RU2659713C1

RU2659713C1 - Diesel engine accumulator fuel system

Info

Publication number: RU2659713C1
Application number: RU2016127251A
Authority: RU
Inventors: Леонид Вадимович Грехов; Александр Александрович Денисов; Егор Евгеньевич Старков; Андрей Станиславович Калюнов; Олег Владимирович Дробышев; Дмитрий Олегович Онищенко; Галина Ивановна Волкова; Владимир Михайлович Глухов; Цзяньхуэй Чжао; Татьяна Алексеевна Худякова
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2018-07-03

Abstract

FIELD: motors and pumps.

SUBSTANCE: disclosed is the diesel engine accumulator fuel system, including accumulator, injection fuel pipeline, electrohydraulic injector with inlet cavity and channels. System differs from the conventional one in that the injection fuel pipeline has internal diameter of 1.5–3 mm, and the injection pipeline and high-pressure channels total length is estimated by the ratio l_pipe=(0.1–0.15)⋅a⋅t_inj, where a is the speed of sound at the pressure in accumulator; t_inj is the fuel injection duration at the rated operating mode. It is possible to use the pressure multiplier. Use of such a fuel system leads to the injection characteristic stepped leading edge formation, as well as the fuel injection at the final stage at elevated pressures.

EFFECT: due to this enabling the maximum pressure in the cylinder, rigidity of combustion, noise, and both nitrogen oxides and solid particles with exhaust gases emissions reduction.

6 cl, 7 dwg

Description

Техническое решение относится к области двигателестроения, а именно к системам питания двигателей внутреннего сгорания аккумуляторного типа с электронным управлением.The technical solution relates to the field of engine building, namely to power systems for internal combustion engines of battery type with electronic control.

Известны аккумуляторные топливные системы с мультипликацией давления, способные к формированию переднего фронта характеристики впрыскивания. Так, аккумуляторные системы с двухканальным управлением через два независимых электроуправляемых клапана позволяют получать два участка характеристики впрыскивания (без применения и с применением мультипликации давления) - см. Leonhard R., Parche М, Alvarez-Avila С. Pressure-amplified Common Rail System for Commercial Vehicles // MTZ 0512009 Volume 70, s. 10-15.Battery pressure systems with pressure multiplication are known that are capable of forming a leading edge of injection characteristics. So, battery systems with two-channel control through two independent electrically controlled valves allow to obtain two sections of injection characteristics (without and with the use of pressure multiplication) - see Leonhard R., Parche M, Alvarez-Avila C. Pressure-amplified Common Rail System for Commercial Vehicles // MTZ 0512009 Volume 70, s. 10-15.

Недостатком таких систем является избыточная сложность и комплекс недостатков, присущих системам с мультипликаций давления, по этим причинам они не находят широкого использования.The disadvantage of such systems is the excessive complexity and complex of disadvantages inherent in systems with pressure animations, for these reasons they do not find widespread use.

Известны многочисленные схемы аккумуляторных топливных систем с мультипликацией давления с одним каналом управления (см., например, Patent US 5894992 A, F02M 57/02. Hydraulically actuated fuel injector with injection rate shaping pressure intensifier. - Cummins Engine Company, Inc. - Filed. 18.07.1996. Pub. 20.04.1999). Благодаря использованию дополнительных каналов и гидроуправляемых клапанов удается получить задержку подачи топлива на первом участке характеристики впрыскивания. Однако, такие системы уже не имеют свободы управления характеристиками, как в предыдущей системе, но сохранят важнейшие недостатки таких систем: большую сложность, дороговизну, а также специфические проблемы: "вялое" окончание впрыскивания, проблему демпфирования свободно движущихся массивных механических узлов, сниженную надежность работы и др.Numerous circuits for pressure multiplier fuel systems with a single control channel are known (see, for example, Patent US 5894992 A, F02M 57/02. Hydraulically actuated fuel injector with injection rate shaping pressure intensifier. - Cummins Engine Company, Inc. - Filed. 07/18/1996. Pub. 04/20/1999). Thanks to the use of additional channels and hydraulic valves, it is possible to obtain a delay in the fuel supply in the first section of the injection characteristics. However, such systems no longer have the freedom to control characteristics, as in the previous system, but they will retain the most important drawbacks of such systems: great complexity, high cost, and also specific problems: "sluggish" end of injection, the problem of damping of freely moving massive mechanical units, reduced reliability and etc.

Наконец, широко известны аккумуляторные топливные системы с аккумулятором топлива высокого давления, нагнетательным топливопрозодом, электрогидравлической форсункой, содержащей корпус с входной полостью, каналы высокого давления, электроуправляемый клапан, распылитель с запорной иглой, распыливающими отверстиями и полостями распылителя, сообщенными с каналами высокого давления (см., например, рис. 3.4 и рис. 3.31 в учебнике Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов. - М.: Изд-во Легион-Автодата, 2005. - 344 с.).Finally, accumulator fuel systems with a high-pressure fuel accumulator, a discharge fuel line, an electro-hydraulic nozzle comprising a body with an inlet cavity, high-pressure channels, an electrically controlled valve, a spray gun with a shut-off needle, spray holes and spray cavities in communication with high pressure channels are widely known (see ., for example, Fig. 3.4 and Fig. 3.31 in the textbook Grekhov L.V., Ivashchenko N.A., Markov V.A. Fuel equipment and diesel control systems: Textbook for high schools. - M .: Publishing House Legion Avtodata, 2005 .-- 344 p.).

Эти системы получили наибольшее распространение среди аккумуляторных систем благодаря относительной простоте. Они выполняются с таким сочетанием параметров, при которых минимизируются волновые процессы, протекающие в нагнетательном топливопроводе во время подачи топлива, а характеристика впрыскивания приобретает вид трапеции (фиг. 1).These systems are most widely used among battery systems due to their relative simplicity. They are performed with such a combination of parameters at which wave processes occurring in the injection fuel line during fuel supply are minimized, and the injection characteristic takes the form of a trapezoid (Fig. 1).

Известны также аккумуляторные топливные системы дизельного двигателя, оснащенные плунжерным мультипликатором давления. Такие системы также называют насос-форсунками с гидроприводом плунжера (см. там же). Мультипликатор давления включает плунжерную пару с плунжером и полостью, сообщенной с распылителем, гидроцилиндр с поршнем, механически связанным с плунжером, причем полость привода сообщена с каналами высокого давления (через управляющий клапан или напрямую).Also known are diesel engine fuel systems equipped with a plunger pressure multiplier. Such systems are also called pump nozzles with hydraulic plunger (see ibid.). The pressure multiplier includes a plunger pair with a plunger and a cavity in communication with the atomizer, a hydraulic cylinder with a piston mechanically connected to the plunger, the drive cavity communicating with high pressure channels (via a control valve or directly).

Такие системы также выполняются с сочетанием параметров, минимизирующих волновые процессы, в нагнетательном топливопроводе. В них характеристика впрыскивания также схожа с трапецией (фиг. 1), но как правило, еще имеет несколько важных и трудноустранимых дефектов.Such systems are also performed with a combination of parameters that minimize wave processes in the injection fuel line. In them, the injection characteristic is also similar to the trapezoid (Fig. 1), but as a rule, it still has several important and difficult to eliminate defects.

В то же время для организации малотоксичного процесса двигателя требуется профиль переднего фронта ступенчатой или ломаной формы, изображенной на фиг. 2 (см., например, Kuleshov A.S., Grekhov L.V. Multidimensional Optimization of DI Diesel Engine Process Using Multi-Zone Fuel Spray Combustion Model and Detailed Chemistry NOx Formation Model SAE Tech. Pap. Ser. - 2013. - №2013-01-0882; Future Emission Demands for Ship and Locomotive Engines - Challenges, Concepts and Synergies from HD-Applications - A. Wiartalla, L. Ruhkamp, T. Koerfer и др. // Paper No. 174, CIMAC Congress 2010, Bergen, p. 14; Leonard R., Parche M. Pressure-amplified common rail system for commercial vehicles / R. Leonard, M. Parche // MTZ 05.2009 Volume 70. p. 10-15)At the same time, the organization of a low-toxic engine process requires a leading edge profile of a stepped or broken shape depicted in FIG. 2 (see, for example, Kuleshov AS, Grekhov LV Multidimensional Optimization of DI Diesel Engine Process Using Multi-Zone Fuel Spray Combustion Model and Detailed Chemistry NOx Formation Model SAE Tech. Pap. Ser. - 2013. - No. 2013-01-0882 ; Future Emission Demands for Ship and Locomotive Engines - Challenges, Concepts and Synergies from HD-Applications - A. Wiartalla, L. Ruhkamp, T. Koerfer et al. // Paper No. 174, CIMAC Congress 2010, Bergen, p. 14 ; Leonard R., Parche M. Pressure-amplified common rail system for commercial vehicles / R. Leonard, M. Parche // MTZ 05.2009 Volume 70. p. 10-15)

Недостатками упомянутых выше традиционных технических решений является трапециевидный профиль характеристики впрыскивания. Требуемую ступенчатую форму переднего фронта характеристики впрыскивания описанные решения организовать не способны. Напротив, традиционные электрогидравлические форсунки без плунжерных мультипликатором запирания иглы и насос-форсунки с гидроприводом плунжера склонны к получению крутого переднего фронта вплоть до максимума подачи и более полого заднего фронта.The disadvantages of the above traditional technical solutions is the trapezoidal profile of the injection characteristics. The described step solutions are not able to organize the required step shape of the leading edge of the injection characteristics. On the contrary, traditional electro-hydraulic nozzles without a needle-locking multiplier and hydraulic nozzles with a plunger hydraulic drive tend to produce a steep leading edge up to a maximum feed and a hollow trailing edge.

Вместе с тем, для малотоксичных дизельных двигателей в формировании ступенчатой характеристики впрыскивания есть острейшая необходимость: на номинальном режиме всех двигателей и всех режимах среднеоборотных и малооборотных двигателей многоразовая подача не применяется и остается способ воздействия на рабочий процесс двигателя со стороны топливной системы только с помощью формирования ступенчатой характеристики впрыскивания единственного импульса подачи.At the same time, for low-toxic diesel engines, there is an urgent need for the formation of a stepwise injection characteristic: in the nominal mode of all engines and in all modes of medium-speed and slow-speed engines, multiple feeds are not used and there remains a way to influence the engine’s working process from the fuel system only by forming a stepwise injection characteristics of a single feed pulse.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключаются в повышении эффективности работы аккумуляторной топливной системы в дизельном двигателе за счет формирования переднего фронта характеристики впрыскивания. В частности, в соответствии с требованиями оптимальности организации малотоксичного и энергоэффективного рабочего процесса ставится задача в начале первого участка переднего фронта характеристики впрыскивания обеспечения быстрого начала подачи топлива до оптимизированного значения давления впрыскивания, что предотвращает образование крупных капель. Первый участок переднего фронта должен быть ступенчатый, т.е. ограниченным по амплитуде, для снижения максимального значения и скорости повышения давления впрыскивания, т.е. ограничения эмиссии окислов азота, нагрузок на детали и шума сгорания. Второй, завершающий участок характеристики впрыскивания должен проводиться при максимально достижимых давлениях впрыскивания с целью получения мелких капель, быстрого диффузионного сгорания и образования минимума сажистых частиц.The problem to which the claimed invention is directed, is to increase the efficiency of the battery fuel system in a diesel engine due to the formation of a leading edge of the injection characteristics. In particular, in accordance with the requirements of optimizing the organization of a low-toxic and energy-efficient workflow, the task is set at the beginning of the first section of the leading front of the injection characteristic to ensure a quick start of fuel supply to an optimized injection pressure, which prevents the formation of large drops. The first section of the leading edge should be stepped, i.e. limited in amplitude to reduce the maximum value and rate of increase in injection pressure, i.e. restrictions on the emission of nitrogen oxides, component loads and combustion noise. The second, final section of the injection characteristics should be carried out at the maximum achievable injection pressures in order to obtain fine droplets, rapid diffusion combustion and the formation of a minimum of soot particles.

Таким образом, целью изобретения является снижение эмиссии с отработавшими газами как окислов азота, так и твердых частиц, а также снижения давления в цилиндре, скорости повышения этого давления ("жесткости сгорания"), шумности работы, а также увеличения устойчивости малых цикловых подач топлива путем снижения давления впрыскивания на первом участке топливоподачи.Thus, the aim of the invention is to reduce emissions of both nitrogen oxides and solid particles with exhaust gases, as well as reducing the pressure in the cylinder, the rate of increase of this pressure ("combustion stiffness"), noise operation, as well as increasing the stability of small cyclic fuel supplies by reducing the injection pressure in the first portion of the fuel supply.

Поставленная задача решается за счет того, что аккумуляторная топливная система дизельного двигателя включает в себя аккумулятор топлива высокого давления, нагнетательный топливопровод, электрогидравлическую форсунку, которая содержит корпус с входной полостью, расположенной в нем, каналы высокого давления, распылитель с запорной иглой, распыливающими отверстиями и полостями распылителя, размещенными в нем и сообщенными с каналами высокого давления, электроуправляемый клапан.The problem is solved due to the fact that the battery fuel system of a diesel engine includes a high-pressure fuel accumulator, a pressure fuel line, an electro-hydraulic nozzle, which contains a housing with an inlet cavity located in it, high-pressure channels, a spray with a shut-off needle, spray holes and spray cavities placed in it and connected with high pressure channels, electrically controlled valve.

В отличие от известных систем, в предлагаемой аккумуляторной системе нагнетательный топливопровод имеет внутренний диаметр 1,5-3 мм, а общая длина нагнетательного топливопровода и каналов высокого давления оценивается по соотношению (м): l_тр=(0,1-0,15)⋅a⋅t_впр., где а - скорость звука при давлении в аккумуляторе (м/с), t_впр - продолжительность впрыскивания топлива на номинальном режиме работы (с).Unlike the known systems, in the proposed battery system, the injection fuel pipe has an internal diameter of 1.5-3 mm, and the total length of the injection fuel pipe and high pressure channels is estimated by the ratio (m): l _tr = (0.1-0.15) Впa⋅t _forwards , where a is the speed of sound at pressure in the accumulator (m / s), t _forwards is the duration of fuel injection in the nominal operating mode (s).

В частном случае общий объем полостей форсунки составляет не более (1,5-7) от объемной цикловой подачи на номинальном режиме работы. Эта оценка позволяет уточнить интервал эффективности предлагаемого решения.In the particular case, the total volume of the nozzle cavities is not more than (1.5-7) of the volumetric cyclic feed at the nominal operating mode. This assessment allows us to clarify the range of effectiveness of the proposed solution.

В частном случае сечение топливопровода составляет (5-15) от общей площади распыливающих отверстий. Эта оценка позволяет уточнить интервал эффективности предлагаемого решения.In a particular case, the cross section of the fuel pipe is (5-15) of the total area of the spray holes. This assessment allows us to clarify the range of effectiveness of the proposed solution.

Те же задачи могут решаться в аккумуляторной топливной системе дизельного двигателя с мультипликатором давления. Предлагается аккумуляторная топливная система дизельного двигателя, включающая в себя аккумулятор топлива высокого давления, нагнетательный топливопровод, электрогидравлическую насос-форсунку, которая содержит корпус с входной полостью, расположенной в нем, каналы высокого давления, распылитель с запорной иглой, распыливающими отверстиями и полостями распылителя, размещенными в нем и сообщенными с каналами высокого давления, электроуправляемый клапан, а также мультипликатор давления, включающий плунжерную пару с плунжером и полостью, сообщенной с распылителем, гидроцилиндр с поршнем, механически связанным с плунжером, имеющий полость привода, сообщенную с каналами высокого давления. При этом, в предлагаемом решении нагнетательный топливопровод имеет внутренний диаметр (1,5-3)⋅k_мульт, где k_мульт -коэффициент мультипликации определен как отношение площадей гидроцилинра и плунжера мультипликатора давления, а общая длина нагнетательного топливопровода и каналов высокого давления оценивается по соотношению l_тр=(0,1-0,15)⋅a⋅t_впр.The same tasks can be solved in a diesel engine fuel system with a pressure multiplier. A rechargeable diesel engine fuel system is proposed, which includes a high pressure fuel accumulator, an injection fuel pipe, an electro-hydraulic injector pump, which includes a housing with an inlet cavity located therein, high pressure channels, a spray gun with a shut-off needle, spray holes and spray cavities located in it and connected to the high pressure channels, an electrically controlled valve, as well as a pressure multiplier, including a plunger pair with a plunger and a cavity A nozzle in communication with the atomizer is a hydraulic cylinder with a piston mechanically connected to the plunger having a drive cavity in communication with the high pressure channels. Thus, the proposed solution discharge fuel has an inner diameter (1,5-3) ⋅k _mult, where k is the coefficient of _cartoon animation is defined as the area ratio gidrotsilinra plunger and the pressure booster and the total length of the fuel injection and the high pressure channels is estimated from the ratio l _tr = (0.1-0.15) ⋅a⋅t _forwards

В частном случае, аккумуляторная топливная система может включать мультипликатор давления с общий объем полостей гидропривода может составлять не более (3-10)⋅k_мульт объема топливопровода. Эта оценка позволяет уточнить интервал эффективности предлагаемого решения.In a particular case, the fuel battery system can include a pressure multiplier to the total hydraulic drive cavities may be less than (3-10) ⋅k _mult fuel volume. This assessment allows us to clarify the range of effectiveness of the proposed solution.

В частном случае, в аккумуляторной топливной системе с мультипликатором давления сечение топливопровода может составлять (7-20)⋅k_мульт от общей площади распыливающих отверстий. Эта оценка позволяет уточнить интервал эффективности предлагаемого решения.In the particular case, in the common rail system fuel pressure multiplier section can be (7-20) ⋅k _mult sprayer of the total area of openings. This assessment allows us to clarify the range of effectiveness of the proposed solution.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является формирование характеристики впрыскивания со ступенчатым или, по крайней мере, ломанным передним фронтом: быстрым началом подачи в начале первого участка, ограничением подачи на первом участке и проведение подачи при наибольших возможных давлениях на последующем втором участке, как это изображено на фиг. 2 (см. также Грехов Л.В., Денисов А.А., Старков Е.Е. Формирование характеристик впрыскивания для малотоксичных средне- и высокооборотных дизелей наземных транспортных средств как требование к перспективной топлпивоподающей аппаратуре // Отечественная наука в эпоху изменений: постулаты прошлого и теории нового времени. - Екатеринбург, 2015, - №8(13). Ч. 1. - С. 28-31).The technical result provided by the given set of features is the formation of an injection characteristic with a stepped or at least broken front edge: fast start of supply at the beginning of the first section, restriction of supply in the first section and supply at the highest possible pressures in the subsequent second section, as this is depicted in FIG. 2 (see also Grekhov L.V., Denisov A.A., Starkov E.E. Formation of injection characteristics for low-toxic medium- and high-speed diesel engines of land vehicles as a requirement for promising fuel-feeding equipment // Domestic science in an era of changes: postulates of the past and the theory of the new time. - Yekaterinburg, 2015, No. 8 (13). Part 1. - P. 28-31).

Эффект формирования ступенчатого фронта в топливной системе по фиг. 3 обязан кратковременному снижению давления у форсунки 1 в начале подачи в результате расходования топлива через распыливающие отверстия и на слив через управляющий клапан 2. Образовавшееся разрежение обеспечивает снижение расхода подачи и давления впрыскивания на первом участке характеристики впрыскивания (фиг. 4). Образовавшаяся волна разрежения двигается по топливопроводу 3. Она отражается от аккумулятора 5 волной сжатия и возвращается к форсунке 1, обеспечивая окончание впрыскивания топлива при повышенном давлении.The step forming effect in the fuel system of FIG. 3 is obliged to a short-term decrease in pressure at the nozzle 1 at the beginning of the supply as a result of fuel consumption through the spray holes and to drain through the control valve 2. The resulting vacuum reduces the flow rate and injection pressure in the first section of the injection characteristics (Fig. 4). The resulting rarefaction wave moves along the fuel line 3. It is reflected from the accumulator 5 by the compression wave and returns to the nozzle 1, ensuring the end of fuel injection at high pressure.

Таким образом, реализация предложенного технического решения позволяет путем получения ступенчатого переднего фронта обеспечить:Thus, the implementation of the proposed technical solution allows by obtaining a stepped leading edge to provide:

- снижение эмиссии вредных веществ в отработавших газах;- reduction of emissions of harmful substances in exhaust gases;

- снижение максимального давления в цилиндре;- decrease in maximum pressure in the cylinder;

- снижение скорости повышения давления в цилиндре;- a decrease in the rate of increase in pressure in the cylinder;

- снижение шумности работы;- reduction of noise;

- снижение эмиссии твердых частиц в отработавших газах при допускаемом увеличении угла опережения впрыскивания (как оптимум между альтернативными вредными выбросами).- reduction of emissions of particulate matter in exhaust gases with an allowable increase in the angle of advance of injection (as an optimum between alternative harmful emissions).

Сущность изобретения поясняется графическими изображениями. На фиг. 5представлена аккумуляторная топливная система дизельного двигателя с более детальным изображением электрогидравлической форсунки. Система включает в себя аккумулятор топлива высокого давления 1, нагнетательный топливопровод 2, электрогидравлическую форсунку, которая содержит корпус 5 с расположенными в нем входной полостью 3, каналами высокого давления 4. Также в форсунке размещены электроуправляемый клапан 6, камера управления 7, распылитель 8 с запорной иглой 9, полостями распылителя 10 и распыливающими отверстиями 11, размещенными в распылителе и сообщенными с каналами высокого давления. Новым в системе является то, что нагнетательный топливопровод имеет внутренний диаметр 1,5-3 мм, а общая длина нагнетательного топливопровода (м) и каналов высокого давления оценивается по соотношению l_тр=(0,1-0,15)⋅a⋅t_впр., где а - скорость звука при давлении в аккумуляторе (м/с), t_впр - продолжительность впрыскивания топлива на номинальном режиме работы (с). Благодаря уменьшенному объему полостей форсунки и оптимизированным параметрам топливопровода в системе развиваются волновые процессы, благоприятным образом влияющим на форму характеристики впрыскивания. Для этого, в частности, общий объем полостей форсунки составляет не более (1.5-7) от объемной цикловой подачи на номинальном режиме работы, в частности, сечение топливопровода составляет (5…15) от общей площади распыливающих отверстий.The invention is illustrated by graphic images. In FIG. 5 presents a diesel engine battery system with a more detailed image of the electro-hydraulic nozzle. The system includes a high-pressure fuel accumulator 1, an injection fuel line 2, an electro-hydraulic nozzle, which contains a housing 5 with an inlet cavity 3 located therein, high pressure channels 4. An electrically controlled valve 6, a control chamber 7, a spray gun 8 with a shut-off valve are also located in the nozzle. a needle 9, the cavities of the atomizer 10 and the atomizing holes 11 located in the atomizer and in communication with the high pressure channels. New in the system is that the fuel injection pipe has an internal diameter of 1.5-3 mm, and the total length of the fuel injection pipe (m) and high pressure channels is estimated by the ratio l _tr = (0.1-0.15) ⋅a⋅t _{for example} , where a is the speed of sound at pressure in the accumulator (m / s), t _forward is the duration of fuel injection at the nominal operating mode (s). Due to the reduced volume of the nozzle cavities and optimized fuel line parameters, wave processes develop in the system, which favorably affect the shape of the injection characteristics. For this, in particular, the total volume of the nozzle cavities is not more than (1.5-7) of the volumetric cyclic supply at the nominal operating mode, in particular, the fuel pipe cross-section is (5 ... 15) of the total area of the spray holes.

Фиг. 6 иллюстрирует другое исполнение аккумуляторной топливной системы, когда в корпусе форсунки имеется мультипликатор давления. Аккумулятор 1 через нагнетательный топливопровод 2 сообщен с входной полостью 3 форсунки. В этом случае электроуправляемый 6 может быть сообщен через каналы высокого давления 4 с одной из полостей 12, 14 или обеими полостями плунжерного мультипликатора давления 13. Мультипликатор давления содержит гидроцилиндр с поршнем, механически связанный с впрыскивающим плунжером. Мультипликатор давления сообщен с распыливающими отверстиями 11 с возможностью открытия прохода к ним через иглу 9 в полости распылителя 10. Существенными признаками и их количественными характеристиками являются в этом случае, прежде всего, параметры нагнетательного топливопровода, каналов высокого давления, объема входной и других полостей форсунки.FIG. 6 illustrates another embodiment of a battery fuel system when there is a pressure multiplier in the nozzle body. The battery 1 through the fuel injection pipe 2 is in communication with the inlet cavity 3 of the nozzle. In this case, the electrically controlled 6 can be communicated through high pressure channels 4 from one of the cavities 12, 14 or both cavities of the plunger pressure multiplier 13. The pressure multiplier contains a hydraulic cylinder with a piston mechanically connected to the injection plunger. The pressure multiplier is in communication with the spray holes 11 with the possibility of opening a passage to them through the needle 9 in the cavity of the spray 10. In this case, the essential features and their quantitative characteristics are, in particular, the parameters of the injection fuel pipe, high pressure channels, the volume of the inlet and other nozzle cavities.

Так, общая длина нагнетательного топливопровода и каналов высокого давления оценивается по соотношению l_тр=(0,1-0,15)⋅a⋅t_впр., нагнетательный топливопровод имеет внутренний диаметр (1,5-3)⋅k_мульт,. Здесь коэффициент мультипликации k_мульт определен как отношение площадей гидроцилинра и впрыскивающего плунжера мультипликатора давления: k_мульт=F_{гидроцил}/F_плунж. Общий объем полостей гидропривода составляет не более (3-10)⋅k_мульт от объема топливопровода. Сечение топливопровода составляет (7-20)⋅k_мульт от общей площади распыливающих отверстий.Thus, the total length of the fuel injection and the high pressure channels is estimated by the ratio l _tr = (0,1-0,15) ⋅a⋅t _CDF., Discharge the fuel has an inner diameter (1,5-3) ⋅k _mult,. Here, the multiplication coefficient k _{mult is} defined as the ratio of the areas of the hydraulic cylinder and the injection plunger of the pressure multiplier: k _cartoon = F _hydrocyl / F _plunger . The total volume of the cavities is less than the hydraulic drive (3-10) ⋅k _mult volume of fuel. The cross section of the fuel pipe (7-20) ⋅k _mult sprayer of the total area of openings.

Аккумуляторная топливная система дизельного двигателя работает следующим образом. В ней происходят типовые процессы, характерные для всех ЭГФ (см. Грехов Л.В., Габитов И.И., Неговора А.В. Конструкция, расчет и технический сервис топливной аппаратуры современных дизелей: Учебное пособие. - М.: Изд-во Легион-Автодата, 2013. - 292 с.), а именно, в основных чертах, следующим образом. В исходном состоянии в форсунке по фиг. 5 в каналах высокого давления 4, камере управления 7, полости распылителя 10 находится топливо под давлением аккумулятора - Р_акк, а клапан 6 и игла 9 закрыты. При срабатывании электропривода электроуправляемого клапана он открывается, камера управления разгружается, игла поднимается и топливо по каналам высокого давления направляется к распыливающим отверстиям 11. При прекращении действия привода клапан закрывается, давление в камере управления восстанавливается через входной жиклер или управляющий клапан более сложной конструкции. Игла закрывается, подача топлива к распыливающим отверстиям прекращается.The battery fuel system of a diesel engine operates as follows. Typical processes characteristic of all EGFs occur in it (see Grekhov L.V., Gabitov I.I., Negovora A.V. Design, Calculation and Technical Service of the Fuel Equipment of Modern Diesels: Textbook. - M.: Publ. in Legion-Avtodata, 2013. - 292 p.), namely, in general terms, as follows. In the initial state in the nozzle of FIG. 5 in the high pressure channels 4, the control chamber 7, the cavity of the atomizer 10 is the fuel under the pressure of the accumulator - R _acc , and valve 6 and the needle 9 are closed. When the electric actuator of the electrically controlled valve is activated, it opens, the control chamber is unloaded, the needle rises and the fuel is directed through the high pressure channels to the spray holes 11. When the actuator stops acting, the valve closes, the pressure in the control chamber is restored through the inlet nozzle or control valve of a more complex design. The needle closes, fuel to the spray holes stops.

Особенностями предлагаемого технического решения заключается в том, что благодаря уменьшенному объему полостей форсунки в начале подачи топлива возникает заметное снижение давления в этих полостях и давления впрыскивания, благодаря чему расход топлива на первом этапе подачи снижен. Благодаря рекомендованному сечению нагнетательного топливопровода, которое в разы меньше применяемого ныне в известных аккумуляторных топливных системах, по топливопроводу в сторону аккумулятора двигается интенсивная волна разрежения. По тем же причинам к форсунке возвращается интенсивная волна давления и поддерживается высокое давление в полостях форсунки ввиду их малости и, соответственно, малому ослабляющему процесс действию сжимаемости топлива. Для соблюдения этого условия, в частности, предлагается соблюдать условие: общий объем полостей форсунки составляет не более (1.5-7) от объемной цикловой подачи на номинальном режиме работы. С той же целью, в частности, сечение топливопровода составляет (5-15) от общей площади распыливающих отверстий.The features of the proposed technical solution is that due to the reduced volume of the nozzle cavities at the beginning of the fuel supply, there is a noticeable decrease in the pressure in these cavities and the injection pressure, due to which the fuel consumption at the first supply stage is reduced. Due to the recommended cross section of the injection fuel line, which is several times smaller than that currently used in known battery fuel systems, an intense rarefaction wave moves along the fuel line towards the battery. For the same reasons, an intense pressure wave returns to the nozzle and a high pressure is maintained in the nozzle cavities because of their smallness and, accordingly, the small compressibility effect of the fuel that weakens the process. To comply with this condition, in particular, it is proposed to observe the condition: the total volume of the nozzle cavities is not more than (1.5-7) of the volumetric cyclic feed in the nominal operating mode. For the same purpose, in particular, the cross section of the fuel pipe is (5-15) of the total area of the spray holes.

Своевременность повышения давления в основной части и завершении подачи (т.е. на втором участке подачи) обеспечивается подбором длины нагнетательного топливопровода и каналов высокого давления согласно приведенной выше рекомендации. При нарушении этих рекомендаций достигаемый положительный эффект снижается.The timeliness of the pressure increase in the main part and the completion of the supply (i.e., at the second supply section) is ensured by the selection of the length of the injection fuel pipe and high pressure channels in accordance with the above recommendation. In violation of these recommendations, the achieved positive effect is reduced.

Как показал цикл оптимизационных исследований применительно к новейшим отечественным дизельным двигателям, проведенный МГТУ им. Н.Э. Баумана, выявлена универсальность требований к форме переднего фронта характеристики впрыскивания по режимам работы двигателя, обеспечивающей минимизацию удельных вредных выбросов при работе двигателя по тепловозной и винтовой характеристикам. Этим условиям удовлетворяет предложенная аккумуляторная топливная система.As shown by a series of optimization studies in relation to the latest domestic diesel engines, conducted by MSTU. N.E. Bauman, revealed the universality of the requirements for the shape of the leading edge of the injection characteristics by engine operating modes, which minimizes the specific harmful emissions during engine operation by diesel and screw characteristics. These conditions are satisfied by the proposed battery fuel system.

В другой реализации топливная система снабжена мультипликатором давления, но в ней реализуются те же особенности гидравлических процессов. При срабатывании управляющего клапана и начала расходования топлива на привод мультипликатора давления во входной полости и полости гидроцилиндра мультипликатора давления образуется разрежение, а по нагнетательному топливопроводу распространяется волна разрежения. Таким образом, начало подачи осуществляется с пониженным давлением впрыскивания и расходом. Отраженная от аккумулятора волна разрежения возвращается к форсунке волной сжатия и второй участок характеристики впрыскивания характеризуется повышенными давлением впрыскивания, и расходом.In another implementation, the fuel system is equipped with a pressure multiplier, but it implements the same features of hydraulic processes. When the control valve is activated and fuel is consumed to drive the pressure multiplier in the inlet cavity and the cavity of the hydraulic cylinder of the pressure multiplier, a vacuum forms, and a rarefaction wave propagates through the injection fuel line. Thus, the start of the feed is carried out with a reduced injection pressure and flow rate. The rarefaction wave reflected from the accumulator returns to the nozzle with a compression wave, and the second section of the injection characteristic is characterized by increased injection pressure and flow rate.

Эффективность предложенного технического решения обусловлена его следующими свойствами:The effectiveness of the proposed technical solution is due to its following properties:

- наибольшая простота в сравнении с известными способами формирования характеристики впрыскивания в аккумуляторных системах. Так, известны подобные системы, например, HADI, CRSN4, FEVHiFORSc двухканальных электроуправлением (см. Грехов Л.В., Габитов И.И., Неговора А.В. Конструкция, расчет и технический сервис топливной аппаратуры современных дизелей: Учебное пособие. - М.: Изд-во Легион-Автодата, 2013. - 292 с.); Grzeschik, P. et al. (2012). FEVHiFORS: Neue

zur simultanen Verringerung des Verbrauchs - und Emissionsver haltens moderner Pkw-Dieselmotoren beiverbesserter Verbrennungsa-kustik. In8. Tagung: Diesel - und Benzin direktein spritzung, Berlin; Грехов Л.В., Денисов A.A., Старков Е.Е. Выбор и обоснование типа и параметров топливоподающей аппаратуры перспективных дизелей // Известия Волгоградского государственного технического университета, 2014. - №18 (145) Серия Процессы преобразования энергии и энергетические установки, вып. 6. - С. 11-14). В отличие от известных систем предложенная топливная система не требует введения новых элементов и узлов и базируется лишь на изменении параметров существующих элементов, причем делает их более привычными для образцов традиционных систем непосредственного действия (топливопровод имеет более традиционные, меньшие значения диаметров);- the greatest simplicity in comparison with the known methods of forming the characteristics of the injection in battery systems. So, similar systems are known, for example, HADI, CRSN4, FEVHiFORSc two-channel electric control (see Grekhov L.V., Gabitov I.I., Negovora A.V. Design, calculation and technical service of fuel equipment of modern diesel engines: Textbook. - M .: Publishing House Legion-Avtodata, 2013. - 292 p.); Grzeschik, P. et al. (2012). FEVHiFORS: Neue

zur simultanen Verringerung des Verbrauchs - und Emissionsver haltens moderner Pkw-Dieselmotoren beiverbesserter Verbrennungsa-kustik. In8. Tagung: Diesel - und Benzin direktein spritzung, Berlin; Sins L.V., Denisov AA, Starkov E.E. The selection and justification of the type and parameters of the fuel supply equipment of promising diesel engines // Bulletin of the Volgograd State Technical University, 2014. - No. 18 (145) Series Energy conversion processes and power plants, vol. 6. - S. 11-14). Unlike known systems, the proposed fuel system does not require the introduction of new elements and assemblies and is based only on changing the parameters of existing elements, and makes them more familiar with traditional direct-acting systems (the fuel pipe has more traditional, smaller diameters);

- соответствием обеспечиваемой характеристики впрыскивания оптимальным для дизельных двигателей, выполняющих перспективные нормы на вредные выбросы с отработавшими газами и работающими по тепловозной и винтовой характеристикам. Предложенная топливная система также может облегчить выполнение экологических нормативов автотракторными дизельными двигателями.- compliance with the provided injection characteristics is optimal for diesel engines that meet the prospective standards for harmful emissions with exhaust gases and work on diesel and screw characteristics. The proposed fuel system can also facilitate the implementation of environmental standards by automotive diesel engines.

Востребованность технического решения подтверждается результатами выполненного цикла оптимизационных исследований организации рабочих процессов новейших отечественных среднеоборотных дизельных двигателей четырех заводов:The demand for a technical solution is confirmed by the results of a series of optimization studies of the organization of work processes of the latest domestic medium-speed diesel engines of four plants:

- Д200 (6ЧН20/28) Ne=1200 кВт, n=1000 мин^-1, Pz=22 МПа;- D200 (6CHN20 / 28) Ne = 1200 kW, n = 1000 min ^-1 , Pz = 22 MPa;

- ДМ-185Т (12ЧН 18,5/21,5) Ne=1400 кВт, n=1500 мин^-1, Pz=24 МПа;- DM-185T (12CHN 18.5 / 21.5) Ne = 1400 kW, n = 1500 min ^-1 , Pz = 24 MPa;

- М150М (124H15/17,5) Ne=1440 кВт, n=2100 мин^-1, Pz=19 МПа;- M150M (124H15 / 17.5) Ne = 1440 kW, n = 2100 min ^-1 , Pz = 19 MPa;

- Д500 (12ЧН26,5/32) Ne=4400 кВт, п=1000 мин^-1, Pz=20 МПа.- D500 (12CHN26.5 / 32) Ne = 4400 kW, n = 1000 min ^-1 , Pz = 20 MPa.

Все двигатели анализировались в условиях работы по винтовой и тепловозной характеристикам и выполнения экологических нормативов, планируемых для введения в будущем - EUStageIIIA, TierIV, IMO-Stage III. По результатам оптимизации всех дизелей на обоих контролируемых при оценке на соответствие нормативов по эмиссии вредных веществ - режима максимума мощности и режима 50% мощности - потребовалось формирование характеристики впрыскивания, изображенной на фиг. 2. При этом на обоих режимах амплитуда первого участка переднего фронта - от 0,6 до 0,8 от максимального расхода топлива, а продолжительность первого участка - от 0,1 до 0,45 общей продолжительности.All engines were analyzed in the conditions of work on screw and diesel characteristics and the fulfillment of environmental standards planned for introduction in the future - EUStageIIIA, TierIV, IMO-Stage III. According to the results of optimization of all diesels on both controlled when evaluating compliance with the standards for the emission of harmful substances - maximum power mode and 50% power mode - it was necessary to form the injection characteristics shown in FIG. 2. Moreover, in both modes, the amplitude of the first section of the leading edge is from 0.6 to 0.8 of the maximum fuel consumption, and the duration of the first section is from 0.1 to 0.45 of the total duration.

Эти требования выполняет ЭГФ, выполненная согласно предложенному техническому решению (фиг. 4). Изменением параметров нагнетательного топливопровода, каналов высокого давления, объемов полостей, сечений жиклеров удается изменять характеристику в соответствии с выдвигаемыми требованиями (фиг. 7). Так, на фиг. 7 изображена диаграмма давления впрыскивания в системе дизеля Д200 на режиме цикловой подачи 1,3 г, частоты вала двигателя 1000 мин^-1: а - топливопровод 2,5×900 мм, канал в форсунке 3×400 мм; b - топливопровод 2,5×700 мм, канал 3×400 мм; с - топливопровод 1,6×800 мм, канал 3×400 мм; f - топливопровод 2,0×800 мм, канал 2×400 мм; p - топливопровод 2,5×1200 мм, канал 3×400 мм.These requirements are fulfilled by EHF performed according to the proposed technical solution (Fig. 4). By changing the parameters of the fuel injection pipe, high pressure channels, cavity volumes, nozzle sections, it is possible to change the characteristic in accordance with the requirements put forward (Fig. 7). So in FIG. 7 shows a diagram of injection pressure in a D200 diesel engine at a cycle feed rate of 1.3 g, an engine shaft frequency of 1000 min ^-1 : a — 2.5 × 900 mm fuel line, a channel in a nozzle of 3 × 400 mm; b - fuel pipe 2.5 × 700 mm, channel 3 × 400 mm; s - fuel pipe 1.6 × 800 mm, channel 3 × 400 mm; f - fuel line 2.0 × 800 mm, channel 2 × 400 mm; p - fuel pipe 2.5 × 1200 mm, channel 3 × 400 mm.

Таким образом, топливная система, охарактеризованная совокупностью вышеперечисленных признаков, является новой, т.к. предложенная совокупность признаков не описана в известных источниках информации, использованных для определения уровня технического развития топливоподающей аппаратуры дизелей. Кроме того, предлагаемая совокупность существенных признаков не является очевидной, поскольку не следует непосредственно из уровня технического развития топливоподающей аппаратуры дизелей. При этом, предлагаемое техническое решение безусловно осуществимо в промышленных условиях и обеспечивает повышение эффективности предложенной аккумуляторной топливной системы дизельного двигателя.Thus, the fuel system, characterized by a combination of the above features, is new, because the proposed set of features is not described in well-known sources of information used to determine the level of technical development of diesel fuel supply equipment. In addition, the proposed set of essential features is not obvious, since it does not follow directly from the level of technical development of diesel fuel supply equipment. At the same time, the proposed technical solution is certainly feasible in an industrial environment and improves the efficiency of the proposed battery fuel system of a diesel engine.

Claims

1. Аккумуляторная топливная система дизельного двигателя, включающая в себя аккумулятор топлива высокого давления, нагнетательный топливопровод, электрогидравлическую форсунку, которая содержит корпус с входной полостью, расположенной в нем, каналы высокого давления, распылитель с запорной иглой, распыливающими отверстиями и полостями распылителя, размещенными в нем и сообщенными с каналами высокого давления, электроуправляемый клапан, отличающаяся тем, что нагнетательный топливопровод имеет внутренний диаметр 1,5-3 мм, а общая длина нагнетательного топливопровода и каналов высокого давления оценивается по соотношению l_тр=(0,1-0,15)⋅a⋅t_впр, где а - скорость звука при давлении в аккумуляторе; t_впр - продолжительность впрыскивания топлива на номинальном режиме работы.1. The diesel engine fuel system, including a high pressure fuel accumulator, an injection fuel pipe, an electro-hydraulic nozzle, which comprises a housing with an inlet cavity located therein, high pressure channels, a spray gun with a shut-off needle, spray holes and spray cavities located in it and connected to the high pressure channels, an electrically controlled valve, characterized in that the injection fuel pipe has an internal diameter of 1.5-3 mm, and the total length n of an aggravating fuel line and high-pressure channels is estimated by the ratio l _tr = (0.1-0.15) ⋅a⋅t _vpr , where a is the speed of sound at pressure in the accumulator; t _vpr - the duration of fuel injection in the nominal mode of operation.

2. Аккумуляторная топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что общий объем полостей форсунки составляет не более (1,5-7) от объемной цикловой подачи на номинальном режиме работы.2. The battery fuel system according to claim 1, characterized in that the total volume of the nozzle cavities is not more than (1.5-7) from the volumetric cyclic supply in the nominal operating mode.

3. Аккумуляторная топливная система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что сечение топливопровода составляет (5-15) от общей площади распыливающих отверстий.3. The battery fuel system according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel supply cross section is (5-15) of the total area of the spray holes.

4. Аккумуляторная топливная система дизельного двигателя, включающая в себя аккумулятор топлива высокого давления, нагнетательный топливопровод, электрогидравлическую насос-форсунку, которая содержит корпус с входной полостью, расположенной в нем, каналы высокого давления, распылитель с запорной иглой, распыливающими отверстиями и полостями распылителя, размещенными в нем и сообщенными с каналами высокого давления, электроуправляемый клапан, а также мультипликатор давления, включающий плунжерную пару с плунжером и полостью, сообщенной с распылителем, гидроцилиндр с поршнем, механически связанным с плунжером, имеющий полость привода, сообщенную с каналами высокого давления, отличающаяся тем, что нагнетательный топливопровод имеет внутренний диаметр (1,5-3)⋅k_мульт, где k_мульт - коэффициент мультипликации определен как отношение площадей гидроцилинра и плунжера мультипликатора давления, а общая длина нагнетательного топливопровода и каналов высокого давления оценивается по соотношению l_тр=(0,1-0,15)⋅a⋅t_впр, где а - скорость звука при давлении в аккумуляторе; t_впр - продолжительность впрыскивания топлива на номинальном режиме работы.4. The diesel engine fuel system, including a high-pressure fuel accumulator, a fuel injection pipe, an electro-hydraulic nozzle pump, which comprises a housing with an inlet cavity located therein, high-pressure channels, a spray gun with a shut-off needle, spray holes and spray cavities, placed in it and connected with the high pressure channels, an electrically controlled valve, as well as a pressure multiplier including a plunger pair with a plunger and a cavity second spray, a hydraulic cylinder with a piston mechanically connected to the plunger, the actuator having a cavity communicating with the high pressure channels, characterized in that the fuel discharge has an inner diameter (1,5-3) ⋅k _mult, where k _mult - multiplication coefficient determined as the ratio of the areas of the hydraulic cylinder and the plunger of the pressure multiplier, and the total length of the injection fuel pipe and high pressure channels is estimated by the ratio l _tr = (0.1-0.15) ⋅a⋅t _vpr , where a is the speed of sound at pressure in the accumulator; t _vpr - the duration of fuel injection in the nominal mode of operation.

5. Аккумуляторная топливная система по п. 4, отличающаяся тем, что общий объем полостей гидропривода составляет не более (3-10)⋅k_мульт объема топливопровода.5. Accumulator fuel system according to claim. 4, wherein the total volume of voids is not more than the hydraulic drive (3-10) ⋅k _mult fuel volume.

6. Аккумуляторная топливная система по п. 4 или 5, отличающаяся тем, что сечение топливопровода составляет (7-20)⋅k_мульт от общей площади распыливающих отверстий.6. Accumulator fuel system according to claim. 4 or 5, characterized in that the cross section of the fuel (7-20) ⋅k _mult sprayer of the total area of openings.