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

Изобретение относится к способам подачей топлива и к устройствам управления подачей топлива для двигателей внутреннего сгорания - дизелей (в дальнейшем ДВС) на стационарных установках с дизелями большой мощности и мобильном транспорте, на тракторах с любым типом трансмиссии, в частности с электротрансмиссией, для реализации широкого спектра технологий в сельском хозяйстве (пахота, обмолот валков комбайнами, укладка валков жатками), для строительно-дорожных машин и технологий, реализуемых с их помощью, в автомобильном и железнодорожном и водном транспорте, бронетехнике и инженерных машинах.
Из уровня техники известен способ подачи топлива в цилиндры дизеля (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Ред. Орлин А.С., Круглов М.Г. - М. «Машиностроение» - 1990 - С.133…136), заключающийся в том, что во время цикла подачи подают топливо под подпружиненную иглу в цилиндр через распыливающие отверстия при превышении давления топлива над силой пружины и производят отсечку топлива при превышении силы пружины над давлением топлива, количество подаваемого топлива изменяют поворотом плунжера через рейку топливного насоса за счет изменения объема вытесняемого топлива при постоянной длительности впрыска.
Этот способ не позволяет разделить процессы нагнетания и впрыска, которые протекают одновременно, как это имеет место в системах CommonRail.
Этот способ не позволяет регулировать длительность впрыска цилиндрах, не позволяет производить несколько впрысков, сильно сужает возможности по улучшению параметров впрыска, снижению токсичности отходящих газов, улучшению экологических параметров при сжигании топлива, не обеспечивает качественное распыливание и качественное смесеобразование.
Способ не позволяет управлять иглой напрямую механическим путем с помощью кулачков с микропрофилями.
Способ не позволяет подавать топливо в форсунку от гидроаккумулятора высокого давления и достигать высоких показателей по экологичности при сжигании топлива.
Из уровня техники известен способ [Л.Г. Гальперович. Системы впрыска судовых двигателей. Проектирование, конструкция. Ленинград-1961 г, с.163] управления подачей топлива (прототип), включающий операции механического перемещения иглы в верхнее крайнее положение при впрыске и подачу топлива под иглу и отверстия для впрыска, отсечки подачи топлива при превышении силы пружины и давления топлива над иглой и над давлением топлива под иглой и перемещение иглы на седло, изменения длительности впрыска,
Способ крайне сложен в реализации из-за сложной системы рычагов и не нашел своего применения.
Способ не позволяет 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 при фиксированной длительности впрыска, а третье движение позволяет изменять длительность впрыска и отсечки.
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
Это сильно сужает возможности по улучшению параметров впрыска, снижению токсичности отходящих газов, улучшению экологических параметров при сжигании топлива, не обеспечивает качественное распыливание и качественное смесеобразование.
Из уровня техники известно [Л.Г. Гальперович. Системы впрыска судовых двигателей. Проектирование, конструкция. Ленинград - 1961 г., с.163 - прототип] устройство, включающее форсунку с подпружиненной иглой с механическим приводом, мультипликатор перемещения, механический регулятор длительности впрыска, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенный гидравлически с надыгольной и подыгольной камерами форсунки.
Устройство привода иглы через рычаги, которые приводятся в действие с помощью профилированных кулачков является сложным, трудным в реализации и не нашло своего применения. Устройство не позволяет разделить движение по перемещению иглы из одного крайнего положения в другое и движение по управлению длительностью впрыска. Это родовой недостаток устройства, который препятствовал внедрению устройства. Из главного недостатка вытекают все остальные.
Устройство не позволяет осуществить более одного впрыска за цикл топливоподачи, хотя и позволяет регулировать длительность впрыска.
Устройство не позволяет прекращать подачу топлива под иглу при отсечке, что снижает надежность запирания форсунки при отсечке.
Устройство позволяет осуществлять прямой механический привод иглы от профилированных кулачков с микропрофилями, но не сохраняет преимуществ подачи топлива от гидроаккумулятора высокого давления поскольку отсутствуют управляющий клапан.
Это сильно сужает возможности по улучшению параметров впрыска, снижению токсичности отходящих газов, улучшению экологических параметров при сжигании топлива, не обеспечивает качественное распыливание и качественное смесеобразование.
Целью изобретения является, повышение надежности и 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, 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, 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 с приводом от коромысла под высоким давлением от индивидуального топливного насоса в индивидуальный гидравлический аккумулятор высокого давления для каждой форсунки при реализации во время их протекания, как минимум, одного предварительного впрыска, как минимум, одного основного впрыска, как минимум, одного впрыска после основного, а от каждого индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления под иглу форсунки в отверстия распылителя и в надыгольную камеру форсунки, при отсечках подачи топлива после предварительного впрыска, основного впрыска, впрыска после основного подают топливо от каждого индивидуального гидроаккумулятора высокого давления через его клапан регулирования высокого давления в общий гидроаккумулятор низкого 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 первого механического клапана с запором в канале, соединяющем управляющую камеру под иглой и индивидуальный топливный насос высокого давления и подводят топливо из гидроаккумулятора высокого давления в подыгольную камеру, одновременно перемещают вверх шток второго 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 малой 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 большей высоты, 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 штоки механических клапанов 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 надыгольную камеру форсунки, удерживают иглу и штоки обоих механических клапанов 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 штоки обоих механических клапанов и удерживают иглу и штоки в нижнем крайнем положении в течение времени заданного при каждой отсечке, подают при этом топливо под высоким давлением в камеру управления над иглой, отводят топливо через клапан регулирования высокого давления от индивидуального гидравлического аккумулятора высокого давления 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 гидравлическим аккумулятором высокого давления с клапаном регулирования высокого давления для каждой форсунки, 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, двумя управляющими механическими клапанами со штоками с конусными или иными запирающими поверхностями, быстродействующим реверсивным механическим приводом, выход каждого индивидуального топливного насоса высокого давления соединен с индивидуальным гидравлическим аккумулятором высокого давления, который соединен гидравлически с надыгольной и подыгольной полостями форсунки, а через клапан регулирования высокого давления с общим гидравлическим аккумулятором низкого давления, надыгольная камера форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления, выход гидроаккумулятора низкого давления соединен со входом каждого индивидуального топливного насоса высокого давления отдельным трубопроводом с обратным клапаном, каждый индивидуальный топливный насос соединен на входе отдельным трубопроводом с обратным клапаном с топливным насосом, первый управляющий механический клапан для каждой форсунки установлен между выходом каждого индивидуального гидравлического аккумулятора и подыгольной камерами каждой форсунки, второй управляющий механический клапан установлен между надыгольной камерой каждой форсунки и гидравлическим аккумулятором низкого давления и соединен кинематически с иглой форсунки, игла форсунки соединена кинематически через мультипликатор перемещения или напрямую с быстродействующим реверсивным механическим приводом для ее линейного перемещения, который снабжен, как минимум, одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на одном конце определенной длины выпуклой части, 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, 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 соответствующим микропрофилем при непрерывном регулировании длительности, каждая пластина выполнена с возможностью перемещении вдоль оси подпружиненного 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, пружина для возврата иглы 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;
при этом во время отсечки топливо под высоким давлением не поступает под иглу, что повышает надежность отсечки; соединение форсунки с ГАВД позволяет сделать впрыск экологичным по длительности и давлению управляемым с использованием для этого простых механических средств
Устройство иллюстрируется чертежами, на которых представлены его варианты для реализации способов:
на фиг.1 - показана форсунка с одним уровнем отверстий с иглой и втулкой (продольный разрез) с мультипликатором перемещения и с выходным штоком для иглы и двумя механическими клапанами для управления подачей топлива в камеру управления над иглой;
на 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; б) кулачковый вал с тремя кулачками с микропрофилями на них для реализации предварительного впрыска, 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, индивидуальным гидравлическим аккумулятором высокого давления (ИГАВД) 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 камеры в корпусе 5, канала 6 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) в корпусе форсунки для подвода высокого давления от ИТН (ИТН на фиг.1 не показан), штока 7 механического клапана для перекрытия канала 6, рычага 8, соединенного жестко со штоком 9 и через него с иглой 3; крышки 10, управляющей камеры 11 между крышкой 10 и иглой 3 со штоком 9; канала 12 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) в крышке 10 для подвода высокого давления от ИТН в камеру 11, рычага 13, соединенного со штоком 9 и штоком 14 механического клапана, перекрывающего канал 15 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) для отвода топлива в гидроаккумулятор низкого давления (ГАНД на фиг.1 не показан).
Устройство на фиг.2, а) состоит из кинематической схемы привода в виде быстродействующего реверсивного механического привода (БРМП) из мультипликатора перемещения 16 (МП 16), 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 для реализации предварительного впрыска до основного, микропрофилем 24 на втором кулачке 21 для реализации основного впрыска; микропрофилем 25 на третьем кулачке для реализации впрыска после основного; выпуклой пластины 26 со скосами для каждого микропрофиля, 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;
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, 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 для реализации предварительного впрыска до основного, микропрофилем 24 на втором кулачке 21 для реализации основного впрыска; выпуклой пластины 26 со скосами для каждого микропрофиля, 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;
Устройство фиг.3 состоит из отдельно показанных: а) выпуклой поверхности 26 со скосами, пластины 27 с внутренней стороны со шлицами 28; 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 22 для реализации впрыска после 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 предварительного впрыска.
Устройство фиг.4 состоит: из топливного бака 31, трубопровода 32, соединяющего топливоподкачивающий насос 33 с топливным баком, топливопроводовов 34 с обратным клапаном и топливопровода 35 с обратными клапанами для каждой из форсунок (на фиг.4эти клапаны не обозначены), соединенного с ним и с ИТН с его подплунжерной полостью, кулачка 36 на кулачковом валу 19; ролика 37 на коромысле 38, пружины 39 плунжера 40, взаимодействующего с коромыслом, корпуса ИТН 41; обратного клапана 42 в трубопроводе 43 высокого давления, соединяющего ИТН 41 с индивидуальным гидравлическим аккумулятором высокого давления 44 (ИГАВД 44) с клапаном регулирования высокого давления 45 (КРВД 45): трубопровода 46, соединяющего ИГАВД 44 с форсункой 1 и ее подыгольной камерой, трубопровода 47, соединяющего ИГАВД 44 через КРД 45 с гидроаккумулятором низкого давления (ГАНД), трубопровода 48 высокого давления, соединяющего ИГАВД 44 с надыгольной камерой форсунки; трубопровода 49 низкого давления, соединяющего надыгольную камеру форсунки 1 с ГАНД 50 с клапаном регулирования низкого давления 51; трубопровода 52 низкого давления с обратным клапаном, соединяющего выход ГАНД 50 и вход каждого ИТН 41 через общий трубопровод 35 и трубопроводы для каждого ИТН 41 с обратными клапанами (на фиг.4 не показаны)
Работа устройства, реализующего способ. Предварительный впрыск. Кулачковый вал 19 вращается с частотой вращения, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала.
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 43 с обратным клапаном 42 в ИГАВД 44. Затем от ИГАВД 44 топливо подается в форсунку 1 по трубопроводу 46 и по трубопроводу 48.
Плунжер 40 перемещается вниз при резком увеличении высоты профиля кулачка 36 с эксцентриситетом относительно центра вращения и его взаимодействия с роликом 37 коромысла во время цикла подачи топлива. Создает необходимое для впрыска высокое давление и вытесняет объем топлива, требуемый для подачи в цилиндр за цикл топливоподачи при мультивпрыске. 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 50 по трубопроводам 52, 35 с обратными клапанами, плунжер 40 начинает перемещаться вверх. При этом часть топлива поступает в подплунжерную полость каждого ИТН от топливного насоса 33 и топливного бака 31.
Одновременно при реализации предварительного впрыска поворачивается кулачок 22 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 8 и штоком 7 первого механического клапана вверх и рычагом 13 и штоком 14 второго механического клапана. Поэтому при поднятии иглы 3 поднимаются штоки 7 и 14 первого и второго механических клапанов.
Канал 6 открывается первым механическим клапаном и топливо поступает под высоким давлением под иглу 3 форсунки 1 через кольцевую камеру 5 и кольцевую проточку 4 (фиг.1). Через канал 15 форсунки, который открывается при перемещении штока 14 второго механического клапана с конусной запирающей поверхностью или иной запирающей поверхностью, топливо вытесняется из надыгольной управляющей камеры 11 в ГАНД 50 (фиг.4) по трубопроводу 49 (фиг.4) через дроссель в канале 15. Топливо поступает от ИГАВД 44 по каналу 12 с дросселем в управляющую камеру 11 во время переустановки иглы 3 в верхнее положение и также вытесняется в ГАНД 50.
Игла 3 перемещается в верхнее положение при впрыске. Во время впрыска топливо поступает в цилиндры через отверстия 2. Количество топлива 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 на кулачке 22 (фиг.3, б), который определяет высоту подъема иглы 3.
Длительность предварительного впрыска определяется длиной микропрофиля 23 на кулачке 22 и длиной выпуклой поверхности 26 (ВП 26) со скосом, которая соответствует микропрофилю 23 (фиг.3а, б) и с которой взаимодействует микропрофиль 23. При этом взаимодействии микропрофиля 23 и ВП 26 пластина 27 не перемещается, поскольку ВП 26 выпуклая поверхность с постоянным радиусом, а высота микропрофиля 23 постоянная.
После выхода микропрофиля 23 на кулачке 22 из взаимодействия с ВП 26 разжимается пружина 17 и перемещает иглу 3 на седло через МП 16. Происходит отсечка топлива. Одновременно штоки 7 и 14 первого и второго механических клапанов перемещаются в свое нижнее положение вместе с иглой 3 и перекрывают канал 6 подачи топлива под иглу 3 и канал 15 подачи топлива в ГАНД 50.
Одновременно топливо от ИГАВД 44 подается через трубопровод 43 в форсунку 1, канал 12 с дросселем в надыгольную управляющую камеру 11, давит на площадку штока 9, ускоряет перемещение иглы 3 на седло и надежно запирает иглу 3.
После заполнения управляющей камеры 11 топливо от ИГАВД 44 при отсечке во время между двумя впрысками по трубопроводу 47 с обратным клапаном через КРВД 45 при его срабатывании поступает в ГАНД 50.
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 впрыска или законом изменения высоты микропрофиля 24. Этот профиль больше по высоте в случае постоянной высоты или изменяется, например, по возрастающему закону (фиг.2а, б и фиг.3, б).
Кулачок 36 привода продолжает поворот вместе с валом 19 (фиг.4), взаимодействует с роликом 37 коромысла 38. Коромысло передает усилие от кулачка 36 плунжеру 40, который также перемещается 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 с роликом 37 и во время выполнения нескольких последовательных впрысков топлива.
Продолжает сжиматься пружина 39, подается топливо под давлением из ИТН 41 во время основного впрыска по трубопроводу 43 с обратным клапаном 42, в ИГАВД 44 трубопроводу 46 в форсунку 1 под иглу 3. Одновременно часть топлива при впрыске поступает по трубопроводу 49 в ГАНД 50 во время открывания канала 15, в котором аккумулируется с определенным давлением 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 9, а с ним игла 3 вместе с рычагом 8 и штоком 7 первого механического клапана, а также вместе с рычагом 13 и штоком 14 второго механического клапана.
Топливо поступает под высоким давлением под иглу 3 в отверстия 2 форсунки 1 (фиг.1) через канал 6 с дросселем, который открывается первым механическим клапаном при впрыске при перемещении штока 7 с рычагом 8, соединенным жестко со штоком 9 и иглой 3. Давление топлива под иглой 3 и в кольцевой камере 5 способствует перемещению иглы 3, штоков 7 первого и штока 14 второго механического клапана в верхнее крайнее положение при впрыске.
При впрыске топливо вытесняется из надыгольной управляющей камеры 11 в ГАНД 50 по трубопроводу 49 (фиг.4) через канал 15 с дросселем форсунки 1, канал 15 открывается при перемещении штока 14 второго механического клапана с конусной запирающей поверхностью или иной запирающей поверхностью вверх. Игла 3 перемещается в верхнее положение при впрыске. Во время впрыска топливо поступает в цилиндры через отверстия 2. Количество топлива 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 на кулачке 21, который определяет высоту подъема иглы 3. В случае основного впрыска высота подъема иглы 2 будет больше высоты микропрофиля 23 для предварительного впрыска, объем подыгольной камеры будет больше и пропорционален подъему иглы 3.
В подыгольной камере будет развиваться большее давление и большее количество топлива поступит в отверстия 2 во время основного впрыска. При постоянной высоте микропрофиля 24, большей высоты микропрофиля 23 при предварительном впрыске, подыгольная камера во время впрыска будет большего объема. Этот объем будет постоянным во время впрыска.
Кроме того, подыгольный объем может изменяться по заданному закону при изменении по заданному закону высоты микропрофиля 24 (фиг.3.б). По этому же закону будет расти давление впрыска и объем поступаемого топлива в цилиндр. Этот объем выбирается оптимальной формой микропрофиля 24. По этому же закону будет перемещаться шток 7 первого механического клапана, изменять сечение канала 6, по которому поступает топливо высокого давления от ИГАВД 44 и первый механический клапан со штоком 7 будет играть роль дозирующего клапана во все время основного впрыска.
Длительность основного впрыска определяется длиной микропрофиля 24 и длиной ВП 26 со скосом, которая соответствует микропрофилю 24 и с которой взаимодействует микропрофиль 24. При этом взаимодействии микропрофиля 24 с постоянной высотой и ВП 26 пластина 27 не перемещается, поскольку ВП 26 выпуклая поверхность с постоянным радиусом.
Если используется микропрофиль 24, выполненный по заданному закону, то перемещение иглы 3 и пластины 27 осуществляется в течение всего основного впрыска, за счет взаимодействия микропрофиля 24 с соответствующей частью ВП 26 и пластиной 27. В случае основного впрыска длительность его будет больше и количество поступаемого топлива будет намного больше, чем при предварительном впрыске. Кроме того, закон подачи заданного объема топлива оптимизируется за счет формы микропрофиля 24.
После выхода микропрофиля 24 из взаимодействия с ВП 26 разжимается пружина 17 перемещает иглу 3 на седло. Происходит отсечка топлива.
Топливо от ИГАВД 44 поступает по каналу 12 с дросселем в надыгольную управляющую камеру 11, давит на площадку штока 9 и надежно запирает иглу 3. Одновременно перемещаются вниз штоки 7 и 14 первого и второго механических клапанов, перекрываются каналы 6 и 15. Топливо прекращает поступать под иглу 3 через канал 6, кольцевую камеру 5 и кольцевую проточку 4 и в ГАНД 50 через канал 15 и трубопровод 47.
После заполнения надыгольной управляющей камеры 11 через дроссель в канале 12 (дроссель на фиг.1 не показан отдельной позицией.) топливо от ИГАВД 44 при отсечке во время между двумя впрысками по трубопроводу 47 через КРВД 45 при его срабатывании поступает в ГАНД 50.
После основного впрыска длится отсечка до начала третьего впрыска после основного, необходимого для дожигания несгоревших во время основного впрыска продуктов сгорания.
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 в ИГАВД 44 и через него в форсунку 1.
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), через МП 16 перемещает шток 8, а с ним иглу 3 вместе с рычагом 8 и штоком 7 первого механического клапана вверх и рычагом 13 и штоком 14 второго механического клапана. Поэтому при перемещении иглы 3 вверх перемещаются штоки 7 и 14 первого и второго механических клапанов.
Канал 6 открывается первым механическим клапаном и топливо поступает под высоким давлением под иглу 3 форсунки 1 (фиг.1). Через канал 15 форсунки, который открывается при перемещении штока 14 второго механического клапана с конусной запирающей поверхностью или иной запирающей поверхностью, топливо вытесняется из надыгольной управляющей камеры 11 в ГАНД 50 (фиг.4) по трубопроводу 49 (фиг.4) через дроссель в канале 15. Топливо поступает от ИГАВД 44 по каналу 12 с дросселем в управляющую камеру 11 во время переустановки иглы 3 в верхнее положение и через нее также вытесняется в ГАНД 50.
Игла 3 перемещается в верхнее положение при впрыске. Во время впрыска топливо поступает в цилиндры через отверстия 2. Количество топлива определяется временем впрыска после основного и диаметром отверстий 2 для впрыска, давлением, которое развивает ИТН 41 и высотой подъема иглы 3. Поэтому объем впрыскиваемого топлива зависит от высоты микропрофиля 25 на кулачке 20 (фиг.3, б), который определяет высоту подъема иглы 3.
Длительность впрыска после основного определяется длиной микропрофиля 25 на кулачке 20 и длиной той части ВП26 со скосом, которая соответствует микропрофилю 25 (фиг.3а, б) и с которой взаимодействует микропрофиль 25. При этом взаимодействии микропрофиля 25 и ВП 26 пластина 27 не перемещается, поскольку ВП 26 выпуклая поверхность с постоянным радиусом, а высота микропрофиля 25 постоянная.
После выхода микропрофиля 25 на кулачке 20 из взаимодействия с ВП 26 разжимается пружина 17, перемещает иглу 3 на седло через МП 16. Происходит отсечка топлива. Одновременно штоки 7 и 14 первого и второго механических клапанов перемещаются в свое нижнее положение вместе с иглой 3 и перекрывают канал подачи топлива под иглу 3 и канал 15 подачи топлива в ГАНД 50.
Одновременно топливо от ИГАВД 44 поступает по трубопроводу 48 каналу 12 с дросселем в управляющую камеру 11 форсунки 1, давит на площадку штока 9 и надежно запирает иглу 3 через шток 9. После заполнения управляющей камеры 11 топливом от ИГАВД 44 давление в управляющей камеры остается на уровне давления, задаваемого КРД 51 в ГАНД 50.
По окончании третьего и последнего впрыска выпуклая часть кулачка 36 уменьшается при дальнейшем повороте вала 19. Пружина 39 разжимается и перемещает плунжер 39 вверх. В подплунжерную полость ИТН 41 поступает топливо.
Топливо из топливного бака 31 поступает по трубопроводам 32 через топливный насос 33 по трубопроводу 34 с обратным клапаном в подплунжерную полость ИТН 41.
Топливо также поступает в подплунжерную полость через общий трубопровод 35 под давлением через КРД 51 и трубопроводу 52 со своим обратным клапаном от ГАНД 50. Энергия топлива, которое участвовало в управлении на протяжении трех впрысков возвращается в каждый ИТН 41. Это позволяет выбрать пружину 39 плунжера более слабой и меньших размеров или даже вообще обойтись без пружины 39.
Пружина 17 для выполнения мультивпрыска может быть выполнена из двух частей или с переменной жесткостью (фиг.1 не показана). Первая часть менее жесткая будет использоваться для реализации предварительного впрыска, которая осуществляется с помощью микропрофилей 23 с меньшей высотой. Вторая часть - более жесткая для реализации основного впрыска, который осуществляется при помощи микропрофилей 24 с большей высотой.
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 ВП26 для каждого микропрофиля выбрана одинаковой для упрощения.
Пластина 27 перемещается вручную или с помощью электромеханического или иного привода по шлицам 28 (фиг.3.а).
Уменьшается длина ВП 26 для каждого из микропрофилей 23, 24, 25, которые соответствуют при работе этим микропрофилям, 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 от ИТН 41 будет поступать в цилиндры во время впрысков для сжигания, а большая часть будет проходить через ГАНД 50 и тратиться на управление.
Мультивпрыск может быть осуществлен 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 уменьшаются возможности устройства по управлению длительностью отдельными впрысками из-за невозможности варьирования углом и высотой отдельных скосов на пластине. И в том, и в другом случае выполняются все операции способа и достигается цель изобретения.