СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА Российский патент 2014 года по МПК F02M61/18 F02M51/06 F02M47/02 

Изобретение относится к устройствам для 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, железнодорожном и водном транспорте, бронетехнике и инженерных машинах

Из уровня техники известен способ управления подачей топлива (Электрогидравлическая форсунка с двухпозиционным клапаном. Известия вузов. Машиностроение. - 2002. - №2. Авторы С.А. Богачев, Ю.Е. Хрящев).

Этот способ управления подачей топлива включает подачу топлива под высоким давлением под иглу от источника высокого давления, отвод топлива от камеры над иглой через второй механический клапан, перемещение иглы в верхнее положение, подвод топлива высокого давления через первый механический клапан в камеру над иглой сверху, перемещение иглы в крайнее нижнее положение

Этот способ предполагает независимую и последовательную работу наполнительного и разгрузочного клапанов, управляемых одним золотником и его приводом.

При открытом разгрузочном клапане и положении двухпозиционного клапана в левом (верхнем) крайнем положении закрыт наполнительный клапан.

Топливо отводится через разгрузочный клапан во внешнюю емкость из камеры над иглой, одновременно топливо подается напрямую под иглу, минуя наполнительный клапан. Игла поднимается в верхнее крайнее положение за счет разности давлений под и над иглой, открываются отверстия под иглой и происходит впрыск.

При открытом наполнительном клапане и положении двухпозиционного клапана в правом (нижнем) крайнем положении закрыт разгрузочный клапан. Топливо подводится через наполнительный клапан от гидравлического аккумулятора высокого давления в камеру над иглой, одновременно топливо подается напрямую под иглу, минуя наполнительный клапан. Игла перемещается в нижнее крайнее положение за счет разности площадей площадки над иглой и дифференциальной площадки под иглой при одинаковом подаваемом давлении в камеру над иглой и под иглу, закрываются отверстия под иглой и происходит отсечка топлива. Известный способ имеет существенные недостатки.

Известный способ реализуется с помощью электропривода и пьезопривода, что требует дополнительных источников энергии на транспортном средстве и значительных затрат энергии на реализацию способа, сложные схемы ее преобразования. Пьезоприводы имеют сложную технологию и достаточны дороги. Перемещения золотников крайне малы, поэтому требуются дополнительные мультипликаторы перемещения для пьезоприводов.

Известный способ не позволяет регулировать отдельные впрыски по давлению и реализовать оптимальный цикл подачи топлива.

Из уровня техники известно устройство управления подачей топлива (прототип) в двигатель внутреннего сгорания (Электрогидравлическая форсунка с двухпозиционным клапаном. Известия вузов. Машиностроение. - 2002. - №2. Авторы С.А. Богачев, Ю.Е. Хрящев).

Это устройство для реализации управления подачей топлива включает форсунку с иглой без пружины, с двумя клапанами с механическим переключением из одного положения в другое, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенные гидравлически.

В этом устройстве игла не подпружинена, а отсутствие пружины повышает быстродействие иглы и, как следствие, улучшает подачу топлива за счет формирования крутых фронтов подачи с минимизацией потерь при переходных процессах.

В этом устройстве первый механический клапан - наполнительный и второй механический клапан - разгрузочный работают в противофазе и имеют общий привод.

Когда открыт наполнительный клапан, то закрыт разгрузочный клапан и, наоборот, когда закрыт наполнительный клапан, то открыт разгрузочный клапан.

Известное устройство с электрическим приводом двухпозиционного клапана требует затрат электрической энергии до 3 кВт для дизеля мощностью в 100 кВт. Поэтому все значимые исследования по управлению подачей топлива направлены на снижение энергии управления топливоподачей.

При этом востребованы сложные устройства для накопления и преобразования энергии за короткие промежутки времени: время впрыска, время отсечки, которые исчисляются миллисекундами и их долями. Устройство не позволяет регулировать давление каждого впрыска, реализовать основной впрыск различной конфигурации, не отвечает современным экологическим требованиям для систем подачи топлива.

Оптимальный цикл впрыска может содержать пять впрысков или даже три впрыска и может быть реализован с помощью механических средств нового поколения.

Кроме того, пьезопривод обладает высокой стоимостью до 1000 евро за один комплект для одного цилиндра, и необходимы приводы более дешевые, обладающие теми же характеристиками, что и пьезопривод по быстродействию.

Целью изобретения является повышение индикаторного кпд, а также упрощение, повышение надежности и снижение стоимости топливоподающей аппаратуры.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления подачей топлива, включающем переключение двух управляющих клапанов из одного положения в другое, подачу топлива под высоким давлением под иглу от источника высокого давления, отвод топлива от камеры над иглой через открытый второй механический клапан и перемещение иглы в верхнее положение при впрыске, перемещение иглы в крайнее нижнее положение, согласно предлагаемому изобретению 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 одновременно перемещают механическим путем два механических клапана с помощью кулачков с микропрофилями с заданной высотой, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих с пластиной, кинематически соединенной с двумя механическими клапанами, закрывают при впрыске первый клапан и перекрывают канал подачи топлива высокого давления в управляющую надыгольную кольцевую камеру, открывают при впрыске второй механический клапан и открывают канал отвода топлива от управляющей надыгольной кольцевой камеры, подают при каждом впрыске топливо под высоким давлением от гидравлического аккумулятора высокого давления под иглу, перемещают иглу в крайнее верхнее положение за счет разности давлений над и под иглой, удерживают иглу в верхнем положении при подаче топлива в цилиндр за счет давления топлива под иглой, удерживают оба механических клапана в верхнем положении механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины на время длительности каждого впрыска, после окончания каждого предварительного впрыска, каждого основного впрыска и каждого впрыска после основного перемещают оба механических клапана в крайнее нижнее положение, удерживают их в крайнем нижнем положении во время каждой отсечки, открывают при отсечке первый механический клапан и подают топливо от гидравлического аккумулятора высокого давления в управляющую надыгольную камеру через первый механический клапан, закрывают второй механический клапан и прекращают при отсечке отвод топлива через второй механический клапан от управляющей надыгольной кольцевой камеры, перемещают иглу в крайнее нижнее положение и удерживают ее гидравлическим путем на время длительности каждой отсечки, перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями, управляющими впрысками 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, вручную или автоматически, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность каждого впрыска, при этом при осуществлении как минимум одного предварительного впрыска, одного основного впрыск, как минимум одного впрыска после основного при управлении перемещением механических клапанов, работающих в противофазе при впрыске и отсечке, и регулировании длительности каждого впрыска быстродействующим реверсивным механическим приводом индивидуальный уровень давления, подаваемого в каждую отдельную форсунку перед каждым последующим впрыском, устанавливают независимо от управления перемещением механических клапанов и управления длительностью впрысков во время предыдущей отсечки с помощью второго индивидуального для каждой форсунки клапана регулирования высокого давления с пьезоприводом, установленного между форсункой и сливом или гидравлическим аккумулятором низкого давления, при реализации первого предварительного впрыска изменяют давление от максимального при большой отсечке между вторым впрыском после основного и предварительным впрыском последующего цикла в конце этой отсечки до требуемого при предварительном впрыске, второй предварительный впрыск проводят при том же давлении или изменяют его, при реализации основного впрыска увеличивают давление от предыдущего до максимального при реализации одноступенчатого основного впрыска или устанавливают в конце отсечки после предварительного впрыска начальное давление первой ступеньки основного впрыска, изменяют в течение впрыска давление основного впрыска на второй ступеньке основного впрыска до максимального, первый впрыск после основного проводят при максимальном давлении или изменяют его в конце отсечки после основного впрыска, давление второго впрыска после основного устанавливают меньше максимального в конце отсечки после первого впрыска после основного, после второго впрыска после основного, в начале большой отсечки между циклами подачи топлива устанавливают максимальное давление топлива, подаваемого на впрыск, до начала нового цикла подачи топлива.

Поставленная цель достигается тем, что устройство управления подачей топлива, включающее форсунку с иглой, с двумя клапанами с механическим переключением из одного положения в другое, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенные гидравлически, согласно предлагаемому изобретению снабжено двумя управляющими механическими клапанами, гидравлическим аккумулятором низкого давления, мультипликатором перемещения, быстродействующим реверсивным механическим приводом, индивидуальным клапаном регулирования высокого давления с пьезоприводом, надыгольная камера каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления, выход гидроаккумулятора низкого давления соединен со входом топливного насоса высокого давления, выход гидравлического аккумулятора высокого давления соединен с гидравлическим аккумулятором низкого давления, первый управляющий механический клапан для каждой форсунки установлен в канале форсунки между входом гидравлического аккумулятора высокого давления и управляющей надыгольной кольцевой камерой каждой форсунки, второй управляющий механический клапан установлен в канале форсунки между управляющей надыгольной кольцевой камерой каждой форсунки и гидравлическим аккумулятором низкого давления, первый и второй механические клапаны соединены рычагами со штоком, а через него с быстродействующим реверсивным механическим приводом, который снабжен как минимум одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой на одном конце поверхностью постоянного радиуса и определенной длиной выпуклой части, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом, с как минимум одним профилированным кулачком на нем, с как минимум одним микропрофилем на каждом профилированном кулачке, микропрофили выполнены с набегающей кромкой, параллельной оси иглы форсунки и со сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности конца пластины, при регулировании длительности впрыска выпуклая поверхность каждой пластины выполнена с одним или несколькими скосами по ее ширине, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения вдоль оси штока, соединенного напрямую или через мультипликатор перемещения со штоком, с которыми соединены первый и второй механические клапаны, 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, индивидуальный клапан регулирования высокого давления с пьезоприводом каждой форсунки соединен на входе с кольцевой камерой высокого давления под иглой форсунки, а на выходе - с гидравлическим аккумулятором низкого давления.

Устройство для реализации способа иллюстрируется чертежами:

на фиг.1 показана форсунка (продольный разрез) и два механических клапана, соединенные с быстродействующим реверсивным механическим приводом (БРМП);

на фиг.2 показана кинематическая схема БРМП с линейным перемещением механических клапанов и программой управления длительностью впрыска подачи топлива, расположенной вне механических клапанов на полупластине с изогнутым концом и с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце с программой переменной длительности впрыска на них и на профилированных кулачках с программными профилями, а также подпружиненный шток со шлицевым соединением с пластиной с возможностью перемещения пластины относительно штока в плоскости, перпендикулярной оси подпружиненного штока (поперечный разрез) или под углом к ней;

на фиг.3 показана кинематическая схема БРМП с линейным перемещением для двух механических клапанов и программой управления длительностью впрыска подачи топлива, расположенной вне клапанов на полупластине с изогнутым концом и с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце с программой переменной длительности впрыска;

на фиг.4 показана блок-схема системы подачи топлива с двумя механическими клапанами, гидравлическим аккумулятором высокого давления (ГАВД), форсункой и гидравлическим аккумулятором низкого давления (ГАНД);

на фиг.5 показан индивидуальный клапан регулирования высокого давления с пьезоприводом.

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 форсунки 1 для подвода высокого давления от ГАВД (ГАВД на фиг.1 не показан) под иглу 3 и кольцевую камеру 5 при отсечке; канала 7 в корпусе форсунки, часть которого показана пунктиром при подводе топлива к управляющей надыгольной кольцевой камере в корпусе форсунки, для подвода высокого давления от ГАВД (ГАВД на фиг.1 не показан) в надыгольную управляющую камеру и кольцевую камеру 5; штока 8, соединенного с иглой 3; пружины 9 для подпружинивания иглы 3 через шток 8, расположенной в управляющей надыгольной кольцевой камере 10; первого механического клапана 11 (ПМК 11), перекрывающего канал 7 подвода высокого давления в управляющую надыгольную кольцевую камеру 10; второго механического клапана 12 (ВМК 12), перекрывающего канал отвода низкого давления в гидравлический аккумулятор низкого давления (ГАНД на фиг.1 не показан); рычага 13, соединяющего ПМК 11 и ВМК 12 со штоком 14; канала 15 с дросселем (дроссель на фиг.1 не показан) для отвода топлива при впрыске от управляющей надыгольной кольцевой камеры 10; мультипликатора перемещения 16 (МП16); пружины 17, расположенной между МП16 и корпусом 18 БРМП.

Устройство на фиг.2 представляет быстродействующий реверсивный механический привод (БРМП) и состоит из МП 16, пружины 17; стойки 18; штока, соединенного с двумя механическими клапанами (на фиг. 2 не показан); штока 19, соединенного с пластиной 20 со шлицами 21 для перемещения пластин 20 и 22 в плоскости, перпендикулярной плоскости иглы 3 форсунки; пластины 22 с изогнутым выпуклым концом 23 (ВП 23), соединенной с пластиной 20; кулачка 24 на валу (вал на фиг.2 не обозначен) с микропрофилями с набегающей кромкой, параллельной оси кулачка 24, и сбегающей кромкой, параллельной скосу ВП 23; микропрофиля 25 для реализации предварительного впрыска (ПВ), микропрофиля 26 для реализации основного впрыска (OВ) большей длительности, микропрофиля 27 для реализации впрыска после основного (ВПО).

Устройство на фиг.3 состоит из МП 16, пружины 17, стойки 18; пластины 22 с выпуклым изогнутым концом 23 (ВП 23); штока (на фиг.3 не показан), соединенного с двумя механическими клапанами в теле форсунки; штока 19, соединенного с пластиной 20 со шлицами 21 для перемещения пластин 21 и 22 в плоскости, перпендикулярной плоскости иглы 3 форсунки; пластины 22 с изогнутым выпуклым концом 23 (ВП23), соединенной с пластиной 20.

Устройство на фиг.4 состоит из топливного бака 28, соединенного трубопроводом 29 с топливоподкачивающим насосом 30; трубопровода 31, которым топливоподкачивающий насос 30 соединен с топливным насосом высокого давления 32 (ТНВД 32), который трубопроводом 33 соединен с гидравлическим аккумулятором высокого давления 34 (ГАВД 34) с клапаном регулирования высокого давления 35 (КРВД 35) общего для всех форсунок; ГАВД 34 соединен трубопроводом 36 с каналами 6 и 7 для подвода топлива высокого давления к форсунке; индивидуального клапана регулирования высокого давления 37 (ИКРВД 37), соединенного на входе с кольцевой камерой 5 форсунки 1, а на выходе - с гидравлическим аккумулятором низкого давления (ГАНД); трубопровода 38 для отвода топлива низкого давления от форсунки с дросселем в ГАНД; ГАНД 39 с клапаном регулирования давления на выходе 40 (КРД 40); трубопровода 41, соединенного со входом ТНВД 32.

Устройство на фиг.5 состоит из индивидуального клапана регулирования высокого давления 37 (ИКРВД 37), соединенного трубопроводом (трубопровод на фиг.4 не показан) на выходе со входом ГАНД 39, а на входе - с выходом кольцевой камеры 5 форсунки 1; корпуса 42 ИГАВД 37; гидроразгруженного клапана 43, подпружиненного пружиной 44; пьезопривода 45, соединенного механически через мультипликатор перемещения 46 с клапаном 43.

Работа устройства, реализующего способ.

Устройство реализует как минимум три впрыска: предварительный впрыск (ПВ), основной впрыск (OВ), впрыск после основного (ВПО), а также может реализовать пять впрысков. При этом микропрофили для реализации вторых ПВ и вторых ВПО не показаны на фиг.2 и фиг.3.

Управление началом, окончанием, а также длительностью каждого впрыска осуществляется посредством БРМП.

Давление для каждого впрыска устанавливается индивидуально с помощью ИКРВД 37 независимо от работы БРМП.

При реализации ПВ с малым давлением во время отсечки между циклами подачи топлива в ее конце на пьезопривод 45 подается напряжение с ЭБУ (ЭБУ на фиг.4 не показан), при котором пьезопривод 45 создает давление и перемещение через МП 46 влево. Сжимается пружина 44, увеличивается проходное сечение гидроразгруженного клапана 43. Часть топлива поступает от кольцевой камеры 5 через гидроразгруженный клапан 43 в ГАНД 39 или на слив.

Давление в кольцевой камере 5 падает и ПВ реализуется при пониженном давлении.

Перед OВ на пьезопривод 45 подается минимальное напряжение. Он не создает давления и перемещения. Пружина 44 перемещает клапан 43 в крайнее правое положение и закрывает его. В кольцевой камере 5 устанавливается максимальное давление от ГАВД 34 на время OВ.

OВ oсуществляется с постоянным максимальным давлением в течение всего впрыска при одноступечатой по давлению форме впрыска.

OВ можно реализовать и в виде ступенчатой или многоступенчатой фигуры давления.

Если OВ реализуется в виде многоступенчатой фигуры, то в конце OВ давление должно быть максимальным.

Для этого в начале OВ подают на пьезопривод 45 такое напряжение, которое соответствует определенному давлению в кольцевой камере 5, которое создаст необходимое давление впрыска для первой ступени.

При этом напряжении пьезопривод 45 создает определенное давление и дает перемещение через МП 46 клапану 43.

Клапан 43 перемещается влево, сжимает пружину 44 и открывается на определенную величину. При этом часть топлива сливается в ГАНД 39.

Давление в кольцевой камере 5 становится ниже максимального. При этом давлении начинается OB - его первая ступенька с меньшим давлением.

В течение OВ напряжение, подаваемое на пьезопривод 45, уменьшается до минимального. Пружина 44 перемещает клапан 43 вправо и закрывает клапан 43 полностью. В кольцевой камере 5 восстанавливается максимальное давление и вторая часть OВ и часть второй ступеньки проходит с максимальным давлением. Многоступенчатая форма впрыска реализуется аналогично.

После окончания OВ давление в камере остается постоянным, если ВПО осуществляется при постоянном давлении во время отсечки между первым ВПО и OВ и в течение первого ВПО. При этом на пьезоприводе 45 остается минимальное напряжение во время отсечки после OВ и во время проведения ВПО. Клапан 43 закрыт, в кольцевой камере 5 создается максимальное давление, равное давлению ГАНД 34. Первый ВПО осуществляется при максимальном давлении.

Если ВПО осуществляется при меньшем давлении, чем OВ, то в конце отсечки после OВ или в начале ВПО изменяют давление ВПО. На пьезопривод 45 подается напряжение, которое больше минимального.

Пьезопривод 45 создает давление и перемещает через МП 46 клапан 43 влево. Проходное сечение клапана 43 увеличивается. Давление в кольцевой камере 5 уменьшается, поскольку часть топлива сливается из кольцевой камеры 5 в ГАНД 39. Впрыск ВПО осуществляется при пониженном давлении.

Второй ВПО реализуется после первого ВПО с давлением меньше максимального. На пьезопривод 45 подается напряжение, которое соответствует давлению для реализации второго ВПО. Длительность ВПО задается с помощью БРМП. Окончание ВПО также регулируется с помощью БРМП

После окончания второго ВПО на пьезопривод 45 снова подается минимальное напряжение. Пружина 44 перемещает клапан 43 вправо и закрывает клапан 43 полностью. В камере 5 восстанавливается максимальное давление и большая отсечка между двумя циклами подачи топлива реализуется с максимальным давлением в камере 5. Избыточное топливо при отсечке между циклами поступает через КРВД 35 в ГАНД 39 и через него в ТНВД 32.

Начало, конец каждого впрыска, а также длительность каждого впрыска осуществляются с помощью БРМП. Поэтому эти управления рассматриваются отдельно от управления давлением впрысков, хотя оба независимых управления должны быть согласованы.

При наличии пружины 17 (фиг.2, фиг.3) БРМП работает следующим образом. Перемещение пластин 20 и 22, соединенных жестко между собой, влево (вверх) осуществляется при повороте кулачка 24 на валу, кинематически соединенного с коленчатым валом (на фиг.2 и фиг.3 вал не показан) для осуществления ПВ при взаимодействии микропрофиля 25 с пластиной 22; для осуществления OВ при взаимодействии микропрофиля 26 с пластиной 22; для осуществления ВПО при взаимодействии микропрофиля 27 с пластиной 22.

Сжимается пружина 17, в которой запасается потенциальная энергия. Вместе с пластиной 22 перемещается шток 19, через МП 16 перемещается шток 14 вместе рычагом 13, механически связанным со штоком 14 и ПМК 11 и ВМК 12.

ПМК11 и ВМК 12 с рычагом 13 перемещаются в прорези в корпусе форсунки (на фиг.1 не показана).

Закрывается канал 7 с помощью ПМК 11. Топливо под высоким давлением не подается от ГАВД 34 в управляющую надыгольную кольцевую камеру 10 при впрыске. Открывается канал 15 с помощью ВМК 12. Топливо при впрыске из управляющей надыгольной камеры 10 поступает в ГАНД 39 по трубопроводу 38. Давление в топливной системе не падает до нулевого.

Топливо поступает в ГАНД 39 под давлением и не падает ниже давления, задаваемого КРД 40, которое является переменным и определяется режимом работы. Это улучшает экономичность форсунки. Энергия топлива при управлении не падает до энергии топлива при его сливе. Из топлива не выделяются пузырьки воздуха, растворенные в топливе.

Одновременно топливо под высоким давлением поступает под иглу 3 и под верхнюю часть иглы 3 в кольцевую камеру 5.

После перемещения пластины 22, а вместе с нею ПМК 11 и ВМК 12 с рычагом 13 и штоком 14 в крайнее левое (верхнее) положение для ПВ, для OВ и для ВПО начинаются впрыски.

Топливо поступает при каждом из трех впрысков от ГАВД 34 под иглу 3 по трубопроводу 36 каналу 6 (фиг.1 и фиг.4), в кольцевую камеру 5, кольцевую проточку 4, под иглу 3 и в отверстия 2 для впрыска. С помощью микропрофилей может быть реализовано два ПВ и два ВПО. Микропрофили для реализации вторых ПВ и вторых ВПО на фиг.2 и фиг.3 не показаны.

Игла 3 поднимается вверх, сжимается пружина 9. Игла 3 и ее верхняя часть 9 перемещаются вверх из-за разности давлений под иглой 3, ее верхней части 9 и давления в ГАНД 39, которое устанавливается с помощью КРД 40 и которое значительно ниже давления ГАВД 34.

Происходит впрыск через отверстия 2.

Микропрофили 25, 26, 27 поочередно взаимодействуют с ВП 23 постоянного радиуса. Поэтому во время впрысков ПМК 11 находится в крайнем верхнем положении и перекрывает на время впрысков канал 7.

ВМК 12 находится в крайнем верхнем положении и открывает на время впрысков канал 15.

Длительность каждого впрыска определяется длиной ВП 23 и длиной поверхности каждого из микропрофилей 25, 26, 27. Эта длительность различается по назначению впрыска. Микропрофили для реализации вторых ПВ и вторых ВПО на фиг.2 и фиг.3 не показаны.

ПВ выполняется с малой длительностью, ибо его назначение подготовить оптимальное сгорание основной порции топлива без образования окислов азота.

OВ осуществляется с максимальной длительностью, необходимой для подачи требуемого количества топлива в цилиндр для реализации требуемой мощности.

ВПО реализуется также с малой длительностью, необходимой для дожигания топлива из основного впрыска для снижения уровня окислов азота и сажи.

После взаимодействия каждого микропрофиля 25, 26, 27 с заданной длиной с ВП 23 микропрофили 25, 26, 27 выходят из этого взаимодействия с ВП 23. Микропрофили для реализации вторых ПВ и вторых ВПО на фиг.2 и фиг.3 не показаны.

Впрыски заканчиваются, когда сбегающие кромки микропрофилей 25, 26, 27, параллельные скосу ВП 23, уходят из контакта с ВП 23.

Параллельность сбегающих кромок микропрофилей 25, 26, 27 линии скоса ВП 23 необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофили 25, 26, 27, распределялись равномерно вдоль сбегающих кромок микропрофилей 25, 26, 27 и скосов ВП 23 пластины 22.

При этом для каждого из впрысков после их окончания сжимается пружина 17, возвращает шток 19 в крайнее правое (нижнее) положение, а через МП 16 возвращает и шток14 с ПМК 11 и ВМК 12 в крайнее правое (нижнее) положение.

С помощью ПМК 11 открывается канал 7 и топливо поступает в управляющую надыгольную кольцевую камеру 10 при отсечке, давит вместе с разжимающейся пружиной 9 на иглу 3 через шток 8 и игла 3 садится на седло.

ВМК 12 перекрывает канал 15. Топливо из управляющей надыгольной кольцевой камеры 10 перестает поступать по трубопроводу 38 с обратным клапаном 37 в ГАНД 39 при отсечке.

Кроме того, при каждой отсечке топливо через КРВД 35 и трубопровод (на фиг.4 не обозначен) поступает в ГАНД 39, не нарушая тем самым процесса работы ГАВД 34 после заполнения камеры управления 10.

Три впрыска уже позволяют оптимизировать сжигание топлива в цилиндре, а следовательно, повышают индикаторный кпд дизеля.

Преимущество БРМП в том, что не требуется источников электрической энергии в отличие от форсунок с электроклапанным управлением.

Не требуются сложные устройства преобразования и накопления энергии в короткие промежутки времени. Это упрощает устройство топливоподачи, повышает его надежность. Меньше энергии затрачивается на управление впрыском. Повышается кпд энергетической установки с ДВС.

Регулирование длительности впрыска осуществляется перемещением (фиг.4) пластины 22 с ВП 23 со скосом по шлицам 21, соединенной с пластиной 20, относительно штока, соединенного со штоками 7 и 14 первого и второго механических клапанов. Перемещение пластины 22 вместе с пластиной 20 по шлицам 21 в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к плоскости штока 19, мультипликатора 16, штока, соединенного со штоками 7 и 14, будет изменять длину ВП 23 (фиг.3) пластины 22, взаимодействующей с микропрофилями 25, 26, 27, а следовательно, время всех впрысков. Микропрофили для реализации вторых ПВ и вторых ВПО на фиг.2 и фиг.3 не показаны.

Так реализуются частичные режимы. При частичных режимах увеличивается длительность отсечек и, следовательно, снижается кпд форсунок. Но общий кпд форсунок будет выше из-за быстрой переустановки ПМК 11 и ВМК 12 и применения БРМП.

Время впрыска будет тем меньше, чем меньше длина изогнутого конца ВП 23 пластины 22. Перемещение пластины 22 вдоль оси вала с профилированными кулачками микропрофилями 25, 26, 27 осуществляется как вручную, так и с помощью любого автоматического привода. Чем больше частота вращения, тем меньше время взаимодействия и, следовательно, впрыска.

Микропрофили для управления впрысками могут быть выполнены на одном кулачке и расположены на нем последовательно в соответствии с назначением каждого. В этом случае пластина имеет один скос для всех профилей (фиг.2 и фиг.3) Длительность всех впрысков регулируется одинаково. Микропрофили для управления впрысками могут быть выполнены также на нескольких соседних кулачках в соответствии с назначением каждого профиля на своем кулачке. В этом случае пластина с выпуклым концом может быть выполнена с несколькими скосами для индивидуального регулирования каждого отдельного впрыска (на чертежах этот вариант не представлен).

Выполняются все операции способа, которые заявлены в изобретении.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системе питания двигателя внутреннего сгорания. Предложен способ управления подачей топлива, заключающийся в том, что создают давление топлива с помощью ТНВД, подают топливо в гидравлический аккумулятор высокого давления (ГАВД) и устанавливают в нем определенный уровень давления с помощью клапана регулирования высокого давления. Подают топливо к каждой форсунке под установленным для всех форсунок давлением от общего ГАВД, подают топливо под иглу и в камеру над иглой, при впрыске топливо из камеры над иглой направляют на слив через канал, который открывают вторым механическим клапаном. За счет разности давлений над и под иглой осуществляют подъем иглы и впрыск топлива, закрывают второй механический клапан. Открывают первый механический клапан, подают топливо под высоким давлением в камеру над иглой, перемещают иглу на седло за счет высокого давления, воздействующего на иглу сверху. С помощью предложенного способа можно осуществить как минимум один предварительный впрыск, как минимум один основной впрыск и как минимум один впрыск после основного. Кроме того, предложено устройство для реализации способа управления подачей топлива. Технический результат заключается в повышении точности дозирования количества впрыскиваемого топлива и оптимизации процесса сгорания топлива. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ управления подачей топлива, включающий переключение двух управляющих клапанов из одного положения в другое, подачу топлива под высоким давлением под иглу от источника высокого давления, отвод топливо от камеры над иглой через открытый второй механический клапан и перемещение иглы в верхнее положение при впрыске, перемещение иглы в крайнее нижнее положение, отличающийся тем, что 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 одновременно перемещают механическим путем два механических клапана с помощью кулачков с микропрофилями с заданной высотой, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих с пластиной, кинематически соединенной с двумя механическими клапанами, закрывают при впрыске первый клапан и перекрывают канал подачи топлива высокого давления в управляющую надыгольную кольцевую камеру, открывают при впрыске второй механический клапан и открывают канал отвода топлива от управляющей надыгольной кольцевой камеры, подают при каждом впрыске топливо под высоким давлением от гидравлического аккумулятора высокого давления под иглу, перемещают иглу в крайнее верхнее положение за счет разности давлений над и под иглой, удерживают иглу в верхнем положении при подаче топлива в цилиндр за счет давления топлива под иглой, удерживают оба механических клапана в верхнем положении механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины на время длительности каждого впрыска, после окончания каждого предварительного впрыска, каждого основного впрыска и каждого впрыска после основного перемещают оба механических клапана в крайнее нижнее положение, удерживают их в крайнем нижнем положении во время каждой отсечки, открывают при отсечке первый механический клапан и подают топливо от гидравлического аккумулятора высокого давления в управляющую надыгольную камеру через первый механический клапан, закрывают второй механический клапан и прекращают при отсечке отвод топлива через второй механический клапан от управляющей надыгольной кольцевой камеры, перемещают иглу в крайнее нижнее положение и удерживают ее гидравлическим путем на время длительности каждой отсечки, перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями, управляющими впрысками 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, вручную или автоматически, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность каждого впрыска, при этом при осуществлении как минимум одного предварительного впрыска, одного основного впрыск, как минимум одного впрыска после основного при управлении перемещением механических клапанов, работающих в противофазе при впрыске и отсечке, и регулировании длительности каждого впрыска быстродействующим реверсивным механическим приводом индивидуальный уровень давления, подаваемого в каждую отдельную форсунку перед каждым последующим впрыском, устанавливают независимо от управления перемещением механических клапанов и управления длительностью впрысков во время предыдущей отсечки с помощью второго индивидуального для каждой форсунки клапана регулирования высокого давления с пьезоприводом, установленного между форсункой и сливом или гидравлическим аккумулятором низкого давления, при реализации первого предварительного впрыска изменяют давление от максимального при большой отсечке между вторым впрыском после основного и предварительным впрыском последующего цикла в конце этой отсечки до требуемого при предварительном впрыске, второй предварительный впрыск проводят при том же давлении или изменяют его, при реализации основного впрыска увеличивают давление от предыдущего до максимального при реализации одноступенчатого основного впрыска или устанавливают в конце отсечки после предварительного впрыска начальное давление первой ступеньки основного впрыска, изменяют в течение впрыска давление основного впрыска на второй ступеньке основного впрыска до максимального, первый впрыск после основного проводят при максимальном давлении или изменяют его в конце отсечки после основного впрыска, давление второго впрыска после основного устанавливают меньше максимального в конце отсечки после первого впрыска после основного, после второго впрыска после основного, в начале большой отсечки между циклами подачи топлива устанавливают максимальное давление топлива, подаваемого на впрыск, до начала нового цикла подачи топлива.

2. Устройство для управления подачей топлива, включающее форсунку с иглой, с двумя клапанами с механическим переключением из одного положения в другое, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенные гидравлически, отличающееся тем, что устройство снабжено двумя управляющими механическими клапанами, гидравлическим аккумулятором низкого давления, мультипликатором перемещения, быстродействующим реверсивным механическим приводом, индивидуальным клапаном регулирования высокого давления с пьезоприводом, надыгольная камера каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления, выход гидроаккумулятора низкого давления соединен с входом топливного насоса высокого давления, выход гидравлического аккумулятора высокого давления соединен с гидравлическим аккумулятором низкого давления, первый управляющий механический клапан для каждой форсунки установлен в канале форсунки между входом гидравлического аккумулятора высокого давления и управляющей надыгольной кольцевой камерой каждой форсунки, второй управляющий механический клапан установлен в канале форсунки между управляющей надыгольной кольцевой камерой каждой форсунки и гидравлическим аккумулятором низкого давления, первый и второй механические клапаны соединены рычагами со штоком, а через него с быстродействующим реверсивным механическим приводом, который снабжен как минимум одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой на одном конце поверхностью постоянного радиуса и определенной длиной выпуклой части, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом, с как минимум одним профилированным кулачком на нем, с как минимум одним микропрофилем на каждом профилированном кулачке, микропрофили выполнены с набегающей кромкой, параллельной оси иглы форсунки, и со сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности конца пластины, при регулировании длительности впрыска выпуклая поверхность каждой пластины выполнена с одним или несколькими скосами по ее ширине, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения вдоль оси штока, соединенного напрямую или через мультипликатор перемещения со штоком, с которыми соединены первый и второй механические клапаны, 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, индивидуальный клапан регулирования высокого давления с пьезоприводом каждой форсунки соединен на входе с кольцевой камерой высокого давления под иглой форсунки, а на выходе - с гидравлическим аккумулятором низкого давления.