СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА
METHOD TO CONTROL FUEL SUPPLY AND DEVICE TO CONTROL FUEL SUPPLY

Изобретение относится к способам подачей топлива и к устройствам управления подачей топлива для двигателей внутреннего сгорания-дизелей (в дальнейшем ДВС) на стационарных установках- с дизелями большой мощности и мобильном транспорте, на тракторах с любым типом трансмиссии, в частности с электротрансмиссией, для реализации широкого спектра технологий в сельском хозяйстве (пахота, обмолот валков комбайнами, укладка валков жатками), для строительно-дорожных машин и технологий, реализуемых с их помощью, в автомобильном и железнодорожном и водном транспорте, бронетехнике и инженерных машинах.
Из уровня техники известен способ подачи топлива в цилиндры дизеля (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Ред. Орлин А.С., Круглов М.Г - М. «Машиностроение», 1990, С.133…136.), заключающийся в том, что во время цикла подачи: подают топливо под подпружиненную иглу в цилиндр через распыливающие отверстия при превышении давления топлива над силой пружины и производят отсечку топлива при превышении, силы пружины над давлением топлива, количество подаваемого топлива изменяют поворотом плунжера через рейку топливного насоса за счет изменения объема вытесняемого топлива при постоянной длительности впрыска.
Этот способ не позволяет разделить процессы нагнетания и впрыска, которые протекают одновременно, как это имеет место в системах CommonRail.
Этот способ не позволяет регулировать длительность впрыска цилиндрах, не позволяет производить несколько впрысков, сильно сужает возможности по улучшению параметров впрыска, снижению токсичности отходящих газов, улучшению экологических параметров при сжигании топлива, не обеспечивает качественное распыливание и качественное смесеобразование.
Способ не позволяет управлять иглой напрямую механическим путем с помощью кулачков с микропрофилями.
Способ не позволяет подавать топливо в форсунку от гидроаккумулятора высокого давления и достигать высоких показателей по экологичности при сжигании топлива.
Из уровня техники известен способ [Л.Г. Гальперович. Системы впрыска судовых двигателей. Проектирование, конструкция. Ленинград, 1961 г, с.163] управления подачей топлива (прототип), включающий операции механического перемещения иглы в верхнее крайнее положение при впрыске и подачу топлива под иглу и отверстия для впрыска, отсечки подачи топлива при превышении силы пружины и давления топлива над иглой и над давлением топлива под иглой и перемещение иглы на седло, изменения длительности впрыска,
Способ крайне сложен в реализации из-за сложной системы рычагов и не нашел своего применения.
Способ не позволяет разделить движения по перемещению иглы из одного крайнего положения в другое и по регулированию длдительности. 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 топливоподачй 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.
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, не обеспечивает качественное распыливание и качественное смесеобразование.
Целью изобретения является, повышение надежности и к.п.д. устройства, снижение его стоимости за счет реализации механически регулируемого мультивпрыска на основе системы CR с прямым механическим и гидромеханическим управлением иглой.
Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем операции механического перемещения иглы в верхнее крайнее положение, при впрыске и подачу топлива под иглу и отверстия для впрыска, отсечки подачи топлива при превышении силы пружины и давления топлива над иглой и над давлением топлива под иглой и перемещение иглы на седло, изменения длительности впрыска, сргласно 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 шток первого механического клапана вверх, открывают канал для подвода топлива под иглу форсунки, подают топливо под иглу форсунки и в отверстия распылителя, одновременно с иглой форсунки перемещают шток второго механического клапана вверх, открывают канал для отвода топлива от камеры управления над иглой, отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления, удерживают иглу форсунки, штоки первого и второго механических клапанов 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 штоки первого и второго механических клапанов перемещают вниз закрывают канал для подвода топлива под иглу и закрывают канал для отвода топлива от камеры управления над иглой в гидроаккумулятор низкого давления, подают топливо под высоким давлением в камеру управления над иглой при перемещении иглы вниз, удерживают в течение времени заданного при каждой отсечке между двумя последовательными впрысками иглу форсунки и штоки первого и второго механических клапанов, осуществляют, как минимум, один основной впрыск через отверстия 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 шток первого механического клапана вверх, открывают канал для подвода топлива под иглу форсунки, подают топливо под иглу форсунки и в отверстия распылителя, одновременно с иглой форсунки перемещают шток второго механического клапана вверх, открывают канал для отвода топлива от камере управления над иглой и втулкой, отводят топливо из камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления, удерживают иглу форсунки, штоки первого и второго механических клапанов 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 штоки первого и второго механических клапанов перемещают вниз закрывают канал для отвода топлива от камеры управления над иглой в гидроаккумулятор низкого давления, подают топливо под высоким давлением в камеру управления над иглой, удерживают в нижнем крайнем в течение времени заданного при каждой отсечке между двумя последовательными впрысками, иглу форсунки и штоки первого и второго механических клапанов, 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, снабжено, гидравлическим аккумулятором низкого давления, двумя механическими клапанами со штоками для их привода, быстродействующим реверсивным механическим приводом, первый шток первого механического клапана соединен механически с иглой и перекрывает канал подвода топлива от гидроаккумулятора высокого давления под иглу, второй шток второго механического клапана соединен механически с иглой форсунки и перекрывает канал, соединяющий камеру над иглой с гидроаккумулятором низкого давления при отсечке, гидроаккумулятор высокого давления, соединен каналом с камерой над иглой через канал с первым механическим клапаном через кольцевые проточки в корпусе форсунки с нижней частью иглы и подыгольной полостью, 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 и или выполнены без промежутков по окружности кулачка, 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 выполнены 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.2, а) показана кинематическая схема (вид с торца кулачкового вала) устройства подачи топлива с подпружиненным штоком, мультипликатором перемещения для ступенчатой выпуклой поверхности; б) показана кинематическая схема (вид со стороны пластины) устройства подачи топлива с косым скосом выпуклой поверхности с БРМП;
фиг.3 показан отдельные элементы конструкции: а) пластина с выпуклым поверхностью на конце со скосом или с переменной длиной выпуклой части и шлицами для перемещения конца штока; б) кулачковый вал с микропрофилями постоянной и переменной высоты для реализации основного впрыска с постоянной высотой профиля или по заданному закону в увеличенном, виде;
фиг.4 а) показана кинематическая схема (вид с торца кулачкового вала) устройства подачи топлива с подпружиненным штоком, мультипликатором перемещения для ступенчатой выпуклой поверхности; б) показана кинематическая схема (вид со стороны пластины) устройства подачи топлива со ступенчатой выпуклой поверхностью с БРМП;
фиг.5 показаны отдельные элементы конструкции: а) пластина с выпуклой ступенчатой поверхностью на конце и шлицами; б) вал с микропрофилями постоянной и переменной высоты для реализации основного впрыска с постоянной высотой профиля или по заданному закону в увеличенном виде;
фиг.6 показана блок-схема устройства управления подачей топлива при реализации способа управления подачей топлива с гидравлическим аккумулятором высокого давления (ГАВД) и гидравлическим гидроаккумулятором низкого давления (ГАНД).
Устройство на фиг.1 состоит: из корпуса 1 с распылителем, с отверстиями для впрыска топлива 2, иглы 3, кольцевой проточки 4 в корпусе 1, кольцевой полости в корпусе 5, радиального канала 6 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) в корпусе форсунки 1 для подвода топлива высокого давления под иглу 3 от гидроаккумулятора высокого давления (ГАВД на фиг.1 не показан), штока 7 первого механического клапана с конусной запирающей поверхностью, перекрывающего канал 6 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан), рычага 8, расположенного внутри форсунки соединяющего шток 7 первого механического клапана со штоком 9 переменного по высоте диаметра, являющегося продолжением иглы 3, крышки 10 внутри которой расположены рычаг 8, надыгольной концентрической камеры 11 между штоком 9 и его продолжением меньшего диаметра, и крышкой 10, канала 12 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан), рычага 13, соединенного механически со штоком 8 и со штоком 14 второго механического клапана, перекрывающего при отсечке канал 15 с дросселем: (дроссель на фиг.1 не показан) в корпусе форсунки 1, соединенный с ГАНД (ГАНД на фиг.1 не показан), мультипликатора перемещения 16 (МП16), пружины 17 на валу между МП 16 и стойкой 18.
Устройство на фиг.2, а) состоит из кинематической схемы привода в виде быстродействующего реверсивного механического привода (БРМП) из кулачка 19 на кулачковом валу 20, установленном в стойке 18, 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.2, б) 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 ВП 21, шлицы 25, по которым перемещается конец штока 26; шлицы 27 на штоке 26 и в стойке 18; пружина 17 между стойкой 18 и МП 16.
Устройство фиг.3 состоит из отдельно показанных: а) кулачка 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 ВП 21, микропрофилей 22 разной высоты для предварительного впрыска, основного впрыска и впрыска после основного, взаимодействующих с ВП 21; пластины 24 со шлицами 25, по которым перемещается конец штока 26 со шлицами 27, которые входят стойку 18, пружины 17 между стойкой 18 и МП 16.
Устройство фиг.5 состоит: из а) ступенчатой ВП 21, пластины 23, пластины 24, шлицов 25 в пластине 24; б) кулачка 19, кулачкового вала 20, микропрофилей 22 разной высоты для предварительного впрыска, основного впрыскаи впрыска после основного, которые показаны в увеличенном виде разной протяженности, с постоянной или переменной высотой по окружности кулачка для реализации основного впрыска. Устройство на фиг.6 состоит: из топливного бака 28, соединенного трубопроводом 29 с топливоподкачивающим насосом 30; трубопровода 31, которым топливоподкачивающий насос 30 соединен: с топливным насосом высокого давления 32 (ТНВД 32), который трубопроводом 33 соединен с гидроаккумулятором высокого давления 34 (ГАВД 34) с регулятором давления 35 (РД 35); ГАВД 34 соединен трубопроводами 36, 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 ТНВД 34.
Работа устройства, реализующего способ. При вращении коленчатого вала вращается кулачковый вал 20 (фиг.2, фиг.4) и с микро профилями 22 разной высоты на кулачках 19. При впрыске через отверстия 2 микропрофиль 22 меньшей высоты взаимодействует сначала с пластиной 23 (фиг.2, фиг,4) и перемещает ее в верхнее положение при впрыске через отверстия 2.
Одновременно перемещаются вверх шток 7 первого механического клапана с конусной запирающей поверхностью и шток 14 второго механического клапана с конусной запирающей поверхностью. Шток 7 перемещается вместе с рычагом 8, жестко соединенным со штоком 9, а через него с иглой 3, а шток 14 вместе с рычагом 13 также жестко соединенным со штоком 9. Первый механический клапан открывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД 34 под иглу 3 и в отверстия 2 для впрыска (фиг.6). Второй механический клапан открывает канал 15 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) для отвода топлива в ГАНД 39 (фиг.6) из надыгольной камеры 11 при впрыске.
Вместе с пластиной 23 перемещается пластина 24, сжимается пружина 17 на штоке 26 со шлицами 27. Через МП 16 перемещается шток 9, соединенный жестко с иглой 3. Пружина 17 может быть расположена после МП 16 со стороны иглы 3.
Игла 3 перемещается в то верхнее положение, которое она может занять при взаимодействии пластины 23 с микропрофилем 22 меньшей высоты.
В начале движения иглы 3 вверх топливо под высоким давлением поступает под высоким: давлением от ГАВД 34 по трубопроводам: 36 (фиг.6), канал 6 (фиг.1) корпуса форсунки 1, кольцевую проточку 5 корпуса форсунки под конусную площадку штока 9, через кольцевую проточку 4 под конусную площадку иглы 3. Топливо вытесняется из камеры 11 форсунки 1 над иглой 3 через канал 15 с дросселем в ГАНД 39 (фиг.6), поскольку давление ГАНД 39 и в камере 11 ниже давления топлива, в полости 5 под конусной площадкой штока 9 и под конусной площадкой иглы 3. Из ГАНД 39 топливо поступает снова в ТНВД 32, но не с нулевым давлением, а под давлением, которое препятствует образованию пузырьков воздуха в системе подачи топлива.
При этом одновременно топливо под давлением поступает в отверстия 2 и начинается впрыск. Поскольку топливо воздействует на конусную площадку иглы 3 снизу и на конусную площадку штока 9 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. Поэтому пружина 17 в этом случае будет сжиматься за счет двух сил.
Первая сила возникает за счет взаимодействия микропрофиля 22 меньшей высоты и ВП 21 и действует на иглу 3 сверху через жесткий шток 26 со шлицами 27 и через МП 16, выходной шток 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 ВП 21.
Вторая сила-сила давления топлива, которая действует на иглу 3 снизу через конусную площадку внизу иглы 3 и через конусную площадку под штоком 9 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 площадь штока 9 сверху, а также от передаточного отношения МП16 и может быть определено и оптимизировано для конкретной форсунки.
Когда игла 3 перемещается в верхнее положение топливо от ТНВД 32 и ГАВД 34 (фиг.6) поступает под давлением в отверстия 3 распылителя 2. Подаваемое давление под иглу 3 может изменяться с помощью регулятора давления 35, что расширяет возможности управления количеством впрыскиваемого топлива давлением впрыска.
Впрыск через отверстия 2 длится во время взаимодействия микропрофиля меньшей высоты 22 с ВП 21.
При этом набегающий край микропрофиля 22 меньшей высоты перемещает иглу 3 на некоторую величину
Когда микропрофиль 22 при повороте кулачка 19 выйдет из контакта с ВП 21, то пружина 17, сжатая при впрыске, разжимается, передает усилие через МП 16 игле 3, перемещает иглу 3 на седло.
Одновременно перемещаются вниз шток 7 первого механического клапана с конусной запирающей поверхностью и шток 14 второго механического клапана с конусной запирающей поверхностью. Шток 7 перемещается вместе с рычагом 8, жестко соединенным со штоком 9, а через него с иглой 3, а шток 14 вместе с рычагом 13 также жестко соединенным со штоком 9. Первый механический клапан штоком 7 закрывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД 34 под иглу 3 и в отверстия 2 для впрыска (фиг.6). Впрыск прекращается.
Это принципиально важно, так как при отсечке давление топлива не действует на иглу 3 и шток 9 снизу, ибо в кольцевые камеры 5 и 4 не поступает топливо под давлением. Игла 3 надежно становится на седло при любых режимах работы дизеля.
При этом исключены прорывы газов из цилиндров под иглу 3 на любых режимах работы дизеля.
Второй механический клапан штоком 14 закрывает канал 15. Топливо не поступает в ГАНД 39. Одновременно в надыгольную камеру 11 поступает топливо под высоким давлением от ГАВД 34 по каналу 12 с дросселем. Это способствует быстрому перемещению иглы 3 на седло распылителя 2.
Топливо прекращает поступать в отверстия 2 происходит отсечка и заканчивается предварительный впрыск топлива перед основным впрыском. Предварительный впрыск отличается малой длительностью и малым объемом подаваемого топлива, в частности за счет малого подъема иглы 3 при предварительном впрыске.
При дальнейшем повороте кулачка 19 микропрофиль 22 большей высоты взаимодействует сначала с пластиной 23 (фиг.2, фиг.4) и перемещает ее в крайнее положение при впрыске. При этом реализуется основной впрыск топлива. Вместе с пластиной 23 перемещается пластина 24, сжимается пружина 17 на штоке 26 на шлицах 27. Через МП 16 перемещается шток 9, соединенный жестко с иглой 3.
Игла 3 перемещается в верхнее крайнее положение, как при постоянной высоте микропрофиля 22 при осуществлении основного впрыска, так и при переменной высоте микропрофиля 22 при осуществлении основного впрыска. Одновременно перемещаются вверх шток 7 первого механического клапана с конусной запирающей поверхностью и шток 14 второго механического клапана с конусной запирающей поверхностью. Шток 7 перемещается вместе с рычагом 8, жестко соединенным со штоком 9, а через него с иглой 3, а шток 14 вместе с рычагом 13 также жестко соединенным со штоком 9.
Первый механический клапан открывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД 34 под иглу 3 и в отверстия 2 для впрыска (фиг.6).
В начале движения иглы 3 вверх топливо поступает под высоким давлением от ГАВД 34 по трубопроводам 36 (фиг.6), канал 6 корпуса форсунки. 1, кольцевые каналы 5 и 4 под иглу 3. При этом топливо под давлением поступает в отверстия 2 и начинается основной впрыск через отверстия 2.
Объем топлива, впрыскиваемый через отверстия 2 при основном впрыске будет изменяться по закону, определяемому законом изменения высоты микропрофиля 22. Основной впрыск осуществляется с регулированием длительности с постоянной или переменной высотой микропрофиля 22. Высота микропрофиля 22 для основного впрыска будет больше высоты микропрофиля 22 для предварительного впрыска. Это позволяет подать в цилиндр за время основного впрыска больший объем топлива при постоянной и большей высоте микропрофиля 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 ВП 21, изменяется по возрастающему закону (фиг.3б, фиг.5б)), то и высота подъема иглы 3 изменяются по такому же закону. Это позволяет задать нужный закон подачи требуемого объема топлива в цилиндр так, чтобы сжечь его наиболее полно.
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 шток 7 первого механического клапана. Первый механический клапан используется как дозирующий. При этом все больше открывается канал 6, растет и объем между иглой 3 и распылителем, в нем повышается: давление и в отверстия 2 поступает большее количество топлива под большим давлением. Это позволяет осуществить основной впрыск с плавным нарастанием к концу основного впрыска объема топлива. Такой основной впрыск позволяет значительно снизить количество окислов азота в отходящих газах.
Поэтому реализуется амплитудно-базовое управление объемом впрыскиваемого топлива. Во-первых, в зависимости от угла поворота коленчатого вала изменяется ход иглы (Рис.3б, рис.5б); во-вторых, при изменении хода штока 7 первого механического клапана подается большее количество топлива по требуемому с точки зрения экологических требований закону.
Второй механический клапан открывает канал 15 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) для отвода топлива в ГАНД 39 (фиг.6) из надыгольной камеры 11 при впрыске. В устройстве и для основного впрыска реализуется закон разделения движений. Взаимодействие микропрофиля 22 с ВП 21 реализует одно движение по перемещению иглы. 3 из одного крайнего положения в другое крайнее положение. Второе движение реализуется во время длительности впрыска за счет взаимодействия микропрофиля 22 с ВП 21.
Реализация закона разделения движений в устройстве является принципиальной особенностью устройства, которая позволяет создать новый класс форсунок с мультивпрыском и механическим управлением длительностью каждого впрыска.
Параллельность сбегающей кромки микропрофиля 22 линии скоса необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофиль 22 распределялись равномерно вдоль сбегающей кромки микропрофиля 22 и скоса ВП 21. Возможны самые различные сочетания по протяженности ВП 21 и микропрофилей 22 разной высоты при регулировании длительности основного впрыска (фиг.3, фиг.5).
Один или два предвпрыска через отверстия 2 можно осуществлять при минимальных длинах микропрофиля 22 и ВП 21 с регулированием и без регулирования их длительности, равно как и один или два впрыска после подачи основного объема топлива через отверстия 2.
Когда взаимодействие ВП 21 и микропрофиля 22 с большей высотой заканчивается, то пружина 17 разжимается и возвращает иглу 3 в исходное положение на седло.
Одновременно перемещаются вниз шток 7 первого механического клапана с конусной запирающей поверхностью и шток 14 второго механического клапана с конусной запирающей поверхностью. Шток 7 перемещается вместе с рычагом 8, жестко соединенным со штоком 9, а через него с иглой 3, а шток 14 вместе с рычагом 13 также жестко соединенным со штоком 9. Первый механический клапан штоком 7 закрывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД 34 под иглу 3 и в отверстия 2 для впрыска (фиг.6). Впрыск прекращается.
Это принципиально важно, так как при отсечке давление топлива не действует на иглу 3 и шток 9 снизу, ибо в кольцевые камеры 5 и 4 не поступает топливо под давлением. Игла 3 надежно становится на седло. При этом исключены прорывы газов из цилиндров под иглу 3 на любых режимах работы дизеля.
Второй механический клапан штоком 14 закрывает канал 15. Топливо не поступает в ГАНД 39. Одновременно в надыгольную камеру 11 поступает топливо под высоким давлением: от ГАВД 34 по каналу 12 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан). Это способствует быстрому перемещению иглы 3 на седло распылителя форсунки 1.
Оптимальный режим работы при малых давлениях топлива от ГАВД 34 выбирается за счет выбора оптимального передаточного отношения МП 16.
Необходимо выбирать такой МП 16, при котором большие усилия сосредоточивались бы на выходной к игле стороне МП 16.
В этом случае имеется возможность увеличить высоту микропрофилей 22, уменьшить тангенциальные усилия и усилия сжатия на микропрофилях 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 ВП 21 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 основного впрыска реализуется, как минимум, один дополнительный впрыск, который необходим для дожигания продуктов сгорания от основного впрыска.
При этом игла 3 перемещается в то верхнее положение, которое она может занять при взаимодействии пластины 23 с микропрофилем 22 меньшей высоты, который следует за микропрофилем 22 большей высоты, предназначенного для реализации основного впрыска.. При этом реализуется закон разделения движений. Взаимодействие микропрофиля 22 с ВП 21 5реализует одно движение по перемещению иглы 3. а второе движение реализуется во время длительности впрыска за счет взаимодействия микропрофиля 22 с ВП 21.
Реализация закона разделения движений в устройстве является принципиальной особенностью устройства, которая позволяет создать нови класс форсунок, с мультивпрыском и механическим управлением.
Одновременно перемещаются вверх шток 7 первого механического клапана с конусной запирающей поверхностью и шток 14 второго механического клапана с конусной запирающей поверхностью. Шток 7 перемещается вместе с рычагом 8, жестко соединенным со штоком 9, а через него с иглой 3, а шток 14 вместе с рычагом 13 также жестко соединенным со штоком 9.
Первый механический клапан открывает канал: 6 для подачи топлива от ГАВД 34 под иглу 3 и в отверстия 2 для впрыска (фиг.6). Второй механический клапан открывает канал 15 для отвода топлива в ГАНД 39 (фиг.6) из надыгольной камеры 11 при впрыске.
В начале движения иглы 3 вверх топливо под высоким давлением поступает от ГАВД 34 по трубопроводам 36 (фиг.6), канал 6 корпуса форсунки 1, кольцевую проточку 5 корпуса форсунки, через кольцевую проточку 4 под конусную площадку иглы 3. Топливо вытесняется из камеры 10 форсунки 1 над иглой 3 по каналу 12 через канал 15 в ГАНД 38 (фиг.6), поскольку давление ГАНД 38 ниже давления топлива, в полости 5 под конусной площадкой штока 8 и под конусной площадкой иглы 3. Из ГАНД 38 топливо поступает снова в ТНВД 32, но не с нулевым давлением, а под давлением, которое препятствует образованию пузырьков воздуха в системе подачи топлива, снижает энергоемкость управления подачей топлива.
При этом одновременно топливо под давлением поступает в отверстия 2 и начинается, третий впрыск топлива после основного второго впрыска. Поскольку топливо воздействует на конусную площадку иглы 3 снизу и на конусную площадку штока 8 через кольцевую полость 5, то это способствует перемещению иглы 3 вверх, помогает через МП 16 сжимать пружину 17, уменьшает тем самым усилие взаимодействия микропрофилей 22 и пластины 23.
Поэтому пружина 17 в этом случае будет сжиматься за счет двух сил.
Первая сила возникает за счет взаимодействия микропрофиля 22 меньшей высоты и ВП 21 и действует на иглу 3 сверху через жесткий шток 26 со шлицами 27 и через МП16, выходной шток 9 которого связан с иглой 3.
Вторая сила-сила давления топлива, которая действует на иглу 3 снизу через конусную площадку внизу иглы 3 и через конусную площадку под штоком 8 и перемещает ее вверх и также перемещает иглу 3. Обе силы действуют согласно при впрыске и обе силы сжимают пружину 17 на штоке 26, который жестко соединен с иглой 3 через МП16. Усилие, которое действует на иглу 3 сверху зависит от давления топлива на площадь штока 8 сверху, а также от передаточного отношения МП16 и может быть определено и оптимизировано для конкретной форсунки.
Когда игла 3 перемещается в верхнее положение топливо от ТНВД 32 и ГАВД 34 (фиг.6) поступает под давлением в отверстия 3 распылителя 2. Подаваемое давление под иглу 3 может изменяться с помощью регулятора давления 35, что расширяет возможности управления давлением впрыска.
Впрыск через отверстия 2 длится во время взаимодействия микропрофиля меньшей высоты 22 с ВП 21. При этом набегающий край микропрофиля 22 меньшей высоты перемещает иглу 3 на некоторую величину Когда микропрофиль 22 при повороте кулачка 19 выйдет из контакта с ВП21, то пружина 17, сжатая при впрыске, разожмется и, передавая усилие, через МП16 переместит иглу 3 на седло.
Одновременно перемещаются вниз шток 7 первого механического клапана с конусной запирающей поверхностью и шток 14 второго механического клапана с конусной запирающей поверхностью. Шток 7 перемещается вместе с рычагом 8, жестко соединенным со штоком 9, а через него с иглой 3, а шток 14 вместе с рычагом 1.3 также жестко соединенным со штоком 9.
Первый механический клапан штоком 7 закрывает канал 6 для подачи топлива от ГАВД 34 под иглу 3 и в отверстия 2 для впрыска (фиг.6). Впрыск прекращается.
Это принципиально важно, так как при отсечке давление топлива не действует на иглу 3 и шток 9 снизу, ибо в кольцевые камеры 5 и 4 не поступает топливо под давлением. Игла 3 надежно становится на седло. При этом исключены прорывы газов из цилиндров под иглу 3 на любых режимах работы дизеля.
Второй механический клапан штоком 14 закрывает канал 15. Топливо не поступает в ГАНД 39. Одновременно в надыгольную камеру 11 поступает топливо под высоким давлением от ГАВД 34 по каналу 12 с дросселем. Это способствует быстрому перемещению иглы 3 на седло распылителя форсунки 1.
Топливо прекратит поступать в отверстия 2 произойдет отсечка и закончится третий впрыск топлива после основного впрыска. Впрыск после основного, который служит для дожигания продуктов сгорания топлива после основного впрыска, отличается малой длительностью и малым объемом подаваемого топлива, в частности, за счет малого подъема иглы 3 при этом впрыске.
Альтернативность выбора отдельных признаков в совокупности с другими признаками обеспечивает получение одного и того же технического результата: многократного впрыска топлива с регулируемой длительностью с помощью простых технических средств при постоянной высоте микропрофилей 22 и при переменной высоте микропрофилей 22; при непрерывном изменении длительности впрыска и при дискретном изменении длительности впрыска.
Техническая реализация малых перемещений в устройствах, реализующих способы способ с помощью микропрофилей не является проблемой.
Подшипники коленчатых валов имеют биения 0,005 мм, а высокоточные подшипники имеют биения в 1 микрон и даже в 0,5 микрона. Точное прецизионное изготовление пластины достаточной жесткости позволяет реализовать малые перемещения иглы 5 и втулки 6. С применением МП16 возможности создания устройств для реализации предложенных способов только расширяются. Вполне возможно за счет применения МП 16 увеличение микроперемещений пластины 23 увеличение размеров микропрофилей 22 и снижение за счет этого напряжений сжатия и касательных напряжений, которые возникают при взаимодействии пары пластина 23 - микропрофиль 22, а также пары ВП21 - микропрофиль 22. Это повышает надежность и долговечность устройства.
При этом пластина 23, ВП21 и микропрофиль 22 выполняются из одинакового материала во избежание истирания или микропрофиля 22 или пластины 23. Применение азотированных марганцовистых стальных пластин 23 и микропрофилей 22 может реализовать эффект безызносного трения. Использование МП 16 позволяет увеличить или уменьшить эти перемещения в зависимости от мощности дизеля
рег
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 (фиг2.б, 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 ВП 21 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 ВП 21 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 механического привода может быть ограничено только динамическими факторами, в частности за счет возникновения больших импульсов силы при взаимодействии микропрофиля 22 пластины 23 и ВП 21 за малое время и при больших линейных скоростях.
Реализации основного впрыска, предварительного впрыска и впрыска после основного может осуществляться с нулевой паузой между ними. В этом случае после окончания предварительного впрыска через отверстия первого уровня сразу начинается основной впрыск большей длительности через отверстия первого уровня, а после окончания основного впрыска сразу начинается впрыск после основного через отверстия первого уровня. Поэтому с большой уверенностью можно сказать, что предлагаемая система подачи топлива может быть внедрена на дизелях с частотой вращения до 1000-1500 об/мин (судовые дизели, мощные транспортные дизели) без всяких технологических затруднений. При больших частотах вращения необходимо решат в каждом конкретном случае вопросы жесткости конструкции БРМП и вопросы минимизации его массы как многокритериальной задачи оптимизации.
При отсутствии промежутков между микропрофилями разной высоты работа устройства работает также, как и при их наличии. Разница в том, что отсечка наступает не после каждого впрыска, а после всех впрысков в конце цикла подачи топлива.
Преимущества устройства, реализующего способ.
Принципиальным преимуществом способа является то, что он позволяет реализовать разделение «движений». Первое движение это движение по перемещению иглы форсунки на заданную величину из одного крайнего положения в другое с помощью микропрофилей.
Второе движение - это удержание в заданном положении на время впрыска или отсечки иглы в заданном положении. Это движение также осуществляется с помощью микропрофилей 22.
Разделение движений и позволяет использовать микропрофили 22 для реализации мультивпрыска. Использование микропрофилей 22 позволяет, в свою очередь, реализовать заданный закон изменения высоты подъема иглы и реализацию требуемого по условиям оптимального сжигания закона подачи топлива в цилиндр.
Устройство позволяет управлять подачей топлива под иглу форсунки с помощью регулируемого клапана, перекрывающего канал для подачи топлива высокого давления. Этот клапан перемещается вверх вместе с иглой и позволяет регулировать подачу топлива вместе с подъемом иглы. При большем подъеме иглы давление под иглой будет больше и объем впрыскиваемого в цилиндр топлива также будет больше. Важным моментом является и то, что топливо не подается под иглу при отсечке, что позволяет выбрать пружину, подпружиниваюшую иглу 3 меньшей жесткости.
При этом для перемещения: каждого из двух механических клапанов не требуется специального электрического привода или пьезопривода, а также специального электрического и электронного оборудования для их управления в виде, например сложных электромагнитов с двумя обмотками с несколькими устойчивыми уровнями тяговой силы. Механические клапаны используются в предлагаемом устройстве в качестве дозирующих клапанов, которые реализуются в известных устройствах с помощью сложных электромагниных клапанов. При этом дозирование топлива, подаваемого в цилиндр, может осуществляться как ступенчато, что реализуется с помощью микропрофилей большей высоты при организации основного впрыска, так и по заданному закону при реализации того же основного впрыска.
Предлагаемые для управления микропрофили и механические клапаны позволяют реализовать эффективное независимое управление фазовыми и амплитудными параметрами впрыска: момент начала и продолжительность каждого впрыска, давление впрыска и интенсивность его нарастания в начале подаче и по заданному закону в течение впрыска.
В предлагаемом изобретении полностью реализуются все операции способа с помощью предлагаемого устройства.