposed by the invention, is increased due to the fact that instead of replacing worn under friction moving parts (plunger pairs, pushers, cam shaft and its bearings) and mechanical drive parts (gears, plate-roller chain or toothed belt) of the existing plunger type high pressure fuel pump from the diesel crankshaft or replacing it entirely, replacing the proposed electrohydrodynamic pump with a high pressure requires less labor due to the lack of mechanical drive, and from the number of its own parts during repair only the high-voltage and grounded electrodes located in the fuel of its working chamber need to be replaced, the ends of which, forming the spark gap for an electric discharge between them, are subject to erosion wear and during the operation of the diesel engine, an increase in this gap can be compensated by screwing the grounded electrode into the pump housing, which increases the overhaul time ok the last service, and labor costs for this operation are negligible compared to those of control and repair of pumps plunger type.
В результате проведенного патентного поиска заявителями не обнаружены технические решения, содержащие существенные отличительные признаки заявленного технического решения, которые использовались бы для реализации поставленной заявителями задачи с получением такого же результата, вследствие чего заявленное техническое решение соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».As a result of a patent search, the applicants did not find technical solutions containing significant distinguishing features of the claimed technical solution that would be used to implement the task set by the applicants to obtain the same result, as a result of which the claimed technical solution meets the criteria of the invention “inventive step”.
Изобретение является промышленно применимым, т.к. не содержит существенных признаков, техническая реализация которых невозможна.The invention is industrially applicable, because does not contain essential features, the technical implementation of which is impossible.
На фиг.1 представлена функциональная схема системы, включающая элементы подачи топлива под высоким давлением с помощью ЭГДН и впрыскивания его через электрогидравлические форсунки, а также элементы электрического управления углом опережения впрыскивания в камеры сгорания дизеля топлива и величиной его цикловой дозы.Figure 1 presents a functional diagram of the system, including elements for supplying fuel under high pressure using EGDN and injecting it through electro-hydraulic nozzles, as well as elements for electric control of the angle of advance of injection into the combustion chambers of the diesel fuel and its cyclic dose.
На фиг.2 представлена функциональная схема подачи топлива из ЭГДН в топливный аккумулятор, а из него - к электрогидравлическим форсункам.Figure 2 presents a functional diagram of the fuel supply from the EGD to the fuel accumulator, and from it to the electro-hydraulic nozzles.
На фиг.3 -графики изменения давления р топлива в рабочей камере ЭГДН и цикловой дозы Q, подаваемой в функции величины искрового зазора l между торцами находящихся в нем высоковольтного и заземленного электродов.Figure 3-graphs of the pressure p of the fuel in the working chamber of the EHD and the cyclic dose Q given as a function of the value of the spark gap l between the ends of the high-voltage and grounded electrodes located in it.
Заявленная система содержит гидравлическую и электрическую части, первая из которых выполняет функцию источника ударной волны давления топлива, а вторая - формирование для этой цели высоковольтных импульсов необходимой амплитуды и частоты, являющихся оптимальными для различных скоростных и нагрузочных режимов работы дизеля, его теплового состояния и условий эксплуатации транспортного средства.The claimed system contains hydraulic and electrical parts, the first of which serves as the source of the shock wave of the fuel pressure, and the second is the formation for this purpose of high-voltage pulses of the required amplitude and frequency, which are optimal for various speed and load modes of the diesel engine, its thermal state and operating conditions vehicle.
Система топливоподачи с электронным управлением (гидравлическая часть) состоит из топливного бака 1, подкачивающего насоса 2 (поршневого, шестеренного, шиберного), работающего от одного из валов дизеля и снабженного переливным гидроклапаном 3, подает топливо под низким давлением через фильтр очистки топлива 4 и всасывающий гидроклапан 5 в рабочую камеру электрогидродинамического насоса (ЭГДН) 6, в который установлены высоковольтный электрод 7 и заземленный электрод 8, напорного гидроклапана 9, регулятора давления 10, установленного на ЭГДН 6 и обеспечивающего в ней давление, электрогидравлических форсунок 11, трубопроводов низкого давления 12, топливного аккумулятора 18, снабженного датчиком давления 19 и переливного гидроклапана с электрическим управлением 20, трубопроводов высокого давления 21.The electronically controlled fuel supply system (hydraulic part) consists of a fuel tank 1, a booster pump 2 (piston, gear, vane), which is operated from one of the diesel shafts and equipped with an overflow
Электрическая часть системы топливоподачи состоит из стартерной аккумуляторной батареи 13, которая подает питание под низким напряжением на генератор высоковольтных импульсов 15, который по сигналам блока управления 14, в постоянную и оперативную памяти которого заложены программы оптимальных моментов начала подъема и продолжительностей поднятого состояния игл электрогидравлических форсунок 11, изменяющихся по сигналам установленных на двигателе датчиков (не показаны), реагирующих на изменение скоростного и нагрузочного режимов его работы, теплового состояния, положения педали акселератора шасси, температуры и давления атмосферного и наддувочного воздуха и т.п., а сигналы с генератора высоковольтных импульсов 15 поступают в блок высокого напряжения 16 и затем в транзисторный коммутатор 17, обеспечивающий последовательность подачи напряжения на высоковольтный электрод 7.The electrical part of the fuel supply system consists of a
При высоковольтном разряде между высоковольтным 7 и заземленным 8 электродами в топливе, находящемся внутри рабочей камеры электрогидродинамического насоса (ЭГДН) 6, выделяющееся тепло вызывает испарение топлива, возникновение объема паротопливной фазы и, следовательно, волну высокого давления, распространяющуюся со звуковой скоростью через напорный гидроклапан 9 и поступающую через трубопровод высокого давления 21 либо непосредственно на вход соответствующей электрогидравлической форсунки 11, либо предварительно в топливный аккумулятор 18, а из него по аналогичным трубопроводам 21 через напорный гидроклапан 9 на вход каждой электрогидравлической форсунки 11. Каждая рабочая камера электрогидродинамического насоса 6 снабжена регулятором давления 10, реагирующим на сигналы блока управления 14 и обеспечивающим в рабочей камере электрогидродинамического насоса 6 и, следовательно, в топливном аккумуляторе 18 оптимального давления.In a high-voltage discharge between the high-
Система топливоподачи с электронным управлением и реализуемый при этом способ создания высокого давления топлива работает следующим образом.The fuel supply system with electronic control and the method of creating high fuel pressure implemented in this way works as follows.
Из топливного бака 1 топливо подкачивающим насосом 2, снабженным переливным гидроклапаном 3, поступает через фильтр очистки топлива 4 и всасывающие гидроклапаны 5 в рабочие камеры каждого ЭГДН 6, когда в них в результате релаксации паротопливной фазы происходит резкое снижение давления. В рабочей камере каждого ЭГДН 6 установлены высоковольтный электрод 7 и заземленный электрод 8 с искровым зазором между торцами. При подаче на высоковольтный электрод 7 высоковольтного импульса через указанный промежуток проскакивает искра, формирующая высоковольтный разряд. Под действием выделяемой им теплоты в искровом зазоре происходит испарение топлива и образование объема паротопливной фазы, вызывающей формирование ударной волны давления. В случае превышения ее величины, оптимальной для данного режима работы двигателя, регулятор давления 10 ЭГДН 6 по сигналам блока управления 14 сливает часть топлива из рабочей камеры ЭГДН 6 обратно в топливный бак 1, доводя давление в ней до оптимального. Под действием возникшей в рабочей камере каждого ЭГДН 6 ударной волны давления топливо из нее через напорный гидроклапан 9 поступает по трубопроводу высокого давления 21 в каждую электрогидравлическую форсунку 11. Часть поступившего в электрогидравлическую форсунку 11 топлива расходуется на управление ее работой и по трубопроводу низкого давления 12 сливается в топливный бак 1. При такой схеме гидравлической части предлагаемой системы подачи топлива недостаток, свойственный системам подачи топлива с отдельным общим насосом высокого давления, соединенным трубопроводами высокого давления 21 с электрогидравлическими форсунками 11, и заключающийся в трудности обеспечения герметичности соединений указанных трубопроводов с насосом высокого давления и форсунками, может быть устранен путем исполнения каждой электрогидравлической форсунки 11 в виде единого агрегата с каждым обладающим малыми размерами рабочей камеры ЭГДН 6 и его напорным гидроклапаном 9, вследствие чего отпадает необходимость в соединительных трубопроводах высокого давления 21 и каждая электрогидравлическая форсунка 11 превращается в электрогидравлическую насос-форсунку.From the fuel tank 1, the fuel with a
Схема гидравлической части системы для подачи топлива к электрогидравлическим форсункам 11 через топливный аккумулятор 18 представлена на фиг.2 и содержит рабочую камеры единственного ЭГДН 6, напорный гидроклапан 9, топливный аккумулятор 18, снабженный датчиком давления топлива 19 и переливным гидроклапаном с электрическим управлением 20, реагирующим на сигналы блока управления 14 и обеспечивающим оптимальное давление в топливном аккумуляторе 18 в зависимости от режимов работы двигателя, его теплового состояния и условий эксплуатации транспортного средства путем слива части топлива обратно в топливный бак 1, а из топливного аккумулятора 18 топливо под оптимальным давлением через напорный гидроклапан 9 поступает к электрогидравлическим форсункам 11.The diagram of the hydraulic part of the system for supplying fuel to the electro-
Схема электрической части системы, являющейся одинаковой для обоих вариантов ее гидравлических частей, представленных на фиг.1 и 2, содержит источник низкого напряжения, например стартерную аккумуляторную батарею 13 транспортного средства, питающую блок управления 14 и генератор импульсов 15, от которого эти импульсы поступают на блок высокого напряжения 16 и через транзисторный коммутатор 17 на высоковольтный электрод 7, причем блок управления 14 направляет также командные импульсы регулятора давления 10 ЭГДН 6, переливному клапану с электрическим управлением 20 топливного аккумулятора 18 и электрогидравлическим форсункам 11 по сигналам датчиков, учитывающих условия эксплуатации транспортного средства и обеспечивающих оптимальные значения угла опережения начала впрыскивания топлива в камеры сгорания дизеля и величины его цикловой дозы.The circuit of the electrical part of the system, which is the same for both versions of its hydraulic parts, shown in Figs. 1 and 2, contains a low voltage source, for example, a
В предложенном устройстве используется явление образования ударной волны давления в жидкости при пропускании через нее высоковольтного разряда между электродами. Расчет основных параметров такого устройства основывается на следующих уравнениях /3/.The proposed device uses the phenomenon of formation of a shock wave of pressure in a liquid when a high voltage discharge between electrodes is passed through it. The calculation of the main parameters of such a device is based on the following equations / 3 /.
Вольт-секундная характеристика искрового промежутка с однородным полем с учетом перегрева жидкостиVolt-second characteristic of the spark gap with a uniform field, taking into account the overheating of the liquid
Наибольшее расстояние между торцами электродов, при котором возможен тепловой пробой, мThe greatest distance between the ends of the electrodes at which thermal breakdown is possible, m
Давление в канале разрядаDischarge channel pressure
Pк=4,5·10-20(dN/dt)2/3/4,3·10-19+3,9·10-21(dN/dt)1/6 P k = 4.5 · 10 -20 (dN / dt) 2/3 / 4.3 · 10 -19 + 3.9 · 10 -21 (dN / dt) 1/6
Скорость расширения канала разряда, м/сThe expansion rate of the discharge channel, m / s
dr/dt=7,9·10-2(dN/dt)1/4 dr / dt = 7.9 · 10 -2 (dN / dt) 1/4
Энергия, выделившаяся в течение первого полупериода колебаний разрядного тока, отнесенная к единице длины межэлектродного промежутка, Дж/мThe energy released during the first half-cycle of oscillations of the discharge current, referred to a unit of the length of the interelectrode gap, J / m
В уравнениях принято:In the equations it is accepted:
Unp - вольт-секундная характеристика зазоров с однородным полем;U np - volt-second characteristic of gaps with a uniform field;
l - расстояние между электродами;l is the distance between the electrodes;
G0 - удельная проводимость дизельного топлива при 0°С;G 0 - specific conductivity of diesel fuel at 0 ° C;
tпр - продолжительность пробоя;t ol - the duration of the breakdown;
τ=3·10-5 c - постоянная времени;τ = 3 · 10 -5 s is the time constant;
с, ρ - удельная теплоемкость и плотность дизельного топлива;s, ρ - specific heat and density of diesel fuel;
s - площадь оголенной поверхности электрода, контактирующая с топливом;s is the area of the exposed surface of the electrode in contact with the fuel;
Т1; Т2 - начальная температура и температура парообразования топлива;T 1 ; T 2 - the initial temperature and the temperature of vaporization of the fuel;
С - емкость конденсатора блока высокого напряжения;C is the capacitance of the capacitor of the high voltage unit;
Екр - критическая напряженность электрического поля между электродами разрядника;E cr - the critical electric field between the electrodes of the arrester;
Pк - давление в канале разряда;P to - pressure in the discharge channel;
dN/dt - крутизна импульса мощности, отнесенная к единице длины искрового промежутка между электродами, Вт/с·мdN / dt is the slope of the power pulse, referred to the unit length of the spark gap between the electrodes, W / s · m
r - радиус канала разряда;r is the radius of the discharge channel;
dr/dt - скорость расширения канала разряда;dr / dt — expansion rate of the discharge channel;
L - индуктивность цепи разряда;L is the inductance of the discharge circuit;
R - абсолютное сопротивление канала разряда.R is the absolute resistance of the discharge channel.
При испытаниях макетного образца ЭГДН высоковольтные импульсы фиксированной мощности от электрической части системы подавались на электрод 7, а величины ударных волн давлений топлива в рабочей камере ЭГДН 6 записывались компьютером, оснащенным аналого-цифровым преобразователем и осциллографом с помощью тарировочного графика.When testing a prototype EGDN sample, high-voltage pulses of a fixed power from the electrical part of the system were supplied to
Результаты испытаний предлагаемой системы топливоподачи с макетным образцом ЭГДН представлены на фиг.3 в виде зависимостей требуемых абсолютных величин расхода Q и амплитуд р ударных волн давления нагнетаемого им топлива в зависимости от величины l искрового зазора между торцами его высоковольтного и заземленного электродов.The test results of the proposed fuel supply system with a prototype EHD model are presented in Fig. 3 in the form of dependences of the required absolute values of the flow rate Q and the amplitudes p of the shock waves of the pressure of the fuel injected by it, depending on the value l of the spark gap between the ends of its high-voltage and grounded electrodes.
Таким образом, использование предлагаемых способа создания высокого давления топлива, впрыскиваемого в камеры сгорания дизелей, и системы топливоподачи для его осуществления, обеспечивают выполнение энергетических, экономических и экологических требований, предъявляемых к ним дизелями транспортных средств.Thus, the use of the proposed method of creating high pressure fuel injected into the combustion chambers of diesel engines, and the fuel supply system for its implementation, ensure the fulfillment of the energy, economic and environmental requirements for diesel engines of vehicles.
Источники информацииInformation sources
1. Тракторы. Конструкция: Учебник для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению «Наземные транспортные системы» и специальности «Автомобиле- и тракторостроение» /И.П.Ксеневич, В.М.Шарипов, Л.Х.Арустамов и др.; Под общей редакцией И.П.Ксеневича, В.М.Шарипова. - М.: Машиностроение, 2000. - 821 с.: ил. стр. 124, рис.2.571. Tractors. Design: A textbook for university students enrolled in the direction of "Land transport systems" and the specialty "Automobile and tractor engineering" / I.P. Ksenevich, V.M. Sharipov, L.Kh. Arustamov and others; Under the general editorship of I.P. Ksenevich, V.M. Sharipov. - M.: Mechanical Engineering, 2000. - 821 p.: Ill. p. 124, fig. 2.57
2. Россия, № 2004853, МКИ5 F 04 F 1/16, 1993 г. (прототип).2. Russia, No. 2004853, MKI 5 F 04 F 1/16, 1993 (prototype).
3. Электротехнический справочник, том 3, книга 2, М., Энергоатомиздат, 1988 г., стр. 230-238.3. Electrical Engineering Handbook,
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004117208/06A RU2270356C1 (en) | 2004-06-08 | 2004-06-08 | Method to create high pressure of fuel injected into combustion chambers of diesel engines and fuel system to implement the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004117208/06A RU2270356C1 (en) | 2004-06-08 | 2004-06-08 | Method to create high pressure of fuel injected into combustion chambers of diesel engines and fuel system to implement the method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004117208A RU2004117208A (en) | 2005-12-10 |
| RU2270356C1 true RU2270356C1 (en) | 2006-02-20 |
Family
ID=35868392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004117208/06A RU2270356C1 (en) | 2004-06-08 | 2004-06-08 | Method to create high pressure of fuel injected into combustion chambers of diesel engines and fuel system to implement the method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2270356C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631353C2 (en) * | 2015-03-18 | 2017-09-21 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Vehicle engine control device |
-
2004
- 2004-06-08 RU RU2004117208/06A patent/RU2270356C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631353C2 (en) * | 2015-03-18 | 2017-09-21 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Vehicle engine control device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004117208A (en) | 2005-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0558592B1 (en) | A method and a system for fuel injection | |
| CN101936246B (en) | Fuel pressure amplifier | |
| US6146102A (en) | Fuel injection system | |
| GB2532114B (en) | Fuel injection method and combustion engine with early pre-injection | |
| CN100365263C (en) | Low heat generation fuel injection system | |
| CN105164397B (en) | Method and apparatus to have the variable emulsion fuel operation diesel engine formed | |
| US6935304B1 (en) | Increasing the duration of peak combustion pressure in cylinders of a diesel engine using fuel injection control strategies | |
| RU2446294C2 (en) | Ice fuel system and method of its operation | |
| RU2270356C1 (en) | Method to create high pressure of fuel injected into combustion chambers of diesel engines and fuel system to implement the method | |
| CN101598091B (en) | Stabilized voltage fuel injection system | |
| RU2621445C1 (en) | Device for feeding fuel to internal combustion engine cylinder | |
| Ryblov et al. | Improving of transport diesel engines energy efficiency and environmental safety by fumigation of air charge | |
| US5551233A (en) | Thermal cycle for operation of a combustion engine | |
| Andwari et al. | A Study on Gasoline Direct Injection (GDI) Pump System Performance using Model-Based Simulation | |
| US5426940A (en) | Free piston external combustion engine | |
| RU2015399C1 (en) | System for supplying water-fuel emulsion to cylinder of internal combustion engine | |
| RU2484291C1 (en) | Dual-fuel diesel engine feed system | |
| RU2647259C1 (en) | Dual-fuel feed system of automobile diesel | |
| RU2682933C1 (en) | Auto tractor diesel engine dual fuel supply system | |
| RU2452866C1 (en) | Diesel engine fuel system | |
| DE10151323A1 (en) | Explosion-type steam engine has steam created in working cylinder by water injected into boiling oil | |
| RU2272931C2 (en) | Fuel supply system for internal combustion engine | |
| RU2425248C2 (en) | Pulse diesel fuel feed system | |
| RU2730540C1 (en) | Diesel fuel supply system | |
| RU2057965C1 (en) | Fuel supply system for power plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100609 |