RU2425248C2

RU2425248C2 - Pulse diesel fuel feed system

Info

Publication number: RU2425248C2
Application number: RU2009128699/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Евгеньевич Хрящев (RU); Юрий Евгеньевич Хрящев; Андрей Владимирович Костюк (RU); Андрей Владимирович Костюк
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-07-27
Also published as: RU2009128699A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: pulse diesel fuel feed system includes fuel tank, low pressure fuel pump connected by means of suction line to fuel tank and by means of low pressure line to HP pump sections on each of which electromagnetic bypass valve is installed, electromagnetic atomisers arranged in diesel and connected by means of high pressure line to electromagnetic bypass valves, and by means of drain line to fuel tank. Electronic control unit is electrically connected to rotation frequency sensor and to position sensor of crankshaft, to each of electromagnetic bypass valves and to each electromagnetic atomiser. In addition, pulse diesel fuel feed system is provided with high pressure fuel accumulators arranged in each high pressure fuel line between electromagnetic bypass valves and electromagnetic atomisers equipped with discharge valves, high pressure fuel sensors electrically connected to electronic control unit.

EFFECT: invention allows reducing technical requirements for accuracy of electromagnetic valves included in composition of such atomisers and simplifying their manufacturing procedure, thus reducing prime cost of the whole atomiser.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к системам топливоподачи дизелей.The invention relates to internal combustion engines, in particular to diesel fuel supply systems.

Известны системы управления топливоподачей дизеля, содержащие топливный бак, топливный насос низкого давления, топливный насос высокого давления, соединенный с аккумулятором давления топлива, оснащенным регулятором давления, электромагнитные форсунки, каждая из которых соединена с аккумулятором высокого давления топлива [пат. №4217762 (США), High constant pressure, electronically controlled diesel fuel injection system. / Leonard N. Zort, Burton; Albert Z. Albert, Bellevue; Edward P. Darragh, Kent, all of wash; пат. №5133645 (США), Common rail fuel injection system, Patrick J. Crowley, Richard L. Hilsbos, Harold L. Wieland, Robert D. Straub, Richard F. Teerman, Robert C. Timmer].Known diesel fuel supply control systems comprising a fuel tank, a low pressure fuel pump, a high pressure fuel pump connected to a fuel pressure accumulator equipped with a pressure regulator, electromagnetic nozzles, each of which is connected to a high pressure fuel accumulator [US Pat. No. 4217762 (USA), High constant pressure, electronically controlled diesel fuel injection system. / Leonard N. Zort, Burton; Albert Z. Albert, Bellevue; Edward P. Darragh, Kent, all of wash; US Pat. No. 5133645 (USA), Common rail fuel injection system, Patrick J. Crowley, Richard L. Hilsbos, Harold L. Wieland, Robert D. Straub, Richard F. Teerman, Robert C. Timmer].

Преимуществом данной системы является управление режимом работы дизеля не только путем изменения количества подаваемого топлива, но и моментом впрыскивания и давлением впрыска топлива. Система позволяет управлять протеканием процесса сгорания топлива в цилиндрах дизеля, обеспечивая теоретически необходимую зависимость величины изменения давления топлива от поворота кулачкового вала топливного насоса высокого давления.The advantage of this system is the control of the diesel operation mode not only by changing the amount of fuel supplied, but also by the moment of injection and the fuel injection pressure. The system allows you to control the flow of the combustion process in the diesel cylinders, providing the theoretically necessary dependence of the magnitude of the change in fuel pressure on the rotation of the cam shaft of the high pressure fuel pump.

Управление давлением впрыскивания в аккумуляторных системах типа Common rail позволяет более точно управлять топливоподачей в зависимости от нагрузочно-скоростного режима дизеля, что не только повышает его топливную экономичность, но и приводит к уменьшению окислов азота и твердых частиц в отработавших газах [Системы управления дизельными двигателями. Перевод с немецкого. - М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. - 480 с: ил., с.66], однако в таких системах аккумулятор давления топлива имеет значительную протяженность вдоль дизеля, чтобы обеспечить достаточно короткий трубопровод от аккумулятора до форсунки, и достаточно большой объем, чтобы не допустить значительных колебаний топлива, вызываемых процессом впрыскивания топлива через каждую форсунку.The injection pressure control in common rail-type battery systems allows more precise control of the fuel supply depending on the diesel engine’s high-speed loading mode, which not only increases its fuel economy, but also reduces nitrogen oxides and particulate matter in exhaust gases [Diesel engine management systems. Translation from German. - M .: ZAO “KZhI“ Driving ”, 2004. - 480 s: ill., P.66], however, in such systems, the fuel pressure accumulator has a considerable length along the diesel engine to provide a sufficiently short pipeline from the battery to the nozzle, and a large enough volume to prevent significant fluctuations in fuel caused by the process of injecting fuel through each nozzle.

Недостатком таких систем является необходимость создания и поддержания достаточного высокого уровня давления в общем аккумуляторе топлива, что при необходимости обеспечения достаточной точности регулирования топливоподачи приводит к излишним энергетическим затратам.The disadvantage of such systems is the need to create and maintain a sufficient high level of pressure in the common fuel accumulator, which, if necessary, to ensure sufficient accuracy in regulating the fuel supply leads to unnecessary energy costs.

Наиболее близкой к предлагаемой является система топливоподачи дизелей, содержащая топливный бак, топливный насос низкого давления, соединенный посредством линии всасывания с топливным баком и посредством линии низкого давления с насосными секциями высокого давления, на каждой из которых установлен перепускной электромагнитный клапан, электромагнитные форсунки, размещенные в дизеле и соединенные посредством линии высокого давления с перепускными электромагнитными клапанами, а посредством линии слива - с топливным баком, электронный блок управления, электрически связанный с датчиком частоты вращения и датчиком положения коленчатого вала, с каждым из перепускных электромагнитных клапанов и с каждой электромагнитной форсункой [пат. №2191912 (РФ), Система управления топливоподачей с помощью электромагнитных клапанов. / Ю.Е.Хрящев, В.В.Крутов, А.А.Филиппов, А.Н.Круглов, В.А.Шабров, Д.В.Дьяченко, А.М.Трепов, Г.В.Еремин, Л.В.Матросов].Closest to the proposed one is a diesel fuel supply system comprising a fuel tank, a low pressure fuel pump connected via a suction line to a fuel tank and a low pressure line to high pressure pump sections, each of which has a bypass solenoid valve, electromagnetic nozzles located in diesel engine and connected via a high pressure line with bypass solenoid valves, and through a drain line - with a fuel tank, are electronic th control unit, electrically connected to the speed sensor and the crankshaft position sensor, with each of the bypass solenoid valves and with each electromagnetic nozzle [US Pat. No. 2191912 (RF), fuel supply control system using electromagnetic valves. / Yu.E. Khryashchev, V.V. Krutov, A.A. Filippov, A.N. Kruglov, V.A. Shabrov, D.V. Dyachenko, A.M. Trepov, G.V. Eremin, L .V. Matrosov].

Такие системы позволяют осуществить управление работой дизеля, регулируя подачу топлива в каждый цилиндр индивидуально.Such systems allow you to control the operation of the diesel engine by adjusting the fuel supply to each cylinder individually.

Недостатком такой системы является зависимость давления впрыскиваемого топлива от нагрузочно-скоростного режима работы двигателя, а также отсутствие необходимых устройств, позволяющих повысить точность дозирования топливоподачи.The disadvantage of this system is the dependence of the pressure of the injected fuel on the load-speed mode of the engine, as well as the lack of the necessary devices to improve the accuracy of dosing of the fuel supply.

Кроме того, недостатком вышеперечисленных систем [пат. №4217762 (США), High constant pressure, electronically controlled diesel fuel injection system. / Leonard N. Zort, Burton; Albert Z. Albert, Bellevue; Edward P. Darragh, Kent, all of wash; пат. №5133645 (США), Common rail fuel injection system, Patrick J. Crowley, Richard L. Hilsbos, Harold L. Wieland, Robert D. Straub, Richard F. Teerman, Robert C. Timmer; пат. №2191912 (РФ), Система управления топливоподачей с помощью электромагнитных клапанов. / Ю.Е.Хрящев, В.В.Крутов, А.А.Филиппов, А.Н.Круглов, В.А.Шабров, Д.В.Дьяченко, А.М.Трепов, Г.В.Еремин, Л.В.Матросов] является необходимость очень точного подбора электромагнитных форсунок по их производительности в зависимости от быстродействия и продолжительности открытия их электромагнитных клапанов, что приводит к значительным конструктивно-технологическим издержкам и, как следствие, удорожанию всей системы.In addition, the disadvantage of the above systems [US Pat. No. 4217762 (USA), High constant pressure, electronically controlled diesel fuel injection system. / Leonard N. Zort, Burton; Albert Z. Albert, Bellevue; Edward P. Darragh, Kent, all of wash; US Pat. No. 5133645 (USA), Common rail fuel injection system, Patrick J. Crowley, Richard L. Hilsbos, Harold L. Wieland, Robert D. Straub, Richard F. Teerman, Robert C. Timmer; US Pat. No. 2191912 (RF), fuel supply control system using electromagnetic valves. / Yu.E. Khryashchev, V.V. Krutov, A.A. Filippov, A.N. Kruglov, V.A. Shabrov, D.V. Dyachenko, A.M. Trepov, G.V. Eremin, L .V. Matrosov] is the need for a very accurate selection of electromagnetic nozzles according to their performance, depending on the speed and duration of opening of their electromagnetic valves, which leads to significant structural and technological costs and, as a result, the cost of the entire system.

Точность изготовления или подбора форсунки можно уменьшить, если обеспечить возможность индивидуального управления процессом впрыскивания каждой форсункой.The accuracy of the manufacture or selection of the nozzle can be reduced if it is possible to individually control the injection process of each nozzle.

Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является повышение точности управления процессом впрыскивания топлива в каждый цилиндр, а именно точностью дозирования, фазирования впрыска и управления его давлением, повышение топливной экономичности и уменьшение себестоимости изготовления электромагнитных форсунок.Thus, the objective of the invention is to improve the accuracy of controlling the process of fuel injection into each cylinder, namely, the accuracy of dosing, phasing of the injection and controlling its pressure, increasing fuel economy and reducing the cost of manufacturing electromagnetic injectors.

Задача достигается тем, что предлагается импульсная система топливоподачи дизеля, содержащая топливный бак, топливный насос низкого давления, соединенный посредством линии всасывания с топливным баком и посредством линии низкого давления с насосными секциями высокого давления, на каждой из которых установлен перепускной электромагнитный клапан, электромагнитные форсунки, размещенные в дизеле и соединенные посредством линии высокого давления с перепускными электромагнитными клапанами, а посредством линии слива с топливным баком, электронный блок управления, электрически связанный с датчиком частоты вращения и датчиком положения коленчатого вала, с каждым из перепускных электромагнитных клапанов и с каждой электромагнитной форсункой, которая дополнительно оснащена аккумуляторами высокого давления топлива, размещенными в каждой линии высокого давления топлива между перепускными электромагнитными клапанами и электромагнитными форсунками, оснащенными нагнетательными клапанами, датчиками высокого давления топлива, электрически соединенными с электронным блоком управления, причем объем и форма аккумуляторов высокого давления топлива подобраны таким образом, чтобы стабилизировать колебания давления топлива, возникающие как от впрыска топлива через электромагнитные форсунки, так и от нагнетания его через перепускные электромагнитные клапаны, таким образом, объем аккумулятора совместно с линией высокого давления составляет 506q_{цикл.ном}, и датчиками температуры нагнетаемого воздуха, топлива, окружающей среды, охлаждающей жидкости, давления нагнетаемого воздуха, масла системы смазки дизеля, скорости автомобиля, электрически связанными с электронным блоком управления, что соответствует критерию «существенные отличия».The objective is achieved by the fact that the proposed pulse fuel supply system of the diesel engine comprising a fuel tank, a low pressure fuel pump connected via a suction line to the fuel tank and through a low pressure line with high pressure pump sections, each of which has a bypass solenoid valve, electromagnetic nozzles, placed in a diesel engine and connected by means of a high pressure line with bypass solenoid valves, and by means of a drain line with a fuel tank, an electronic control unit electrically connected to the speed sensor and the crankshaft position sensor, with each of the bypass solenoid valves and with each electromagnetic nozzle, which is additionally equipped with high-pressure fuel accumulators located in each high-pressure fuel line between the bypass electromagnetic valves and the electromagnetic nozzles equipped with discharge valves, high pressure fuel sensors, electrically connected to the electronic unit ohm control, and the volume and shape of the high-pressure fuel accumulators are selected in such a way as to stabilize fluctuations in fuel pressure arising from both fuel injection through electromagnetic nozzles and from pumping it through bypass solenoid valves, thus, the volume of the accumulator together with the high-pressure line _tsikl.nom is 506q, and discharge air temperature sensors, fuel, ambient, coolant, the charge air pressure, diesel oil lubrication system, with Car orosti electrically connected to an electronic control unit that meets the criterion of "substantial differences".

Кроме того, в предлагаемой импульсной системе топливоподачи давление топлива в линии высокого давления не падает до атмосферного между впрысками как у прототипа, что позволяет поднять быстродействие системы и позволяет осуществить предварительный впрыск.In addition, in the proposed pulse fuel supply system, the fuel pressure in the high pressure line does not drop to atmospheric between the injections as in the prototype, which allows to increase the speed of the system and allows for preliminary injection.

Возможность регулирования параметров топливоподачи (дозы, фазы и давления впрыскивания) каждой секцией с учетом производительности каждой форсунки, достигнутая путем оптимизации объема и формы аккумулятора и обратной связи по давлению топлива в нем в каждый данный момент времени, соответствует критерию «научная новизна».The ability to control the fuel supply parameters (dose, phase and injection pressure) by each section, taking into account the performance of each nozzle, achieved by optimizing the volume and shape of the accumulator and feedback on the fuel pressure in it at any given time, meets the criterion of “scientific novelty”.

Управление давлением впрыскивания в каждой линии высокого давления в совокупности с управлением другими параметрами (дозой, фазой, предвпрыском) позволяет адаптировать каждую из них индивидуально, что в свою очередь позволяет снизить технические требования к точности электромагнитных клапанов, входящих в состав таких форсунок, и упростить технологию их изготовления, тем самым снижая себестоимость всей форсунки.The control of the injection pressure in each high-pressure line in combination with the control of other parameters (dose, phase, pre-injection) allows you to adapt each of them individually, which in turn reduces the technical requirements for the accuracy of the electromagnetic valves that make up such nozzles and simplify the technology their manufacture, thereby reducing the cost of the entire nozzle.

На чертеже представлена схема импульсной системы топливоподачи.The drawing shows a diagram of a pulsed fuel supply system.

Импульсная система топливоподачи состоит из следующих элементов (чертеж): топливного бака 1, соединенного с линией всасывания 2, топливным насосом низкого давления 3, соединенного посредством линии низкого давления 4 с топливными секциями высокого давления 5, на каждой из которых установлены перепускные электромагнитные клапаны 6, соединенные с линией слива 7 и с аккумуляторами высокого давления топлива 8, которые соединены с электромагнитными форсунками 9, установленными в дизель 10, а также электронного блока управления 11, электрически соединенного с датчиками: частоты вращения 12; положения коленчатого вала 13; установленными на дизеле 11; датчиком положения управляющей педали 14, установленным в кабине транспортного средства, датчиками высокого давления топлива 15, установленными на каждом аккумуляторе высокого давления топлива 8; датчиками температуры нагнетаемого воздуха 16; топлива 17; окружающей среды 18; охлаждающей жидкости 19; давления нагнетаемого воздуха 20; масла 21; скорости автомобиля 22, а также с исполнительными устройствами: перепускными электромагнитными клапанами 6 и электромагнитными форсунками 9.The pulse fuel supply system consists of the following elements (drawing): a fuel tank 1 connected to a suction line 2, a low-pressure fuel pump 3 connected through a low-pressure line 4 to the high-pressure fuel sections 5, on each of which are installed solenoid valves 6, connected to the discharge line 7 and to the high-pressure accumulators of fuel 8, which are connected to the electromagnetic nozzles 9 installed in the diesel 10, as well as the electronic control unit 11, electrically dynamically coupled with sensors: speed 12; the position of the crankshaft 13; mounted on diesel 11; the position sensor of the control pedal 14 installed in the vehicle cabin; high pressure fuel sensors 15 installed on each high pressure fuel accumulator 8; charge air temperature sensors 16; fuel 17; environment 18; coolant 19; forced air pressure 20; oils 21; vehicle speed 22, as well as with actuators: bypass solenoid valves 6 and electromagnetic nozzles 9.

Конструктивно секции высокого давления 5 могут быть объединены в моноблок или разъединены каждая в своем корпусе, максимально приближенном к электромагнитной форсунке, чтобы укоротить линию высокого давления.Structurally, the high-pressure sections 5 can be combined into a monoblock or disconnected each in its own housing, as close as possible to the electromagnetic nozzle, in order to shorten the high-pressure line.

Система работает следующим образом (чертеж).The system operates as follows (drawing).

Управление работой каждой секции осуществляется индивидуально.The management of each section is carried out individually.

Топливо из топливного бака 1 подается с помощью топливных насосов низкого давления 3 через линии низкого давления топлива 4 в топливные секции высокого давления 5 и далее нагнетается в аккумуляторы высокого давления 8. Уровень давления топлива контролируется с помощью датчика высокого давления топлива 15 и поддерживается на необходимом для данного нагрузочно-скоростного режима уровне с помощью перепускного электромагнитного клапана 6 и электромагнитной форсунки 9. Давление топлива в аккумуляторе высокого давления 8 поддерживается на необходимом уровне, при падении давления в аккумуляторе высокого давления 8 подается сигнал от датчика высокого давления топлива 16 на электронный блок управления 11, который в свою очередь подает управляющий сигнал на перепускной электромагнитный клапан 6, перепускающий такую порцию топлива от топливной секции высокого давления 5, которая необходима для поддержания давления топлива в аккумуляторе высокого давления топлива 8. По команде электронного блока управления 11 производится начало и конец срабатывания электромагнитной форсунки 9, через которую осуществляется впрыскивание топлива из аккумулятора высокого давления 8 в цилиндры дизеля 10.The fuel from the fuel tank 1 is supplied by means of low pressure fuel pumps 3 through the low pressure fuel lines 4 to the high pressure fuel sections 5 and then pumped into the high pressure accumulators 8. The fuel pressure level is monitored using the high pressure fuel gauge 15 and is maintained at the required this load-speed level using the bypass solenoid valve 6 and the electromagnetic nozzle 9. The fuel pressure in the high-pressure accumulator 8 is maintained at at the required level, when the pressure drops in the high-pressure accumulator 8, a signal is supplied from the fuel high-pressure sensor 16 to the electronic control unit 11, which in turn supplies a control signal to the bypass solenoid valve 6, bypassing such a portion of fuel from the high-pressure fuel section 5, which necessary to maintain the fuel pressure in the high-pressure fuel accumulator 8. At the command of the electronic control unit 11, the start and end of the operation of the electromagnetic nozzle 9 are made, black of which the fuel injection is carried out from the pressure accumulator 8 to a diesel engine cylinders 10.

Нагнетание топлива в аккумуляторы давления топлива 8 осуществляется импульсно и синхронно с периодом впрыскивания топлива через форсунки 9, чтобы поддерживать необходимый уровень давления топлива, задаваемый с помощью электронного блока управления 11 в зависимости от нагрузочно-скоростного режима дизеля 10.The injection of fuel into the fuel pressure accumulators 8 is carried out pulse and synchronously with the period of fuel injection through the nozzles 9 in order to maintain the necessary fuel pressure level set using the electronic control unit 11 depending on the load-speed mode of the diesel engine 10.

Если уровень давления топлива в аккумуляторе давления топлива 8 меньше требуемого, то перепускной электромагнитный клапан 6 закрыт и уровень давления топлива в аккумуляторе 8 повышается до требуемого. Если уровень давления топлива больше требуемого, то его избыток по команде электронного блока управления 11 стравливается через перепускной электромагнитный клапан 6. Перепускной электромагнитный клапан 6 в процессе впрыскивания топлива через форсунку 9 закрыт, а поддержание постоянного давления топлива во время впрыскивания осуществляется благодаря одинаковому расходу топлива, нагнетаемого секцией высокого давления 5 и проходящего через электромагнитную форсунку 9.If the fuel pressure level in the fuel pressure accumulator 8 is less than required, then the bypass solenoid valve 6 is closed and the fuel pressure level in the accumulator 8 rises to the required level. If the fuel pressure level is greater than the required one, then its excess, at the command of the electronic control unit 11, is vented through the bypass solenoid valve 6. The bypass solenoid valve 6 is closed during fuel injection through the nozzle 9, and the fuel is kept at a constant pressure during injection due to the same fuel consumption, pumped by the high pressure section 5 and passing through the electromagnetic nozzle 9.

Экономическая целесообразность изобретения заключается в том, что в значительной мере снижается себестоимость форсунки, так как предлагаемая конструкция топливоподающей системы обеспечивает необходимую точность процесса впрыскивания функционально.The economic feasibility of the invention lies in the fact that the cost of the nozzle is significantly reduced, since the proposed design of the fuel supply system provides the necessary accuracy of the injection process functionally.

Экономическая эффективность применения предлагаемой импульсной системы топливоподачи дизеля может быть увеличена путем применения в форсунках вместо электромагнитного привода их клапанов - пьезокварцевого, но технически это возможно только для форсунок с небольшой производительностью.The economic efficiency of the proposed pulsed diesel fuel supply system can be increased by using piezo-quartz valves instead of the electromagnetic drive of their valves in the nozzles, but this is technically possible only for nozzles with a small capacity.

Claims

1. A pulse diesel fuel supply system comprising a fuel tank, a low pressure fuel pump connected through a suction line to a fuel tank and through a low pressure line to high pressure pump sections, each of which has a bypass solenoid valve, electromagnetic nozzles located in the diesel engine and connected via a high pressure line with bypass solenoid valves, and through a drain line with a fuel tank, electronic control unit, electric and associated with the speed sensor and the position sensor of the crankshaft, with each of the bypass solenoid valves and with each electromagnetic nozzle, characterized in that the pulse fuel supply system of the diesel engine is additionally equipped with high-pressure fuel cells located in each high-pressure fuel line between the bypass electromagnetic valves and electromagnetic nozzles equipped with discharge valves, high pressure fuel sensors, electrically connected to electrons control unit.

2. The pulse diesel fuel supply system according to claim 1, characterized in that the system is further equipped with sensors for the temperature of the discharge air, fuel, environment, coolant, pressure of the discharge air, oil of the diesel lubrication system, vehicle speed, electrically connected to the electronic control unit.