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

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 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 реализовать механическим путем разделение движений, когда одно движение позволяет переместить иглу в крайнее положение за заданное время, а второе движение позволяет удерживать ее во время впрыска или отсечки в заданном крайнем положении.
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 реализовать механическим путем разделение движений, когда одно движение позволяет переместить иглу в крайнее положение за заданное время, а второе движение позволяет удерживать ее во время впрыска или отсечки в заданном крайнем положении.
Способ позволяет регулировать длительность впрыска, но без разделения движений, когда собственно движение по перемещению иглы в крайнее положение или близкое к таковому и движение по регулированию длительности объединены в одном движении.
Способ по этой причине не позволяет реализовать мультивпрыск, что является родовым и принципиальным недостатком способа.
Из уровня техники известно устройство (Погуляев Ю.Д., Наумов В.Н. Управление подачей топлива с непрерывным регулированием длительности впрыска ААИ №2 - 2009 - с.40-43) для управления подачей топлива с непрерывным регулированием длительности впрыска, включающее вал с профилированным кулачком с разной шириной программного профиля вдоль оси кулачка, блок управления топливом, выполненный с возможностью осевого перемещения вдоль вала с профилированным кулачком и содержащий подпружиненный плунжер с цилиндром, подплунжерная полость цилиндра соединена с надыгольным объемом.
Устройством реализуются процессы нагнетания и впрыска, которые протекают в разное время и поэтому устройство относится к системам типа Common Rail.
В то же время устройство не позволяет осуществить более одного впрыска с регулируемой длительностью впрыска. Одним из самых существенных недостатков является то, что высота профиля кулачка должна быть достаточно большой для того, чтобы в блок управления под плунжер поступал необходимый объем топлива, который поступает в полость конечного изменяемого объема при впрыске, когда над иглой создается разрежение и давление падает, а под иглой концентрируется значительное давление и за счет разности сил над и под иглой происходит подъем иглы.
Этот объем равен объему топлива, идущего на слив и в известном устройстве является управляющим объемом. Поэтому известное устройство исключает применение кулачков с микропрофилями, а область применения устройств ограничивается дизелями с низкой частотой вращения, ибо динамика не позволяет использовать кулачки с большими профилями при высоких частотах вращения.
Регулирование осуществляется перемещением целого блока управления топливом вдоль оси с профилированными кулачками. Устройство за счет этого усложняется, перемещение цилиндра с управляющим блоком требует гибких трубопроводов.
Устройство не позволяет осуществлять прямой механический привод иглы от профилированных кулачков с микропрофилями при сохранении преимуществ подачи топлива от гидроаккумулятора высокого давления.
Из уровня техники известно устройство управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. Орлин А.С., Круглов М.Г - С.133…136.), включающее форсунку с подпружиненным запирающим элементом, распылителем с одним уровнем отверстий, топливным каналом для подвода топлива высокого давления, топливный насос высокого давления, соединенный с форсункой, топливную емкость, топливоподкачивающий насос, соединенные между собой гидравлически.
Это устройство не позволяет осуществить более одного впрыска за цикл топливоподачи и не позволяет регулировать длительность впрыска.
Количество впрыскиваемого топлива определяется угловым положением плунжера топливного насоса, который поворачивается вокруг своей оси с помощью рейки топливного насоса. При достижении давления начала впрыскивания гидравлическая сила, действующая со стороны топлива на нижний конический торец иглы становится больше силы предварительной затяжки пружины. Игла поднимается и начинается впрыскивание. Давление начала впрыскивания составляет 15…60 МПа.
При отсечке пружина через штангу прижимает запорный элемент - иглу к поверхности запорного конуса. При малом давлении впрыскивание топлива становится невозможным.
При этом реализуются устройством процессы нагнетания и впрыска, которые протекают одновременно из-за отсутствия в топливной системе гидроаккумулятора высокого давления с датчиком давления и управляемым задатчиком давления.
Устройство не позволяет осуществлять прямой механический привод иглы от профилированных кулачков с микропрофилями при сохранении преимуществ подачи топлива от гидроаккумулятора высокого давления.
Устройство не позволяет реализовать механическим путем разделение движений, когда одно движение позволяет переместить иглу в крайнее положение за заданное время, а второе движение позволяет удерживать ее во время впрыска или отсечки в заданном крайнем положении.
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 реализовать механическим путем разделение движений, когда одно движение позволяет переместить иглу в крайнее положение за заданное время, а второе движение позволяет удерживать ее во время впрыска или отсечки в заданном крайнем положении, а третье движение позволяет независимо изменять длительность впрыска.
Устройство позволяет регулировать длительность впрыска, но без разделения движений, когда собственно движение по перемещению иглы в крайнее положение, или близкое к таковому, и движение по регулированию длительности объединены в одном движении. Имеет место лобовое решение без возможности развития устройства в направлении реализации мультивпрыска.
Устройство по этой причине не позволяет реализовать мультивпрыск, что является родовым и принципиальным недостатком способа.
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, согласно заявленному изобретению, 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 при реализации во время их протекания, как минимум, одного предварительного впрыска, как минимум, одного основного впрыска, как минимум, одного впрыска после основного под иглу форсунки в отверстия распылителя, 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 надыгольную камеру форсунки, 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 впрыск до, как минимум, одного основного и, как минимум, один впрыск после, как минимум, одного основного, при этом на каждом предварительном впрыске, на каждом основном впрыске и на каждом впрыске после основного, перемещают иглу форсунки вверх механическим путем, одновременно перемещают вверх шток механического клапана с запором в канале, соединяющем управляющую камеру над иглой и гидроаккумулятор низкого давления и отводят топливо из управляющей камеры над иглой форсунки в гидроаккумулятор низкого давления в течение времени переключения заданного при предварительном впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с высотой, меньшей, чем при осуществлении основного впрыска, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих с пластиной кинематически соединенной с иглой, при основном впрыске с помощью микропрофилей с большей высотой, чем при предварительном впрыске, при впрыске после основного с помощью микропрофилей с высотой равной или большей высоты микропрофилей для реализации предварительного впрыска или при реализации основного впрыска дополнительно перемещают иглу 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, подают топливо под давлением под иглу форсунки и осуществляют каждый впрыск через отверстия распылителя, подают топливо во время впрыска в гидроаккумулятор низкого давления через камеру над иглой форсунки, удерживают иглу и шток механического клапана в верхнем положении на время длительности каждого впрыска механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины, после окончания каждого предварительного впрыска, каждого основного впрыска и каждого впрыска после основного иглу форсунки перемещают в нижнее крайнее положение на седло и одновременно перемещают в нижнее положение шток механического клапана с помощью пружины, удерживают их в нижнем крайнем положении в течение времени заданного при каждой отсечке и подают при этом топливо под высоким давлением в камеру управления над иглой, отводят топливо через клапан регулирования высокого давления от индивидуального топливного насоса в гидравлический аккумулятор низкого давления, перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями вдоль оси кулачкового вала с микропрофилями с набегающей кромкой каждого микропрофиля, параллельной оси кулачкового вала и сбегающей кромкой каждого микропрофиля, параллельной скосу выпуклой поверхности на конце пластины, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность каждого впрыска.
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, согласно заявленному изобретению, устройство снабжено, индивидуальным топливным насосом для каждой форсунки с приводом от кулачкового вала, соединенным кинематически с коленчатым валом, общим гидравлическим аккумулятором низкого давления, управляющим механическим клапаном со штоком с конусной или иной запирающей поверхностью, быстродействующим реверсивным механическим приводом, общим клапаном регулирования высокого давления или клапаном регулирования высокого давления для каждой форсунки, управляющий механический клапан установлен между надыгольной камерой и гидравлическим аккумулятором низкого давления и соединен кинематически с иглой форсунки, игла форсунки соединена механически через мультипликатор перемещения или напрямую с быстродействующим реверсивным механическим приводом для ее линейного перемещения, каждый быстродействующий реверсивный механический привод снабжен, как минимум, одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на одном конце с одним или несколькими скосами на ней по ее ширине определенной максимальной длины выпуклой части всей пластины со скосом или каждого из скосов, кулачковым 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 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, большей высоты микропрофиля для реализации предварительного впрыска, 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 при впрысках заданной длительности, выпуклая поверхность, как минимум, одной пластины выполнена с переменной со скосом непрерывной по ширине пластины длиной выпуклой концевой части или нескольких частей и в каждой части со своим скосом и со своей максимальной длиной в начале скоса, микропрофили выполнены с прямыми набегающими краями и косыми сбегающими концами микропрофилей, параллельными скосу выпуклой концевой части пластины или соответствующей ее части, взаимодействующей с соотвествующим микропрофилем при непрерывном регулировании длительности, 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 каждого индивидуального топливного насоса высокого давления отдельным трубопроводом с обратным клапаном, клапан регулирования высокого давления соединен с подплунжерной полостью каждого индивидуального топливного насоса на выходе и гидроаккумулятором низкого давления, каждый индивидуальный топливный насос соединен с форсункой и ее подыгольной и надыгольной камерами трубопроводами высокого давления, надыгольная камера каждой форсунки соединена с гидроаккумулятором низкого давления.
Пружина, соединенная с иглой выполнена из двух частей с разной жесткостью, с меньшей жесткостью для реализации предварительного впрыска и с большей жесткостью для реализации основного впрыска.
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; соединение форсунки с индивидуальным топливным насосом (ИТН) позволяет сделать впрыск экологичным, управляемым по длительности и давлению 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 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 про ее ширине для взаимодействия с тремя кулачками с микропрофилями на каждом из них, сдвинутыми в пространстве (по времени во время работы) относительно друг друга; 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 (ИТН) с приводом от профилированного силового кулачка и гидравлическим аккумулятором 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 в корпусе форсунки 1 для подвода топлива высокого давления под иглу 3 от индивидуального топливного насоса (ИТН) с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан), канала 7 в корпусе форсунки 1 для подвода высокого давлении от индивидуального топливного насоса высокого давления (ИТН на фиг.1 не показан) к игле 3 сверху при отсечке; штока 8 переменного по длине диаметра, являющегося продолжением иглы 3 с цилиндрической вставкой 9 большего диаметра, надыгольной камеры 10 над вставкой 9 и штоком 8 и иглой 3, крышки 11 с цилиндрической вставкой, через которую проходит шток 8, в крышке 11 с цилиндрической вставкой выполнен канал 12 для подвода топлива с высоким давлением при отсечке и отвода топлива из камеры 10 при впрыске; жесткий рычаг 13 соединяет шток 14 механического клапана с конусной или иной запирающей поверхностью со штоком 8; механический клапан со штоком 14 перекрывает канал 15 с дросселем(дроссель на фиг.1 не показан), соединяющий гидроаккумулятор низкого давления (ГАНД, который на фиг.1 не обозначен) через каналы 7 и 12 с линией высокого давления от ИТН при впрыске; мультипликатора перемещения 16 (МП 16), в который с одной стороны входит вал 8 с рычагом 13; пружины 17, расположенной с другой стороны МП 16 на штоке (на фиг.1 не показан), входящим в стойку 18.
Устройство на фиг.2, а) состоит из кинематической схемы привода в виде быстродействующего реверсивного механического привода (БРМП) из мультипликатора перемещения 16 (МП16), пружины 17 на штоке, соединенным кинематически с МП 16, стойки 18, вала 19, установленном в стойке 18, первого кулачка 20, второго кулачка 21, третьего кулачка 22, расположенными последовательно на кулачковом валу 19 с микропрофилями: 23 на третьем кулачке 22 для реализации предварительного впрыска до основного; микропрофилем 24 на втором кулачке 21 для реализации основного впрыска; микропрофилем 25 для реализации впрыска после основного; выпуклой пластины 26 с тремя скосами для каждого соответствующего своему скосу микропрофиля, взаимодействущего со своим микропрофилем; пластины 27 со шлицами 28 на внутренней стороне для перемещения штока 29 вдоль оси кулачкового вала, шлицами 30 на штоке для перемещения пластины 27 со штоком 29 вдоль оси.
Устройство на фиг.2, б) состоит из кинематической схемы привода в виде быстродействующего реверсивного механического привода (БРМП) из мультипликатора перемещения 16 (МП 16), пружины 17 на штоке, соединеном кинематически с МП 16; стойки 18; вала 19 с приводом от коленчатого вала, установленного в стойке 18.
Первого кулачка 20, второго кулачка 21, третьего кулачка 22, расположенными последовательно на кулачковом валу 19 с микропрофилями: 23 на третьем кулачке для реализации впрыска после основного; микропрофилем 24 на втором кулачке 21 для реализации основного впрыска; микропрофилем 25 для реализации предварительного впрыска; выпуклой пластины 26 (ВП26) со скосами для каждого микропрофиля, взаимодействующего с соответствующей частью ВП26; пластины 27 со шлицами 28 на внутренней стороне для перемещения штока 29 вдоль оси кулачкового вала, шлицами 30 на штоке для перемещения пластины 27 со штоком 29 вдоль оси иглы 3.
Устройство фиг.3 состоит из отдельно показанных: а) выпуклой поверхности 26 с тремя скосами. Выполненными с одинаковым углом скоса и одинаковой максимальной длиной части пластины со скосом; пластины 27 с внутренней стороны со шлицами 28 для ее перемещения вдоль оси кулачкового вала19;
б) кулачкового вала 19, первого кулачка 20, второго кулачка 21, третьего кулачка 22, расположенными последовательно на кулачковом валу 19 с микропрофилями: 23 на третьем кулачке для реализации впрыска предварительного впрыска до основного; микропрофилем 24 на втором кулачке 21 для реализации основного впрыска, в том числе с увеличенным микропрофилем 24, изменяющимся по определенным законам; микропрофилем 25 на первом кулачке 20 для реализации впрыска после основного.
Устройство фиг.4 состоит: из топливного бака 31, трубопровода 32, соединяющего топливоподкачивающий насос 33 с топливным баком, трубопровода 34 с обратным клапаном и общего топливопровода 35, который соединен трубопроводами с обратными клапанами подплунждерной полостью каждого индивидуального топливного насоса (ИТН); кулачка 36 для индивидуального привода ИТН на кулачковом валу 19; ролика 37 на коромысле 38, пружины 39 плунжера 40 ИТН, взаимодействующего с коромыслом; корпуса ИТН 41, трубопровода 42 с обратным клапаном (обратный клапан на фиг.4 не показан), соединяющим форсунку 1 с ИТН 4; трубопровода 43, соединяющего форсунку 1 с общим гидроаккумулятором низкого давления (ГАНД); клапана регулирования высокого давления 44 (КРВД 44) в трубопроводе 45, соединяющим форсунку с гидроаккумулятором низкого давления 46 (ГАНД 46) с клапаном регулирования давления 47 (КРД 47); трубопровода 48 с обратным клапаном (обратный клапан на фиг 4 не показан), соединенного с общим трубопроводом 35.
Работа устройства, реализующего способ. Кулачковый вал 19 вращается с частотой вращения, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала.
Нагнетание топлива происходит следующим образом. Поворачивается кулачок 36 привода ИТН 41 (фиг.4) с эксцентриситетом, взаимодействует с роликом 37 коромысла 38, коромысло передает усилие от кулачка 36 плунжеру 40, который перемещается вниз, сжимает пружину 39, подает топливо под давлением из ИТН 41 по трубопроводу 42 с обратным клапаном в форсунку 1. Плунжер 40 перемещается вниз при резком увеличении высоты профиля кулачка 36 с эксцентриситетом относительно центра вращения и его взаимодействия с роликом 37 коромысла. В конце цикла подачи топлива профиль кулачка 36 с эксцентриситетом начинает уменьшаться относительно центра вращения под действием пружины 39 и давления топлива, поступаемого от ГАНД 46 по трубопроводам 34, 48, 35 с обратными клапанами перед каждым ИТН, плунжер 40 начинает перемещаться вверх. От ГАНД 46 поступает топливо, которое было потрачено на управление процессом топливоподачи, поступает под определенным давлением. Происходит заполнение подплунжерной полости топливом. При этом часть топлива поступает в подплунжерную полость от топливного насоса 33 и топливного бака 31, поскольку часть топлива, вытесненного плунжером 40, идет на впрыск в цилиндр.
Одновременно при реализации предварительного впрыска поворачивается кулачок 22 (фиг.2а, б; фиг.3, б) с микропрофилем 23, который взаимодействует сначала с пластиной 27 и перемещает пластину 27, а с ней шток 29 со шлицами 30, сжимает пружину 17 (фиг.1), через МП 16 перемещает шток 8, а с ним иглу 3 вместе с рычагом 13 и штоком 14 механического клапана вверх на высоту микропрофиля 23, или на высоту, пропорциональную высоте микропрофиля 23 при работе через МП 16.
Топливо поступает под высоким давлением под иглу 3 форсунки 1 (фиг.1) по трубопроводу 42 с обратным клапаном (фиг.4), через кольцевую полость 5, кольцевую проточку 4.
Открываются каналы 12 и 15 форсунки при перемещении штока 14 механического клапана вверх. Одновременно топливо вытесняется из управляющей камеры 10 над иглой 3 со штоком 8 в ГАНД 46 по трубопроводу 43 (фиг.4) через дроссель и в открытом канале 15.
После того, как канал 15 открывается во время впрыска топливо поступает в ГАНД 46 по трубопроводу 43 во время впрыска. Некоторое количество топлива во время движения иглы 3 в верхнее положение и во время впрыска поступает по каналам 6, 7 12 в управляющую камеру 10 и также вытесняется в ГАНД 46 во время подачи топлива. Количество этого топлива определяется сечением дросселя в канале 15. Эта порция топлива тратится на управление и накапливается в ГАНД 46, давление в котором задается КРД 47. 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 41 и высотой подъема иглы 3. Поэтому объем впрыскиваемого топлива зависит от высоты микропрофиля 23, который определяет высоту подъема иглы 3.
Длительность предварительного впрыска определяется длиной микропрофиля 23 и длиной той части ВП 26 со скосом, которая соответствует микропрофилю 23 и с которой взаимодействует микропрофиль 23. При этом взаимодействии микропрофиля 23 и ВП 26 пластина 27 не перемещается, поскольку ВП 26 (фиг.3, а) выпуклая поверхность с постоянным радиусом.
После выхода микропрофиля 23 из взаимодействия с ВП 26, сжимается пружина 17 (фиг.1) перемещает иглу 3 на седло. Происходит отсечка топлива. Одновременно перекрывается канал 15, поскольку шток 14 механического клапана перемещается в нижнее положение.
Топливо от ИТН 41 поступает по каналу 7 форсунки 1 и каналу 12 в камеру 10, давит на площадку 9 штока 8 и надежно запирает иглу 3.
После заполнения управляющей камеры 10 через КРВД 45 в канале 7 топливо от ИТН 41 поступает в ГАНД 46 по трубопроводу 45 через КВРД 44 во время между впрысками. Этот объем топлива также относится к объему топлива, затрачиваемого на управление. КВРД 44 настраивается на определенный уровень давления, при превышении которого топливо от ИТН 41 поступает в ГАНД 46 по трубопроводу 45, поскольку при отсечке топливо через форсунку 1 проходить не может.
КВРД 44 может быть установлен один для всех форсунок, поскольку форсунки срабатывают в разное время. КВРД 44 может быть выбран и индивидуальным для каждой фосунки. Цель изобретения достигается и такая альтернативность ее не изменяет.
После окончания первой отсечки начинается второй - основной впрыск.
Он происходит, как и первый, но имеет свою специфику, связанную с высотой микропрофиля 24 на кулачке 21 для основного впрыскаии длдительностью основного впрыска. Этот микропрофиль 24 больше по высоте в случае постоянной высоты или изменяется по возрастающему закону (фиг.3, б).
Кулачок 36 с эксцентриситетом привода ИТН41 продолжает поворот вместе с валом 19 (фиг.4), взаимодействует с роликом 37 коромысла 38, коромысло передает усилие от кулачка 36 плунжеру 40, который продолжает перемещаться вниз, как он перемещался при предварительном впрыске и отсечке между предварительным впрыском и началом основного. Плунжер 40 продолжает перемещение вниз во все время взаимодействия выпуклой части кулачка 36 для привода плунжера 40 с роликом 37 коромысла 38 и во время выполнения нескольких последовательных впрысков топлива.
Продолжает сжиматься пружина 39, подается топливо под давлением из ИТН 41 по трубопроводу 42 с обратным клапаном в форсунку 1. Одновременно во время отсечки (любой отсечки между двумя впрысками) часть топлива поступает по трубопроводу 45 с КРВД 44 в ГАНД 46, в котором аккумулируется при впрыске топлива.
Одновременно при реализации основного впрыска поворачивается кулачок 21 с микропрофилем 24, который взаимодействует сначала с пластиной 27 и перемещает пластину 27 на большую высоту, чем в случае предварительного впрыска, а с ней шток 29 со шлицами 30. Сжимается пружина 17 (фиг.1), через МП 16 перемещается вверх шток 8, а с ним игла 3 вместе с рычагом 13 и штоком 14 механического клапана.
Топливо поступает под высоким давлением под иглу 3 форсунки 1 (фиг.1) через кольцевую полость 5 и кольцевую проточку 4, И впрыскивается через отверстия 2 в цилиндр.
Одновременно через канал 15 форсунки, который открывается при перемещении штока 14 механического клапана с конусной запирающей поверхностью или иной запирающей поверхностью, топливо вытесняется из управляющей надыгольной камеры 10 в ГАНД 46 по трубопроводу 43 (фиг.4) через дроссель в канале 15. Игла 3 перемещается в верхнее положение при впрыске. Во время впрыска топливо поступает в цилиндры через отверстия 2. Количество топлива, поступаемого в цилиндр, определяется временем основного впрыска и диаметром отверстий 2 для впрыска, давлением, которое развивает ИТН 41 и высотой подъема иглы 3.
Поэтому объем впрыскиваемого топлива зависит от высоты микропрофиля 24, который определяет высоту подъема иглы 3. В случае основного впрыска высота подъема иглы 2 будет больше, объем подыгольный будет больше. В подыгольной камере будет большее давление и большее количество топлива поступит в отверстия 2.При основном впрыске в цилиндр поступает большая часть топлива для реализации рабочего цикла дизеля.
Кроме того, подыгольный объем 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 24 (фиг.3, б). Если микропрофиль 24 изменяется по возрастающему закону во время подачи топлива, игла 3 осуществляет подъем по такому же закону в течение впрыска. По такому же закону растет объем камеры под иглой, давление топлива под иглой 3 и объем топлива, поступаемого в цилиндры. Поскольку давление топлива в камере под иглой прямо влияет на количество топлива, поступаемого в цилиндр. Другим фактором, влияющим на объем впрыскиваемого топлива, является длительность впрыска.
Длительность основного впрыска определяется длиной микропрофиля 24 и длиной той части ВП 26 со скосом, которая соответствует микропрофилю 24 и с которой взаимодействует микропрофиль 24.
На фиг.3, а изображена пластина с ВП 26 и тремя скосами.
Каждая из трех частей пластины 27 с выпуклой частью пластины ВП 26 со своим скосом взаимодействует со своим микропрофилем. При этом взаимодействии микропрофиля 24 и ВП 26 пластина 27 не перемещается вдоль оси иглы 3, поскольку ВП 26 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 15 с дросселем и каналы 7, 12 вытесняется в ГАНД 46 большее количество топлива, чем при предварительном впрыске. Поэтому при основном впрыске кулачок 36 обеспечивает максимальный ход плунжера 40.
После выхода микропрофиля 24 из взаимодействия с ВП 26 разжимается пружина 17 перемещает иглу 3 на седло. Происходит отсечка топлива. Одновременно перекрывается канал 15, поскольку шток 14 механического клапана перемещается в нижнее положение.
Топливо от ИТН 41 поступает по каналу 7 форсунки 1 и каналу 12 в камеру 10, давит на площадку 9 штока 8 и надежно запирает иглу 3.
После заполнения управляющей камеры 10 через КРВД 44 в канале 7 топливо от ИТН 41 поступает в ГАНД 46 по трубопроводу 45 через КВРД 44 во время между впрысками. Этот объем топлива также относится к объему топлива, затрачиваемого на управление. Он тратится после окончания основного впрыска.
КВРД 44 настраивается на определенный уровень давления, при превышении которого топливо от ИТН41 поступает в ГАНД 46 по трубопроводу 45, поскольку при отсечке топливо через форсунку 1 проходить не может. КВРД позволяет при непрерывном перемещении плунжера 40 во время отсечек подавать топливо в ГАНД 46, минуя форсунку 1, обеспечивает нормальную работу ИТН 41.
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 36 продолжает поворот вместе с валом 19, плунжер 40 продолжает движение вниз и топливо под высоким давлением продолжает вытесняться из-под плунжерной полости ИТН 41. ИТН 41 (фиг.4), взаимодействует с роликом 37 коромысла 38; коромысло 38 передает усилие от кулачка 36 плунжеру 40. Плунжер 40 перемещается вниз, сжимает пружину 39, подает топливо под высоким давлением из ИТН 41 по трубопроводу 42 с обратным клапаном в форсунку 1. Одновременно во время отсеки и до начала третьего впрыска, часть топлива поступает по трубопроводу 45 с КРВД 44 в ГАНД 45, в котором аккумулируется при впрыске топлива.
Одновременно при реализации впрыска после основного поворачивается кулачок 20 с микропрофилем 25, который взаимодействует сначала с пластиной 27 и перемещает пластину 27, а с ней шток 29 со шлицами 30, сжимает пружину 17 (фиг.1). Одновременно через МП 16 перемещает шток 8, а с ним иглу 5 вместе с рычагом 13 и штоком 14 механического клапана вверх. Высота микропрофиля 25 (фиг.2, а.) выбирается большей, чем высота микропрофиля 23 для реализации предварительного впрыска. Это позволяет впрыснуть большое количество топлива при впрыске после основного, необходимого для дожигания продуктов сгорания от основного впрыска.
Пружина 17 может быть выполнена из двух частей с разной жесткостью.
Первая часть пружины с меньшей жесткостью будет работать при реализации предварительного впрыска при подъеме иглы 3 на меньшую величину с помощью микропрофиля 23. Вторая часть пружины с большой жесткостью пружины будет работать при реализации основного впрыска при подъеме иглы 3 на большую величину с помощью микропрофиля 24.
Топливо поступает под высоким давлением под иглу 3 форсунки 1 (фиг.1), а через канал 12 и 15 форсунки, который открывается при перемещении штока 14 механического клапана с конусной запирающей поверхностью или иной запирающей поверхностью. Топливо вытесняется из надыгольной камеры 10 в ГАНД 46 по трубопроводу 43 (фиг.4) через дроссель в канале 15.
После того как канал 15 открывается во время впрыска топливо поступает в ГАНД 46 по трубопроводу 43. Количество этого топлива определяется сечением дросселя в канале 15 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 41, высотой подъема иглы 3. Объем впрыскиваемого топлива зависит от высоты микропрофиля 25, который определяет высоту подъема иглы 3. Для впрыска после основного высота микропрофиля 25 выбирается равной или большей, чем высота микропрофиля 23 для реализации предварительного впрыска. При дожигании объем впрыскиваемого топлива должен быть больше объема топлива, впрыскиваемого при предварительном впрыске.
При равной высоте микропрофилей 23 и 25 это достигается увеличением длительности впрыска после основного, то есть за счет удлинения ВП 26, соответствующей микропрофилю 25 и удлинения самого микропрофиля 25.
При большей высоте микропрофиля 25 по сравнению с высотой микропрофиля 23 длительность впрыска также определяется длиной микропрофиля 25 и длиной выпуклой поверхности 26 со скосом, которая соответствует микропрофилю 25 и с которой взаимодействует микропрофиль 25. Но при большей высоте микропрофиля 25 увеличивается подыгольный объем, давление под иглой 3 и увеличивается количество топлива, вспрыскиваемого в форсунку. Поэтому длина микропрофиля 25 может быть выбрана меньшей.
При этом взаимодействии микропрофиля 25 и ВП 26 пластина 27 не перемещается, поскольку ВП 26 выпуклая поверхность с постоянным радиусом.
После выхода микропрофиля 25 из взаимодействия с ВП 26 сжимается пружина 17 перемещает иглу 3 на седло. Происходит отсечка топлива. Одновременно перекрывается канал 15, поскольку шток 14 механического клапана перемещается в нижнее положение.
Топливо от ИТН 41 поступает по каналу 7 форсунки 1 и каналу 12 в управляющую камеру 10, давит на площадку 9 штока 8 и надежно запирает иглу 3. После заполнения управляющей камеры 10 через дроссель в канале 6 (дроссель на фиг.1 не показан отдельной позицией) топливо от ИТН 41 поступает в ГАНД 46 по трубопроводу 45 через КВРД 44 во время между впрысками. Этот объем топлива также относится к объему топлива, затрачиваемого на управление. КВРД 44 настраивается на определенный уровень давления, при превышении которого топливо от ИТН 41 поступает в ГАНД 46 по трубопроводу 45, поскольку при отсечке топливо через форсунку 1 проходить не может. КВРД позволяет при непрерывном перемещении плунжера 40 во время отсечек подавать топливо в ГАНД 46, минуя форсунку 1.
Объем ГАНД 46 рассчитывается из учета объема топлива на управление форсункой. Чем больше длительность впрыска, тем больше топлива уходит на управление через канал 15 (фиг.1) через дроссель в нем. Выбор этого дросселя позволяет минимизировать этот объем.
Чем больше длительность отсечки, тем больше топлива уходит на управление через КРВД 44 в период между впрысками.
По окончании третьего и последнего впрыска выпуклая часть кулачка 36 начинает уменьшаться при дальнейшем повороте вала 19. Пружина 39 разжимается и перемещает плунжер 40 вверх.
Топливо по трубопроводу 34 с обратным клапаном трубопроводу 35 с обратным клапаном отдельному для каждого ИТН, от топливного насоса поступает в подплунжерную полость ИТН 41.
Топливо по отдельному трубопроводу 48 с обратным клапаном через общий трубопровод 35 и отдельные трубопроводы с обратным клапаном для каждого ИТН 41 (на фиг.4 эти отдельные трубопроводы не обозначены) от ГАНД 46 поступает под плунжер 40 под давлением, задаваемым КРД 47.
Энергия топлива, которое участвовало в управлении на протяжении трех впрысков частично возвращается в ИТН 41. Это позволяет выбрать пружину 39 более слабой и меньших размеров.
Когда кулачок 36 вместе с валом 19 совершит полный оборот, начинается новый цикл подачи топлива.
Длительность любого впрыска регулируется перемещением пластины 27 с ВП 26, на которой выполнены скосы по одному для каждого из микропрофилей 23, 24, 25, причем угол скоса показан одинаковый для всех микропрофилей и длина ВП 26 для каждого из микропрофилей 23, 24, 25 выбрана одинаковой. На самом деле угол скоса можжет быть разным для всех трех частей пластин, как и максимальная начальная длина соответствующей части пластины 27 с ВП 26.
Пластина 27 перемещается вручную или с помощью электромеханического или иного привода по шлицам 28.
Уменьшается длина ВП 26 для каждого из микропрофилей 23, 24, 25, которые соответствуют при работе этим частям ВП 26, а следовательно, длительность каждого из впрысков.
Поэтому работа на частичных режимах будет осуществляться абсолютно также, 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 46, то есть на частичных режимах большая часть топлива будет тратиться на управление. В предлагаемом изобретении полностью реализуются все операции способа с помощью предлагаемого устройства. Мультивпрыск может быть реализован с использованием одного кулачка с тремя микропрофилями, расположенными на нем последовательно со сдвигом в пространстве.
В этом случае ВП 26 выполняется с одним по ширине скосом. На фигурах этот вариант не показан. В этом случае немного уменьшаются возможности устройства по управлению длительностью отдельными впрысками из-за невозможности варьирования углом и высотой отдельных скосов на пластине.
И в том и другом случае выполняются все операции способа и достигается цель изобретения.