Способ управления подачей топлива и устройство управления подачей топлива
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системе питания двигателя внутреннего сгорания. Предложен способ управления подачей топлива, заключающийся в том, что создают давление топлива с помощью ТНВД (13), подают топливо в гидравлический аккумулятор высокого давления (6), устанавливают в нем определенный уровень давления с помощью клапана регулирования высокого давления (14), подают максимальное напряжение на пьезопривод иглы форсунки (1) с мультипликатором, перемещают иглу на седло и производят отсечку топлива, топливо подают на слив через клапан регулирования высокого давления (14) гидроакумулятора высокого давления (6) во время отсечки. Подают напряжение меньше максимального на пьезопривод иглы форсунки (1), перемещают иглу и пьезопривод за счет давления топлива вверх, подают топливо под иглу, осуществляют впрыск топлива. С помощью предложенного способа можно осуществить, как минимум, один предварительный впрыск, как минимум, один основной впрыск и, как минимум, один впрыск после основного. Кроме того, предложено устройство для реализации способа управления подачей топлива. Технический результат заключается в повышении точности дозирования количества впрыскиваемого топлива и оптимизации процесса сгорания топлива. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к способам подачи топлива и к устройствам управления подачей топлива для двигателей внутреннего сгорания - дизелей (в дальнейшем ДВС), используемых в автомобильном и железнодорожном и водном транспорте, бронетехнике и инженерных машинах.
Из уровня техники известен (Gavin Dober, Simon Tullis, Godfrey Greeves, Nebojsa Milonovic, Martin Hardy and Stefen Zuelch The Impact of Injection Strategies on Emissions Reduction and Power Output of Future Diesel Engine - Diesel Fuel Injection and Sprays - 2008 - (SP-2183)) способ управления подачей топлива в системе типа Common Rail. Этот способ заключается в том, что подают максимальное напряжение и перемещают иглу с помощью пьезопривода с мультипликатором на седло и производят отсечку топлива, топливо подают на слив через клапан регулирования высокого давления (КРВД) гидроакумулятора высокого давления (ГАВД) во время отсечки, подают напряжение меньше максимального на пьезопривод, перемещают иглу и пьезопривод за счет давления топлива вверх, подают топливо под иглу, осуществляют впрыск топлива.
Достоинство способа управления подачей топлива в том, что он позволяет за счет малых и одновременных перемещений иглы и пьезопривода, который обладает высокой управляемостью, подачу топлива в малых дозах, что важно при реализации предварительных впрысков (ПВ) или впрысков после основного (ВПО).
Достоинством способа является то, что игла перемещается непосредственно пьезоприводом, который обладает высоким быстродействием и хорошей управляемостью.
Недостаток способа в том, что давление, создаваемое ГАВД, одинаково для всех впрысков.
Регулирование давления возможно только за счет соотношения эффективного проходного сечения отверстий для впрыска и площади под иглой в самом начале хода иглы на участке подъема иглы, который составляет максимум десятую часть общего хода иглы.
Следовательно, при реализации основного впрыска (ОВ) можно создать небольшую ступеньку малого давления. Ступеньку любого давления или несколько ступеней давления для формирования желаемой конфигурации давления для ОВ с целью реализации максимальной мощности ДВС или реализации работы ДВС с минимальным выбросом вредных веществ при непосредственном управлении иглой с помощью пьезопривода реализовать невозможно.
Из уровня техники известно (Gavin Dober, Simon Tullis, Godfrey Greeves, Nebojsa Milonovic, Martin Hardy and Stefen Zuelch The Impact of Injection Strategies on Emissions Reduction and Power Output of FutureDiesel Engine- Diesel Fuel Injection and Sprays- 2008-(SP- 2183)) устройство управления подачей топлива типа Common Rail, включающее источник высокого давления в виде топливного насоса высокого давления (ТНВД), гидравлический аккумулятор высокого давления (ГАВД), соединенные гидравлически, пьезопривод иглы, электронный блок управления (ЭБУ).
Достоинство устройства управления подачей топлив в том, что оно позволяет за счет малых и одновременных перемещений иглы и пьезопривода, который обладает высокой управляемостью, обеспечить подачу топлива в малых дозах, что важно при реализации предварительных впрысков (ПВ) или впрысков после основного (ВПО).
Недостаток устройства в том, что давление, создаваемое ГАВД, одинаково для всех впрысков.
Регулирование давления возможно только за счет соотношения эффективного проходного сечения отверстий для впрыска и площади под иглой в самом начале хода иглы на участке подъема иглы, который составляет максимум десятую часть общего хода иглы.
Следовательно, при реализации основного впрыска (ОВ) можно создать небольшую ступеньку малого давления. Ступеньку любого давления или несколько ступеней давления для формирования желаемой конфигурации давления для ОВ с целью реализации максимальной мощности ДВС или реализации работы ДВС с минимальным выбросом вредных веществ при непосредственном управлении иглой с помощью пьезопривода реализовать невозможно.
Второй недостаток устройства в том, что устройство не позволяет регулировать давление каждого отдельного впрыска в каждой отдельной форсунке. Поэтому возможности устройства по дозированию сверхмалых объемов ограничены.
Целью изобретения является индивидуальное управление давлением каждого впрыска, точное дозирование сверхмалых объемов топлива при впрысках с требуемым давлением, а также задание требуемого закона давления и впрыскиваемого объема топлива для 0 В.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления подачей топлива, заключающемся в том, что создают давление топлива отдельно независимо от впрыска с помощью отдельного топливного насоса высокого давления, подают топливо в гидравлический аккумулятор высокого давления, устанавливают в нем определенный уровень давления с помощью клапана регулирования высокого давления, общего для гидравлического аккумулятора, подают максимальное напряжение, перемещают иглу с помощью пьезопривода с мультипликатором на седло и производят отсечку топлива, топливо подают на слив через клапан регулирования высокого давления гидроакумулятора высокого давления во время отсечки, подают напряжение меньше максимального на пьезопривод, перемещают иглу и пьезопривод за счет давления топлива вверх, подают топливо под иглу, осуществляют впрыск топлива, согласно заявленному изобретению осуществляют, как минимум, один предварительный впрыск, один основной впрыск, как минимум, один впрыск после основного, при этом управляют перемещением иглы при впрыске и отсечке и регулируют длительность каждого впрыска первым пьезоприводом напрямую или через мультипликатор перемещения, а индивидуальный уровень давления, подаваемого в каждую отдельную форсунку перед каждым последующим впрыском, устанавливают независимо от управления перемещением иглой во время предыдущей отсечки с помощью второго индивидуального для каждой форсунки клапана регулирования высокого давления со вторым пьезоприводом, установленным между камерой высокого давления ограниченного объема под иглой для каждой форсунки и сливом или гидравлическим аккумулятором низкого давления. При реализации предварительного впрыска изменяют давление от максимального при большой отсечке между последним впрыском после основного и предварительным впрыском последующего цикла в конце этой отсечки до требуемого при предварительном впрыске, последующий предварительный впрыск проводят при том же давлении или изменяют его. При реализации основного впрыска увеличивают давление от предыдущего при последнем предварительном впрыске до максимального при реализации одноступенчатого основного впрыска в начале отсечки после предварительного впрыска или устанавливают требуемое давление в начале основного впрыска при реализации основного впрыска с заданной двухступенчатой или иной формой, которое изменяют в течение основного впрыска до максимального в конце основного впрыска. Давление для впрыска первого после основного устанавливают в конце отсечки после основного впрыска, последующие впрыски после основного осуществляют с тем же давлением или изменяют его, после последнего впрыска после основного во время большой отсечки между циклами подачи топлива в начале большой отсечки между циклами подачи топлива устанавливают максимальное давление топлива до начала нового цикла подачи топлива.
Поставленная цель достигается тем, что устройство управления подачей топлива, включающее топливный насос высокого давления, гидроаккумулятор высокого давления, соединенные гидравлически, клапан регулирования высокого давления для гидравлического аккумулятора высокого давления, иглу, соединенную с пьезоприводом, электронный блок управления, согласно заявленному изобретению устройство снабжено для каждой форсунки индивидуальным клапаном регулирования высокого давления с пьезоприводом с плавным или ступенчатым изменением напряжения, установленного между камерой высокого давления с ограниченным объемом под иглой форсунки и сливом или гидравлическим аккумулятором низкого давления, выход гидравлического аккумулятора низкого давления соединен через клапан регулирования давления или обратный клапан со входом топливного насоса высокого давления.
Предлагается новый принцип управления подачей топлива. Он дополняет и развивает известный принцип подачи топлива, реализуемый системой CR.
Новый принцип управления заключается в том, что каждый впрыск в мультивпрыске для каждой отдельной форсунки реализуется при индивидуальном давлении, которое задается с помощью ИКРВД, который соединен с аналогом ГАВД меньшего объема, встроенного в форсунку.
При этом каждый основной впрыск может быть задан в различных модификациях: например впрыск с постоянным максимальным давлением для реализации максимальной мощности или впрыск с возрастающим ступенчато или плавно давлением для реализации впрыска с минимальным выбросом вредных веществ, трапецеидальный впрыск.
Появляется оперативная возможность переходить от одной формы впрыска к другой, оперативно перестраивать его в процессе изменения профиля дороги, других условий эксплуатации.
Повышается возможность при этом оптимального сжигания основной порции топлива. Индивидуальное управление каждым впрыском в каждой форсунке позволяет решить проблему точного дозирования малых объемов, что также является важным для создания экологичных и малошумных дизелей.
Устройство иллюстрируется следующими фигурами
На фиг.1 показана форсунка с непосредственным пьезоприводом иглы и мультипликатором перемещения, соединенная с гидравлическим аккумулятором высокого давления на входе и с индивидуальным клапаном регулирования высокого давления;
на фиг.2 показана блок-схема системы подачи топлива с общим гидравлическим аккумулятором для всех форсунок и индивидуальным клапаном регулирования высокого давления (ИКРВД) топлива для каждого впрыска каждой форсунки;
на фиг.3 показан индивидуальный клапан регулирования высокого давления с пьезоприводом для индивидуального управления каждым отдельным впрыском в каждой отдельной форсунке.
Устройство (фиг.1) состоит из форсунки 1, отверстий для впрыска 2 топлива, иглы 3 форсунки; кольцевого канала 4 для подвода топлива высокого давления; камеры 5, соединенной, с одной стороны, с ГАВД 6, с другой стороны, - с ИКРВД 7; мультипликатора перемещения 8 (МП 8) для первого пьезопривода; первого пьезопривода 9 для иглы 3, соединенного через мультипликатор перемещения 8 с иглой 3; электронного блока управления 10 (ЭБУ 10);
устройство на фиг.2 состоит из емкости для топлива 11, топливоподкачивающего насоса 12, соединенного с емкостью и с топливным насосом высокого давления 13 (ТНВД 13) трубопроводами; гидроаккумулятора высокого давления 6 (ГАВД 6) с датчиком давления и клапаном регулирования высокого давления 14 (КРВД 14) для ГАВД 6 для регулирования давления, общего для всех форсунок; трубопровода 15, соединяющего ГАВД 6 через КРВД 14 с гидроаккумулятором низкого давления 16 (ГАНД 16); клапана регулирования давления 17 (КРД 17) для ГАНД 16, через который ГАНД 16 соединен с ТНВД 13 трубопроводом 18; трубопровода 19, который соединяет каждую форсунку и ее кольцевую камеру 5 (фиг.1) с ГАВД 6; трубопровода 20, который соединяет выход каждого ИКРВД 7 со входом ГАНД 16;
устройство на фиг.3 состоит: из гидроразгруженного клапана 21, подпружиненного пружиной 22 и соединенного со вторым пьезоприводом 23 через мультипликатор перемещения 24 (МП 24)второго пьезопривода; электронного блока управления 10 (ЭБУ10), соединенного с пьезоприводом 3, корпуса 25.
Работа устройства, реализующего способ.
Реализация предварительного впрыска (ПВ).
На первый пьезопривод 9 подается напряжение, при котором он перемещается вниз на некоторую величину и создает на игле 3 через МП 8 некоторое давление, которое уравновешивается давлением топлива. Топливо подается от ГАВД 6. Уровень давления задается КРВД 14 одинаковый для всех форсунок и для всех впрысков каждого отдельного цикла подачи топлива.
Уровень давления топлива для каждого отдельного впрыска устанавливается ИКРВД 7. Для этого на него подается одновременно с подачей напряжения на первый пьезопривод 9 при ПВ напряжение, при котором второй пьезопривод 23 создает некоторое давление и перемещение, которое через МП 24 (фиг.3) воздействует на гидроразгруженный клапан 21.
Клапан 21 перемещается влево и сжимает пружину 22. Через проходное сечение клапана 21 проходит топливо от ГАВД 6 через кольцевую камеру 5 форсунки 1 в ГАНД 16. Давление в камере 5 падает до требуемого при ПВ.
Кольцевая камера 5 играет роль индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления и используется для задания нужного давления для каждого отдельного впрыска. В данном случае ПВ.
При этом ПВ осуществляется при пониженном давлении, которое оптимально для ПВ по условиям экологии и шумности двигателя. Длительность ПВ устанавливается первым пьезоприводом 9. После окончания ПВ наступает отсечка.
При первой после ПВ отсечки на первый пьезопривод 9 подается с ЭБУ 10 максимальное напряжение. При этом пьезопривод 9 перемещает иглу 3 на седло. Первый пьезопривод 9 может перемещать иглу 3 напрямую или через первый мультипликатор перемещения 8.
На второй пьезопривод 23 подается минимальное напряжение. Пружина 22 перемещает клапан 21 вправо и закрывает его полностью. В камере 5 устанавливается давление ГАВД 6. Слив топлива происходит во время отсечки через КРВД 14, которым устанавливается общее давление для всех форсунок. Принцип экономии топлива реализуется при управлении ПВ.
Второй ПВ происходит при таком же пониженном давлении, как и первый или для него устанавливается свой уровень давления ИКРВД 23. Основной впрыск (ОВ)
В конце первой отсечки при одноступенчатом ОВ на первый пьезопривод 9 подается минимальное напряжение. Он не создает давления.
Давление топлива из камеры 5, равное давлению от ГАВД 6, поступает под дифференциальную площадку под иглой 3 и под площадку иглы 3 в камере 5.
Под давлением топлива игла 3 перемещается вверх. Пьезоэлементы пьезопривода 9 через МП 8 возвращаются в исходное состояние с минимальным по времени переходным процессом.
Пьезопривод 23 закрыт. В камере 5 максимальное давление, равное давлению от ГАВД 6. ОВ осуществляется при максимальном давлении топлива. Длительность ПВ устанавливается первым пьезоприводом 9.
Во время ОВ в цилиндр поступает основная порция топлива. После окончания ОВ наступает отсечка.
При первой после ПВ отсечки на первый пьезопривод 9 подается с ЭБУ10 максимальное напряжение. При этом пьезопривод 9 перемещает иглу 3 на седло.
На второй пьезопривод 23 по-прежнему подается минимальное напряжение.
Напряжение, подаваемое на пьезопривод 23, может изменяться плавно или ступенчато. Пружина 22 перемещает клапан 21 вправо и закрывает его полностью.
В камере 5 устанавливается давление ГАВД 6. Слив топлива происходит во время отсечки через КРВД 14, которым устанавливается общее давление для всех форсунок. Принцип экономии топлива реализуется при управлении ПВ.
Если ОВ осуществляется при переменном давлении, то делается это следующим образом.
Устанавливают вторым пьезоприводом 23 через МП 24 необходимое начальное давление впрыска в камере 5.
Затем устанавливают первым пьезоприводом 9 величину подъема иглы, соответствующую этому давлению, затем одновременно увеличивают давление в камере 5, уменьшая подаваемое на пьезопривод 23 напряжение.
Пружина 22 перемещает клапан 21 вправо вплоть до его полного закрытия. Одновременно уменьшают напряжение, подаваемое на первый пьезопривод 9.
Игла будет под действием возрастающего давления перемещаться вверх до своего крайнего положения. Таким образом, можно реализовать любой требуемый закон подачи топлива во время ОВ.
Впрыск после основного (ВПО).
Первый впрыск для дожигания сажи может быть проведен при максимальном давлении. Поэтому при отсечке после ОВ на первый пьезопривод 9 подается с ЭБУ 10 максимальное напряжение. При этом пьезопривод 9 перемещает иглу 3 на седло через первый МП 8. Происходит отсечка топлива после ОВ
На второй пьезопривод 23 ИКРВД 7 продолжает подаваться минимальное напряжение. Клапан 21 перемещен, как было при ОВ, вправо и полностью закрыт.
В камере 5 остается максимальное давление от ГАВД 6 для реализации первого ВПО. Слив топлива происходит во время кратковременной после ОВ отсечки перед первым ВПО через КРВД 14, которым устанавливается общее давление для всех форсунок.
Затем на первый пьезопривод 9 подается напряжение, меньшее максимального, или импульс напряжения обратного знака.
При этом давление топлива перемещает иглу 3 вверх на такую высоту, при которой уравновешивается давление топлива снизу и давление, развиваемое пьезоприводом 9 сверху. Происходит первый ВПО.
После его окончания на первый пьезопривод 9 подается максимальное напряжение от ЭБУ 10. Он создает давление и перемещение через МП 8 на иглу 3. Игла 3 становится на седло.
Первый ВПО заканчивается. В камере 5 при этом остается максимальное давление от ГАВД 6 на время отсечки между первым ВПО и вторым ВПО.
В конце отсечки между первым и вторым ВПО устанавливается давление, меньшее максимального, для проведения второго ВПО. Нужное для этого и для реализации второго ВПО давление формируется следующим образом.
На пьезопривод 23 подается определенная величина напряжения, при которой пьезопривод 23 перемещает через второй МП 24 клапан 21 влево, сжимает пружину 22.
Открывается проходное сечение клапана 21. Топливо из камеры 5, которое находилось там под давлением ГАВД 6, частично поступает в ГАНД 16. Давление в камере 5 падает до величины, требуемой при ВПО.
При этом давлении уравновешиваются силы давления, развиваемого пьезоприводом 9, и давления топлива при ВПО. При этом давлении и осуществляется ВПО. Длительность ВПО задается первым пьезоприводом 9.
На второй пьезопривод 23 подается минимальная величина напряжения, при которой пьезопривод 23 не перемещает через второй МП 24 клапан 21 влево, не сжимает пружину 22, не открывается проходное сечение клапана 21.
Топливо из камеры 5, которое находилось там под давлением ГАВД 6, не поступает в ГАНД 16. Давление в камере 5 остается максимальным, как при реализации ОВ. При этом первый ВПО осуществляется при максимальном давлении.
Второй ВПО может быть проведен при том же давлении, что и первый ВПО, если первый ВПО проводится при давлении, меньшем максимального.
Тогда на второй пьезопривод 23 во время реализации второго ВПО никакого сигнала не подается, поскольку давление при втором ВПО такое же, что при первом ВПО. И первый ВПО, и второй ВПО проводятся при одном и том же давлении, установленном с помощью второго пьезопривода 23 при реализации первого ВПО.
Отсечка после второго ВПО. При этом подается на первый пьезопривод 9 максимальное напряжение. Пьезопривод 9 перемещает иглу 3 на седло через первый МП 8. Одновременно на второй пьезопривод 23 подается минимальное или нулевое напряжение.
Клапан 21 перемещается пружиной 22 вправо и закрывает проходное сечение клапана 21 полностью. Топливо из камеры 5 через ИКРВД 7 не сливается. В ней устанавливается максимальное давление.
При этом давлении проходит большая отсечка между циклами подачи топлива.
Устройство выполняет все операции способа.
1. Способ управления подачей топлива, заключающийся в том, что создают давление топлива отдельно независимо от впрыска с помощью отдельного топливного насоса высокого давления, подают топливо в гидравлический аккумулятор высокого давления, устанавливают в нем определенный уровень давления с помощью клапана регулирования высокого давления, общего для гидравлического аккумулятора, подают максимальное напряжение, перемещают иглу с помощью пьезопривода с мультипликатором на седло и производят отсечку топлива, топливо подают на слив через клапан регулирования высокого давления гидроакумулятора высокого давления во время отсечки, подают напряжение меньше максимального на пьезопривод, перемещают иглу и пьезопривод за счет давления топлива вверх, подают топливо под иглу, осуществляют впрыск топлива, отличающийся тем, что осуществляют, как минимум, один предварительный впрыск, один основной впрыск, как минимум, один впрыск после основного, при этом управляют перемещением иглы при впрыске и отсечке и регулируют длительность каждого впрыска первым пьезоприводом напрямую или через мультипликатор перемещения, а индивидуальный уровень давления, подаваемого в каждую отдельную форсунку перед каждым последующим впрыском, устанавливают независимо от управления перемещением иглой во время предыдущей отсечки с помощью второго индивидуального для каждой форсунки клапана регулирования высокого давления со вторым пьезоприводом, установленным между камерой высокого давления ограниченного объема под иглой для каждой форсунки и сливом или гидравлическим аккумулятором низкого давления, при реализации предварительного впрыска изменяют давление от максимального при большой отсечке между последним впрыском после основного и предварительным впрыском последующего цикла в конце этой отсечки до требуемого при предварительном впрыске, последующий предварительный впрыск проводят при том же давлении или изменяют его, при реализации основного впрыска увеличивают давление от предыдущего при последнем предварительном впрыске до максимального при реализации одноступенчатого основного впрыска в начале отсечки после предварительного впрыска или устанавливают требуемое давление в начале основного впрыска при реализации основного впрыска с заданной двухступенчатой или иной формой, которое изменяют в течение основного впрыска до максимального в конце основного впрыска, давление для впрыска первого после основного устанавливают в конце отсечки после основного впрыска, последующие впрыски после основного осуществляют с тем же давлением или изменяют его, после последнего впрыска после основного во время большой отсечки между циклами подачи топлива в начале большой отсечки между циклами подачи топлива устанавливают максимальное давление топлива до начала нового цикла подачи топлива.
2. Устройство управления подачей топлива, включающее топливный насос высокого давления, гидроаккумулятор высокого давления, соединенные гидравлически, клапан регулирования высокого давления для гидравлического аккумулятора высокого давления, форсунку с иглой, соединенной с пьезоприводом, электронный блок управления, отличающееся тем, что устройство снабжено для каждой форсунки индивидуальным клапаном регулирования высокого давления с пьезоприводом с плавным или ступенчатым изменением напряжения, установленным между камерой высокого давления с ограниченным объемом под иглой форсунки и сливом или гидравлическим аккумулятором низкого давления, выход гидравлического аккумулятора низкого давления соединен через клапан регулирования давления или обратный клапан со входом топливного насоса высокого давления.
