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

Группа изобретений 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 вытесняем ого 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.
Известен из уровня техники патент США №6557779 B2, включающий операции подачи топлива через один или два уровня раздельно или одновременно, за счет управления подачей топлива через каждый уровень своим независимым управляющим клапаном и своим независимым соленоидом.
Недостаток способа в сложности реализации способа, необходимости встраивания двух соленоидов в конструкцию форсунки, что весьма проблематично.
Из уровня техники известен способ [Л.Г. Гальперович. Системы впрыска судовых двигателей. Проектирование, конструкция. Ленинград-1961 г., с.163] управления подачей топлива, 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.
Кроме того, способ не позволяет осуществлять впрыск топлива через отверстия двух уровней
Известен из уровня техники патент Германии DE 102006035412 (A1) (прототип), реализующий способ управления подачей топлива через два уровня отверстий.
Этот способ заключается в том, что подают топливо сначала через один уровень отверстий, а затем и позже во время цикла подачи топлива через два уровня отверстий одновременно. Причем сначала подают топливо на второй уровень отверстий, подают топливо через первый уровень отверстий после начала подачи топлива через второй уровень отверстий, подают одновременно топливо через оба уровня отверстий
Управление подачей топлива через оба уровня отверстий осуществляется подачей топлива извне под втулку, подъем втулки, впрыск топлива через второй уровень отверстий, а после первоначального подъема втулки происходит подъем иглы за счет механического захвата втулкой иглы при движении втулки вверх, происходит одновременный впрыск топлива через отверстия первого и второго уровней.
Способ не обеспечивает оптимальный с точки зрения эффективности сжигания топлива впрыск топлива.
Основная порция топлива подается через второй уровень отверстий. Это не обеспечивает оптимальное сжигание топлива, ибо для оптимального сжигания топлива нужен предварительный впрыск топлива в виде малых порций топлива перед основным впрыском.
Это можно обеспечить только подачей топлива сначала через отверстия первого уровня с малым диаметром, а затем основную порцию топлива нужно подавать через отверстия второго уровня.
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 "Common 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 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] 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.
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 отсутствуют управляющий клапан.
Устройство не позволяет осуществлять впрыск топлива через несколько уровней отверстий.
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.
Известен из уровня техники патент Германии DE 102006035412 (A1) (прототип), включающий форсунку с двумя уровнями отверстий, причем игла и втулка связаны между собой кинематически.
Это устройство позволяет осуществлять впрыск топлива через два уровня отверстий.
Недостатком устройства является то, что сначала перемещается втулка и осуществляется основной впрыск через отверстия большего диаметра, а затем втулка перемещается вверх вместе с иглой, "захватывая" ее при движении вверх, в силу кинематической связи втулкой и иглой и осуществляются два впрыска одновременно.
Это не позволяет реализовать оптимальный впрыск топлива в виде малой порции топлива через первый уровень отверстий с малыми диаметрами, а затем основной впрыск через отверстия второго уровня с большими диаметрами.
Целью изобретения являются повышение надежности и КПД 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 управления подачей топлива, заключающемся в том, что подают топливо сначала через один уровень отверстий, а затем и позже во время цикла подачи топлива через два уровня отверстий одновременно, согласно заявленному изобретению, что перемещают подпружиненный плунжер индивидуального топливного насоса вниз приводом от профилированного кулачка, вращающегося с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала и взаимодействующего с роликом коромысла, подают топливо плунжером под высоким давлением от индивидуального топливного насоса в форсунку при реализации во время их протекания, как минимум, одного предварительного впрыска, как минимум, одного основного впрыска, как минимум, одного впрыска после основного, при отсечках подачи топлива после предварительного впрыска, основного впрыска, впрыска после основного, подают топливо от индивидуального топливного насоса в гидроаккумулятор низкого давления через клапан регулирования высокого давления и в камеру форсунки над иглой и втулкой, возвращают плунжер в верхнее положение с помощью сжатой пружины на штоке, подают топливо в подплунжерную полость индивидуального топливного насоса от гидроаккумулятора низкого давления и топливного бака по трубопроводам с обратными клапанами отдельными для каждого индивидуального топливного насоса, осуществляют, как минимум, один предварительный до основного и, как минимум, один впрыск после основного через один уровень отверстий, при этом на каждом предварительном впрыске перемещают иглу вверх механическим путем в течение времени переключения заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с малой высотой, на каждом впрыске после основного перемещают иглу вверх механическим путем в течение времени переключения заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с высотой, равной высоте микропрофилей для предварительного впрыска, взаимодействующих с пластиной, кинематически соединенной с иглой форсунки, одновременно с иглой форсунки перемещают шток 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, шток механического клапана в верхнем положении на время длительности каждого предварительного впрыска и каждого впрыска после основного впрыска механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной малой высотой, равной для предварительного впрыска и для впрыска после основного, с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины, после окончания каждого предварительного впрыска и каждого впрыска после основного иглу форсунки перемещают в нижнее крайнее положение, одновременно шток механического клапана перемещают нижнее крайнее положение, перекрывают 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 в нижнее крайнее положение, удерживают в течение времени заданного при каждой отсечке между двумя последовательными впрысками иглу форсунки и шток механического клапанов в крайнем нижнем положении, осуществляют, как минимум, один основной впрыск одновременно через отверстия первого и второго уровней с длительностью основного впрыска, для этого перемещают иглу в верхнее положение механическим путем в течение времени переключения заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с большей высотой, чем при предварительном впрыске, взаимодействующих с пластиной, одновременно с иглой форсунки перемещают шток механического клапана вверх, открывают канал для отвода топлива от камеры управления над иглой и втулкой, отводят топливо из камеры управления над иглой и втулкой в гидроаккумулятор низкого давления, подают топливо под давлением сначала под иглу через отверстия первого уровня, после перемещения иглы на некоторую промежуточную высоту, затем перемещают одновременно иглу и втулку, за счет перемещения иглы, а также шток механического клапана в верхнее положение, подают топливо под давлением под втулку и в отверстия второго уровня, осуществляют основной впрыск через отверстия второго уровня большего диаметра одновременно с впрыском через отверстия первого уровня, удерживают иглу, втулку и шток механического клапана 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, втулку и шток механического клапана по заданному закону на время длительности основного впрыска при взаимодействии микропрофилей с заданной переменной высотой по длине микропрофиля с выпуклой поверхностью постоянного радиуса или переменного радиуса, после окончания каждого основного впрыска с заданной постоянной или переменной высотой микропрофиля для реализации основного впрыска, иглу, втулку, шток механического клапана перемещают в нижнее крайнее положение с помощью пружин, перекрывают канал для отвода топлива от камеры управления над иглой и втулкой в гидроаккумулятор низкого давления, подают топливо под высоким давлением в камеру управления над иглой и втулкой при перемещении иглы и втулки вниз, удерживают в течение времени заданного при каждой отсечке между двумя последовательными впрысками иглу и втулку форсунки, шток механического клапана в положении при отсечке, или осуществляют, как минимум, один впрыск после основного, как и основной, одновременно через отверстия первого и второго уровней с длительностью меньшей основного впрыска с микропрофилями высотой, большей высоты микропрофилей для предварительного впрыска, перемещают пластину с, как минимум, одним скосом выпуклой поверхности, вдоль оси вала с, как минимум, одним кулачком с, как минимум, одним микропрофилем на нем с микропрофилями с набегающими кромками микропрофилей, параллельными оси кулачка и сбегающими кромками микропрофилей, параллельными скосам выпуклой поверхности на конце пластины, изменяют длину выпуклых поверхностей вдоль скоса при непрерывном управлении длительностью каждого впрыска
Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления подачей топлива, включающее форсунку с двумя уровнями отверстий с подпружиненными иглой и втулкой, сосной игле, игла и втулка связаны между собой кинематически, согласно заявленному изобретению, устройство снабжено, индивидуальным топливным насосом для каждой форсунки с приводом от кулачкового вала, соединенным кинематически с коленчатым валом через ролик с коромыслом, общим гидравлическим аккумулятором низкого давления, управляющим механическим клапаном со штоком с конусной или иной запирающей поверхностью для каждой форсунки, быстродействующим реверсивным механическим приводом, клапаном регулирования высокого давления, игла выполнена с кинематической связью со втулкой и с возможностью перемещения вверх втулки вместе с иглой за счет перемещения иглы в верхней части перемещения, игла соединена механически со штоком механического клапана с конусной запорной поверхностью, перекрывающим канал, соединяющий общую камеру над иглой и втулкой с гидроаккумулятором низкого давления при отсечке, игла форсунки соединена механически через мультипликатор перемещения или напрямую с быстродействующим реверсивным механическим приводом для ее линейного перемещения, который снабжен, как минимум, одной пластиной, кинематически соединенной с иглой, для каждого цилиндра с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на одном конце определенной длины выпуклой части с, как минимум, одним скосом на ней, кулачковым валом, соединенным кинематически с коленчатым валом с, как минимум, одним программным профилированным кулачком на нем, с, как минимум, одним микропрофилем на каждом кулачке с постоянной заданной малой высотой для реализации предварительного впрыска, как минимум, одним микропрофилем с большей высотой для реализации основного впрыска или, как минимум, одним микропрофилем переменной высоты, изменяющимся по заданному закону по длине микропрофиля для реализации основного впрыска, с, как минимум, одним микропрофилем для реализации впрыска после основного с высотой, равной или большей высоты микропрофиля для реализации предварительного впрыска, каждая пластина с, как минимум, одним скосом выполнена с возможностью перемещении вдоль оси штока и иглы, программные профилированные кулачки с микропрофилями заданной длины с постоянной или переменной высотой 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 для всех впрысков или переменного радиуса для основного впрыска по заданному закону при впрысках заданной длительности, выпуклая поверхность, как минимум, одной пластины выполнена с переменной по ширине пластины длиной выпуклой концевой части, с как минимум, одним скосом по ширине пластины, соответствующие микропрофили для предварительного, основного впрысков и впрыска после основного выполнены с прямыми набегающими краями, параллельными оси вала и косыми сбегающими концами, параллельными соответствующим скосам выпуклой концевой части при непрерывном регулировании длительности, 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 каждого индивидуального топливного насоса высокого давления трубопроводами с обратными клапанами, клапан регулирования высокого давления соединен с подплунжерной полостью каждого индивидуального топливного насоса и гидроаккумулятором низкого давления, каждый индивидуальный топливный насос соединен с форсункой и ее подыгольной и надыгольной камерами.
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 быстродействие БРМП может быть выше устройств с пьезоприводом;
соединение форсунки с индивидуальным топливным насосом (ИТН) 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 двумя уровнями отверстий с иглой и втулкой (продольный разрез), мультипликатором перемещения и с выходным штоком для иглы и механическим клапаном 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 непрерывной выпуклой поверхности для, взаимодействующей с тремя кулачками и микропрофилями на них; б) - показана кинематическая схема (вид со стороны пластины, трех кулачков и выпуклых пластин, взаимодействующих с кулачками) устройства подачи топлива с косыми скосами выпуклых поверхностей с БРМП;
фиг.3 - показан отдельные элементы конструкции: а) пластина с выпуклыми поверхностями на конце с тремя скосами по ее ширине для взаимодействия с тремя кулачками с микропрофилями на каждом из них;
б) кулачковый вал с тремя кулачками с микропрофилями на них для реализации предвпрыска, основного впрыска и впрыска после основного, в том числе и переменной высоты для реализации основного впрыска по заданному закону в увеличенном виде;
фиг.4 - показана блок-схема устройства управления подачей топлива при реализации способа управления подачей топлива с индивидуальным топливным насосом с приводом от профилированного силового кулачка и гидравлическим аккумулятором низкого давления (ГАНД).
Устройство на фиг.1 состоит: из корпуса 1, распылителя 2 с отверстиями 3 для впрыска топлива первого уровня и с отверстиями 4 для впрыска топлива второго уровня, иглы 5, втулки 6, радиального канала 7 в корпусе форсунки 1 для подвода топлива от гидроакуумулятора высокого давления (ГАВД не показан на фиг.1), радиального канала 8 с кольцевой проточкой на наружной поверхности втулки 6, радиально-осевого канала 9 с кольцевой проточкой на поверхности иглы 5, радиального канала 10 с кольцевой проточкой 11 на внутренней поверхности втулки 6, крышки со стаканом 12, канала 13 в крышке 12 для отвода топлива к ГАНД (на фиг.1 не показан), пружины 14 между втулкой 6 и крышкой со стаканом 12, управляющей камеры 15 над иглой 5 и втулкой 6, канала 16, перекрываемого механическим клапаном со штоком 17 с запирающей поверхностью, соединенным механически рычагом 18 со штоком и через него с иглой 5, мультипликатора перемещения 19 (МП 19), соединенного с одной стороны с иглой 5 штоком (не показан на фиг.1), пружины 20, расположенной со стороны МП 19, обратной игле 5 на штоке (шток на фиг.1 не показан), входящим в стойку 21.
Устройство на фиг.2, а) состоит из кинематической схемы привода в виде быстродействующего реверсивного механического привода (БРМП) из мультипликатора перемещения 19 (МП 19), пружины 20 на штоке, соединенным кинематически с МП 19, стойки 21, вала 22, установленном в стойке 21, первого кулачка 23, второго кулачка 24, третьего кулачка 25, расположенными последовательно на кулачковом валу 22 с микропрофилями: 26 на третьем кулачке 25 для реализации предварительного впрыска до основного; микропрофилем 27 на втором кулачке 24 для реализации основного впрыска; микропрофилем 28 для реализации впрыска после основного; выпуклой пластины 29 со скосами для каждого микропрофиля, пластины 30 со шлицами 31 на внутренней стороне для перемещения штока 32 вдоль оси кулачкового вала, шлицами 33 на штоке для перемещения пластины 30 со штоком 32 вдоль оси форсунки.
Устройство на фиг.2, б) состоит из кинематической схемы привода в виде быстродействующего реверсивного механического привода (БРМП) из мультипликатора перемещения 19 (МП 19), пружины 20 на штоке, соединенным кинематически с МП 19, стойки 21, вала 22, установленном в стойке 21, первого кулачка 23, второго кулачка 24, третьего кулачка 25, расположенными последовательно на кулачковом валу 22 с микропрофилями: 26 на третьем кулачке 25 для реализации предварительного впрыска до основного; микропрофилем 27 на втором кулачке 24 для реализации основного впрыска; микропрофилем 28 на первом кулачке 23 для реализации впрыска после основного; выпуклой пластины 29 (ВП 29) со скосами для каждого микропрофиля, пластины 30 со шлицами 31 на внутренней стороне для перемещения штока 32 вдоль оси кулачкового вала, шлицами 33 на штоке для перемещения пластины 30 со штоком 32.
Устройство фиг.3 состоит из отдельно показанных: а) выпуклой поверхности 29 со скосами, пластины 30 с внутренней стороны со шлицами 31; б) кулачкового вала 22, первого кулачка 23, второго кулачка 24, третьего кулачка 25, расположенными последовательно на кулачковом валу 22 с микропрофилями: 26 на третьем кулачке для реализации впрыска до основного; микропрофилем 27 на втором кулачке 24 для реализации основного впрыска, в том числе с увеличенным микропрофилем 27, изменяющимся по определенным законам; микропрофилем 28 на первом кулачке 23 для реализации впрыска после основного.
Устройство фиг.4 состоит: из топливного бака 34, трубопровода 35, соединяющего топливоподкачивающий насос 36 с топливным баком, соединенного с с топливоподкачивающим насосом 36 общего топливопровода 37 с обратным клапаном и топливопровода 38 с обратным клапаном для каждого ИТН, соединенного с трубопроводов м 37 его подплунжерной полостью каждого ИТН; кулачка 39 на кулачковом валу 22, ролика 40 на коромысле 41, пружины 42 плунжера 43, взаимодействующего с коромыслом, корпуса ИТН 44, трубопровода 45 с обратным клапаном, соединяющим форсунку 1 с ИТН 44; трубопровода 46, соединяющего форсунку 1 с ГАНД; клапана регулирования высокого давления 47 (КРВД 47) в трубопроводе 48, соединяющим форсунку с гидроаккумулятором низкого давления 49 (ГАНД 49), с регулятором давления 50 (КРД 50) 4 трубопровода 51 с обратным клапаном, соединяющего выход ГАНД 49 с подплунжерной полостью ИТН 44.
Работа устройства, реализующего способ. Кулачковый вал 19 вращается с частотой вращения, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала.
Нагнетание топлива происходит следующим образом. Поворачивается кулачок 39 привода ИТН 44 (фиг.4) с эксцентриситетом, взаимодействует с роликом 40 коромысла 41, коромысло передает усилие от кулачка 39 плунжеру 43, который перемещается вниз, сжимает пружину 42, подает топливо под давлением из ИТН 44 по трубопроводу 45 с обратным клапаном (обратный клапан на фиг.4 не показан) в форсунку 1. Плунжер 43 быстро движется вниз при резком увеличении высоты профиля кулачка 39 с эксцентриситетом относительно центра вращения и его взаимодействия с роликом 40 коромысла. В конце цикла подачи топлива профиль кулачка 39 с эксцентриситетом начинает уменьшаться относительно центра вращения под действием пружины 42 и давления топлива, поступаемого от ГАНД 49 по трубопроводам 51,38 с обратными клапанами плунжер 43 начинает перемещаться вверх. От ГАНД 49 поступает топливо, которое было потрачено на управление процессом топливоподачи, и поступает под определенным давлением. Происходит заполнение подплунжерной полости ИТН 44 топливом. При этом часть топлива поступает в подплунжерную полость от топливного насоса 36 и топливного бака 34, поскольку часть топлива, вытесненного плунжером 43, идет на впрыск в цилиндр.
Одновременно при реализации предварительного впрыска поворачивается кулачок 25 (фиг.2а. б; фиг.3, б) с микропрофилем 26, который взаимодействует сначала с пластиной 30 и перемещает пластину 30, а с ней шток 32 со шлицами 33, сжимает пружину 20 (фиг.1), через МП 19 перемещает шток, жестко соединенный с иглой 5, (на фиг.1 этот шток 32 не обозначен), а с ним иглу 5 вместе с рычагом 18 и штоком 17 механического клапана вверх.
Топливо поступает под высоким давлением под иглу 5 форсунки 1 (фиг.1) по трубопроводу 45 с обратным клапаном 45 (фиг.4), через канал 7 в управляющую камеру 15 над иглой 5 и втулкой 6 по каналу 8 и каналу 9 с кольцевыми проточками втулке 6 и на игле 5, каналу 10 с кольцевыми проточками на втулке в отверстия 3 первого уровня.
Открываются каналы 13 и 16 форсунки при перемещении штока 17 механического клапана вверх. Одновременно топливо вытесняется из управляющей камеры 15 над иглой 5 и втулкой 6 в ГАНД 49 по трубопроводу 46 (фиг.4) через дроссель в открытом канале 16.
После того, как канал 16 открывается во время впрыска топливо поступает в ГАНД 49 по трубопроводу 46. Некоторое количество топлива во время движения иглы 3 в верхнее положение и во время впрыска поступает по каналу 7 в управляющую камеру 15 над иглой 5 и втулкой 6 и также вытесняется в ГАНД 49 во время подачи топлива. Количество этого топлива определяется сечением дросселя в канале 16. Эта порция топлива тратится на управление и накапливается в ГАНД 49, давление в котором задается КРД 50. Во время впрыска топливо поступает в цилиндры через отверстия 2.
Количество топлива, поступаемого в цилиндр, определяется временем предварительного впрыска и диаметром отверстий 2 для впрыска, давлением, которое развивает ИТН 44, и высотой подъема иглы 5. Поэтому объем впрыскиваемого топлива зависит от высоты микропрофиля 26, который определяет высоту подъема иглы 3.
Длительность предварительного впрыска определяется длиной микропрофиля 26 и длиной той части ВП 29 со скосом, которая соответствует микропрофилю 26 и с которой взаимодействует микропрофиль 26. При этом взаимодействии микропрофиля 26 и ВП 29 пластина 30 не перемещается во время впрыска, поскольку ВП 29 (фиг.3, а) - выпуклая поверхность с постоянным радиусом.
После выхода микропрофиля 26 из взаимодействия с ВП 29, сжимается пружина 20 (фиг.1), перемещает иглу 5 на седло. Происходит отсечка топлива. Одновременно перекрывается канал 16, поскольку шток 17 механического клапана перемещается в нижнее положение.
Топливо от ИТН 44 поступает по каналу 7 форсунки 1 в управляющую камеру 15 над иглой 5 и втулкой 6, давит на площадку штока и надежно запирает иглу 5.
После заполнения управляющей камеры 15 через КРВД 47 в канале 7 топливо от ИТН 44 поступает в ГАНД 49 по трубопроводу 48 через КВРД 47 во время между впрысками. Этот объем топлива также относится к объему топлива, затрачиваемого на управление. КВРД 47 настраивается на определенный уровень давления, при превышении которого топливо от ИТН 44 поступает в ГАНД 49 по трубопроводу 48, поскольку при отсечке топливо через форсунку 1 проходить не может.
После окончания первой отсечки начинается второй-основной впрыск. Он происходит, как и первый, но имеет свою специфику, связанную с высотой микропрофиля 27 на кулачке 24 для основного впрыска и длительностью основного впрыска. Этот микропрофиль 27 больше по высоте микропрофиля 26 для предварительного впрыска или изменяется по возрастающему закону (фиг.3, б). Кулачок 39 с эксцентриситетом привода ИТН 44 продолжает поворот вместе с валом 22 (фиг.4), взаимодействует с роликом 40 коромысла 41, коромысло передает усилие от кулачка 39 плунжеру 43, который продолжает перемещаться вниз, как он перемещался при предварительном впрыске и отсечке между предварительным впрыском и началом основного. Плунжер 43 продолжает перемещение вниз во все время взаимодействия выпуклой части кулачка 39 для привода плунжера 43 с роликом 40 коромысла 41 и во время выполнения нескольких последовательных впрысков топлива. Продолжает сжиматься пружина 42, подается топливо под давлением из ИТН 44 по трубопроводу 45 с обратным клапаном в форсунку 1. Одновременно часть топлива поступает по трубопроводу 48 с КРВД 47 в ГАНД 49, в котором аккумулируется при впрыске топлива.
Одновременно при реализации основного впрыска поворачивается кулачок 24 с микропрофилем 27, который взаимодействует сначала с пластиной 30 и перемещает пластину 30 на большую высоту, чем в случае предварительного впрыска, а с ней шток 32 со шлицами 33. Сжимается пружина 20 (фиг.1), через МП 19 перемещается вверх шток, а с ним игла 5 вместе с рычагом 18 и штоком 17 механического клапана.
Топливо поступает под высоким давлением под иглу 5 форсунки 1 (фиг.1) по трубопроводу 45 с обратным клапаном (фиг.4), через канал 7 в управляющую камеру 15 над иглой 5 и втулкой 6 по каналу 8 и каналу 9 с кольцевыми проточками втулке 6 и на игле 5, каналу 10 с кольцевыми проточками на втулке под иглу 5 и отверстия 5 первого уровня 3. Происходит впрыск через отверстия первого уровня 3.
Игла 5 перемещается на некоторую высоту до механического взаимодействия с втулкой 6 и выступами на ее внутренней поверхности.
Происходит механический захват втулки 6 при движении иглы 5 вверх. Начинается движение втулки 6 сначала под действием силы со стороны иглы 5 вследствие механического захвата. Пружина 14 сжимается.
Топливо, поступившее под иглу 5, начинает поступать под втулку 6 и способствует ее перемещению вверх и дальнейшему сжатию пружины 14. Происходит впрыск через отверстия 4 второго уровня.
Высота подъема втулки 6 определяется высотой микропрофиля 27 за вычетом предварительного хода иглы. Когда игла 5 и втулка 6 переместятся в свое верхнее положение, начинается отсчет времени совместного впрыска через два уровня отверстий. При этом основная порция топлива поступает через отверстия 4 второго уровня, которые выполнятся большего диаметра.
Канал 16 открывается при перемещении штока 17 механического клапана с конусной запирающей поверхностью или иной запирающей поверхностью, топливо вытесняется из управляющей надыгольной камеры 15 над иглой 5 и втулкой 6 в ГАНД 49 по трубопроводу 46 (фиг.4) через дроссель в канале 16. Количество топлива определяется временем основного впрыска и диаметром отверстий 3 и 4 для впрыска, давлением, которое развивает ИТН 44 и высотой подъема иглы 5 и втулки 6. Поэтому объем впрыскиваемого топлива зависит от высоты микропрофиля 27, который определяет высоту подъема иглы 5 и втулки 6.
Чем больше будет высота микропрофиля 27, тем больше будет общий объем камеры под иглой 5 и втулкой 6, больше давление в ней, поэтому больший объем топлива будет поступать в цилиндр. При основном впрыске в цилиндр поступает большая часть топлива для реализации рабочего цикла дизеля.
Кроме того, объем камер под иглой 5 и втулкой 6 может изменяться по заданному закону. По этому же закону будет расти давление впрыска и объем поступаемого топлива в цилиндр. Этот объем выбирается оптимальной формой микропрофиля 27 (фиг.3, б). Если микропрофиль 27 изменяется по возрастающему закону во время подачи топлива, игла 5, а затем и втулка 6 осуществляет подъем по такому же закону в течение впрыска, то по такому же закону растет объем камеры под иглой 5 и втулкой 6, давление топлива под иглой 5 и втулкой 6 и объем топлива, поступаемого в цилиндры. Поскольку давление топлива в камере под иглой 5 и втулкой 6 прямо влияет на количество топлива, поступаемого в цилиндр. При это микропрофиль 27 кулачка 24 может взаимодействовать с выпуклой пластиной 29 постоянного или переменного радиуса. Другим фактором, влияющим на объем впрыскиваемого топлива, является длительность впрыска.
Длительность основного впрыска определяется длиной микропрофиля 27 и длиной той части ВП 29 со скосом, которая соответствует микропрофилю 27 и с которой взаимодействует микропрофиль 27. На фиг.3, а изображена пластина с ВП 29 и тремя скосами.
Каждая из трех частей пластины 30 с выпуклой частью пластины ВП 29 со своим скосом взаимодействует со своим микропрофилем. При этом взаимодействии микропрофиля 27 и ВП 29 пластина 27 не перемещается при постоянной высоте микропрофиля 27, поскольку ВП 29 выпуклая поверхность с постоянным радиусом. В случае основного впрыска длительность его будет больше и количество поступаемого топлива будет намного больше, чем при предварительном впрыске.
При этом на основной впрыск затрачивается больший объем топлива на управление во время реализации самого основного впрыска. В силу большей длительности основного впрыска через открытый канал 16 с дросселем вытесняется в ГАНД 49 большее количество топлива, чем при предварительном впрыске. Поэтому при основном впрыске кулачок 36 обеспечивает максимальный ход плунжера 43.
После выхода микропрофиля 27 из взаимодействия с ВП 29 разжимается пружина 20 перемещает иглу 5 на седло.
Пружина 14 разжимается и перемещает втулку 6 на седло. Происходит отсечка топлива. Одновременно перекрывается канал 16, поскольку шток 17 механического клапана перемещается в нижнее положение.
Топливо от ИТН 44 поступает по каналу 7 и 13 форсунки 1 в управляющую камеру 15 над иглой 5 и втулкой 6, давит на площадку штока и надежно запирает иглу 5 и втулку 6. После заполнения управляющей камеры 15 над иглой 5 и втулкой 6, топливо от ИТН 44 поступает в ГАНД 49 по трубопроводу 48 через КВРД 47 во время между впрысками. Этот объем топлива также относится к объему топлива, затрачиваемого на управление. КВРД 47 настраивается на определенный уровень давления, при превышении которого топливо от ИТН 44 поступает в ГАНД 49 по трубопроводу 48, поскольку при отсечке топливо через форсунку 1 проходить не может. КВРД 47 позволяет при непрерывном перемещении плунжера 43 во время отсечек подавать топливо в ГАНД 49, минуя форсунку 1, обеспечивает нормальную работу ИТН 44.
После основного впрыска длится отсечка до начала третьего впрыска после основного, необходимого для дожигания несгоревших продуктов после основного впрыска.
При реализации третьего впрыска и первого после основного кулачок 39 продолжает поворот вместе с валом 22, плунжер 43 продолжает движение вниз и топливо под высоким давлением продолжает вытесняться из-под плунжерной полости ИТН 44. ИТН 44 (фиг.4), взаимодействует с роликом 40 коромысла 41, коромысло передает усилие от кулачка 39 плунжеру 43. Плунжер 43 перемещается вниз, сжимает пружину 42, подает топливо под высоким давлением из ИТН 44 по трубопроводу 45 с обратным клапаном в форсунку 1. Одновременно часть топлива поступает по трубопроводу 48 с КРВД 47 в ГАНД 49, в котором аккумулируется при впрыске топлива.
Одновременно при реализации впрыска после основного поворачивается кулачок 23 с микропрофилем 28, который взаимодействует сначала с пластиной 30 и перемещает пластину 30, а с ней шток 32 со шлицами 33, сжимает пружину 20 (фиг.1), через МП 19 перемещает шток, а с ним иглу 5 вместе с рычагом 18 и штоком 17 механического клапана вверх.
Высота микропрофиля 28 (фиг.2, а) выбирается равной высоте микропрофиля 26 для реализации предварительного впрыска или большей высоты микропрофиля 26
В первом случае впрыск после основного осуществляется через отверстия первого уровня 3, как и предварительный впрыск 5.
Во втором случае впрыск происходит через отверстия первого 3 и второго 4 уровней.
Это позволяет впрыснуть большое количество топлива при впрыске после основного, необходимого для дожигания продуктов сгорания от основного впрыска. Топливо поступает под высоким давлением под иглу 5 форсунки 1 (фиг.1) через канал 7. Открывается канал 16 при перемещении штока 17 механического клапана с конусной запирающей поверхностью или иной запирающей поверхностью. Топливо вытесняется из управляющей камеры 15 над иглой и втулкой в ГАНД 49 по трубопроводу 46 (фиг.4) через дроссель в канале 16.
Количество этого топлива определяется сечением дросселя в канале 16 и является топливом, которое, как и во время предыдущих впрысков, тратится на управление. Во время впрыска топливо поступает в цилиндры через отверстия 2. Количество топлива определяется длительностью впрыска после основного, диаметром отверстий 2 для впрыска, давлением, которое развивает ИТН 44, высотой подъема иглы 3.
Объем впрыскиваемого топлива зависит от высоты микропрофиля 28, который определяет высоту подъема иглы 5.
Для впрыска после основного высота микропрофиля 28 выбирается равной или большей, чем высота микропрофиля 26 для реализации предварительного впрыска.
При дожигании объем впрыскиваемого топлива должен быть больше объема топлива, впрыскиваемого при предварительном впрыске.
При равной высоте микропрофилей 26 и 28 это достигается увеличением длительности впрыска после основного, то есть за счет удлинения ВП 29, соответствующей микропрофилю 28 и удлинения самого микропрофиля 28. Впрыск при этом осуществляется через один уровень отверстий 3.
При большей высоте микропрофиля 28 по сравнению с высотой микропрофиля 26 длительность впрыска также определяется длиной микропрофиля 28 и длиной выпуклой поверхности 29 со скосом, которая соответствует микропрофилю 29 и с которой взаимодействует микропрофиль 28. Но при большей высоте микропрофиля 28, впрыск происходит через два уровня отверстий, как и основной впрыск, увеличивается объем под иглой 5 и втулкой 6, давление под иглой 5 и втулкой 6 увеличивается количество топлива, вспрыскиваемого в форсунку. Поэтому длина микропрофиля 28 может быть выбрана меньшей.
При этом взаимодействии микропрофиля 28 и ВП 29 пластина 30 не перемещается, поскольку ВП 29 выпуклая поверхность с постоянным радиусом.
После выхода микропрофиля 28 из взаимодействия с ВП 29 сжимается пружина 20 перемещает иглу 5 на седло. Происходит отсечка топлива. Одновременно перекрывается канал 15, поскольку шток 17 механического клапана перемещается в нижнее положение. Топливо от ИТН 44 поступает по каналу 7 форсунки 1 в управляющую камеру 15 над иглой 5 и втулкой 6, давит на площадку штока и надежно запирает иглу 5. После заполнения управляющей камеры 15 через дроссель в канале 7 (дроссель на фиг.1 не показан отдельной позицией) топливо от ИТН 44 поступает в ГАНД 49 по трубопроводу 48 через КВРД 47 во время между впрысками.
Этот объем топлива также относится к объему топлива, затрачиваемого на управление.
КВРД 47 настраивается на определенный уровень давления, при превышении которого топливо от ИТН 44 поступает в ГАНД 49 по трубопроводу 48, поскольку при отсечке топливо через форсунку 1 проходить не может. КВРД 47 позволяет при непрерывном перемещении плунжера 40 во время отсечек подавать топливо в ГАНД 49, минуя форсунку 1.
По окончании третьего и последнего впрыска выпуклая часть кулачка 39 начинает уменьшаться при дальнейшем повороте вала 22. Пружина 42 разжимается и перемещает плунжер 40 вверх.
Топливо по трубопроводу 37 с обратным клапаном трубопроводу 38 с обратным клапаном отдельному для каждого ИТН 44, от топливного насоса поступает в подплунжерную полость ИТН 444
Топливо по отдельному трубопроводу 51 с обратным клапаном для каждого ИТН 44 от ГАНД 49 поступает под плунжер 43 под давлением, задаваемым КРВД 50.
Энергия топлива, которое участвовало в управлении на протяжении трех впрысков, частично возвращается в ИТН 44. Это позволяет выбрать пружину 42 более слабой и меньших размеров или вообще отказаться от нее.
Когда кулачок 36 вместе с валом 19 совершит полный оборот, начинается новый цикл подачи топлива.
Длительность любого впрыска регулируется перемещением пластины 30 с ВП 29, на которой выполнены скосы по одному для каждого из микропрофилей 26, 27, 28, причем, угол скоса показан одинаковый для всех микропрофилей и длина ВП 29 для каждого из микропрофилей 26, 27, 28 выбрана одинаковой.
Пластина 30 перемещается вручную или с помощью электромеханического или иного привода по шлицам 31. Уменьшается длина ВП 29 для каждого из микропрофилей 26, 27, 28, которые соответствуют при работе этим микропрофилям, а следовательно, длительность каждого из впрысков. Поэтому работа на частичных режимах будет осуществляться абсолютно так же, как при впрыске на номинальных режимах.
Отличие будет только в том, что на частичных режимах меньшая часть топлива будет поступать в цилиндры во время впрысков, а большая часть будет проходить через ГАНД 49, то есть на частичных режимах большая часть топлива будет тратиться на управление. Способ реализуется при наличии, как минимум, одного скоса на выпуклом конце пластины. Для этого микропрофили должны быть расположены последовательно на одном кулачке по его поверхности. При наличии одного скоса каждый отдельный впрыск регулируется по длительности одинаково. При наличии двух и более скосов, которые могут быть выполнены с разным углом, длительность каждого отдельного впрыска или группы впрысков (два предварительных, два основных, два впрыска после основного) регулируется индивидуально
В предлагаемом изобретении полностью реализуются все операции способа с помощью предлагаемого устройства.