способ управления подачей топлива и устройство управления подачей топлива

Формула изобретения

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 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 в течение времени переключения, заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с малой высотой, взаимодействующих с пластиной, одновременно с иглой форсунки перемещают первый механический клапан вверх, закрывают канал для подвода топлива высокого давления в управляющую надыгольную камеру, подают топливо под иглу форсунки и в отверстия распылителя, одновременно с иглой форсунки перемещают второй механический клапан вверх, открывают канал для отвода топлива от управляющей надыгольной камеры, отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления, удерживают иглу форсунки, первый и второй механические клапаны в верхнем положении на время длительности каждого предварительного впрыска и каждого впрыска после основного впрыска механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной малой высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины, после окончания каждого предварительного впрыска и каждого впрыска после основного впрыска иглу форсунки перемещают в нижнее крайнее положение, одновременно перемещают вниз первый и второй механические клапаны, открывают канал для подвода топлива высокого давления в управляющую надыгольную камеру и закрывают канал для отвода топлива от управляющей надыгольной камеры в гидроаккумулятор низкого давления, подают топливо под высоким давлением в управляющую надыгольную камеру, удерживают механическим путем в течение времени, заданного при каждой отсечке между двумя последовательными впрысками, между предварительным и основным впрысками и между основным впрыском и впрыском после основного, иглу форсунки и первый и второй механические клапаны, осуществляют, как минимум, один основной впрыск и для этого перемещают иглу форсунки в верхнее промежуточное положение механическим путем в течение времени переключения, заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с большей высотой, взаимодействующих с пластиной,

одновременно с иглой форсунки перемещают первый механический клапан вверх, закрывают канал для подвода топлива высокого давления в управляющую надыгольную камеру, подают топливо под иглу форсунки и в отверстия распылителя, одновременно с иглой форсунки перемещают второй механический клапан вверх, открывают канал для отвода топлива от управляющей надыгольной камеры, отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления, удерживают иглу форсунки, первый и второй механические клапаны 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 форсунки по заданному закону во время длительности основного впрыска при взаимодействии микропрофилей с заданной переменной высотой по длине микропрофиля с выпуклой поверхностью постоянного радиуса, после окончания каждого основного впрыска иглу форсунки перемещают в нижнее крайнее положение, одновременно перемещают вниз первый и второй механические клапаны, открывают канал для подвода топлива в управляющую надыгольную камеру и закрывают канал для отвода топлива от управляющей надыгольной камеры в гидроаккумулятор низкого давления, подают топливо под высоким давлением в управляющую надыгольную камеру, удерживают в течение времени, заданного при каждой отсечке между двумя последовательными впрысками, впрыском после основного и предварительным впрыском, иглу форсунки и первый и второй механические клапаны, перемещают пластину вдоль оси вала кулачка с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси кулачка, и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной скосу выпуклой поверхности на конце пластины, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность каждого впрыска непрерывно или перемещают пластину вдоль оси вала кулачка с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси вала кулачка, и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси вала кулачка, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль оси 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, двумя механическими клапанами, быстродействующим реверсивным механическим приводом, первый механический клапан соединен механически с иглой и перекрывает канал подвода топлива от гидроаккумулятора высокого давления в управляющую надыгольную камеру, второй механический клапан соединен механически с иглой форсунки и перекрывает канал, соединяющий управляющую надыгольную камеру с гидроаккумулятором низкого давления при отсечке, игла форсунки соединена механически через шток с быстродействующим реверсивным механическим приводом для ее линейного перемещения, который снабжен, как минимум, одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой поверхностью постоянного радиуса, на одном конце пластины определенной длины выпуклой части 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 реализации, как минимум, одного предварительного впрыска, с, как минимум, одним микропрофилем на нем с постоянной заданной большей высотой для реализации, как минимум, одного основного впрыска или, как минимум, одним микропрофилем переменной высоты, изменяющимся по заданному закону по длине микропрофиля для реализации, как минимум, одного основного впрыска с, как минимум, одним микропрофилем на нем с постоянной заданной малой высотой для реализации, как минимум, одного впрыска после основного, все микропрофили разной высоты отделены друг от друга промежутками по окружности кулачкового вала, программные профилированные кулачки с микропрофилями заданной длины постоянной или переменной высотой 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 переменной со скосом непрерывной по ширине пластины длиной выпуклой концевой части, микропрофили выполнены с прямыми набегающими краями и косыми сбегающими концами, параллельными скосу выпуклой концевой части или ступенчатой по ширине пластины длиной выпуклой концевой части, а микропрофили выполнены с прямыми набегающими и сбегающими краями, параллельными оси вала при регулировании длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью перемещении вдоль оси штока и иглы форсунки и соединена при этом напрямую через шток или через мультипликатор перемещения с подпружиненным штоком и через него с иглой форсунки, 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.

Описание изобретения к патенту

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

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.

Способ не позволяет разделить движения по перемещению иглы из одного крайнего положения в другое и по регулированию длительности. Этот родовой недостаток способа, который не позволяет реализовать мультивпрыск с регулируемой длительностью каждого впрыска.

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 разделить движение по перемещению иглы из одного крайнего положения в другое и движение по управлению длительностью впрыска. Это родовой недостаток устройства, который препятствовал внедрению устройства. Из главного недостатка вытекают все остальные.

Устройство не позволяет осуществить более одного впрыска за цикл топливоподачи, хотя и позволяет регулировать длительность впрыска: не позволяет реализовать оптимальный цикл впрыска из предварительного впрыска (ПВ), основного впрыска (ОВ), впрыска после основного (ВПО).

Устройство не позволяет прекращать подачу топлива под иглу при отсечке, что снижает надежность запирания форсунки при отсечке.

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.

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 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 в течение времени переключения, заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с малой высотой, взаимодействующих с пластиной, одновременно с иглой форсунки перемещают первый механический клапан вверх, закрывают канал для подвода топлива высокого давления в управляющую надыгольную камеру, подают топливо под иглу форсунки и в отверстия распылителя, одновременно с иглой форсунки перемещают второй механический клапан вверх, открывают канал для отвода топлива от управляющей надыгольной камеры, отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления, удерживают иглу форсунки, первый и второй механические клапаны в верхнем положении на время длительности каждого предварительного впрыска и каждого впрыска после основного впрыска механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной малой высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины, после окончания каждого предварительного впрыска и каждого впрыска после основного впрыска иглу форсунки перемещают в нижнее крайнее положение, одновременно перемещают вниз первый и второй механические клапаны, открывают канал для подвода топлива высокого давления в управляющую надыгольную камеру и закрывают канал для отвода топлива от управляющей надыгольной камеры в гидроаккумулятор низкого давления, подают топливо под высоким давлением в управляющую надыгольную камеру, удерживают механическим путем в течение времени, заданного при каждой отсечке между двумя последовательными впрысками, между предварительным и основным впрысками и между основным впрыском и впрыском после основного, иглу форсунки и первый и второй механические клапаны, осуществляют, как минимум, один основной впрыск и для этого перемещают иглу форсунки в верхнее промежуточное положение механическим путем в течение времени переключения, заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с большей высотой, взаимодействующих с пластиной, одновременно с иглой форсунки перемещают первый механический клапан вверх, закрывают канал для подвода топлива высокого давления в управляющую надыгольную камеру, подают топливо под иглу форсунки и в отверстия распылителя, одновременно с иглой форсунки перемещают второй механический клапан вверх, открывают канал для отвода топлива от управляющей надыгольной камеры, отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления, удерживают иглу форсунки, первый и второй механические клапаны 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 форсунки по заданному закону во время длительности основного впрыска при взаимодействии микропрофилей с заданной переменной высотой по длине микропрофиля с выпуклой поверхностью постоянного радиуса, после окончания каждого основного впрыска иглу форсунки перемещают в нижнее крайнее положение, одновременно перемещают вниз первый и второй механические клапаны, открывают канал для подвода топлива в управляющую надыгольную камеру и закрывают канал для отвода топлива от управляющей надыгольной камеры в гидроаккумулятор низкого давления, подают топливо под высоким давлением в управляющую надыгольную камеру, удерживают в течение времени, заданного при каждой отсечке между двумя последовательными впрысками впрыском после основного и предварительным впрыском иглу форсунки и первый и второй механические клапаны, перемещают пластину вдоль оси вала кулачка с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси кулачка, и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной скосу выпуклой поверхности на конце пластины, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность каждого впрыска непрерывно или перемещают пластину вдоль оси вала кулачка с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси вала кулачка и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси вала кулачка, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль оси 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, двумя механическими клапанами, быстродействующим реверсивным механическим приводом, первый механический клапан соединен механически с иглой и перекрывает канал подвода топлива от гидроаккумулятора высокого давления в управляющую надыгольную камеру, второй механический клапан соединен механически с иглой форсунки и перекрывает канал, соединяющий управляющую надыгольную камеру с гидроаккумулятором низкого давления при отсечке, игла форсунки соединена механически через шток с быстродействующим реверсивным механическим приводом для ее линейного перемещения, который снабжен, как минимум, одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на одном конце пластины определенной длины выпуклой части, 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 реализации, как минимум, одного предварительного впрыска, с, как минимум, одним микропрофилем на нем с постоянной заданной большей высотой для реализации, как минимум, одного основного впрыска или, как минимум, одним микропрофилем переменной высоты, изменяющимся по заданному закону по длине микропрофиля для реализации, как минимум, одного основного впрыска с, как минимум, одним микропрофилем на нем с постоянной заданной малой высотой для реализации, как минимум, одного впрыска после основного, все микропрофили разной высоты отделены друг от друга промежутками по окружности кулачкового вала, программные профилированные кулачки с микропрофилями заданной длины постоянной или переменной высотой 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 переменной со скосом непрерывной по ширине пластины длиной выпуклой концевой части, микропрофили выполнены с прямыми набегающими краями и косыми сбегающими концами, параллельными скосу выпуклой концевой части или ступенчатой по ширине пластины длиной выпуклой концевой части, а микропрофили выполнены с прямыми набегающими и сбегающими краями, параллельными оси вала при регулировании длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью перемещении вдоль оси штока и иглы форсунки и соединена при этом напрямую через шток или через мультипликатор перемещения с подпружиненным штоком и через него с иглой форсунки, 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.

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 во время отсечки топливо под высоким давлением не поступает под иглу, что повышает надежность отсечки; 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 двумя механическими клапанами для управления подачей топлива в камеру управления над иглой;

фиг.2а) - 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 - показаны отдельные элементы конструкции: а) пластина с выпуклой 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.4а) - 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 камеры 5 в корпусе форсунки; канала 6 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) в корпусе форсунки 1 для подвода топлива высокого давления от гидроаккумулятора высокого давления (ГАВД на фиг.1 не показан) в камеру 10 над иглой 3; канала 7, соединенного на входе с каналом 6, в корпусе форсунки 1 для подвода топлива высокого давления от ГАВД в кольцевую камеру 5 и в камеру под иглой 3; штока 8, соединенного механически с иглой 3 через цилиндрическую площадку 9; управляющей надыгольной камеры 10 над иглой 3; рычага 11, соединенного механически с первым механическим клапаном 12 (ПМК12), перекрывающим канал 6 при движении вверх, и со штоком 8 и иглой 3; второго механического клапана 13 (ВМК13), соединенного с рычагом 14 и через него со штоком 8 и иглой 3; канала 15 с дросселем для отвода топлива из управляющей надыгольной камеры 10 при впрыске, перекрываемого ВМК13 при движении ВМК вниз; мультипликатора перемещения 16 (МП16), пружины 17 на валу между МП16 и стойкой 18.

Устройство на фиг.2а) состоит из кинематической схемы привода в виде быстродействующего реверсивного механического привода (БРМП) из кулачка 19 на кулачковом валу 20, установленном в стойке 18, непрерывной выпуклой поверхности 21(ВП21) со скосом для задания и регулирования длительности впрыска совместно несколькими микропрофилями 22 разной 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 (МП16). на фиг.2б) показаны: кулачок 19, стойка 18, кулачковый вал 20, установленный в стойке 18, выпуклая поверхность 21(ВП21) 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 ВП21, шлицы 25, по которым перемещается конец штока 26; шлицы 27 на штоке 26 и в стойке 18; пружина 17 между стойкой 18 и МП16.

Устройство фиг.3 состоит из отдельно показанных: а) кулачка 19, ВП21 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 и с переменной высотой микропрофиля 22 по окружности кулачка 19.

Устройство фиг.4 состоит: из кулачка 19, стойки 18, на которой установлен кулачковый вал 20, ступенчатой ВП21, микропрофилей 22 разной высоты для предварительного впрыска, основного впрыска и впрыска после основного, взаимодействующих с ВП21; пластины 24 со шлицами 25, по которым перемещается конец штока 26 со шлицами 27, которые входят стойку 18, пружины 17 между стойкой 18 и МП16.

Устройство фиг.5 состоит: из а) ступенчатой ВП21, пластины 23, пластины 24, шлицов 25 в пластине 24; б) кулачка 19, 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 (ТНВД32), который трубопроводом 33 соединен с гидроаккумулятором высокого давления 34 (ГАВД34) с регулятором давления 35 (РД35); ГАВД34 соединен трубопроводами 36 с обратным клапаном 37 с каналами форсунок 1 для подвода топлива под высоким давлением, а трубопроводом 38 с гидроаккумулятором низкого давления 39 ГАНД39 с регулятором давления 40 (РД40), который трубопроводом 41 соединен с ТНВД34.

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

Одновременно перемещаются вверх ПМК12 с рычагом 11 и ВМК13 с рычагом 14. Рычаги 1 и 12 жестко соединены со штоком 8, а через него с иглой 3. Клапаны выполняются такими, что обеспечивают полное перекрывание каналов 6 и 15 при реализации каждого из впрысков каждого оптимального цикла подачи топлива.

ПМК12 и ВМК13 выполнены таким образом, что малый ход ПМК12 и ВМК 13 при ПВ и ВПО обеспечивают полное перекрывание каналов 6 и 15.

При ОВ больший ход ПМК12 и ВМК13 обеспечивает также перекрывание каналов. Технологически и конструктивно это реализуется.

ПМК12 при перемещении вверх закрывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД34 в управляющую надыгольную камеру 10 при впрыске (фиг.1).

Часть канала в аксиальном направлении до камеры 10 показана пунктиром, а перекрываемая клапаном ПМК12 сплошной линией.

ПМК12 при перемещении вниз открывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД34 в управляющую надыгольную камеру 10 при отсечке (фиг.6).

ВМК открывает канал 15 для подачи топлива в ГАНД39 (фиг.6) из управляющей надыгольной камеры 10 при впрыске.

ВМК закрывает канал 15 для подачи топлива в ГАНД39 (фиг.6) из управляющей надыгольной камеры 10 при отсечке.

Вместе с пластиной 23 перемещается пластина 24, сжимается пружина 17 на штоке 26 со шлицами. 27. Через МП16 перемещается шток 9, соединенный жестко с иглой 3 (фиг.2а; фиг.4а).

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 поступает под высоким давлением от ГАВД34 по трубопроводам 36 с обратными клапаном 37 (фиг.6), канал 7 (фиг.1) корпуса форсунки 1, кольцевую проточку 5 корпуса форсунки под конусную площадку 3, через кольцевую проточку 4 под иглу 3.

ПМК12 при перемещении вверх закрывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД34 в управляющую надыгольную камеру 10 при впрыске (фиг.1).

ВМК открывает канал 15 для подачи топлива в ГАНД39 (фиг.6) из управляющей надыгольной камеры 10 при впрыске

Топливо вытесняется из камеры 1 форсунки 1 над иглой 3 через канал 15 с дросселем в ГАНД39 (фиг.6), поскольку давление в надыгольной камере 10, в ГАНД39 и в камере 11 ниже давления топлива, в кольцевой камере 5 под конусной площадкой иглы 3 и под иглой 3. Из ГАНД39 топливо поступает снова в ТНВД32, но не с нулевым давлением, а под давлением через ГАНД39 с КРД40, 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 в кольцевой камере 5, то это способствует перемещению иглы 3 вверх, помогает через МП16 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 ВП21 и действует на иглу 3 сверху через жесткий шток 26 со шлицами 27 и через МП16, выходной шток 9 которого связан с иглой 3. При этом реализуется закон разделения движений. Взаимодействие микропрофиля 22 с ВП21 реализует одно движение по перемещению иглы 3.

Второе движение реализуется во время длительности впрыска за счет взаимодействия микропрофиля 22 с ВП21.

Вторая сила - сила давления топлива, которая действует на иглу 3 снизу через конусную площадку внизу иглы 3 и через конусную площадку в кольцевой камере 5 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 МП16.

Усилие, которое действует на иглу 3 сверху зависит от давления топлива на площадку 9 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 ТНВД32 и ГАВД34 (фиг.6) поступает под давлением в отверстия 3 распылителя 2.

Впрыск через отверстия 2 длится во время взаимодействия микропрофиля меньшей высоты 22 с ВП21.

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 ВП21, то пружина 17, сжатая при впрыске, разжимается, передает усилие через МП16 игле 3, перемещает иглу 3 на седло.

Одновременно перемещаются вниз шток 8, рычаг 11 ПМК12 и рычаг 14 ВМК13, игла 3, механически соединенная со штоком 8 через площадку 9.

ПМК12 при перемещении вниз открывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД34 в управляющую надыгольную камеру 10 при отсечке (фиг.6).

В управляющую кольцевую камеру 10 поступает высокое давление и ускоряет посадку иглы 3 на седло.

ВМК закрывает канал 15 для подачи топлива в ГАНД39 (фиг.6) из управляющей надыгольной камеры 10 при отсечке.

Игла 3 под действием высокого давления на площадку 9 и при расжатии пружины 17 садится на седло. Впрыск топлива прекращается, ПВ заканчивается.

ВМК 13 закрывает канал 15 при отсечке. Топливо не поступает в ГАНД39.

ИВ отличается малой длительностью и малым объемом подаваемого топлива, в частности, за счет малого подъема иглы 3 при ПВ.

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 ОВ топлива. Вместе с пластиной 23 перемещается пластина 24, сжимается пружина 17 на штоке 26 на шлицах 27. Через МП16 перемещается шток, соединенный жестко с иглой 3.

Игла 3 перемещается в верхнее крайнее положение как при постоянной высоте микропрофиля 22 при осуществлении ОВ, так и при переменной высоте микропрофиля 22 при осуществлении ОВ.

Одновременно перемещаются вверх ПМК12 и ПМК13. Шток 8 перемещается вместе с рычагами 11 и 14, жестко соединенным со штоком 8, а через него с иглой 3.

ПМК12 при перемещении вверх закрывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД34 в управляющую надыгольную камеру 10 при ОВ (фиг.1).

Часть канала в аксиальном направлении до камеры 10 показана пунктиром, а перекрываемая клапаном ПМК12 сплошной линией.

ВМК 13 при перемещении вверх открывает канал 15 для подачи топлива в ГАНД39 (фиг.6) из управляющей надыгольной камеры 10 при впрыске.

В начале движения иглы 3 вверх топливо поступает под высоким давлением от ГАВД34 по трубопроводам 36 (фиг.6), канал 7 корпуса форсунки 1, кольцевую камеру 5, кольцевую проточку и 4 под иглу 3. При этом топливо под давлением поступает в отверстия 2 и начинается ОВ через отверстия 2.

Объем топлива, впрыскиваемый через отверстия 2, при ОВ будет изменяться по закону, определяемому законом изменения высоты микропрофиля 22. ОВ осуществляется с регулированием длительности с постоянной или переменной высотой микропрофиля 22.

Высота микропрофиля 22 для ОВ будет больше высоты микропрофиля 22 для ПВ. Это позволяет подать в цилиндр за время ОВ 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.3б) и фиг.5б)).

Если микропрофиль 22 взаимодействующий с ВП21, изменяется по возрастающему закону (фиг.5б)), то и высота подъема иглы 3 изменяется по такому же закону. Это позволяет задать нужный закон подачи требуемого объема топлива в цилиндр так, чтобы сжечь его наиболее полно.

Особенностью процесса впрыска в этом случае является то, что по мере подъема иглы 3, которая может перемещаться по заданному закону, задаваемому формой профиля 22 вверх, одновременно перемещается вверх по абсолютно такому же закону ПМК12. Но для ПМК12 закон изменения профиля 22 не играет роли.

ПМК 12 выполняется для полного перекрытия канала 6 при ПВ, ОВ и ВПО.

Поэтому реализуется амплитудно-фазовое управление объемом впрыскиваемого топлива. Во-первых, в зависимости от угла поворота коленчатого вала изменяется ход иглы (Фиг.3б, фиг.5б); во-вторых, при изменении хода штока 8 подается большее количество топлива по требуемому с точки зрения экологических требований закону.

ВМК13 открывает канал 15 для отвода топлива в ГАНД39 (фиг.6) из управляющей надыгольной кольцевой камеры 10 при впрыске.

В устройстве и для ОВ реализуется закон разделения движений. Взаимодействие микропрофиля 22 с ВП21 реализует одно движение по перемещению иглы 3.

Второе движение реализуется во время длительности впрыска за счет взаимодействия микропрофиля 22 с ВП21.

Реализация закона разделения движений в устройстве является принципиальной особенностью устройства, которая позволяет создать новый класс форсунок с мультивпрыском и механическим: управлением.

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 ВП21. Возможны самые различные сочетания по протяженности ВП21 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 ВП21 с регулированием и без регулирования их длительности, равно как и один или два впрыска после подачи основного объема топлива через отверстия 2.

Когда взаимодействие ВП21 и микропрофиля 22 с большей высотой заканчивается, то пружина 17 разжимается и возвращает иглу 3 в исходное положение на седло.

Одновременно перемещаются вниз шток 8, ПМК12 с рычагом 11 и ВМК13 с рычагом 14, игла 3.

ПМК12 при перемещении вниз открывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД34 в управляющую надыгольную камеру 10 при отсечке (фиг.1).

В управляющую надыгольную кольцевую камеру 10 поступает топливо под высоким давлением от ГАВД34 по каналу 6. Это способствует быстрому перемещению иглы 3 на седло распылителя.

ВМК13 закрывает канал 15 для подачи топлива в ГАНД39 (фиг.6) из управляющей надыгольной камеры 10 при отсечке. Впрыск прекращается.

Оптимальный режим работы при малых давлениях топлива от ГАВД34 выбирается за счет выбора оптимального передаточного отношения МП16.

Необходимо выбирать такой МП16, при котором большие усилия сосредоточивались бы на выходной к игле стороне МП16.

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. В паузе между основным впрыском и впрыском после основного профили 22 не взаимодействуют с ВП21 и форсунка находится в режиме отсечки между впрысками. Способ может быть реализован и без мультипликатора перемещений для определенных типов дизелей с низкой частотой вращения коленчатого вала.

После ОВ реализуется, как минимум, один ВПО, который необходим для дожигания продуктов сгорания от основного впрыска.

При ВПО игла 3 перемещается в то верхнее положение, которое она может занять при взаимодействии пластины 23 с микропрофилем 22 меньшей высоты, который следует за микропрофилем 22 большей высоты, предназначенного для реализации ОВ.

При этом также реализуется закон разделения движений. Взаимодействие микропрофиля 22 с ВП21 реализует одно движение по перемещению иглы 3.

Второе движение реализуется во время длительности впрыска за счет взаимодействия микропрофиля 22 с ВП21.

Одновременно перемещаются вверх ПМК12 с рычагом 11 и ВМК13 с рычагом 14. Рычаги 11 и 14 жестко соединены со штоком 8, а через него с иглой 3,

ПМК12 при перемещении вверх закрывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД34 в управляющую надыгольную камеру 10 при впрыске (фиг.1).Часть канала в аксиальном направлении до камеры 10 показана пунктиром, а перекрываемая клапаном ПМК12 сплошной линией.

ВМК открывает канал 15 для подачи топлива в ГАНД39 (фиг.6) из управляющей надыгольной камеры 10 при впрыске.

Вместе с пластиной 23 перемещается пластина 24, сжимается пружина 17 на штоке 26 со шлицами 27. Через МП16 перемещается шток 9, соединенный жестко с иглой 3 (фиг.2а, фиг.4а).

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 поступает под высоким давлением от ГАВД34 по трубопроводам 36 с обратными клапаном 37 (фиг.6), канал 7 (фиг.1) корпуса форсунки 1, кольцевую проточку 5 корпуса форсунки под конусную площадку 3, через кольцевую проточку 4 под иглу 3.

ПМК12 при перемещении вверх закрывает полностью канал 6 для подачи топлива от ГАВД34 в управляющую надыгольную камеру 10 при впрыске (фиг.1).

ВМК открывает канал 15 для подачи топлива в ГАНД 39 (фиг.6) из управляющей надыгольной камеры 10 при впрыске.

Топливо вытесняется из камеры 1 форсунки 1 над иглой 3 через канал 15 с дросселем в ГАНД39 (фиг.6), поскольку давление ГАНД39 и в камере 11 ниже давления топлива, в кольцевой камере 5 под конусной площадкой иглы 3 и под иглой 3.

При этом одновременно топливо под давлением поступает в отверстия 2 и начинается ВПО. 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 МП16 сжимать пружину 17, уменьшает тем самым усилие взаимодействия микропрофилей 22 и пластины 23.

Когда игла 3 перемещается в верхнее положение топливо от ТНВД32 и ГАВД34 (фиг.6) поступает под давлением в отверстия 3 распылителя 2.

Впрыск через отверстия 2 длится во время взаимодействия микропрофиля меньшей высоты 22 с ВП21 при ВПО.

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 ВП21, то пружина 17, сжатая при впрыске, разожмется и, передавая усилие, через МП16 переместит иглу 3 на седло.

Одновременно перемещаются вниз шток 8, ПМК12 с рычагом 11 и ВМК 13 с рычагом 14, игла 3.

ПМК12 при перемещении вниз открывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД34 в управляющую надыгольную камеру 10 при отсечке (фиг.1).

В надыгольную камеру 10 поступает топливо под высоким давлением от ГАВД34 по каналу 6. Это способствует быстрому перемещению иглы 3 на седло распылителя.

ВМК закрывает канал 15 для подачи топлива в Г АНД 39 (фиг.6) из управляющей надыгольной камеры 10 при отсечке.

Топливо прекратит поступать в отверстия 2 произойдет отсечка и закончится ВПО.

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 с помощью микропрофилей не является проблемой.

Регулирование длительности в устройстве реализуется за счет перемещения пластин 23 с ВП21 с помощью электропривода, гидропривода или вручную - вдоль оси вала 20 с профилированными программными кулачками 19 на величину h_рег (фиг.2б), фиг.4).При непрерывном уменьшении длины ВП21 со скосом (фиг.2, фиг.3) будет непрерывно уменьшаться длительность впрыска за счет уменьшения времени взаимодействия ВП21 с микропрофилем 22.

При этом микропрофили 22 располагаются на разных соседних кулачках со сдвигом по фазе или углу поворота коленчатого вала и взаимодействуют каждый со своей частью ВП21 со своим скосом для регулирования длительности предварительного впрыска, для регулирования основного впрыска и для регулирования основного впрыска (на фиг.2-фиг.5 показана для упрощения только одна пластина ВП21, взаимодействующая с микропрофилями, расположенными последовательно на кулачке 19).

Параллельность сбегающей кромки микропрофиля 22 линии скоса ВП21 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 ВП21.

При дискретном уменьшении длины выпуклой поверхности ВП21 пластины 23 будет ступенчато уменьшаться длительность впрыска за счет ступенчатого уменьшения времени взаимодействия ВП21 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 ВП21 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 БРМП может быть ограничено только динамическими факторами, в частности за счет возникновения больших импульсов силы при взаимодействии микропрофиля 22 пластины 23 и ВП21 за малое время и при больших линейных скоростях.

В предлагаемом изобретении полностью реализуются все операции способа с помощью предлагаемого устройства.