СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА
METHOD OF FUEL FEED CONTROL AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к способам подачи 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 (прототип) 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 Common Rail.
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 операцию механического перемещения иглы с помощью рычагов в верхнее крайнее положение при впрыске, перемещение иглы на седло с помощью пружины и путем подачи давления на иглу сверху изменение длительности впрыска.
Способ крайне сложен в реализации из-за сложной системы рычагов и не нашел своего применения.
При подъеме иглы в верхнее крайнее положение необходимо преодолевать давление топлива, которое подается на иглу сверху от гидроаккумулятора в силу отсутствия управляющих клапанов.
Длительность изменяют изменением положения рычагов, которые связаны с подъемом иглы взаимодействующих с программным профилем
Известны из уровня техники (Л.В.Грехов, Н.А. Иващенко, В.А. Марков Топливная аппаратура и системы управления дизелей. - Москва.: Легион. Автодата - 2004 - с.101-131) системы с гидравлическими аккумуляторами процессы нагнетания и впрыска, включающие в себя систему управления клапаном с помощью соленоидного привода или пьезопривода, причем клапан соединяет камеру над иглой со сливом, гидроаккумулятор высокого давления, топливный насос высокого давления, подпружиненную иглу.
В них процессы нагнетания и впрыска протекают раздельно. Предварительно топливо под высоким давлением нагнетается насосом в аккумулятор, из которого поступает к форсункам. Эта система обеспечивает качественное распыливание и смесеобразование в широком диапазоне нагрузок дизеля. Современные дизели используют технологию с управлением электромагнитными клапанами форсунок от микропроцессорного устройства. Система впрыска Common Rail представляет систему впрыска топлива для дизельных двигателей с аккумулятором высокого давления. Термин «Соmmon Rail» означает «общая балка или рампа» и служит для обозначения общей топливной рампы (аккумулятора давления) для всех форсунок ряда цилиндров. В системе впрыска Common Rail могут использоваться пьезоэлектрические форсунки.
Управление форсунками осуществляется также исполнительным механизмом-клапаном, основанном на использовании пьезоэлемента. Скорость переключения такого механизма во много раз выше, чем у форсунки с электромагнитным клапаном. Кроме того, масса подвижной иглы у распылителя пьезоэлектрической форсунки примерно на 75% меньше, чем у форсунки с электромагнитным приводом.
Это обеспечивает пьезоэлектрическим форсункам следующие преимущества: короткое время переключения, возможность произвести несколько впрысков в течение рабочего такта, точность дозировки впрыска. В настоящее время подавляющее большинство производителей дизельных двигателей используют аппаратуру Common Rail ввиду того, что предыдущие поколения топливных аппаратур не в состоянии обеспечить современные жесткие экологические требования.
Пьезофорсунки для функционирования требуют отдельных источников питания и сложную микропроцессорную систему управления. Кроме того, высокая цена пьезофорсунок сдерживает их широкое применение.
Однако пьезофорсункам может быть альтернатива в виде новых механических систем управления при условии, что они будут равны по техническим и экологическим возможностям или будут превосходить их. При этом стоимость и технологичность, надежность в эксплуатации будут намного выше.
Превосходства новых механических форсунок над пьезофорсунками можно добиться, если новые форсунки с механическим управлением будут содержать элементы системы Common Rail, которые обеспечат раздельное протекание процессов нагнетания и впрыска, а также механическое управление длительностью впрыска и мульти впрыск. 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. Имеются и другие недостатки, которые ограничивают его возможности.
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 [Л.Г.Гальперович. Системы впрыска судовых двигателей. Проектирование, конструкция. Ленинград - 1961 г., с.163 - прототип] устройство, включающее форсунку с подпружиненной иглой, распылитель, топливный канал для подвода топлива высокого давления к игле снизу и сверху, соединенный с гидроаккумулятором высокого давления, регулятор длительности впрыска.
Устройство привода иглы через рычаги, которые приводятся в действие с помощью профилированных кулачков, является сложным, трудным в реализации и не нашло своего применения.
Это устройство не позволяет осуществить более одного впрыска за цикл топливоподачи, хотя и позволяет регулировать длительность впрыска.
Устройство позволяет осуществлять прямой механический привод иглы от профилированных кулачков с микропрофилями, но не сохраняет преимуществ подачи топлива от гидроаккумулятора высокого давления, поскольку отсутствует 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, перемещение иглы на седло с помощью пружины и путем подачи давления на иглу сверху, изменение длительности впрыска, согласно заявленному изобретению одновременно перемещают в верхнее крайнее положение иглу, двухпозиционный клапан, шток с пластиной с выпуклой поверхностью на ее конце, последовательно жестко соединенные между собой, механическим путем при взаимодействии кулачков с микропрофилями заданной высоты с пластиной, открывают разгрузочный и закрывают наполнительный клапаны, подают топливо под иглу во время ее перемещения в верхнее крайнее положение и отводят топливо через рагрузочный клапан из управляющей камеры над иглой на слив или в гидроаккумулятор низкого давления, удерживают подпружиненную или неподпружиненную иглу, двухпозиционный клапан, шток с пластиной с выпуклой поверхностью на ее конце в верхнем положении во время длительности впрыска механическим путем при взаимодействии микропрофилей с выпуклой поверхностью постоянного радиуса, перемещают одновременно в нижнее крайнее положение иглу, двухпозиционный клапан, шток с пластиной с выпуклой поверхностью на ее конце, последовательно жестко соединенные между собой, открывают наполнительный и закрывают разгрузочный клапан и подают топливо через наполнительный клапан в управляющую камеру над иглой, перемещают пластину вдоль оси вала кулачка с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси кулачка, и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной скосу выпуклой пластины, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении 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 непрерывно или ступенчато, подают топливо от гидроаккумулятора низкого давления к топливному насосу высокого давления.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления подачей топлива, реализующее способ управления подачей топлива, включающее форсунку с подпружиненной иглой, распылитель, топливный канал для подвода топлива высокого давления к игле снизу и сверху, соединенный с гидроаккумулятором высокого давления, регулятор длительности впрыска, согласно заявленному изобретению снабжено двухпозиционным клапаном, соединенным жестко штоком с иглой сверху, как минимум, одним гидроаккумулятором высокого давления, выход которого соединен с подыгольным пространством форсунки и через наполнительный клапан с управляющей камерой над иглой, которая соединена через разгрузочный клапан со сливом или гидроаккумулятором низкого давления, как минимум, одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой поверхностью постоянного радиуса с определенной длиной выпуклой части на одном конце пластины, соединенной жестко механически через шток, напрямую или через мультипликатор перемещения, с двухпозиционным клапаном, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом с, как минимум, одним программным профилированным кулачком с, как минимум, одним микропрофилем на нем с постоянной заданной высотой, заданной длиной по окружности кулачка и вдоль оси кулачкового вала для впрыска, а программные профилированные кулачки с микропрофилями на кулачковом валу для управления впрыском выполнены с возможностью последовательного взаимодействия сначала с прямой частью пластины при ее перемещении из одного крайнего положения в другое, а затем с выпуклой поверхностью пластины постоянного радиуса при впрысках заданной длительности, выпуклая поверхность, как минимум, одной пластины выполнена либо с постоянной длиной по окружности кулачка при отсутствии регулирования длительности впрыска с прямыми набегающими и сбегающими краями микропрофилей, параллельными оси вала, либо с переменной со скосом непрерывной по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими краями микропрофилей и косыми сбегающими концами микропрофилей, параллельными скосу выпуклой концевой части, или ступенчатой по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими и сбегающими краями микропрофилей, параллельными оси вала, при регулировании длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью перемещении вдоль оси штока и иглы, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы и штока при регулировании длительности впрыска, и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина, выход гидроаккумулятора низкого давления соединен со входом топливного насоса высокого давления.
Реализация устройства позволяет реализовать мультивпрыск, реализовать регулируемый по длительности впрыск за счет применения простых быстродействующих реверсивных механических переключателей (БРМП) вала с профилированными программными кулачками с микропрофилями заданной длины для впрыска в сочетании с пластинами для перемещения запирающего элемента и для регулирования длительности впрысков и отсечек с возможностью их одновременного перемещения во взаимно перпендикулярных плоскостях; при этом быстродействие БРМП может быть выше устройств с пьезоприводом;
соединение форсунки с ГАВД позволяет сделать впрыск экологичным по длительности и давлению управляемым с использованием для этого простых механических средств.
Устройство иллюстрируется чертежами, на которых представлены его варианты для реализации способов:
на фиг.1 - показана форсунка (продольный разрез) с мультипликатором перемещения и с выходным штоком для иглы для устройства, реализующего способ.
фиг.2,а) - показана кинематическая схема (вид с торца вала) устройства подачи топлива с косым скосом выпуклой поверхности с БРМП; б) - показана кинематическая схема (вид с торца со стороны пластины) устройства подачи топлива с косым скосом выпуклой поверхности с БРМП;
фиг.3 - показан отдельные элементы конструкции: а) пластина с выпуклой поверхностью на конце со скосом и шлицами; б) вал с микропрофилями и микропрофили в увеличенном виде;
фиг.4 - 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 и микропрофили в увеличенном виде.
фиг.6 - показана блок-схема устройства управления подачей топлива при реализации способа управления подачей топлива.
Устройство на фиг.1 состоит: из корпуса 1, распылителя 2 с отверстиями для впрыска топлива 3, кольцевой проточки 4 в корпусе, канала 5 в корпусе форсунки для подвода топлива высокого давления от гидроаккумулятора высокого давления системы Коммон Рэйл CR (ГАВД - на фиг.1 не показан), иглы 6, управляющей камеры над иглой 7, соединенной с трубопроводом 8 для отвода топлива к гидроаккумулятору низкого давления (ГАНД - показан на фиг.6), разгрузочного клапана 9 (РК9), двухпозиционного клапана 10 (ДПК 10), наполнительного клапана 11 (НК 11), штока 12, мультипликатора перемещения 13 (МП 13), кольцевой полости 15 для ДПК 10, каналов 15 и 16 для подвода топлива управляющий камере 7 над иглой и под иглу 6, штока 17, соединяющего иглу 6 и ДПК 10.
Устройство на фиг.2,а) состоит: из кинематической схемы привода в виде БРМП с пружиной для одной иглы 6 (фиг.1), из кулачка 18, жесткой стойки 19, на которой установлен вал 20, выпуклой поверхности 21, микропрофиля 22, взаимодействующего с выпуклой поверхностью 21 (ВП 21); пластины 23, пластины 24 со шлицами 25, по которым перемещается конец штока 26, шлицев 27 на валу 26 и в стойке 19, пружины 28 между стойкой 19 и мультипликатором перемещения 13 (МП 13).
На фиг.2,б) показаны: кулачок 18, стойка 19, вал 20, установленный в стойке 19, ВП 21 со скосом по ширине ВП 21 при непрерывном управлении, микропрофиль 22 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 валу 26 и в стойке 19; пружины между стойкой 19 и МП 13.
Устройство фиг.3 состоит из отдельно показанных: а) кулачка 18, ВП 21 со скосом, пластины 23, пластины 24, шлицов 25 в пластине 24; б) кулачкового вала 20, микропрофиля 22, который показан в увеличенном виде с постоянной высотой по окружности кулачка 18 и с переменной высотой в случае очень короткого микропрофиля 22.
Устройство фиг.4 состоит: из кулачка 18, стойки 19, на которой установлен вал 20, ступенчатой ВП 21, микропрофиля 22, взаимодействующего с выпуклой поверхностью; пластины 24 со шлицами 25, по которым перемещается конец штока 26 со шлицами 27, которые входят стойку 19, пружины 28 между стойкой 19 и 13.
Устройство фиг.5 состоит: из а) ступенчатой ВП 21, пластины 23, пластины 24, шлицов 25 в пластине 24; б) кулачка 18, кулачкового вала 20, микропрофиля 22, который показан в увеличенном виде разной протяженности с постоянной высотой по окружности кулачка. Устройство на фиг.6 состоит: из топливного бака 29, соединенного трубопроводом 30 с топливоподкачивающим насосом 31, трубопроводом 32 топливоподкачивающий насос 31 соединен с топливным насосом высокого давления 33 (ТНВД 33), который трубопроводом 34 соединен с гидроаккумулятором высокого давления 35 (ГАВД 35 с задатчиком (регулятором) давления 36; ГАВД 35 соединен трубопроводами 37 с каналами 5 для подвода топлива под высоким давлением под иглу 6 и к НК11; задатчик давления 36 на выходе ГАВД 35 соединен трубопроводом 38 с топливным баком 29, каналы 6 форсунок 1 соединены с гидроаккумулятором низкого давления 39, с клапаном регулирования давления 40 (КРД) на его выходе, который соединен трубопроводом 41 с ТНВД 33.
Работа устройства, реализующего способ
в
При повороте вала 20 с кулачком 18 и микропрофилями на нем 22 на малый угол происходит механическое взаимодействие микропрофиля 22 с ровной частью пластины 23. При этом микропрофиль 22 взаимодействует с ровной частью пластины 23 и толкает - перемещает ее на Δhв верхнее крайнее положение при впрыске (фиг.2,а), б), фиг.4).
В результате механического взаимодействия ровной части пластины 23 и микропрофиля 22 начинается перемещение пластины 23 вместе с пластиной 24, штоком 26 на шлицах 24 в его левом конце по шлицам на самом штоке 27, которые входят в стойку 19.
Перемещение пластины 23 со штоком 26 через МП 13 передается штоку 12, жестко соединенному с ДПК 10, а затем через шток 17 игле 6, с которым жестко соединена игла 6.
Пружина 28 сжимается и запасает потенциальную энергию. Как только игла 6 стронется с места и пойдет вверх, начинается гидравлический процесс, обеспечивающий процесс перемещения иглы 6 в верхнее крайнее положение. Топливо от ГАВД 33 поступает по каналам 5, 15, кольцевой проточке 4 под иглу 6 и помогает ее перемещению в верхнее крайнее положение.
При этом открывается РК 9 и закрывается НК 11.
Топливо из управляющей камеры 7, давление в которой падает до атмосферного или до уровня, устанавливаемого КРД 40 для ГАНД 39 (фиг.6), вытесняется через РК 9 при движении иглы 6 вверх. Поскольку давление над иглой 6 будет меньше давления под иглой 6, то результирующая сила будет передаваться (фиг.2, фиг.4) через МП13 штоку 26, пластине 24, связанной жестко с пластиной 23. Механические силы взаимодействия между микропрофилями 22 и пластиной 23 будут уменьшаться, поскольку пружина 28 будет сжиматься и за счет сил, действующих на иглу 6 снизу, и за счет подачи под иглу 6 топлива под высоким давлением от гидроаккумулятора высокого давления 35.
Блок из жестко связанных механически между собой звеньев: иглы 6, ДПК 10, пластины 23 со штоком 26, перемещают две силы. Первая сила возникает за счет взаимодействия микропрофиля 22 и ВП 21 и действует на иглу 6 сверху, и перемещает иглу 6. Вторая сила - сила давления топлива, которая действует на иглу 6 снизу и также перемещает ее вверх. Обе силы действуют согласно при впрыске и обе силы сжимают пружину 28 на штоке 26, который жестко соединен с иглой 6 через МП 13. Усилие, которое действует на иглу 6 сверху, зависит от передаточного отношения МП 13 и может быть определено и оптимизировано для конкретной форсунки
Устройство может работать и без пружины 28 или пружина 28 может быть выбрана достаточно слабой. Назначение слабой пружины 28 при отсечке - запустить процесс отсечки.
При впрыске пружина 28 вообще не нужна. Ее роль буде выполнять давление в ГАНД 439 с КРД 40, а топливо в камере 7 будет своеобразным упругим жидкостным демпфером.
Устройство может работать и без МП 13. При этом нужно иметь в виду, что в этом случае высота хода иглы 6, РК 9, НК 11 и высота микропрофилей 22 должны быть одинаковыми. В связи с этим микропрофили 22 должны быть с постоянной высотой, равной длине хода РК 9, НК 11 и хода иглы 6. Переменный микропрофиль может быть выполнен таким, чтобы его максимальная величина была равна ходу РК 9, НК 11 и ходу иглы 6, и небольшой длины, ибо РК 9 НК 11 должны переустанавливаться за минимальное время во избежание потерь энергии на управление.
Скорость переустановки клапанов РК 9 и НК 11 не зависит от давления ГАНД 35, определяется только частотой вращения коленчатого вала.
Чем больше будет частота вращения коленчатого вала и вала 20, тем меньше будет время переустановки РК 9 в открытое и НК 11 в закрытое состояние.
При наличии МП 13 высота микропрофилей 22 может быть в несколько раз больше, что облегчит их выполнение и повысит надежность при эксплуатации, уменьшит силы взаимодействия микропрофилей 22 и пластины 23 при переключении системы подачи топлива на впрыск. Когда игла 6 перемещается в верхнее крайнее положение, топливо от ТНВД 33 и ГАВД 35 (фиг.6) поступает под давлением через канал 5 форсунки 1 в отверстия 3 распылителя 2 и начинается впрыск топлива. Подаваемое давление под иглу 6 может изменяться с помощью задатчика давления 36, что расширяет возможности устройства по управлению впрыском.
Микропрофиль 22 поворачивается на некоторый угол. При этом осуществляется его механическое взаимодействие с ВП 21.
В это время игла 6 находится в верхнем крайнем положении и осуществляется впрыск топлива. Если длина микропрофиля 22 мала, а длина ВП 21 велика, то длительность впрыска определяется в основном длиной. В общем случае длительность впрыска 21 зависит и от угловой протяженности микропрофиля 22.
Например, при угловой заданной длине ВП 21, равной угловой заданной длине для впрыска микропрофиля 22, длительность впрыска удваивается. Поэтому возможны самые различные сочетания по протяженности ВП 21 и микропрофиля 22 при регулировании длительности впрыска (фиг.5).
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 выпуклой части пластины 23.
С точки зрения надежности работы при прямом механическом приводе иглы 6 от пластины 23, пластины 24 со шлицами 25, с которыми соединен шток 12 через МП 13 или напрямую, а также от взаимодействия ВП 21 и микропрофиля 22 необходимо иметь микропрофиль 22 заданной длины по оси вала 20 и по окружности кулачка 18 для впрыска, который бы выдерживал касательные напряжения и напряжения сжатия при взаимодействии микропрофилей 22 и пластины 23 и ее переходе в верхнее крайнее положение. Реально микропрофили 22 с нужной с точки зрения допустимых напряжений сжатия и касательных напряжений площадью контакта с пластиной 23 и ВП 21, могут быть выбраны реально для любых возможных случаев.
Устройство, реализующее способ, позволяет осуществить мультивпрыск. Причем все впрыски могут быть регулируемыми.
Для этого пластину 23 по ширине нужно выполнить с числом скосов, равным числу регулируемых впрысков. Длина ВП 21 в пределах каждого скоса и угол скоса будет определяться длительностью впрыска и диапазоном его регулирования.
Каждый скос будет взаимодействовать со своим микропрофилем 22, расположенным на отдельном кулачке 18.
Необходимо отметить, что перемещение ВП 21 для нескольких цилиндров осуществляется одновременно и регулирование длительности во всех цилиндрах осуществляется одновременно.
Возможно индивидуальное управление впрыском для каждого цилиндра с индивидуальным приводом для перемещения пластин 23 с ВП 21. Один или два предвпрыска можно осуществлять при минимальных длинах микропрофиля 22 и ВП 21 и без регулирования их длительности, равно как и один или два впрыска после подачи основного объема топлива.
Основной впрыск осуществляется с регулированием длительности с постоянной высотой микропрофиля 22.
0
Отсечка происходит после того, как микропрофиль 22 выходит из зоны взаимодействия с ВП 21. Благодаря пружине 28, которая разжимается, перемещается пластина 23 на величину Δh при отсечке. Пружина 21 начинает перемещение: пластины 23 с ВП 21, пластины 24 со шлицами 25, соединенные механически со штоком 26 со шлицами 27. Через МП 13 начинается перемещение штока 12, соединяющего пластину 23 и ДПК 10; штока 17, соединяющего ДПК 10 и иглу 6, а следовательно, и иглы 6 в крайнее нижнее положение.
Как только начинается открываться НК 11, закрывается РК 9.
Процесс нарастает лавинообразно за счет положительной обратной связи по положению иглы 6. Его скорость зависит от площади дифференциальной площадки под иглой 6 и площадки над иглой 6, которая выбирается значительно больше дифференциальной площадки.
Пружина 28, которая была сжата при впрыске, расжимается. Система из жестко связанных между собой элементов: иглы 6, штока 17, ДПК 10, штока 26, пластины 24, пластины 23 с МП 21 дополнительно получает силовой импульс от расжимаемой пружины 28.
В результате игла 6 за минимальное время устанавливается на седло 2. Если процесс переустановки иглы 6 в верхнее положение при впрыске определяется только частотой вращения, то процесс установки иглы 6 на седло 2 происходит с большей скоростью.
Скорость переустановки на НК 11 на открытие и РК 9 на закрытие зависит и от площади площадки над иглой 6 и запасенной при впрыске за счет растяжения энергии в пружине 28. Происходит отсечка топлива. Топливо изГАВД 35 поступает снова в ТНВД 33 по трубопроводу 41 от ГАНД 39 с КРД 40. В ГАНД 39 топливо в свою очередь поступает при впрыске по трубопроводу 8 через РК 9 из управляющей камеры 7 над иглой 6.
Через шток 19, который соединен пластиной 14 через пластину 17 и шлицевое соединение 18, передается перемещение через МП 20, шток 8 игле 6. Игла 6 становится на седло. Топливо перестает поступать в цилиндры двигателя через отверстия 3 распылителя 2. Длительность отсечки определяется временем перехода микропрофиля 15 в состояние взаимодействия с пластиной 16 и затем ВП 14 (фиг.4).
Техническая реализация малых перемещений в устройствах, реализующих способ, не является проблемой.
Подшипники коленчатых валов имеют биения 0,005 мм, а высокоточные подшипники имеют биения в 1 микрон и даже в 0,5 микрона. Точное прецизионное изготовление пластины достаточной жесткости позволяет реализовать малые перемещения штока 26, штока 12, иглы 6, величиной от 0,05 мм до 0,5…2 мм и без использования МП 13. С применением МП 13 возможности создания устройств для реализации предложенных способов только расширяются. Вполне возможно за счет применения МП 13 увеличение микроперемещений пластины 23, увеличение размеров микропрофилей 22 и снижение за счет этого напряжений сжатия и касательных напряжений, которые возникают при взаимодействии пары пластина 23-микропрофиль 22, а также пары ВП 21-микропрофиль 22. Это повышает надежность и долговечность устройства.
При этом пластина 23 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 13 позволяет увеличить или уменьшить эти перемещения в зависимости от мощности дизеля. Предлагаемое устройство является универсальным и подходит к любому типу дизеля.
в
Регулирование длительности в устройстве реализуется за счет перемещения пластин 23 с ВП 21 с помощью электропривода, гидропривода или вручную вдоль оси вала 20 с профилированными программными кулачками 22 на величину Δh (фиг.2, фиг.4).
При непрерывном уменьшении длины ВП 21 со скосом (фиг.2, фиг.3) будет непрерывно уменьшаться длительность впрыска за счет уменьшения времени взаимодействия ВП 21 с микропрофилем 22.
Параллельность сбегающей кромки микропрофиля 22 линии скоса необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофиль 22, распределялись равномерно вдоль сбегающей кромки микропрофиля 22 и скоса выпуклой части пластины 21.
При дискретном уменьшении длины ВП 21 пластины 21 будет ступенчато уменьшаться длительность впрыска за счет ступенчатого уменьшения времени взаимодействия ВП 21 с микропрофилем 22. Дискретное управление (фиг.4, фиг.5) будет отличаться от непрерывного тем, что пластина 23 перемещается сразу на некоторую величину, после которой длина ВП 21 изменяется скачком. При этом набегающая кромка и сбегающая кромка микропрофиля 22 будут параллельны оси вала 20. БРМП имеет преимущество перед пьезоприводом в части быстродействия для быстроходных дизелей. В частности, для пьезопривода длительность перестановки клапана равна 0,0001 с. Для БРМП при частоте вращения более 5000…7000 об/мин она может быть на порядок меньше для микропрофиля 22 с заданными размерами по высоте профиля; по длине окружности или поверхности вращения и по длине вдоль оси кулачкового вала.
Преимущество устройства, реализующего способ
Первое преимущество. Соединение форсунок с прямым механическим и регулируемым управлением иглой 6 и регулируемой длительностью впрыска порождает симбиоз системы COMMON RAIL, сочетающей гидравлическую подачу топлива от одного общего аккумулятора высокого давления 35 и механическое управление иглой 6 механической системой управления. Игла 6 открывается и закрывается механическим путем. Длительность впрыска изменяется тоже механическим путем.
На управление такого рода тратится минимальная энергия. Это связано с тем, что топливо не участвует в управлении. Энергия тратится только на механическое взаимодействие трущихся поверхностей при минимальных гидравлических потерях в виде утечек. Эта энергия будет вдвое, втрое ниже энергии, затрачиваемой на управление в том случае, когда в управлении участвует топливо, поскольку часть топлива при управлении впрыском уходит на слив с потерей энергии и переходу его в тепло. Энергия впрыска за счет минимизации потерь может быть повышена.
Второе преимущество механической системы управления впрыском с регулируемой и нерегулируемой длительностью впрыска по сравнению с системами с пьезоприводом и соленоидным приводом заключается в отсутствии источника электрической энергии для управления, в отсутствии сложных систем управления накоплением и преобразованием электрической энергии, в необходимости электронного согласования начала впрыска и его конца для разных частот вращения, большее количество датчиков.
Третье преимущество предлагаемой системы управления в виде симбиоза системы COMMON RAIL и механической системы управления впрыском в том, что предлагаемые системы с механическим приводом будут в разы дешевле систем с пьезоприводом и с соленоидным приводом при выполнении тех же функций. Удешевление достигается и при высокой точности изготовления механических систем. Четвертое преимущество заключается в надежности механических систем управления за все время эксплуатации.
При использовании для изготовления программных кулачков 18 микропрофилями 22 заданной длины для впрыска из марганцовистых или азотированных сталей (безызносное трение) можно создать системы управления впрыском, срок службы которых будет равен или больше срока службы дизеля.
Пятое преимущество заключается в универсальности системы управления, ее высокой адаптивности к различным типам дизелей и одинаковой для всех технологии изготовления.
Шестое преимущество заключается в простоте эксплуатации, возможности ручного управления длительностью впрыска.
Все эти преимущества позволяют стать механической системе управления топливом в сочетании с системой COMMON RAIL вполне конкурентной и заменить более дорогие системы подачи топлива на большей части дизелей.