Способ управления подачей топлива и устройство управления подачей топлива
Изобретение относится к способу и устройству для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей, в частности на тракторах при выполнении различных технологий в сельском хозяйстве и в дорожном строительстве, при выполнении земляных работ, на судовых, тепловозных, транспортных дизелях. Предлагаемое изобретение улучшает динамику подачи топлива, повышает индикаторный кпд, реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств. Способ управления подачей топлива включает операции механического перемещения иглы в верхнее крайнее положение при впрыске и подачу топлива под иглу и отверстия для впрыска, отсечки подачи топлива при превышении силы пружины и давления топлива над иглой и над давлением топлива под иглой и перемещение иглы на седло, изменения длительности впрыска. Осуществляют, как минимум, один предварительный впрыск до, как минимум, одного основного и, как минимум, один впрыск после, как минимум, одного основного, при этом на каждом предварительном впрыске и на каждом впрыске после основного, перемещают иглу форсунки вверх механическим путем, одновременно перемещают вверх иглу механического клапана с конусным запором в канале, соединяющем камеру над иглой и гидроаккумулятор низкого давления и отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления в течение времени переключения заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с малой высотой, взаимодействующих с пластиной. Устройство для управления подачей топлива включает форсунку с подпружиненной иглой с механическим приводом, мультипликатор перемещения, механический регулятор длительности впрыска, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенный гидравлически с надыгольной и подыгольной камерами форсунки. Устройство снабжено гидравлическим аккумулятором низкого давления, механическим клапаном с иглой с конусной поверхностью, быстродействующим реверсивным механическим приводом. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к способам подачей топлива и к устройствам управления подачей топлива для двигателей внутреннего сгорания-дизелей (в дальнейшем ДВС) на стационарных установках с дизелями большой мощности и мобильном транспорте, на тракторах с любым типом трансмиссии, в частности с электротрансмиссией, для реализации широкого спектра технологий в сельском хозяйстве (пахота, обмолот валков комбайнами, укладка валков жатками), для строительно-дорожных машин и технологий, реализуемых с их помощью, в автомобильном и железнодорожном и водном транспорте, бронетехнике и инженерных машинах.
Из уровня техники известен способ подачи топлива в цилиндры дизеля (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Ред. Орлин А.С., Круглов М.Г - М. «Машиностроение» - 1990 - С.133…136.), заключающийся в том, что во время цикла подачи подают топливо под подпружиненную иглу в цилиндр через распыливающие отверстия при превышении давления топлива над силой пружины и производят отсечку топлива при превышении силы пружины над давлением топлива, количество подаваемого топлива изменяют поворотом плунжера через рейку топливного насоса за счет изменения объема вытесняемого топлива при постоянной длительности впрыска.
Этот способ не позволяет разделить процессы нагнетания и впрыска, которые протекают одновременно, как это имеет место в системах CommonRail.
Этот способ не позволяет регулировать длительность впрыска цилиндрах, не позволяет производить несколько впрысков, сильно сужает возможности по улучшению параметров впрыска, снижению токсичности отходящих газов, улучшению экологических параметров при сжигании топлива, не обеспечивает качественное распыливание и качественное смесеобразование.
Способ не позволяет управлять иглой напрямую механическим путем с помощью кулачков с микропрофилями.
Способ не позволяет подавать топливо в форсунку от гидроаккумулятора высокого давления и достигать высоких показателей по экологичности при сжигании топлива.
Из уровня техники известен способ [Л.Г. Гальперович. Системы впрыска судовых двигателей. Проектирование, конструкция. Ленинград - 1961 г, с.163] управления подачей топлива (прототип), включающий операции механического перемещения иглы в верхнее крайнее положение при впрыске и подачу топлива под иглу и отверстия для впрыска, отсечки подачи топлива при превышении силы пружины и давления топлива над иглой и над давлением топлива под иглой и перемещение иглы на седло, изменения длительности впрыска,
Способ крайне сложен в реализации из-за сложной системы рычагов и не нашел своего применения.
Из уровня техники известно устройство (Погуляев Ю.Д., Наумов В.Н. Управление подачей топлива с непрерывным регулированием длительности впрыска ААИ №2-2009 с.40-43) для управления подачей топлива с непрерывным регулированием длительности впрыска, включающее вал с профилированным кулачком с разной шириной программного профиля вдоль оси кулачка, блок управления топливом, выполненный с возможностью осевого перемещения вдоль вала с профилированным кулачком и содержащий подпружиненный плунжер с цилиндром, подплунжерная полость цилиндра соединена с надыгольным объемом. Устройством реализуются процессы нагнетания и впрыска, которые протекают в разное время и поэтому устройство относится к системам типа Common Rail.
В то же время устройство не позволяет осуществить более одного впрыска с регулируемой длительностью впрыска. Одним из самых существенных недостатков является то, что высота профиля кулачка должна быть достаточно большой для того, чтобы в блок управления под плунжер поступал необходимый объем топлива, который поступает в полость конечного изменяемого объема при впрыске, когда над иглой создается разрежение и давление падает, а под иглой концентрируется значительное давление и за счет разности сил над и под иглой происходит подъем иглы.
Этот объем равен объему топлива, идущего на слив и в известном устройстве является управляющим объемом. Поэтому известное устройство исключает применение кулачков с микропрофилями, а область применения устройств ограничивается дизелями с низкой частотой вращения, ибо динамика не позволяет использовать кулачки с большими профилями при высоких частотах вращения.
Регулирование осуществляется перемещением целого блока управления топливом вдоль оси с профилированными кулачками. Устройство за счет этого усложняется, перемещение цилиндра с управляющим блоком требует гибких трубопроводов.
Устройство не позволяет осуществлять прямой механический привод иглы от профилированных кулачков с микропрофилями при сохранении преимуществ подачи топлива от гидроаккумулятора высокого давления.
Из уровня техники известно устройство управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. Орлин А.С., Круглов М.Г - С.133…136.), включающее форсунку с подпружиненным запирающим элементом, распылителем с одним уровнем отверстий, топливным каналом для подвода топлива высокого давления, топливный насос высокого давления, соединенный с форсункой, топливную емкость, топливоподкачивающий насос, соединенные между собой гидравлически.
Это устройство не позволяет осуществить более одного впрыска за цикл топливоподачи и не позволяет регулировать длительность впрыска.
Количество впрыскиваемого топлива определяется угловым положением плунжера топливного насоса, который поворачивается вокруг своей оси с помощью рейки топливного насоса. При достижении давления начала впрыскивания гидравлическая сила, действующая со стороны топлива на нижний конический торец иглы становится больше силы предварительной затяжки пружины. Игла поднимается и начинается впрыскивание. Давление начала впрыскивания составляет 15…60 МПа
При отсечке пружина через штангу прижимает запорный элемент - иглу к поверхности запорного конуса. При малом давлении впрыскивание топлива становится невозможным.
При этом реализуются устройством процессы нагнетания и впрыска, которые протекают одновременно из-за отсутствия в топливной системе гидроаккумулятора высокого давления с датчиком давления и управляемым задатчиком давления.
Устройство не позволяет осуществлять прямой механический привод иглы от профилированных кулачков с микропрофилями при сохранении преимуществ подачи топлива от гидроаккумулятора высокого давления
Это сильно сужает возможности по улучшению параметров впрыска, снижению токсичности отходящих газов, улучшению экологических параметров при сжигании топлива, не обеспечивает качественное распыливание и качественное смесеобразование.
Из уровня техники известно [Л.Г. Гальперович. Системы впрыска судовых двигателей. Проектирование, конструкция. Ленинград - 1961 г, с.163 - прототип] устройство, включающее форсунку с подпружиненной иглой с механическим приводом, мультипликатор перемещения, механический регулятор длительности впрыска, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенный гидравлически с надыгольной и подыгольной камерами форсунки.
Устройство привода иглы через рычаги, которые приводятся в действие с помощью профилированных кулачков является сложным, трудным в реализации и не нашло своего применения.
Устройство не позволяет осуществить более одного впрыска за цикл топливоподачи, хотя и позволяет регулировать длительность впрыска.
Устройство позволяет осуществлять прямой механический привод иглы от профилированных кулачков с микропрофилями, но не сохраняет преимуществ подачи топлива от гидроаккумулятора высокого давления поскольку отсутствуют управляющий клапан.
Это сильно сужает возможности по улучшению параметров впрыска, снижению токсичности отходящих газов, улучшению экологических параметров при сжигании топлива, не обеспечивает качественное распыливание и качественное смесеобразование.
Целью изобретения является, повышение надежности и к.п.д. устройства, снижение его стоимости за счет реализации механически регулируемого мультивпрыска на основе системы CR с прямым механическим и гидромеханическим управлением иглой.
Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем операции механического перемещения иглы в верхнее крайнее положение, при впрыске и подачу топлива под иглу и отверстия для впрыска, отсечки подачи топлива при превышении силы пружины и давления топлива над иглой и над давлением топлива под иглой и перемещение иглы на седло, изменения длительности впрыска, согласно заявленному изобретению, осуществляют, как минимум, один предварительный впрыск до, как минимум, одного основного и, как минимум, один впрыск после, как минимум, одного основного, при этом на каждом предварительном впрыске и на каждом впрыске после основного, перемещают иглу форсунки вверх механическим путем одновременно перемещают вверх иглу механического клапана с конусным запором в канале, соединяющем камеру над иглой и гидроаккумулятор низкого давления и отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления в течение времени переключения заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с малой высотой, взаимодействующих с пластиной, подают топливо под давлением под иглу форсунки и осуществляют каждый впрыск через отверстия распылителя,
удерживают иглу в верхнем положении на время длительности каждого впрыска механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной малой высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины, после окончания каждого впрыска иглу форсунки перемещают в нижнее крайнее положение на седло и одновременно перемещают на седло иглу механического клапана и удерживают их в нижнем крайнем положении в течение времени заданного при каждой отсечке и подают при этом топливо под высоким давлением в камеру управления над иглой
осуществляют, как минимум, один основной впрыск для этого перемещают, иглу форсунки вверх механическим путем за счет взаимодействия пластины с микропрофилем большей высоты, одновременно перемещают вверх иглу механического клапана с конусным запором в канале, соединяющем камеру над иглой и гидроаккумулятор низкого давления и отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления в течение времени переключения заданного при впрыске удерживают иглу в верхнем положении на время длительности основного впрыска механическим путем при взаимодействии микропрофиля с большей высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины или дополнительно перемещают иглу по заданному закону на время длительности основного впрыска при взаимодействии микропрофилей с заданной переменной высотой по длине микропрофиля с выпуклой поверхностью постоянного радиуса, перемещают пластину вдоль оси кулачкового вала с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси кулачкового вала и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной скосу выпуклой поверхности на конце пластины, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность впрыска непрерывно или перемещают пластину вдоль оси кулачкового вала с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси кулачкового вала и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси кулачкового вала, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль оси кулачкового вала ступенчато и изменяют длительность впрыска ступенчато.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления подачей топлива, включающее форсунку с подпружиненной иглой с механическим приводом, мультипликатор перемещения, механический регулятор длительности впрыска, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенный гидравлически с надыгольной и подыгольной камерами форсунки, согласно заявленному изобретению, устройство снабжено, гидравлическим аккумулятором низкого давления, механическим клапаном с иглой с конусной поверхностью, быстродействующим реверсивным механическим приводом, управляющий механический клапан установлен между надыгольной камерой и гидравлическим аккумулятором низкого давления, управляющий механический клапан соединен жестко кинематически с иглой форсунки, игла форсунки соединена механически через мультипликатор перемещения или напрямую с быстродействующим реверсивным механическим приводом для ее линейного перемещения, который снабжен, как минимум, одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой поверхностью на одном конце пластины постоянного радиуса определенной длины выпуклой части, кулачковым валом, соединенным кинематически с коленчатым валом с, как минимум, одним программным профилированным кулачком с, как минимум, одним микропрофилем на нем с постоянной заданной малой высотой для впрыска, как минимум, одним микропрофилем с большей высотой для реализации основного впрыска или, как минимум, одним микропрофилем переменной высоты, изменяющимся по заданному закону по длине микропрофиля для реализации основного впрыска,
программные профилированные кулачки с микропрофилями заданной длины с постоянной или переменной высотой на кулачковом валу для управления впрыском выполнены с возможностью последовательного взаимодействия сначала с прямой частью пластины при ее перемещении из одного крайнего положения в другое, а затем с выпуклой поверхностью пластины постоянного радиуса при впрысках заданной длительности, выпуклая поверхность, как минимум, одной пластины выполнена с переменной со скосом непрерывной по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими краями микропрофилей и косыми сбегающими концами микропрофилей, параллельными скосу выпуклой концевой части при непрерывном регулировании длительности впрыска или ступенчатой по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими и сбегающими краями микропрофилей параллельными оси вала, при ступенчатом регулировании длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью перемещении вдоль оси штока и иглы, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы и штока при регулировании длительности впрыска и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина, выход гидроаккумулятора низкого давления соединен со входом топливного насоса высокого давления
Реализация устройства позволяет реализовать мультивпрыск, реализовать регулируемый по длительности впрыск за счет применения простых быстродействующих реверсивных механических приводов (БРМП), вала с профилированными программными кулачками с микропрофилями заданной длины для впрыска в сочетании с пластинами для перемещения запирающего элемента и для регулирования длительности впрысков и отсечек с возможностью их одновременного перемещения во взаимно перпендикулярных плоскостях;
при этом быстродействие БРМП может быть выше устройств с пьезоприводом;
соединение форсунки с ГАВД позволяет сделать впрыск экологичным по длительности и давлению управляемым с использованием для этого простых механических средств
Устройство иллюстрируется чертежами, на которых представлены его варианты для реализации способов:
на фиг.1 - показана форсунка с одним уровнем отверстий с иглой и втулкой (продольный разрез) с мультипликатором перемещения и с выходным штоком для иглы и механическим клапаном для управления подачей топлива в камеру управления над иглой;
фиг.2, а) - показана кинематическая схема (вид с торца кулачкового вала) устройства подачи топлива с подпружиненным штоком, мультипликатором перемещения для ступенчатой выпуклой поверхности; б) - показана кинематическая схема (вид со стороны пластины) устройства подачи топлива с косым скосом выпуклой поверхности с БРМП;
фиг.3 - показан отдельные элементы конструкции: а) пластина с выпуклым поверхностью на конце со скосом или с переменной длиной выпуклой части и шлицами для перемещения конца штока; б) кулачковый вал с микропрофилями постоянной и переменной высоты для реализации основного впрыска с постоянной высотой профиля или по заданному закону в увеличенном виде;
фиг.4 а) - показана кинематическая схема (вид с торца кулачкового вала) устройства подачи топлива с подпружиненным штоком, мультипликатором перемещения для ступенчатой выпуклой поверхности; б) - показана кинематическая схема (вид со стороны пластины) устройства подачи топлива со ступенчатой выпуклой поверхностью с БРМП;
фиг.5 - показаны отдельные элементы конструкции: а) пластина с выпуклой ступенчатой поверхностью на конце и шлицами; б) вал с микропрофилями постоянной и переменной высоты для реализации основного впрыска с постоянной высотой профиля или по заданному закону в увеличенном виде
фиг.6 - показана блок-схема устройства управления подачей топлива при реализации способа управления подачей топлива с гидравлическим аккумулятором высокого давления (ГАВД) и гидравлическим гидроаккумулятором низкого давления (ГАНД).
Устройство на фиг.1 состоит: из корпуса 1 с распылителем, с отверстиями для впрыска топлива 2, иглы 3, кольцевой проточки 4 в корпусе 1, кольцевой полости в корпусе 5, радиального канала 6 в корпусе форсунки 1 для подвода топлива высокого давления под иглу от гидроаккумулятора высокого давления, канала 7 в корпусе форсунки 1 для подвода высокого давлении от гидроаккумулятора высокого давления (ГАВД на фиг.6 не показан) к игле сверху при отсечке; штока 8 переменного по длине лиаметра, являющегося продолжением иглы 3 с цилиндрической вставкой 9 большего диаметра, надыгольной камеры 10 над штоком 8 и иглой 3, крышки 11 с цилиндрической вставкой, через которую проходит шток 8, в крышке 11 с цилиндрической вставкой выполнен канал 12 для подвода топлива с высоким давлением при отсечке и отвода топлива из камеры 10 при впрыске; жесткий рычаг 13 соединяет иглу 14 механического клапана со штоком 8; игла 14 перекрывает канал 15 с конусным седлом, соединяющий гидроаккумулятор низкого давления (ГАНД, который на фиг.1 не обозначен) с через каналы 7 и 12 с линией высокого давления от ГАВД; мультипликатора перемещения 16 (МП 16), в который с одной стороны входит вал 8 с рычагом 13; пружины 17, расположенной с другой стороны МП 16 на штоке (на фиг.1 не показан), входящим в стойку 18.
Устройство на фиг.2, а) состоит из кинематической схемы привода в виде быстродействующего реверсивного механического привода (БРМП) из кулачка 19 на кулачковом валу 20, установленном в стойке 18, выпуклой поверхности 21 для задания и регулирования длительности впрыска совместно с микропрофилями 22 заданной постоянной или переменной высоты на поверхности кулачка 19, взаимодействующего с выпуклой поверхностью 21; пластины 23, пластины 24, соединенной жестко с пластиной 23 со шлицами 25, по которым перемещается конец штока 26; шлицев 27 на штоке 26 и в стойке 18, пружины 17 между стойкой 18 и мультипликатором перемещения 16 (МП 16).
на фиг.2, б) показаны: кулачок 19, стойка 18, вал 20, установленный в стойке 18, выпуклая поверхность 21(ВП 21) со скосом при непрерывном управлении, микропрофили 22 с заданной высотой профиля с прямой набегающей кромкой, параллельной оси вала 20 и косой сбегающей кромкой, параллельной скосу ВП 21, шлицы 25, по которым перемещается конец штока 26; шлицы 27 на штоке 26 и в стойке 18; пружина 17 между стойкой 18 и МП 16.
Устройство фиг.3 состоит из отдельно показанных: а) кулачка 18, ВП 21 со скосом, пластины 23, пластины 24, шлицов 25 в пластине 24; б) кулачкового вала 20, микропрофилей 22 разной высоты для предварительного впрыска, основного впрыска и впрыска после основного, которые показаны в увеличенном виде для основного впрыска с постоянной высотой микропрофиля 22 по окружности кулачка 19 и с переменной высотой микропрофиля 22.
Устройство фиг.4 состоит: из кулачка 19, стойки 18, на которой установлен кулачковый вал 20, ступенчатой ВП 21, микропрофилей 22 разной высоты для предварительного впрыска, основного впрыска и впрыска после основного, взаимодействующих с ВП 21; пластины 24 со шлицами 25, по которым перемещается конец штока 26 со шлицами 27, которые входят стойку 18, пружины 17 между стойкой 18 и МП 16.
Устройство фиг.5 состоит: из а) ступенчатой ВП 21, пластины 23, пластины 24, шлицов 25 в пластине 24; б) кулачка 18, кулачкового вала 20, микропрофилей 22 разной высоты для предварительного впрыска, основного впрыска и впрыска после основного, которые показаны в увеличенном виде разной протяженности, с постоянной или переменной высотой по окружности кулачка для реализации основного впрыска. Устройство на фиг.6 состоит: из топливного бака 28, соединенного трубопроводом 29 с топливоподкачивающим насосом 30;
трубопровода 31, которым топливоподкачивающий насос 30 соединен с топливным насосом высокого давления 32 (ТНВД 32), который трубопроводом 33 соединен с гидроаккумулятором высокого давления 34 (ГАВД34) с регулятором давления 35 (РД 35); ГАВД 34 соединен трубопроводами 36 с каналами 6 форсунок 1, камеры управления которых над иглами 3 соединены с гидравлическим аккумулятором низкого давления 38 (ГАНД 38), с регулятором давления 39 и трубопроводом 40 с ТНВД 32.
Работа устройства, реализующего способ.
При вращении коленчатого вала вращается кулачковый вал 20 (фиг.2, фиг.4) и с микропрофилями 22 разной высоты на кулачках 19.
При впрыске через отверстия 2 микропрофиль 22 меньшей высоты взаимодействует сначала с пластиной 23 (фиг.2, фиг.4) и перемещает ее в верхнее положение при впрыске через отверстия 2.
Вместе с пластиной 23 перемещается пластина 24, сжимается пружина 17 на штоке 26 со шлицами. 27. Через МП 16 перемещается шток, соединенный жестко с иглой 3. Пружина 17 может быть расположена после МП 16 со стороны иглы 3.
Игла 3 перемещается в то верхнее положение, которое она может занять при взаимодействии пластины 23 с микропрофилем 22 меньшей высоты. При перемещении иглы 3 со штоком 8 перемещается рычаг 13 для иглы 14 механического клапана с конусным седлом, который открывает канал 15.
В начале движения иглы 3 вверх топливо под высоким давлением поступает под высоким давлением от ГАВД 34 по трубопроводам 36 (фиг.6), канал 6 (фиг.1) корпуса форсунки 1, кольцевую проточку 5 корпуса форсунки под конусную площадку штока 8, через кольцевую проточку 4 под конусную площадку иглы 3. Топливо вытесняется из камеры 10 форсунки 1 над иглой 3 по каналу 12 через канал 15 в ГАНД 38 (фиг.6), поскольку давление ГАНД 38 ниже давления топлива, в полости 5 под конусной площадкой штока 8 и под конусной площадкой иглы 3. Из ГАНД 38 топливо поступает снова в ТНВД 32, но не нулевым давлением, а под давлением, которое препятствует образованию пузырьков воздуха в системе подачи топлива.
При этом одновременно топливо под давлением поступает в отверстия 2 и начинается впрыск. Поскольку топливо воздействует на конусную площадку иглы 3 снизу и на конусную площадку штока 8 через кольцевую полость 5, то это способствует перемещению иглы 3 вверх, помогает через МП 16 сжимать пружину 17, уменьшает тем самым усилие взаимодействия микропрофилей 22 и пластины 23. Поэтому пружина 17 в этом случае будет сжиматься за счет двух сил.
Первая сила возникает за счет взаимодействия микропрофиля 22 меньшей высоты и ВП 21 и действует на иглу 3 сверху через жесткий шток 26 со шлицами 27 и через МП 16, выходной шток которого связан с иглой 3.
Вторая сила-сила давления топлива, которая действует на иглу 3 снизу через конусную площадку внизу иглы 3 и через конусную площадку под штоком 8 и перемещает ее вверх и также перемещает иглу 3. Обе силы действуют согласно при впрыске и обе силы сжимают пружину 17 на штоке 26, который жестко соединен с иглой 3 через МП 16. Усилие, которое действует на иглу 3 сверху зависит от давления топлива на площадь штока 8 сверху, а также от передаточного отношения МП 16 и может быть определено и оптимизировано для конкретной форсунки.
Когда игла 3 перемещается в верхнее положение топливо от ТНВД 32 и ГАВД 34 (фиг.6) поступает под давлением в отверстия 3 распылителя 2. Подаваемое давление под иглу 3 может изменяться с помощью регулятора давления 35, что расширяет возможности управления давлением впрыска.
Впрыск через отверстия 2 длится во время взаимодействия микропрофиля меньшей высоты 22 с ВП 21. При этом набегающий край микропрофиля 22 меньшей высоты перемещает иглу 3 на некоторую величину
Когда микропрофиль 22 при повороте кулачка 19 выйдет из контакта с ВП 21, то пружина 17, сжатая при впрыске, разжимается, передает усилие через МП 16 игле 3, перемещает иглу 3 на седло. Топливо прекращает поступать в отверстия 2 происходит отсечка и заканчивается предварительный впрыск топлива перед основным впрыском. Предварительный впрыск отличается малой длительностью и малым объемом подаваемого топлива, в частности за счет малого подъема иглы 3 при предварительном впрыске.
При дальнейшем повороте кулачка 19 микропрофиль 22 большей высоты взаимодействует сначала с пластиной 23 (фиг.2, фиг.4) и перемещает ее в крайнее положение при впрыске. При этом реализуется основной впрыск топлива. Вместе с пластиной 23 перемещается пластина 24, сжимается пружина 17 24 со штоком 26 на шлицах 27. Через МП 16 перемещается шток, соединенный жестко с иглой 3.
Игла 3 перемещается в верхнее крайнее положение как при постоянной высоте микропрофиля 22 при осуществлении основного впрыска, так и при переменной высоте микропрофиля 22 при осуществлении основного впрыска. В то
В начале движения иглы 3 вверх топливо поступает под высоким давлением от ГАВД 34 по трубопроводам 36 (фиг.6), канал 6 корпуса форсунки 1, кольцевые каналы 5 и 4 под иглу 3. При этом топливо под давлением поступает в отверстия 2 и начинается основной впрыск через отверстия 2.
Объем топлива, впрыскиваемый через отверстия 2 при основном впрыске будет изменяться по закону, определяемому законом изменения высоты микропрофиля 22. Основной впрыск осуществляется с регулированием длительности с постоянной или переменной высотой микропрофиля 22..
Высота микропрофиля 22 для основного впрыска будет больше высоты микропрофиля 22 для предварительного впрыска. Это позволяет подать в цилиндр за время основного впрыска больший объем топлива при постоянной и большей высоте микропроофиля 22 и подать оптимальный объем при переменной высоте микропрофиля 22, который изменяется по закону, заданному поверхностью микропрофиля 22 (фиг.3-б) и фигфиг.5-б)). Если микропрофиль 22 взаимодействующий с ВП 21, изменяется по возрастающему закону (фиг.5, б)), то и высота подъема иглы 3 изменяются по такому же закону. Это позволяет задать нужный закон подачи требуемого объема топлива в цилиндр так, чтобы сжечь его наиболее полно.
Параллельность сбегающей кромки микропрофиля линии скоса необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофиль 22 распределялись равномерно вдоль сбегающей кромки микропрофиля 22 и скоса ВП 21. Возможны самые различные сочетания по протяженности ВП 21 и микропрофилей 22 разной высоты при регулировании длительности основного впрыска (фиг.3, фиг.5).
Один или два предвпрыска через отверстия первого уровня 3 можно осуществлять при минимальных длинах микропрофиля 22 и ВП 21 с регулированием и без регулирования их длительности, равно как и один или два впрыска после подачи основного объема топлива через отверстия 2.
Когда взаимодействие ВП 21 и микропрофиля 22 с большей высотой заканчивается, то пружина 17 разжимается и возвращает иглу 3 в исходное положение.
Оптимальный режим работы при малых давлениях топлива от ГАВД 34 выбирается за счет выбора оптимального передаточного отношения МП 16.
Необходимо выбирать такой МП 16, при котором большие усилия сосредоточивались бы на выходной к игле стороне МП 16.
В этом случае имеется возможность увеличить высоту микропрофилей 22, уменьшить тангенциальные усилия и усилия сжатия на микропрпофилях 22 до допустимых, с обеспечением многократного запаса по усилиям сжатия и тангенциальным усилиям.
После основного впрыска реализуется, как минимум, один дополнительный впрыск, который необходим для дожигания продуктов сгорания от основного впрыска.
При этом игла 3 перемещается в то верхнее положение, которое она может занять при взаимодействии пластины 23 с микропрофилем 22 меньшей высоты.
В начале движения иглы 3 вверх топливо под высоким давлением поступает от ГАВД 34 по трубопроводам 36 (фиг.6), канал 6 корпуса форсунки 1, кольцевую проточку 5 корпуса форсунки, через кольцевую проточку 4 под конусную площадку иглы 3. Топливо вытесняется из камеры 10 форсунки 1 над иглой 3 по каналу 12 через канал 15 в ГАНД 38 (фиг.6), поскольку давление ГАНД 38 ниже давления топлива, в полости 5 под конусной площадкой штока 8 и под конусной площадкой иглы 3. Из ГАНД 38 топливо поступает снова в ТНВД 32, но не нулевым давлением, а под давлением, которое препятствует образованию пузырьков воздуха в системе подачи топлива, снижает энергоемкость управления подачей топлива.
При этом одновременно топливо под давлением поступает в отверстия 2 и начинается третий впрыск топлива после основного второго впрыска. Поскольку топливо воздействует на конусную площадку иглы 3 снизу и на конусную площадку штока 8 через кольцевую полость 5, то это способствует перемещению иглы 3 вверх, помогает через МП 16 сжимать пружину 17, уменьшает тем самым усилие взаимодействия микропрофилей 22 и пластины 23.
Поэтому пружина 17 в этом случае будет сжиматься за счет двух сил.
Первая сила возникает за счет взаимодействия микропрофиля 22 меньшей высоты и ВП 21 и действует на иглу 3 сверху через жесткий шток 26 со шлицами 27 и через МП 16, выходной шток которого связан с иглой 3.
Вторая сила-сила давления топлива, которая действует на иглу 3 снизу через конусную площадку внизу иглы 3 и через конусную площадку под штоком 8 и перемещает ее вверх и также перемещает иглу 3. Обе силы действуют согласно при впрыске и обе силы сжимают пружину 17 на штоке 26, который жестко соединен с иглой 3 через МП 16. Усилие, которое действует на иглу 3 сверху зависит от давления топлива на площадь штока 8 сверху, а также от передаточного отношения МП 16 и может быть определено и оптимизировано для конкретной форсунки.
Когда игла 3 перемещается в верхнее положение топливо от ТНВД 32 и ГАВД 34 (фиг.6) поступает под давлением в отверстия 3 распылителя 2. Подаваемое давление под иглу 3 может изменяться с помощью регулятора давления 35, что расширяет возможности управления давлением впрыска.
Впрыск через отверстия 2 длится во время взаимодействия микропрофиля меньшей высоты 22 с ВП 21.
При этом набегающий край микропрофиля 22 меньшей высоты перемещает иглу 3 на некоторую величину
Когда микропрофиль 22 при повороте кулачка 19 выйдет из контакта с ВП 21, то пружина 17, сжатая при впрыске, разожмется и, передавая усилие, через МП 16 переместит иглу 3 на седло. Топливо прекратит поступать в отверстия 2 произойдет отсечка и закончится третий впрыск топлива после основного впрыска. Впрыск после основного, который служит для дожигания продуктов сгорания топлива после основного впрыска, отличается малой длительностью и малым объемом подаваемого топлива, в частности, за счет малого подъема иглы 3 при этом впрыске.
Альтернативность выбора отдельных признаков в совокупности с другими признаками обеспечивает получение одного и того же технического результата: многократного впрыска топлива с регулируемой длительностью с помощью простых технических средств при постоянной высоте микропрофилей 22 и при переменной высоте микропрофилей 22; при непрерывном изменении длительности впрыска и при дискретном изменении длительности впрыска.
Техническая реализация малых перемещений в устройствах, реализующих способы способ не является проблемой Подшипники коленчатых валов имеют биения 0,005 мм, а высокоточные подшипники имеют биения в 1 микрон и даже в 0,5 микрона. Точное прецизионное изготовление пластины достаточной жесткости позволяет реализовать малые перемещения иглы 5 и втулки 6. С применением МП 16 возможности создания устройств для реализации предложенных способов только расширяются. Вполне возможно за счет применения МП 16 увеличение микроперемещений пластины 23 увеличение размеров микропрофилей 22 и снижение за счет этого напряжений сжатия и касательных напряжений, которые возникают при взаимодействии пары пластина 23 - микропрофиль 22, а также пары ВП 21 - микропрофиль 22. Это повышает надежность и долговечность устройства.
При этом пластина 23, ВП 21 и микропрофиль 22 выполняются из одинакового материала во избежание истирания или микропрофиля 22 или пластины 23. Применение азотированных марганцовистых стальных пластин 23 и микропрофилей 22 может реализовать эффект безызносного трения. Использование МП 16 позволяет увеличить или уменьшить эти перемещения в зависимости от мощности дизеля
Регулирование длительности в устройстве реализуется за счет перемещения пластин 23 с ВП 21 с помощью электропривода, гидропривода или вручную вдоль оси вала 20 с профилированными программными кулачками 19 на величину Δhрег, (фиг2.б), фиг.4).При непрерывном уменьшении длины ВП 21 со скосом (фиг.2, фиг.3) будет непрерывно уменьшаться длительность впрыска за счет уменьшения времени взаимодействия ВП 21 с микропрофилем 22.
Параллельность сбегающей кромки микропрофиля 22 линии скоса ВП 21 необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофиль 22 распределялись равномерно вдоль сбегающей кромки микропрофиля 15 и скоса выпуклой части пластины ВП 21.
При дискретном уменьшении длины выпуклой поверхности ВП 21 пластины 23 будет ступенчато уменьшаться длительность впрыска за счет ступенчатого уменьшения времени взаимодействия ВП 21 с микропрофилем 22. Дискретное управление (фиг.4, фиг.5) будет отличаться от непрерывного тем, что пластина 23 перемещается сразу на некоторую величину, после которой длина ВП 21 изменяется скачком. При этом набегающая кромка и сбегающая кромка микропрофиля 22 будут параллельны оси вала 20.
БРМП имеет преимущество перед пьезоприводом в части быстродействия для быстроходных дизелей. В частности, для пьезопривода длительность перестановки клапана равна 0,0002 с. Для БРМП при частоте вращения более 3000 об/мин она может быть меньше для микропрофиля 22 с заданными размерами по высоте профиля; по длине окружности или поверхности вращения и по длине вдоль оси кулачкового вала. Применение механического привода может быть ограничено только динамическими факторами, в частности за счет возникновения больших импульсов силы при взаимодействии микропрофиля 22 пластины 23 и ВП 21 за малое время и при больших линейных скоростях. Поэтому с большой уверенностью можно сказать, что предлагаемая система подачи топлива может быть внедрена на дизелях с частотой вращения до 1000-1500 об/мин (судовые дизели, мощные транспортные дизели) без всяких технологических затруднений. При больших частотах вращения необходимо решат в каждом конкретном случаеь вопросы жесткости конструкции БРМП и вопросы минимизации его массы как многокритериальной задачи оптимизации.
В предлагаемом изобретении полностью реализуются все операции способа с помощью предлагаемого устройства.
1. Способ управления подачей топлива, включающий операции механического перемещения иглы в верхнее крайнее положение при впрыске и подачу топлива под иглу и отверстия для впрыска, отсечки подачи топлива при превышении силы пружины и давления топлива над иглой и над давлением топлива под иглой и перемещение иглы на седло, изменения длительности впрыска, отличающийся тем, что осуществляют, как минимум, один предварительный впрыск до, как минимум, одного основного и, как минимум, один впрыск после, как минимум, одного основного, при этом на каждом предварительном впрыске и на каждом впрыске после основного перемещают иглу форсунки вверх механическим путем, одновременно перемещают вверх иглу механического клапана с конусным запором в канале, соединяющем камеру над иглой и гидроаккумулятор низкого давления и отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления в течение времени переключения заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с малой высотой, взаимодействующих с пластиной, подают топливо под давлением под иглу форсунки и осуществляют каждый впрыск через отверстия распылителя, удерживают иглу в верхнем положении на время длительности каждого впрыска механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной малой высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины, после окончания каждого впрыска иглу форсунки перемещают в нижнее крайнее положение на седло и одновременно перемещают на седло иглу механического клапана и удерживают их в нижнем крайнем положении в течение времени, заданного при каждой отсечке, и подают при этом топливо под высоким давлением в камеру управления над иглой, осуществляют, как минимум, один основной впрыск, для этого перемещают иглу форсунки вверх механическим путем за счет взаимодействия пластины с микропрофилем большей высоты, одновременно перемещают вверх иглу механического клапана с конусным запором в канале, соединяющем камеру над иглой и гидроаккумулятор низкого давления, и отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления в течение времени переключения заданного при впрыске, удерживают иглу в верхнем положении на время длительности основного впрыска механическим путем при взаимодействии микропрофиля с большей высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины или дополнительно перемещают иглу по заданному закону на время длительности основного впрыска при взаимодействии микропрофилей с заданной переменной высотой по длине микропрофиля с выпуклой поверхностью постоянного радиуса, перемещают пластину вдоль оси кулачкового вала с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси кулачкового вала и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной скосу выпуклой поверхности на конце пластины, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность впрыска непрерывно или перемещают пластину вдоль оси кулачкового вала с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси кулачкового вала и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси кулачкового вала, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль оси кулачкового вала ступенчато и изменяют длительность впрыска ступенчато.
2. Устройство для управления подачей топлива, включающее форсунку с подпружиненной иглой с механическим приводом, мультипликатор перемещения, механический регулятор длительности впрыска, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенный гидравлически с надыгольной и подыгольной камерами форсунки, отличающееся тем, что устройство снабжено гидравлическим аккумулятором низкого давления, механическим клапаном с иглой с конусной поверхностью, быстродействующим реверсивным механическим приводом, управляющий механический клапан установлен между надыгольной камерой и гидравлическим аккумулятором низкого давления, управляющий механический клапан соединен жестко кинематически с иглой форсунки, игла форсунки соединена механически через мультипликатор перемещения или напрямую с быстродействующим реверсивным механическим приводом для ее линейного перемещения, который снабжен, как минимум, одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой поверхностью на одном конце пластины постоянного радиуса определенной длины выпуклой части, кулачковым валом, соединенным кинематически с коленчатым валом с, как минимум, одним программным профилированным кулачком с, как минимум, одним микропрофилем на нем с постоянной заданной малой высотой для впрыска, как минимум, одним микропрофилем с большей высотой для реализации основного впрыска или, как минимум, одним микропрофилем переменной высоты, изменяющимся по заданному закону по длине микропрофиля для реализации основного впрыска, программные профилированные кулачки с микропрофилями заданной длины с постоянной или переменной высотой на кулачковом валу для управления впрыском выполнены с возможностью последовательного взаимодействия сначала с прямой частью пластины при ее перемещении из одного крайнего положения в другое, а затем с выпуклой поверхностью пластины постоянного радиуса при впрысках заданной длительности, выпуклая поверхность, как минимум, одной пластины выполнена с переменной со скосом непрерывной по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими краями микропрофилей и косыми сбегающими концами микропрофилей, параллельными скосу выпуклой концевой части при непрерывном регулировании длительности впрыска или ступенчатой по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими и сбегающими краями микропрофилей, параллельными оси вала, при ступенчатом регулировании длительности впрыска каждая пластина выполнена с возможностью перемещении вдоль оси штока и иглы, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы и штока при регулировании длительности впрыска и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина, выход гидроаккумулятора низкого давления соединен со входом топливного насоса высокого давления.
