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. Предлагаемое изобретение улучшает динамику подачи топлива, повышает индикаторный КПД, реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств. Устройство для управления подачей топлива включает форсунку с иглой без пружины, с двумя клапанами с механическим переключением из одного положения в другое, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос, высокого давления, соединенные гидравлически, снабжено индивидуальным топливным насосом высокого давления для каждой форсунки, индивидуальным гидравлическим аккумулятором высокого давления с клапаном регулирования высокого давления, соединенные между собой гидравлически, двумя управляющими механическими клапанами со штоками с запирающими поверхностями, гидравлическим аккумулятором низкого давления, мультипликатором перемещения, быстродействующим реверсивным механическим приводом/ 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к устройствам для 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 ивестен способ управления подачей топлива (Электрогидравлическая форсунка с двухпозиционным клапаном. Известия вузов Машиностроение - 2002 - №2, с.61-с.75 авторы С.А. Богачев, Ю.Е. Хрящев)
Этот способ управления подачей топливаа, включающий переключение двух управляющих клапанов из одного положения в другое, подачу топлива под высоким давлением под иглу от источника высокого давления, отвод топливо от камеры над иглой через открытый второй механический клапан и перемещение иглы в верхнее положение при впрыске, перемещение иглы в крайнее нижнее положение.
Этот способ предполагает независимую и последовательную работу нагнетательного и разгрузочного клапанов.
При открытом разгрузочном клапане и положении двухпозиционного клапана в левом (верхнем) крайнем положении закрыт наполнительный клапан. Топливо отводится через разгрузочный клапан во внешнюю емкость из камеры над иглой, одновременно топливо подается напрямую под иглу. минуя наполнительный клапан. Игла поднимается в верхнее крайнее положение за счет разности давлений под и над иглой.. открываются отверстия под иглой и происходит впрыск.
При открытом наполнительном клапане и положении двухпозиционного клапана в правом (нижнем) крайнем положении закрыт разгрузочный клапан. Топливо подводится через наполнительный клапан от гидравлического аккумулятора высокого давления в камеру над иглой, одновременно топливо подается напрямую под иглу, минуя наполнительный клапан. Игла перемещается в нижнее крайнее положение за счет разности площадей площадки над иглой и дифференциальной площадки под иглой при одинаковом подаваемом давлении в камеру над иглой и под иглу. закрываются отверстия под иглой и происходит отсечка топлива. Известный способ имеет существенные недостатки.
Недостатки способа в том. что закрытие иглы осуществляется за счет разности площадок над и под иглой при подаче одинакового и высокого давления под иглу и в камеру над иглой.
Для этого необходимо выполнять форсунку так, чтобы площадка над иглой была больше дифференциальной площадки под иглой.
При реализации частичных режимов надежность запирания иглы снижается и возможен прорыв газов из цилиндров.
При наличии высокого давления под и над иглой даже при наличии разности площадей поверхности над иглой и под иглой уменьшается скорость постановки иглы на седло, что также может привести к прорыву газов из цилиндров на частичных режимах.
Необходим способ управления с такими операциями управления подачей топлива, который позволит при отсечке не подавать топливо высокого давления под иглу и тем самым улучшит динамику переключения иглы, исключит любую возможность прорыва газов под иглу из цилиндра при частичных режимах.
Кроме того, известный способ реализуется с помощью электропривода и пьезопривода, что требует дополнительных источников энергии на транспортном средстве и значительных затрат энергии на реализацию способа, сложные схемы ее преобразования. Пьезоприводы имеют сложную технологию и достаточны дороги. Перемещения золотников крайне малы, поэтому требуются дополнительные мультипликаторы перемещения для пьезоприводов.
Кроме того применение пьезоприводов создает избыточное быстродействие форсунки и не ставится с вопрос о достаточном быстродействии с точки зрения оптимального по условиям экологичности и топливной эффективности сжигания топлива. Простые механические приводы на основе микропрофилей для привода управляющих клапанов, обеспечивающие малые перемещения золотников двухпозиционных клапанов отсутствуют.
Способ предполагает использование гидравлического аккумулятора высокого давления, который обладает рядом недостатков. Главным недостатком является его удаленность от цилиндров, которая порождает колебания давления при подаче топлива за счет распространения волн давления топлива по подводящим трубопроводам. Этот недостаток может быть исправлен только использованием индивидуальных топливных насосов и индивидуальных гидравлических аккумуляторов для каждой форсунки.
Из уровня техники известно устройство управления подачей топлива (прототип) в двигатель внутреннего сгорания (Электрогидравлическая форсунка с двухпозиционным клапаном. Известия вузов Машиностроение - 2002 - №2, C.61-C.75, авторы С.А. Богачев, Ю.Е. Хрящев)
Это устройство для реализации для управления подачей топлива, включающее форсунку с иглой без пружины, с двумя клапанами с механическим переключением из одного положения в другое, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенные гидравлически.
В этом устройстве игла не подпружинена, а отсутствие пружины повышает быстродействие иглы и, как следствие, улучшение подачи топлива за счет формирования крутых фронтов подачи с минимизацией потерь при переходных процессах.
В этом устройстве первый механический клапан-наполнительный и второй механический клапан-разгрузочный работают в противофазе и имеют общий привод.
Когда открыт наполнительный клапан, то закрыт разгрузочный клапан и, наоборот, когда закрыт наполнительный клапан, то открыт разгрузочный клапан.
Это не позволяет разгрузить иглу при отсечке от высокого давления снизу, поскольку давление под иглу подается постоянно от гидравлического аккумулятора высокого давления и его подача под иглу не управляется клапанами даже при наличии двух клапанов.
Масса иглы увеличивается из-за необходимости увеличивать площадку над иглой для реализации отсечки.
Ухудшается динамика иглы при ее переустановке. Верхняя площадка иглы должна быть выполнена большей величины, так как установка иглы на седло при равных давлениях сверху и снизу иглы происходит за счет большей площади иглы сверху.
Известное устройство с электрическим приводом двухпозиционного клапана требует затрат электрической энергии до 3 кВт для дизеля мощностью в 100 кВт. Поэтому все значимые исследования по управлению подачей топлива направлены на снижение энергии управления топливоподачей.
При этом востребованы сложные устройства для накопления и преобразования энергии за короткие промежутки времени: время впрыска, время отсечки, которые исчисляются миллисекундами и их долями. Избыточное быстродействие пьезопривода не может быть успешно реализовано в пьезофорсунках за его ненадобностью, а оно избыточно в силу ограниченных возможностей возвратных пружин для запирающих элементов.
Оптимальный цикл впрыска может содержать пять впрысков или даже три впрыска и может быть реализован с помощью механических средств нового поколения.
Кроме того, пьезопривод обладает высокой стоимостью до 1000 евро за один комплект для одного цилиндра. Необходимы приводы более дешевые, обладающие теми же характеристиками, что и пьезопривод по быстродействию.
Устройство предполагает использование гидравлического аккумулятора высокого давления, который обладает рядом недостатков.
Главным недостатком является его удаленность от цилиндров, которая порождает колебания давления при подаче топлива за счет распространения волн давления топлива по подводящим трубопроводам.
Этот недостаток может быть исправлен только использованием индивидуальных топливных насосов для каждой форсунки совместно с индивидуальными гидравлическими аккумуляторами для каждой форсунки.
Целью изобретения является улучшение динамики подачи топлива и повышение индикаторного к.п.д., а также упрощение, повышение надежности и снижение стоимости топливоподающей аппаратуры.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления подачей топлива, включающем переключение двух управляющих клапанов из одного положения в другое, подачу топлива под высоким давлением под иглу от источника высокого давления, отвод топливо от камеры над иглой через открытый второй механический клапан и перемещение иглы в верхнее положение при впрыске, перемещение иглы в крайнее нижнее положение, согласно заявленному изобретению, перемещают подпружиненный плунжер индивидуального топливного насоса вниз приводом от профилированного кулачка, вращающегося с частотой пропорциональной частоте вращения коленчатого вала и взаимодействующего с роликом коромысла, подают топливо плунжером с приводом от коромысла под высоким давлением от индивидуального топливного насоса в индивидуальный гидравлический аккумулятор высокого давления, а от него в форсунку при реализации во время их протекания, как минимум, одного предварительного впрыска, как минимум, одного основного впрыска, как минимум, одного впрыска после основного под иглу форсунки в отверстия распылителя и в надыгольную камеру форсунки, при отсечках подачи топлива после предварительного впрыска, основного впрыска, впрыска после основного, подают топливо от индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления в гидроаккумулятор низкого давления через клапан регулирования высокого давления и в надыгольную управляющую камеру форсунки, возвращают плунжер в верхнее положение с помощью сжатой пружины на штоке, подают топливо в подплунжерную полость индивидуального топливного насоса от гидроаккумулятора низкого давления и топливного бака по трубопроводам с обратными клапанами отдельными для каждого индивидуального топливного насоса, одновременно 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, на каждом основном впрыске и на каждом впрыске после основного перемещают одновременно механическим путем штоки обоих механических клапанов с помощью кулачков с микропрофилями с заданной высотой, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих с пластиной, кинематически соединенной с двумя механическими клапанами, открывают первый и второй механический клапаны одновременно, подают при каждом впрыске топливо под высоким давлением от индивидуального гидравлического аккумумулятора высокого давления под иглу через первый механический клапан и в камеру над иглой, отводят топливо из камеры над иглой и от индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления в гидроаккумулятор низкого давления во время открытия второго механического клапана, перемещают иглу в крайнее верхнее положение за счет разности давлений над и под иглой, удерживают иглу в верхнем положении при подаче топлива в цилиндр за счет давления топлива под иглой, удерживают штоки обоих механических клапанов в верхнем положении механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластин на время длительности каждого впрыска, после окончания каждого предварительного впрыска, каждого основного впрыска и каждого впрыска после основного перемещают штоки обоих механических клапанов в крайнее нижнее положение с помощью пружины и удерживают их в крайнем нижнем положении во время каждой отсечки, прекращают подачу топлива от индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления под иглу через первый механический клапан и подачу топлива в гидравлический аккумулятор низкого давления через второй механический клапан, подают топливо от индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления в камеру над иглой, перемещают иглу в крайнее нижнее положение и удерживают ее гидравлическим путем на время длительности каждой отсечки, перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями, управляющих впрысками вдоль оси кулачкового вала с микропрофилями с набегающей кромкой каждого микропрофиля, параллельной оси кулачкового вала и сбегающей кромкой каждого микропрофиля, параллельной скосу выпуклой поверхности на конце пластины, вручную или автоматически, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность каждого впрыска.
Поставленная цель достигается тем, что устройство управления подачей топлива, включающее форсунку с иглой без пружины, с двумя клапанами с механическим переключением из одного положения в другое, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, соединенные гидравлически, согласно заявленному изобретению, снабжено снабжено индивидуальным топливным насосом высокого давления для каждой форсунки, индивидуальным гидравлическим аккумулятором высокого давления с клапаном регулирования высокого давления, соединенные между собой гидравлически, двумя управляющими механическими клапанами со штоками с запирающими поверхностями, гидравлическим аккумулятором низкого давления, мультипликатором перемещения, быстродействующим реверсивным механическим приводом, индивидуальный гидравлический аккумулятор высокого давления соединен с форсункой с камерой управления над иглой и с ее подыгольной камерой, надыгольная камера каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления, выход гидроаккумулятора низкого давления соединен со входом индивидуального топливного насоса высокого давления с его подплунжерной полостью, выход индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления через клапан регулирования высокого давления соединен с гидравлическим аккумулятором низкого давления, первый управляющий механический клапан для каждой форсунки установлен в канале форсунки между входом гидравлического аккумулятора высокого давления и подыгольной камерой каждой форсунки, второй управляющий механический клапан установлен в канале форсунки между надыгольной камерой каждой форсунки и гидравлическим аккумулятором низкого давления, штоки первого и второго механических клапанов соединены рычагами со штоком, а через него с быстродействующим реверсивным механическим приводом, который снабжен, как минимум, одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой на одном конце поверхностью постоянного радиуса и определенной длиной выпуклой части, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом, с как минимум, одним профилированным кулачком на нем с, как минимум, одним микропрофилем на каждом профилированном кулачке, программные профилированные кулачки с микропрофилями заданной длины и с постоянной высотой выполнены с возможностью последовательного взаимодействия сначала с прямой частью, как минимум, одной пластины при ее перемещении из одного крайнего положения в другое, а затем с выпуклой поверхностью пластины постоянного радиуса при впрысках заданной длительности, микропрофили выполнены с набегающей кромкой, параллельной оси иглы форсунки и со сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности конца пластины, при регулировании длительности впрыска, выпуклая поверхность каждой пластины выполнена с одним или несколькими скосами по ее ширине, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения вдоль оси штока, соединенного напрямую или через мультипликатор перемещения со штоком, с которыми соединены первый и второй механические клапаны, 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.
Устройство для реализации способа иллюстрируется чертежами:
на фиг.1 показана форсунка (продольный разрез) и два механических клапана с коническими запирающими поверхностями седел, соединенные с механическим приводом;
на фиг.2 - показана кинематическая схема быстродействующего реверсивного механического клапана (БРМП) с линейным перемещением механических клапанов и программой управления длительностью впрыска подачи топлива, расположенной вне механических клапанов на полупластине с изогнутым концом и с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце с программой переменной длительности впрыска на них и на профилированных кулачках с программными профилями, а также подпружиненный шток со шлицевым соединением с пластиной с возможностью перемещения пластины относительно штока в плоскости, перпендикулярной оси подпружиненного штока (поперечный разрез) или под углом к ней;
на фиг.3 - показана кинематическая схема БРМП с линейным перемещением для двух механических клапанов и программой управления длительностью впрыска подачи топлива, расположенной вне клапанов на полупластине с изогнутым концом и с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце с программой переменной длительности впрыска;
на фиг.4 - показана блок-схема системы подачи топлива с двумя механическими клапанами, индивидуальным топливным насосом высокого давления (ИТН), индивидуальным гидравлическим аккумулятором высокого давления (ИГАВД) и гидравлическим аккумулятором 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 камеры в корпусе 5, канала 6 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) в корпусе форсунки для подвода высокого давления от ИТН (ИТН на фиг.1 не показан); штока 7 первого механического клапана для перекрытия канала 6 для подачи топлива высокого давления под иглу, рычага 8, соединенного жестко со штоком для перемещения клапанов; верхней части 9 иглы 3; крышки 10, надыгольной управляющей камеры 11 между крышкой 10 и иглой 3; канала 12 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) в крышке 10 для подвода высокого давления от ИТН через ИГАВД в камеру 11; рычага 13, соединенного со штоком привода клапанов (шток на фиг.1 не показан); штока 14 второго механического клапана, перекрывающего канал 15 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) для отвода топлива в гидроаккумулятор низкого давления (ГАНД на фиг.1 не показан); мультипликатора перемещения 16 (МП 16), пружины 17 на выходящем штоке между МП 16 и стойкой 18;
Устройство на фиг.2 представляет быстродействующий реверсивный механический привод (БРМП) и состоит: из МП 16, пружины 17; стойки 18; штока, соединенного с двумя механическими клапанами (на фиг 2 не показан); штока 19, соединенного с пластиной 20 со шлицами 21 для перемещения пластин 20 и 22 и в плоскости, перпендикулярной плоскости иглы 3 форсунки; пластины 22 с изогнутым выпуклым концом 23 (ВП 23), соединенной с пластиной 20; кулачка 24 на валу (вал на фиг.2 не обозначен) с микропрофилями с набегающей кромкой, параллельной оси кулачка 24 и сбегающей кромкой, параллельной скосу ВП 23: микропрофиля 25 для реализации предварительного впрыска (ПВ), микропрофиля 26 для реализации основного впрыска (ОВ) большей длительности, микропрофиля 27 для реализации впрыска после основного (ВПО) малой длительности;
Устройство на фиг.3 состоит: из МП 16, пружины 17, стойки 18; пластины 22 с выпуклым изогнутым концом 23 (ВП 23); штока (на фиг 3 не показан), соединенного с двумя механическими клапанами; штока 19, соединенного с пластиной 20 со шлицами 21 для перемещения пластин в плоскости, перпендикулярной плоскости иглы 3 форсунки; пластины 22 с изогнутым выпуклым концом 23 (ВП 23), соединенной с пластиной 20;
Устройство на фиг.4 состоит: из топливного бака 28, соединенного трубопроводом 29 с топливоподкачивающим насосом 30; трубопровода 31 с обратным клапаном 32, которым топливоподкачивающий насос 30 соединен с общим трубопроводом 33 для подвода топлива в подплунжерные полости всех индивидуальных топливных насосов высокого давления (ИТН); трубопроводов 34 с обратными клапанами (обратные клапана на фиг.4 не показаны) для подвода топлива к подплунжерной полости каждого ИТН; кулачкового вала 35, соединенного кинематически с коленчатым валом дизеля; кулачка 36, взаимодействующего с роликом 37 коромысла 38; пружины 39, плунжера 40, индивидуального топливного насоса 41 (ИТН 41), соединенного на выходе трубопроводом высокого давления 42 с обратным клапаном 43 с индивидуальным гидравлическим аккумулятором высокого давления 44 (ИГАВД 44) с клапаном регулирования высокого давления 45; ИГАВД 44, который трубопроводом 46 соединен с камерой управления под иглой 3, трубопроводом 47 соединен с гидравлическим аккумулятором низкого давления (ГАНД), трубопроводом 48 соединен с камерой управления над иглой; трубопровода 49, который соединен с ГАНД 50 с клапаном регулирования давления 51 (КРД 51); трубопровода 52, который соединен с трубопроводом 33 и с подплунжерными полостями каждого ИТН 41 и с выходом ГАНД 50.
Работа устройства, реализующего способ.
Кулачковый вал 35 вращается с частотой вращения, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала. Поворачивается кулачок 36 привода ИТН 41 (фиг.4) с эксцентриситетом относительно центра вращения, взаимодействует с роликом 37 коромысла 38. Коромысло 38 передает усилие от кулачка 36 плунжеру 40, который перемещается вниз, сжимает пружину 39, подает топливо под давлением из ИТН 41 по трубопроводу 42 с обратным клапаном 43 в индивидуальный гидравлический аккумулятор высокого давления 44 (ИГАВД 44), а от него по трубопроводам 46 и 48 в форсунку 1.
Плунжер 40 перемещается вниз при резком увеличении высоты профиля кулачка 36 с эксцентриситетом относительно центра вращения и его взаимодействия с роликом 37 коромысла 38 во время цикла подачи топлива и подает топливо в ИГАВД 44.
ИГАВД44 создает на выходе необходимое для впрыска постоянное высокое давление топлива.
ИТН 41 вытесняет через ИГАВД 44 объем топлива, требуемый для подачи в цилиндр за цикл топливоподачи при мультивпрыске. В конце цикла подачи топлива профиль кулачка 36 с эксцентриситетом начинает уменьшаться относительно центра вращения. Под действием пружины 39 и давления топлива, поступаемого от ГАНД 50 по трубопроводам 52, 33 и трубопроводов 34 с обратными клапанами под плунжер 40 каждого ИТН41 плунжер 40 начинает перемещаться вверх. При этом часть топлива поступает в подплунжерную полость каждого ИТН 41 от топливного насоса 30 и топливного бака 28, поскольку часть топлива, вытесняемого плунжером 40 в ИГАВД 44 и через него в форсунку 1 тратится на впрыск.
Устройство реализует, как минимум, три впрыска: предварительный впрыск (ПВ), основной впрыск (ОВ), впрыск после основного (ВПО).
При наличии пружины 17 (фиг.2. фиг.3) БРМП работает следующим образом. Перемещение пластин 20 и 22, соединенных жестко между собой, влево (вверх) осуществляется при повороте кулачка 24 на валу, кинематически соединенным с коленчатым валом для осуществления ПВ при взаимодействии микропрофиля 25 с пластиной 22; для осуществления ОВ при взаимодействии микропрофиля 26 с пластиной 22; для осуществления ВПО при взаимодействии микропрофиля 27 с пластиной 22. Растягивается пружина 17, в которой запасается потенциальная энергия.
Вместе с пластиной 22 перемещается шток 19, через МП 16 перемещается шток привода двух механических клапанов (на фиг.1 шток не обозначен) вместе с двумя механическими клапанами со штоком 7 первого механического клапана и штоком 14 второго механического клапана крайнее левое (верхнее) положение.
Открывается канал 6 с помощью штока 7 первого механического клапана. Топливо под высоким давлением подается от ИТН 41 по трубопроводу 42 с обратным клапаном 3 в ИГАВД 44 (фиг.4), который создает постоянное давление.
От ИГАВД 44 топливо под высоким постоянным давлением поступает по трубопроводу 46, по каналу 6 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) под иглу 3 через кольцевую проточку 4 в корпусе форсунки 1 и под верхнюю часть 9 иглы 3 через кольцевую камеру 5.
По трубопроводу 48 топливо от ИГАВД 44 поступает по каналу 12 форсунки 1 с дросселем (дроссель в канале 12 не показан на фиг.1) в управляющую камеру 11 над иглой 3 и ее верхней частью 9.
Открывается канал 15 с помощью штока 14 второго механического клапана при его подъеме вверх. Топливо из камеры 11 над иглой 3 и ее верхней части 9 поступает в ГАНД 50 по каналу 15 и трубопроводу 49. Во время переустановки второго механического клапана со штоком 14 топливо от ИГАВД 44, поступаемое по трубопроводу 48, каналу 12 форсунки 1 в управляющую камеру 11 над иглой 3 также поступает через камеру 11, канал 15, по трубопроводу 49 в ГАНД 50.
Давление в топливной системе не падает до нулевого. Топливо поступает в ГАНД 50 под давлением и не падает ниже давления, задаваемого КРД 51, которое является переменным и определяется режимом работы. Это улучшает экономичность форсунки. Энергия топлива при управлении не падает до энергии топлива при его сливе. Из топлива не выделяются пузырьки воздуха, растворенные в топливе.
После перемещения пластины 22, а вместе с нею и первого и второго механических клапанов со штоками 7 и 14 в крайнее левое (верхнее) положение для ПВ, для ОВ и для ВПО начинаются впрыски. Топливо поступает при каждом из трех впрысков от ИТН 41 в ИГАВД 44.
От ИГАВД 44 топливо под высоким давлением поступает под иглу 3 по трубопроводу 46, каналу 6, (фиг.1 и фиг.4) в кольцевую камеру 5 под верхнюю часть 9 иглы 3, через кольцевую проточку 4 под иглу 3 и в отверстия 2 для впрыска. Игла 3 и ее верхняя часть 9 перемещается вверх из-за разности давлений под иглой 3, ее верхней части 9 и давления в ГАНД 50, которое устанавливается с помощью КРД 51 и которое ниже давления, развиваемого ИГАВД 44.
Программные профилированные кулачки 24 с микропрофилями 25, 26, 27 заданной длины и с постоянной высотой выполнены с возможностью последовательного взаимодействия сначала с прямой частью, как минимум, одной пластины 22 при ее перемещении из одного крайнего положения в другое, а затем с выпуклой поверхностью ВП 23 постоянного радиуса пластины 22 при впрысках заданной длительности
Поэтому микропрофили 25, 26, 27 поочередно взаимодействуют с ВП 23 постоянного радиуса.
Поэтому во время впрысков первый и второй механические клапаны со штоками 7 и 14 находятся в крайнем левом (верхнем) положении.
Длительность каждого впрыска определяется длиной ВП 23 и длиной поверхности каждого из микропрофилей 25, 26, 27. Эта длительность различается по назначению впрыска.
ПВ выполняется с малой длительностью с помощью микропрофиля 25 малой протяженности, ибо его назначение подготовить оптимальное сгорание основной порции топлива без образования окислов азота.
ОВ осуществляется с максимальной длительностью с помощью микропрофиля 26 большой протяженности, необходимой для подачи требуемого количества топлива в цилиндр для реализации требуемой мощности в заданном регулятором длительности режиме.
ВПО реализуется с помощью микропрофиля 27 малой протяженности также с малой длительностью, необходимой для дожигания топлива из основного впрыска.
После взаимодействия каждого микропрофиля 25, 26, 27 с заданной длиной с ВП 23, микропрофили 25, 26, 27 выходят из этого взаимодействия с ВП 23.
Впрыски заканчиваются, когда сбегающие кромки микропрофилей 25, 26, 27, параллельные скосу ВП 23 уходят из контакта с ВП 23.
Использование ИТН 41 совместно с ИГАВД 44 позволяет повысить энергию впрыска. Снизить до минимума колебания давления.
Параллельность сбегающих кромок микропрофилей 25, 26, 27 линии скоса ВП 23 необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофили 25, 26, 27 распределялись равномерно вдоль сбегающих кромок микропрофилей 25, 26, 27 и скосов ВП 23 пластины 22.
При этом для каждого из впрысков после их окончания сжимается пружина 17 возвращает шток 19 в крайнее правое (нижнее) положение на входе МП 16, а через МП 16 возвращает и шток на его выходе с первым и вторым механическими клапанами со штоками 7 и 14 в крайнее правое (нижнее) положение.
Штоком 7 первого механического клапана закрывается канал 6 и топливо перестает поступать под иглу 3 и ее верхнюю часть 9. Таким образом, игла 3 и ее верхняя часть 9 разгружается от высокого давления топлива снизу.
Штоком 14 второго механического клапана закрывается канал 15 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) и топливо перестает поступать от ИГАВД 44 и из камеры 11 в ГАНД 50 по трубопроводу 49.
При закрытии канала 15 вторым механическим клапаном со штоком 14 топливо от ИГАВД 44 поступает в камеру 11, давит на площадку над иглой 3и ее верхней частью 9 и перемещает иглу 3 и ее верхнюю часть 9 в нижнее крайнее положение. Игла 3 быстро становится на упор при любых режимах работы, в том числе и при частичных режимах.
Высокое давление под иглой 3 отсутствует и поэтому уже необязательно нужно иметь площадку над иглой 3 с площадью большей дифференциальных площадок иглы 3, на которые действует давление снизу.
Динамика перемещения иглы улучшается, игла 3 быстрее становится на упор и надежно на нем удерживается.
После заполнения камеры 11 в каждой форсунке при каждой отсечке топливо через КРВД 45 и трубопроводу 47 поступает в ГАНД 50, не нарушая тем самым процесса работы ИТН 41 и ИГАВД 44 после заполнения камеры управления 11.
Введение операций управления подачей топлива, исключающих подачу топлива под иглу 3 при отсечке позволяет уменьшить размеры площадки под иглой 3, снизить ее массу, увеличить скорость постановки иглы 3 на упор.
Выполнение иглы 3 с несколькими дифференциальными площадками позволяет повысить давление в ГАНД 50 и тем самым увеличить эффективность использования ИТН 41 и ИГАВД 44, повысить к.п.д. при подаче топлива и снизить энергетические затраты на управление подачей топлива.
Механический привод двух механических клапанов со штоками 7 и 14, который позволяет реализовать операции, предотвращающие подачу топлива высокого давления от ИГАВД 44 при отсечке под иглу 3 и в камеру 5 с дифференциальной площадкой верхней части 9 иглы 3 по стоимости будет значительно ниже стоимости пьезопривода или соленоидного привода.
Три впрыска, которые могут быть, как минимум, реализованы предлагаемым устройством уже позволяют оптимизировать сжигание топлива в цилиндре, а, следовательно, повышают индикаторный к.п.д. дизеля.
Преимущество БРМП, используемого в устройстве для реализации способа, в том, что не требуются источников электрической энергии в отличие от форсунок с электроклапанным управлением.
Не требуются сложные устройства преобразования и накопления энергии в короткие промежутки времени. Это упрощает устройство топливоподачи, повышает его надежность. Меньше энергии затрачивается на управление впрыском. Повышается к.п.д. энергетической установки с ДВС.
Регулирование длительности впрыска осуществляется перемещением (фиг.4) пластины 22 с ВП 23 со скосом по шлицам 21, соединенной с пластиной 23, относительно штока, соединенного со штоками 7 и 14 первого и второго механических клапанов.. Перемещение пластины 22 вместе с пластиной 20 по шлицам 21 в плоскости, перпендикулярной или, расположенной под углом к плоскости штока 19 на входе мультипликатора 16, штока на выходе МП 16, соединенного со штоками 7 и 14, будет изменять длину ВП 23 (фиг.3) пластины 22, взаимодействующей с микропрофилями 25, 26, 27, а, следовательно, время всех впрысков.
Так реализуются частичные режимы. При частичных режимах увеличивается длительность отсечек и, следовательно, снижается к.п.д. форсунок. Но общий к.п.д. форсунок будет выше из-за быстрой переустановки клапанов со штоками 7 и 14 и отсутствие высокого давления под иглой 3.
Время впрыска будет тем меньше, чем меньше длина изогнутого конца ВП 23 пластины 22. Перемещение пластины 22 вдоль оси вала с профилированными кулачками микропрофилями 25, 26, 27 осуществляется как вручную, так и с помощью любого автоматического привода. Чем больше частота вращения, тем меньше время взаимодействия и, следовательно, впрыска. Характерной особенностью устройства является то, что время впрыска, регулируемое или нерегулируемое, изменяется автоматически в зависимости от частоты вращения. Поэтому предлагаемое устройство применимо на всех типах дизелей с разной мощностью и с разной частотой вращения.
Микропрофили для управления впрысками могут быть выполнены на одном кулачке и расположены на нем последовательно в соответствии с назначением каждого. В этом случае пластина имеет один скос для всех профилей (фиг.2 и фиг.3). Длительность всех впрысков регулируется одинаково.
Устройство, реализующее способ может быть выполнено и без мультипликатор а перемещений МП 16 для некоторых типов дизелей.
Микропрофили для управления впрысками могут быть выполнены также на нескольких соседних кулачках в соответствии с назначением каждого профиля на своем кулачке для реализации соответствующего впрыска. В этом случае пластина с выпуклым концом может быть выполнена с несколькими скосами для индивидуального регулирования каждого отдельного впрыска (на чертежах этот вариант не представлен, но он абсолютно аналогичен представленному).
Выполняются все операции способа, которые заявлены в изобретении.
Достигается заявленная цель изобретения.
1. Способ управления подачей топлива, включающий переключение двух управляющих клапанов из одного положения в другое, подачу топлива под высоким давлением под иглу от источника высокого давления, отвод топлива от камеры над иглой через открытый второй механический клапан и перемещение иглы в верхнее положение при впрыске, перемещение иглы в крайнее нижнее положение, отличающийся тем, что перемещают подпружиненный плунжер индивидуального топливного насоса вниз приводом от профилированного кулачка, вращающегося с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, и взаимодействующего с роликом коромысла, подают топливо плунжером с приводом от коромысла под высоким давлением от индивидуального топливного насоса в индивидуальный гидравлический аккумулятор высокого давления, а от него в форсунку при реализации во время их протекания, как минимум, одного предварительного впрыска, как минимум, одного основного впрыска, как минимум, одного впрыска после основного под иглу форсунки в отверстия распылителя и в надыгольную камеру форсунки, при отсечках подачи топлива после предварительного впрыска, основного впрыска, впрыска после основного, подают топливо от индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления в гидроаккумулятор низкого давления через клапан регулирования высокого давления и в надыгольную управляющую камеру форсунки, возвращают плунжер в верхнее положение с помощью сжатой пружины на штоке, подают топливо в подплунжерную полость индивидуального топливного насоса от гидроаккумулятора низкого давления и топливного бака по трубопроводам с обратными клапанами, отдельными для каждого индивидуального топливного насоса, одновременно 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, на каждом основном впрыске и на каждом впрыске после основного перемещают одновременно механическим путем штоки обоих механических клапанов с помощью кулачков с микропрофилями с заданной высотой, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих с пластиной, кинематически соединенной с двумя механическими клапанами, открывают первый и второй механический клапаны одновременно, подают при каждом впрыске топливо под высоким давлением от индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления под иглу через первый механический клапан и в камеру над иглой, отводят топливо из камеры над иглой и от индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления в гидроаккумулятор низкого давления во время открытия второго механического клапана, перемещают иглу в крайнее верхнее положение за счет разности давлений над и под иглой, удерживают иглу в верхнем положении при подаче топлива в цилиндр за счет давления топлива под иглой, удерживают штоки обоих механических клапанов в верхнем положении механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины на время длительности каждого впрыска, после окончания каждого предварительного впрыска, каждого основного впрыска и каждого впрыска после основного перемещают штоки обоих механических клапанов в крайнее нижнее положение с помощью пружины и удерживают их в крайнем нижнем положении во время каждой отсечки, прекращают подачу топлива от индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления под иглу через первый механический клапан и подачу топлива в гидравлический аккумулятор низкого давления через второй механический клапан, подают топливо от индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления в камеру над иглой, перемещают иглу в крайнее нижнее положение и удерживают ее гидравлическим путем на время длительности каждой отсечки, перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями, управляющими впрысками вдоль оси кулачкового вала с микропрофилями с набегающей кромкой каждого микропрофиля, параллельной оси кулачкового вала, и сбегающей кромкой каждого микропрофиля, параллельной скосу выпуклой поверхности на конце пластины, вручную или автоматически, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность каждого впрыска.
2. Устройство для управления подачей топлива, включающее форсунку с иглой без пружины, с двумя клапанами с механическим переключением из одного положения в другое, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, соединенные гидравлически, отличающееся тем, что устройство снабжено индивидуальным топливным насосом высокого давления для каждой форсунки, индивидуальным гидравлическим аккумулятором высокого давления с клапаном регулирования высокого давления, соединенные между собой гидравлически, двумя управляющими механическими клапанами со штоками с запирающими поверхностями, гидравлическим аккумулятором низкого давления, мультипликатором перемещения, быстродействующим реверсивным механическим приводом, индивидуальный гидравлический аккумулятор высокого давления соединен с форсункой с камерой управления над иглой и с ее подыгольной камерой, надыгольная камера каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления, выход гидроаккумулятора низкого давления соединен со входом индивидуального топливного насоса высокого давления с его подплунжерной полостью, выход индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления через клапан регулирования высокого давления соединен с гидравлическим аккумулятором низкого давления, первый управляющий механический клапан для каждой форсунки установлен в канале форсунки между входом гидравлического аккумулятора высокого давления и подыгольной камерой каждой форсунки, второй управляющий механический клапан установлен в канале форсунки между надыгольной камерой каждой форсунки и гидравлическим аккумулятором низкого давления, штоки первого и второго механических клапанов соединены рычагами со штоком, а через него с быстродействующим реверсивным механическим приводом, который снабжен, как минимум, одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой на одном конце поверхностью постоянного радиуса и определенной длиной выпуклой части, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом с, как минимум, одним профилированным кулачком на нем с, как минимум, одним микропрофилем на каждом профилированном кулачке, программные профилированные кулачки с микропрофилями заданной длины и с постоянной высотой выполнены с возможностью последовательного взаимодействия сначала с прямой частью, как минимум, одной пластины при ее перемещении из одного крайнего положения в другое, а затем с выпуклой поверхностью пластины постоянного радиуса при впрысках заданной длительности, микропрофили выполнены с набегающей кромкой, параллельной оси иглы форсунки, и со сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности конца пластины, при регулировании длительности впрыска, выпуклая поверхность каждой пластины выполнена с одним или несколькими скосами по ее ширине, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения вдоль оси штока, соединенного напрямую или через мультипликатор перемещения со штоком, с которым соединены первый и второй механические клапаны, 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.
