СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ТОПЛИВА Российский патент 2015 года по МПК F02M47/02 F02M45/00 F02D41/30 

Изобретение относится к способам управления 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, в автомобильном и железнодорожном и водном транспорте, бронетехнике и инженерных машинах.

Из уровня техники известен способ управления подачей топлива и устройство управления подачей топлива (патент №2493421, автор и патентообладатель Погуляев Ю.Д., опубликовано 20.09.2013, бюл. №26), включающий операции 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, перемещение подпружиненного плунжера индивидуального топливного насоса вниз приводом от профилированного кулачка, вращающегося с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, и взаимодействующего с роликом коромысла, операции подачи топлива во время всего цикла подачи топлива плунжером с приводом от коромысла 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 и в надыгольную камеру форсунки, при отсечках подачи топлива после предварительного впрыска, основного впрыска, впрыска после основного, операции подачи топлива от индивидуального топливного насоса на слив через индивидуальный клапан регулирования высокого давления во время отсечек для формирования требуемого закона давления впрыска и в надыгольную управляющую камеру форсунки, возвращают плунжер в верхнее положение с помощью сжатой пружины на штоке, подают топливо в подплунжерную полость индивидуального топливного насоса.

Этот способ не позволяет реализовать основной впрыск с различными оптимальными формами. Проведение операций подачи топлива от индивидуального топливного насоса на слив через индивидуальный клапан регулирования высокого давления только во время отсечек не позволяет это делать. Из уровня техники известно устройство для управления подачей топлива (патент №2493421, автор и патентообладатель Погуляев Ю.Д., опубликовано 20.09.2013, бюл. №26 - прототип), включающее форсунку с подпружиненной иглой, выполненной с возможностью перемещения из одного крайнего положения в другое с помощью привода с возможностью регулирования длительности впрыска, распылитель с одним уровнем отверстий, индивидуальный клапан регулирования высокого давления для каждой форсунки, индивидуальный топливный насос для каждой форсунки с приводом от кулачкового вала, соединенный кинематически с коленчатым валом. Это устройство не позволяет реализовать основной впрыск с различными оптимальными формами. Механический программный привод не позволяет изменять сдвиг начала предварительного впрыска к основному и наоборот.

Целью изобретения является реализация оптимальных форм основного впрыска в форсунках с индивидуальным топливным насосом. Поставленная цель достигается тем, что в способе управления подачей топлива, включающем операции 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 независимым приводом, перемещение подпружиненного плунжера индивидуального топливного насоса вниз приводом от профилированного кулачка, вращающегося с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, и взаимодействующего с роликом коромысла, операции подачи топлива во время всего цикла подачи топлива плунжером с приводом от коромысла 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 и в надыгольную камеру форсунки, при отсечках подачи топлива после предварительного впрыска, основного впрыска, впрыска после основного, операции подачи топлива от индивидуального топливного насоса на слив через индивидуальный клапан регулирования высокого давления во время отсечек для формирования требуемого закона давления впрыска и в надыгольную управляющую камеру форсунки, возвращение плунжера в верхнее положение с помощью сжатой пружины на штоке, подачу топлива в подплунжерную полость индивидуального топливного насоса, согласно заявленному изобретению все операции цикла подачи топлива, включая отсечки, впрыски и их длительность, осуществляют с помощью двухпозиционного клапана с одним наполнительным и одним разгрузочным клапаном с независимо управляемым электромагнитным приводом, перемещение подпружиненного плунжера индивидуального топливного насоса вниз приводом от профилированного кулачка осуществляют с постоянной скоростью, формирование формы давления каждого впрыска и различных оптимальных форм основного впрыска осуществляют с помощью независимо управляемого индивидуального клапана регулирования высокого давления во время всего цикла подачи топлива, для этого устанавливают определенное значение проходного сечения гидроразгруженного клапана в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления до начала основного впрыска и во время основного впрыска и получают требуемое значение давления предварительного впрыска, устанавливают длительность предварительного впрыска для различных форм основного впрыска, корректируют в сторону уменьшения проходное сечение гидроразгруженного клапана, а в индивидуальном клапане регулирования высокого давления и в сторону увеличения давление в форсунке в момент начала предварительного впрыска до начала основного для компенсации провала давления при начале поднятия иглы при предварительном впрыске, реализуют предварительный впрыск, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, перед началом основного впрыска ступенчатой формы формируют в начале основного впрыска требуемое давление первой ступеньки основного впрыска при ступенчатом основном впрыске при открытом на определенную величину гидроразгруженном клапане в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления и формируют вторую ступень давления основного впрыска при максимально закрытом гидроразгруженном клапане в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления в течение основного впрыска, реализуют основной впрыск ступенчатой формы, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, увеличивают проходное сечение гидроразгруженного клапана в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления для формирования убывающего давления впрыска после основного, во время отсечки после основного впрыска ступенчатой формы, прикрывают гидроразгруженный клапан во время начала впрыска после основного для компенсации провала давления при начале поднятия иглы, реализуют впрыск после основного, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, при реализации трапецеидального закона основного впрыска закрывают гидроразгруженный клапан в момент начала первой фазе основного впрыска или несколько ранее и уменьшают проходное сечение гидроразгруженного клапана в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления до нуля на некоторое время для обеспечения нарастания давления в форсунке до максимального и начинают основной впрыск, начинают впрыск одновременно с закрытием до нуля гидроразгруженного клапана, обеспечивают к моменту открытия клапана управления форсункой некоторое нарастание давления в его первой фазе и начальную форму трапецеидального впрыска в виде резкого нарастания подачи топлива в его первой фазе, в первой фазе трапецеидального впрыска продолжают увеличивать давление впрыска при закрытом гидроразгруженном клапане и продолжают увеличивать подачу пропорционально росту давления, открывают в течение второй фазы основного впрыска гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления до определенной величины проходного сечения для формирования ступеньки постоянного максимального давления в форсунке, обеспечивают верхнюю ступеньку трапецеидального впрыска, открывают во время основного впрыска дополнительно гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления после сформированной ступеньки максимального давления до определенной величины проходного сечения для снижения давления перед впрыском после основного, реализуют уменьшение давления до определенной величины, примерно равной давлению первой фазы, реализуют третью фазу трапецеидального впрыска по давлению и форме впрыска топлива, реализуют во время отсечки четвертую фазу трапецеидального впрыска, в итоге реализуют основной впрыск трапецеидальной формы, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, а затем опять во время отсечки после основного впрыска трапецеидальной формы уменьшают проходное сечение гидроразгруженного клапана в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления для формирования возрастающего давления для впрыска после окончания основного впрыска трапецеидальной формы, прикрывают гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления во время начала впрыска после основного впрыска трапецеидальной формы для компенсации провала давления при начале поднятия иглы, реализуют впрыск после основного, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, при треугольном основном впрыске закрывают гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления на время основного впрыска одновременно или немного раньше начала основного впрыска до определенной величины его проходного сечения и обеспечивают нарастание давления основного впрыска до максимального, одновременно начинают основной впрыск, а заканчивают основной впрыск при максимальном давлении в форсунке, обеспечивают в момент поднятия иглы прямой фронт нарастания подачи топлива и затем изменение подачи пропорционально давлению, реализуют основной впрыск, его начало и окончание независимо управляемым электрогидравлическим клапаном с заданной длительностью, открывают в конце основного впрыска треугольной формы гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления на время отсечки после основного впрыска до определенной величины проходного сечения и обеспечивают снижение давления перед реализацией впрыска после основного треугольной формы, прикрывают гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления во время начала впрыска после основного для компенсации провала давления при начале поднятия иглы, реализуют впрыск после основного его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, при реализации основного впрыска прямоугольной формы закрывают гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления сразу после предварительного впрыска, уменьшают проходное сечение клапана до нуля, обеспечивают нарастание давления перед основным впрыском до максимального, открывают на определенную величину гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления и обеспечивают определенное проходное сечение во время основного впрыска, создают ступеньку максимального давления и одновременно начинают основной впрыск, обеспечивают прямоугольный впрыск топлива при постоянном максимальном давлении, реализуют основной впрыск, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном во время отсечки после основного впрыска прямоугольной формы, увеличивают проходное сечение гидроразгруженного клапана в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления для формирования давления для впрыска после основного по убывающему закону, прикрывают гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления во время начала впрыска после основного для компенсации провала давления при начале поднятия иглы, реализуют впрыск после основного, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном.

Поставленная цель достигается тем, что устройство управления подачи топлива, включающее форсунку с подпружиненной иглой, выполненной с возможностью перемещения из одного крайнего положения в другое с помощью привода с возможностью регулирования длительности впрыска, распылитель с одним уровнем отверстий, индивидуальный клапан регулирования высокого давления для каждой форсунки, индивидуальный топливный насос для каждой форсунки с приводом от кулачкового вала, соединенный кинематически с коленчатым валом, согласно заявленному изобретению снабжено электронным блоком управления, электрогидравлическим приводом с двухпозиционным клапаном для каждой форсунки, электрогидравлический привод электрически с электронным блоком управления соединен через якорь с двухпозиционным клапаном управления иглой, наполнительный клапан соединен с подплунжерной полостью каждого индивидуального топливного насоса и через канал в теле форсунки с кольцевой полостью с пружиной, взаимодействующей с иглой, разгрузочный клапан соединен со сливом, гидравлический канал высокого давления соединен с кольцевой полостью и кольцевой проточкой и через нее с отверстиями для впрыска, каждый индивидуальный клапан высокого давления выполнен с пьезоприводом, который электрически соединен с электронным блоком управления и механически соединен через мультипликатор перемещения с подпружиненным гидроразгруженным клапаном, вход гидроразгруженного клапана соединен с подплунжерной полостью, а выход с общей для всех форсунок магистралью для слива топлива, каждый индивидуальный топливный насос снабжен кулачком с поверхностью, обеспечивающей постоянство скорости перемещения плунжера, топливоподкачивающий насос соединен через индивидуальный клапан регулирования высокого давления с подплунжерной полостью во время всасывания топлива, каждая форсунка соединена с подплунжерной полостью каждого индивидуального топливного насоса и с общей магистралью для слива топлива.

Устройство, реализующее способ, представлено на следующих фиг.1-3.

На фиг.1 показана форсунка с двухпозиционным клапаном и электромагнитным управлением.

На фиг.2 показана кинематическая схема устройства с индивидуальным топливным насосом для каждой форсунки и индивидуальным клапаном регулирования высокого давления (ИКРВД).

На фиг.3 показан индивидуальный клапан регулирования высокого давления (ИКРВД) для каждой форсунки.

Устройство на фиг.1 состоит из форсунки 1, отверстий для впрыска 2, иглы 3, кольцевой проточки 4; кольцевой полости 5, соединенной с кольцевой проточкой 4 и через нее с отверстиями для впрыска 2; двухпозиционного клапана 6, соединенного гидравлически каналом 7 с кольцевой камерой 8; пружины 9, подпружинивающей иглу 3 сверху; наполнительного клапана 10 (НК 10); разгрузочного клапана 11 (РК 11); НК 10 соединен трубопроводом высокого давления 12 с гидроаккумулятором высокого давления (ГАВД - на фиг.1 не показан) и каналом 13 в теле форсунки с кольцевой полостью 5, кольцевой проточкой 4; РК соединен трубопроводом 14 со сливом; электрогидравлического клапана (ЭГК) с обмоткой 15 с пружиной 16, подпружинивающей якорь (якорь» ЭГК на фиг.1 не обозначен), соединенный механически с ДПК 6; обмотка 15 соединена с ЭБУ 17.

Устройство на фиг.2 состоит из топливной емкости 18, соединенной с топливоподкачивающим насосом 19; индивидуального клапана регулирования высокого давления 20 (ИКРВД 20); общего трубопровода 21 для всех форсунок для слива части топлива от ИКРВД в его открытом состоянии; кулачкового привода 22 индивидуального топливного насоса (ИТН) для каждой форсунки, взаимодействующего механически с роликовым коромыслом 23; пружины 24, плунжера 25, взаимодействующего с роликовым коромыслом 23 через пружину 24; корпуса ИТН 26 с подплунжерной полостью 27, которая соединена трубопроводом 28 со входом ИКРВД 20, выход которого соединен трубопроводом 29 с общим трубопроводом 21 и через трубопровод 30 со сливом; форсунка 1 трубопроводом 12 соединена с подплунжерной полостью 27 и трубопроводом 14 со сливом (на фиг.1); форсунка 1 трубопроводом 12 соединена с подплунжерной полостью 27 и трубопроводом со сливом; трубопровода 28, соединенного с подплунжерной полостью 27 насоса; трубопровода 29, соединенного с общим трубопроводом 21.

Устройство по фиг.3 состоит из: гидроразгруженного клапана 31 (ГРК 31) с пружиной 32; пьезопривода 33, соединенного механически через мультипликатор перемещения 34 (МП 34) с ГРК 31; корпуса 35 для ИКРВД 20, пьезопривод 33 соединен электрически с ЭБУ 17.

Работа устройства осуществляется по нескольким алгоритмам в зависимости от того, какой формы основной впрыск (ОВ) реализуется.

Покажем работу устройства сначала на примере реализации ступенчатого ОВ. Родовым признаком изобретения является то, что ЭГК с обмоткой 15 и ИКРВД 20 с ГРК 31 и с пьезоприводом 33 управляются независимо, хотя выполняют единый алгоритм. При этом пьезопривод 33 выполняет так называемые подготовительные операции и управляет давлением впрыска. ЭГК осуществляет основные операции по непосредственному впрыску и управляет иглой 3, ее перемещением на упор при впрыске и на седло при отсечке и длительностью нахождения в том или ином положении. При постоянной скорости плунжера 25 ИТН 26 имеется возможность устанавливать нужное проходное сечение ГРК 31 в ИКРВД 20, а перед началом фазы нагнетания и нужное давление.

Нужное давление устанавливается отводом части топлива из подплунжерной полости 27 на слив через ИКРВД 20.

С ЭБУ 17 подают напряжение определенной величины на пьезопривод 33 ИКРВД 20 в корпусе 35 (фиг.3), перемещают пьезопластины пьезопривода 33 и через МП 34 перемещают ГРК 31. При этом ИКРВД 20 изменяет проходное сечение ГРК 31. Он перемещается влево, сжимается пружина 32. В пружине 32 запасается потенциальная энергия для реализации обратного хода ГРК 31. Часть топлива из подплунжерной полости 27 ИТН 26 (фиг.2) поступает на слив по трубопроводу 28 на входе и трубопроводу 29 на выходе ИКРВД 20, когда он открыт.

Часть топлива из подплунжерной полости 27 поступает для впрыска по трубопроводу 12, каналу 13, кольцевой полости 5, кольцевой проточке 4. (фиг.1) под иглу 3 и в отверстия 2 форсунки 1. Прикрывается ГРК 31 в независимо управляемом ИКРВД 20 во время начала ПВ для компенсации провала давления при начале поднятия иглы 3. В зависимости от необходимого давления начала ПВ увеличивают или уменьшают величину проходного сечения ГРК 31. Для этого подают соответствующее напряжение с ЭБУ 17 на пьезопривод 33. Затем в нужный момент времени, задаваемый ЭБУ 17, подают напряжение на обмотку 15 ЭГК, который формирует длительность впрысков и отсечек и управляется независимо.

Якорь ЭГК притягивает двухпозиционный клапан 6. Закрывается НК 10, открывается РК 11. Топливо поступает из подплунжерной полости 27 ИТН 26, трубопроводу 12, по каналу 13, через кольцевую камеру 5 и кольцевую проточку 4 под иглу 3, а затем в отверстия 2. Происходит впрыск. Количество впрыскиваемого топлива определяется длительностью впрыска, регулируется ЭБУ 17 и давлением, которое определяется к моменту впрыска величиной проходного сечения ГРК 31, углом поворота кулачка 22 привода ИТН 26 и, следовательно, положением плунжера 25, который создает необходимое давление и который движется непрерывно.

В момент начала подъема иглы 3 возможна просадка давления впрыска, которая компенсируется уменьшением проходного сечения КРД 31.

ПВ заканчивается снятием напряжения с обмотки 15 ЭГК. Пружина 16 разжимается, перемещает ДПК 6 вниз. Открывается НК 10, закрывается РК. Топливо от ИТН 26 через канал 7 поступает в камеру 8 и вместе с пружиной 9 воздействует на иглу 3 и перемещает ее на седло.

ПВ заканчивается. Первая ступенька давления для ОВ ступенчатой формы реализуется таким образом. Изменяется проходное сечение ГРК 31 в ИКРВД 20 от меньшего предыдущего к немного большему. И в этот момент начинается ОВ и его первой ступени, так как одновременно открывается клапан ДПК 6, независимо управляемой форсунки 1. Поскольку плунжер 25 продолжает движение вниз с постоянной скоростью и нагнетание топлива продолжается, то образуется первая ступень ОВ.

Во время протекания нагнетания топлива на первой ступеньки впрыска проходное сечение ГРК 31 ИКРВД 20 остается постоянным. Для перехода на вторую ступеньку впрыска проходное сечение ГРК 31 резко уменьшается уже во время реализации ступенчатого ОВ. Для этого подается отрицательный импульс напряжения на пьезопривод 33. В связи с этим, а также под давлением разжимающейся пружины 32 ГРК 31 перемещается вправо. Уменьшается его проходное сечение. Часть топлива, которая уходит на слив через ГРК 31, резко уменьшается. Поэтому давление впрыска начинает расти. Плунжер 25 продолжает при этом движение вниз с постоянной скоростью, и только очень малая часть топлива ответвляется в ИКРВД 20 через ГРК 31 и идет на слив.

Отсечка при ОВ ступенчатой формы происходит за счет управления иглой 3, управляемой через ЭГК с обмоткой 15. С обмотки 15 в конце ОВ снимается напряжение, подаваемое на нее с ЭБУ 17. Пружина 16 перемещает якорь вместе ДНК 6 вниз. Открывается НК 10, закрывается РК. Давление из подплунжерной полости 27 по трубопроводу 12, через открытый НК 10, по каналу 7 в теле форсунки поступает в камеру 8. Высокое давление вместе с пружиной 9 воздействует на иглу 3. Игла 3 быстро перемещается на седло. ОВ заканчивается при высоком давлении впрыска и под плунжером 25, которое необходимо уменьшить для реализации впрыска после основного (ВПО).

Для этого сразу после ОВ впрыска увеличивают проходное сечение ГРК 31 на некоторую величину, и давление, которое поступает в форсунку, начинает падать, ибо увеличивается часть топлива, которое уходит на слив через увеличенное проходное сечение ГРК 31 в ИКРВД 20. Когда наступает время ВПО, то это давление снижается до необходимого для осуществления ВПО. При этом давлении и осуществляется ВПО за счет управления иглой независимым ЭГК с обмоткой 15.

Кроме того, при реализации ВПО сечение ГРК 31 уменьшается для компенсации провала давления в начале подъема иглы или в начале ВПО. Этой операцией достигается большая точность впрыска.

После реализации ВПО давление в форсунке может быть либо снижено, либо увеличено снова управлением проходным сечением ГРК 31.

Остальные впрыски осуществляются по тому же принципу. ИКРВД 20 формирует необходимое давление перед впрыском или во время его протекания, независимо управляемый ЭГК управляет иглой 3 и ее положением и задает длительность впрыска. При реализации трапецеидального впрыска имеется ряд особенностей.

С ЭБУ 17 подают напряжение определенной величины на пьезопривод 33 ИКРВД 20 в корпусе 35 (фиг.3), перемещают пьезопластины пьезопривода 33 и через МП 34 перемещают ГРК 31. При этом ИКРВД 20 изменяет проходное сечение ГРК 31. Он перемещается влево, сжимается пружина 32. В пружине 32 запасается потенциальная энергия для реализации обратного хода ГРК 31. Часть топлива из подплунжерной полости 27 ИТН 26 (фиг.2) поступает на слив по трубопроводу 28 на входе и трубопроводу 29 на выходе ИКРВД 20, когда он открыт.

Часть топлива из подплунжерной полости 27 поступает для впрыска по трубопроводу 12, каналу 13, кольцевой полости 5, кольцевой проточке 4 (фиг.1) под иглу 3 и в отверстия 2 форсунки 1. Прикрывается ГРК 31 в ИКРВД 31 во время начала впрыска ПВ для компенсации провала давления при начале поднятия иглы 3. В зависимости от необходимого давления начала ПВ увеличивают или уменьшают величину проходного сечения ГРК 31. Для этого подают соответствующее напряжение с ЭБУ 17 на пьезопривод 33. Затем в нужный момент времени, задаваемый ЭБУ 17, подают напряжение на обмотку 15 ЭГК, который формирует длительность впрысков и отсечек и управляется независимо.

Якорь ЭГК притягивает двухпозиционный клапан 6. Закрывается НК 10, открывается РК 11. Топливо поступает из подплунжерной полости 27 ИТН 26, по трубопроводу 12, по каналу 13, через кольцевую камеру 5 и кольцевую проточку 4 под иглу 3, а затем в отверстия 2.

Происходит впрыск. Количество впрыскиваемого топлива определяется длительностью впрыска, которая регулируется ЭБУ 17 и давлением, которое определяется к моменту впрыска величиной проходного сечения ГРК 31, углом поворота кулачка 22 привода индивидуального топливного насоса 26 и, следовательно, положением плунжера 25, который создает необходимое давление и который движется непрерывно. В момент начала подъема иглы 3 возможна просадка давления впрыска, которая и компенсируется своевременным уменьшением проходного сечения КРД 31.

ПВ заканчивается отсечкой и, следовательно, снятием напряжения с обмотки 15 электропривода. Пружина 16 (фиг.1) разжимается, перемещает ДНК 6 вниз. Открывается НК 10, закрывается РК. Топливо от ИТН 26 через трубопровод 12, открытый НК 10, канал 7 поступает в камеру 8 и вместе с пружиной 9 воздействуют на иглу 3 и перемещают ее на седло.

Первая фаза трапецеидального впрыска реализуется следующим образом. Сначала реализуется «вспомогательная» операция по реализации ОВ.

При реализации трапецеидального закона ОВ закрывается в момент начала ОВ или несколько ранее и уменьшается проходное сечение ГРК 31 в ИКРВД 20 до нуля на некоторое время для обеспечения нарастания давления в форсунке до максимального и начинается ОВ трапецеидальной формы. От ЭБУ 17 подается отрицательный импульс напряжения.

Пружина 32 перемещает ГРК 31 в крайнее правое положение. ГРК 31 полностью закрывается. Одновременно открывается независимо управляемый с помощью ЭГК клапан ДПК 6. ДНК 6 перемещается в крайнее верхнее положение Игла 3 также открывается, поскольку под иглу 3 и в кольцевую проточку 5 подается максимальное давление из подплунжерной полости 27. Так начинается первая фаза основной операции по впрыску топлива.

Начинается рост давления в форсунке 1, которое сопровождается при открытом ДПК 31 и открытой игле 3 подачей топлива с почти прямым передним фронтом, задаваемым давлением, которое поступает из подплунжерной полости 27 и которое сформировалось к этому моменту, поскольку ДНК 6 открывается несколько раньше иглы 3. Поэтому ОВ трапецеидальной формы начинается с момента перемещения иглы на упор. Давление впрыска растет до того момента, пока закрыт ГРК 31. Кривая впрыска в конце первой фазы повторяет характер кривой нарастающего давления. Так образуется первая боковая сторона трапецеидального впрыска.

На второй фазе управления трапецеидальным ОВ открывается в течение первой фазы ОВ ГРК 31 в независимо управляемом ИКРВД 20 до определенной величины проходного сечения для формирования ступеньки постоянного максимального давления в форсунке 3. Это вторая «вспомогательная» операция при реализации ОВ. При этом ДПК 6 открыт, игла 3 открыта полностью.

В законе трапецеидального впрыска формируется ступенька постоянства подачи топлива, когда давление в под плунжером 25 уравновешивается давлением в кармане распылителя.

На третьей фазе управления трапецеидальным ОВ открывается дополнительно ГРК 31 в независимо управляемом ИКРВД 20 после сформированной ступеньки максимального давления до определенной величины проходного сечения для снижения давления перед ВПО.

Подается положительный импульс напряжения с ЭБУ 17 на пьезопривод 33. Пружина 32 сжимается. Перемещается ГРК 31 вправо на некоторую величину через МП 34 при положительном напряжении на пьезоприводе 33. Давление в форсунке или кармане распылителя падает. Уменьшается пропорционально и подача топлива. Затем закрывается ДПК 6 и происходит отсечка иглы 3. Последняя фаза основной операции. Подача топлива спадает до нуля с вертикальным задним фронтом. Реализуется ОВ с трапецеидальной формой.

Реализация ВПО после впрыска трапецеидальной формы подачи топлива. Во время отсечки после ОВ трапецеидальной формы уменьшается проходное сечение ГРК 31 в независимо управляемом ИКРВД 31 формирования возрастающего давления для впрыска после окончания ОВ трапецеидальной формы. При этом во время отсечки, когда ДПК 6 закрыт, игла 3 находится на седле. На пьезопривод 33 подается пониженное положительное напряжение.

При этом ГРК 31 перемещается вправо, уменьшается его проходное сечение и растет давление в форсунке или кармане распылителя.

Для стабилизации давления ВПО с момента его начала дополнительно уменьшается проходное сечение ГРК 31 уменьшением подаваемого на пьезопривод управляющего напряжения с ЭБУ 17.

Реализация треугольного ОВ

При треугольном ОВ в конце отсечки после ПВ закрывается ГРК 31 в независимо управляемом ИКРВД 20 на время ОВ до определенной величины его проходного сечения и обеспечивают нарастание давления основного впрыска до максимального. Реализуется подготовительная операция для реализации ОВ.

Для этого с ЭБУ 17 подается отрицательный импульс на пьезопривод 33. Размеры пьезопластин уменьшаются в пьезоприводе 33. Пружина 32 разжимается, перемещается ГРК 31 вправо и способствует через МП 34 возврату пьезопластин в положение в пьезоприводе 33, соответствующее управляющему напряжению с ЭБУ 17. Уменьшается проходное сечение ГРК 31. Меньшая часть топлива из подплунжерной полости 27 плунжера 25 поступает на слив через трубопроводы 28, ИКРВД 20 и ГРК 31, трубопровод 29, общий трубопровод для слива 21 и трубопровод 30. Большая часть топлива из подплунжерной полости 27 по трубопроводу 12 поступает в форсунку 1. Давление в ней растет.

Основная операция реализуется с помощью независимо управляемого ЭГК. ДНК 6 открывается в конце отсечки после ПВ или немного ранее. Игла 3 поднимается до упора. К моменту открытия иглы 3 давление в кармане распылителя успевает вырасти. При поднятой игле 3 формируется передний крутой фронт впрыска. При почти закрытом ГРК 31 давление продолжает расти при постоянной скорости плунжера 25 по треугольному закону. Растет впрыск пропорционально росту давления в кармане распылителя форсунки 1.

Затем реализуется отсечка ОВ при треугольной форме впрыска. Для этого с обмотки 15 с помощью ЭБУ 17 снимается напряжение. ДНК 6 перемещается вниз до конца треугольного ОВ, поскольку топливо под высоким давлением поступает из подплунжерной полости по трубопроводу 12, через открытый НК 10, канал 7 в камеру 8 и вместе с разжимающейся 9 быстро перемещает иглу 3 на седло.

Треугольный ОВ прекращается, когда игла 3 становится на седло в конце ОВ. Реализация ВПО после треугольного ОВ. Сначала реализуются подготовительные операции для реализации ВПО.

Открывается в конце ОВ треугольной формы ГРК 31 в независимо управляемом ИКРВД 20 или во время отсечки после ОВ до определенной величины проходного сечения, большей предыдущей и обеспечивают снижение давления перед реализацией ВПО после ОВ треугольной формы. Это означает, что на пьезопривод 33 подается большее напряжение, чем в предыдущей операции. ГРК 31 сильнее перемещается влево. Пружина 32 сильнее сжимается.

Проходное сечение ГРК 31 увеличивается. Большая часть топлива из подплунжерной полости уходит на слив, а меньшая на создание давления в форсунке. Обеспечивается необходимый для реализации ВПО убывающий закон снижения давления.

Прикрывают ГРК 31 в независимо управляемом ИКРВД 20 время начала ВПО для компенсации провала давления при начале поднятия иглы 3.

Затем производится основная операция по реализации ВПО и реализуется ВПО его начало и окончание с заданной длительностью.

Когда открывают ДПК 6, то поднимается игла 3. Происходит небольшой провал давления под иглой 3, который влияет на точность впрыска.

Поэтому одновременно с подъемом ДПК 6 прикрывают ГРК31 соответствующим уменьшением подачи положительного напряжения на пьезопривод 33. ГРКЗ1 под действием пружины 32 в этом случае перемещается вправо.

Уменьшается его проходное сечение. Часть топлива, поступаемого в форсунку 1, увеличивается. Давление впрыска при ВПО выравнивается. В итоге реализуется и треугольный закон ОВ и ВПО после него.

Реализация ОВ прямоугольной формы. Первая подготовительная операции. При реализации ОВ прямоугольной формы закрывается ГРК 31 в независимо управляемом ИКРВД 20 сразу после ПВ. Уменьшается проходное сечение ГРК 31 до нуля.

Обеспечивается нарастание давления перед ОВ до максимального. При максимальном давлении начинается ОВ или первая основная операция при реализации ОВ. Открывается ДНК 6, поднимается игла 3 и начинается ОВ при максимальном давлении.

Впрыск достигает максимальной величины с прямым фронтом нарастания, так как ДНК 6 открывается немного раньше иглы 3.

Вторая подготовительная операция. Открывается на определенную величину ГРКЗ 1 в независимо управляемом ИКРВД 20, и обеспечивается такое определенное проходное сечение ГРК 31 во время ОВ, что создается ступенька максимального постоянного давления.

Вторая основная операция по реализации впрыска с заданным постоянным максимальным давлением задается по длительности с помощью независимо управляемого ЭГК. На время реализации ступеньки ОВ ДНК 6 остается открытым, игла 3 находится на упоре заданное с помощью ЭБУ 17 время.

Третья основная операция. ДНК 6 закрывается, игла 3 становится на седло соответствующим управлением ЭГК с ЭБУ 17. Происходит отсечка. ОВ прямоугольной формы заканчивается.

Начинается первая подготовительная операция при реализации ВПО после ОВ прямоугольной формы.

Во время отсечки после ОВ прямоугольной формы увеличивается проходное сечение ГРК31, а в независимо управляемом ИКРВД 20 формируется давление для ВПО по убывающему закону.

Начинается ВПО после ОВ с прямоугольной формой. Открывается ДНК 6, поднимается игла 3.

Прикрывается ГРК 31 в независимо управляемом ИКРВД 31 в момент начала ВПО для компенсации провала давления при начале поднятия иглы, реализуется ВПО после основного, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном.

Остальные впрыски, если их число больше трех, осуществляются по тому же принципу. ИКРВД формирует необходимое давление перед впрыском или во время его протекания, независимо управляемый ЭГК управляет иглой 3 и задает длительность впрыска и реализует впрыск.

После каждого цикла подачи топлива открывается ГРК 31 и топливо сливается в топливный бак. В начале каждого нового цикла топливо через ГРК 31 каждого насоса поступает под плунжер 25, который готовится к новому циклу подачи топлива. Могут быть реализованы и иные ОВ, а также впрыски с несколькими ПВ и ВПО.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложено устройство для управления подачей топлива, включающее форсунку (1) с подпружиненной иглой и электромагнитным управляющим клапаном, индивидуальный клапан (20) регулирования высокого давления с пьезоприводом для каждой форсунки (1) и индивидуальный топливный насос (26) для каждой форсунки с приводом от кулачкового вала (25), соединенного кинематически с коленчатым валом. Управление системой осуществляется с помощью электронного блока управления. Кроме того, предложен способ управления подачей топлива, с помощью которого можно осуществить как минимум один предварительный впрыск, как минимум один основной впрыск заданной формы и как минимум один впрыск после основного. Технический результат заключается в реализации оптимальных форм основного впрыска в форсунках с индивидуальным топливным насосом. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления подачей топлива, включающий операции 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 независимым приводом, перемещение подпружиненного плунжера индивидуального топливного насоса вниз приводом от профилированного кулачка, вращающегося с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, и взаимодействующего с роликом коромысла, операции подачи топлива во время всего цикла подачи топлива плунжером с приводом от коромысла 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 и в надыгольную камеру форсунки, при отсечках подачи топлива после предварительного впрыска, основного впрыска, впрыска после основного, операции подачи топлива от индивидуального топливного насоса на слив через индивидуальный клапан регулирования высокого давления во время отсечек для формирования требуемого закона давления впрыска и в надыгольную управляющую камеру форсунки, возвращение плунжера в верхнее положение с помощью сжатой пружины на штоке, подачу топлива в подплунжерную полость индивидуального топливного насоса, отличающийся тем, что все операции цикла подачи топлива, включая отсечки, впрыски и их длительность, осуществляют с помощью двухпозиционного клапана с одним наполнительным и одним разгрузочным клапаном с независимо управляемым электромагнитным приводом, перемещение подпружиненного плунжера индивидуального топливного насоса вниз приводом от профилированного кулачка осуществляют с постоянной скоростью, формирование формы давления каждого впрыска и различных оптимальных форм основного впрыска осуществляют с помощью независимо управляемого индивидуального клапана регулирования высокого давления во время всего цикла подачи топлива, для этого устанавливают определенное значение проходного сечения гидроразгруженного клапана в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления до начала основного впрыска и во время основного впрыска и получают требуемое значение давления предварительного впрыска, устанавливают длительность предварительного впрыска для различных форм основного впрыска, корректируют в сторону уменьшения проходное сечение гидроразгруженного клапана на индивидуальном клапане регулирования высокого давления и в сторону увеличения давление в форсунке в момент начала предварительного впрыска до начала основного для компенсации провала давления при начале поднятия иглы при предварительном впрыске, реализуют предварительный впрыск, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, перед началом основного впрыска ступенчатой формы формируют в начале основного впрыска требуемое давление первой ступеньки основного впрыска при ступенчатом основном впрыске при открытом на определенную величину гидроразгруженном клапане в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления и формируют вторую ступень давления основного впрыска при максимально закрытом гидроразгруженном клапане в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления в течение основного впрыска, реализуют основной впрыск ступенчатой формы, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, увеличивают проходное сечение гидроразгруженного клапана в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления для формирования убывающего давления впрыска после основного, во время отсечки после основного впрыска ступенчатой формы, прикрывают гидроразгруженный клапан во время начала впрыска после основного для компенсации провала давления при начале поднятия иглы, реализуют впрыск после основного, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, при реализации трапецеидального закона основного впрыска, закрывают гидроразгруженный клапан в момент начала первой фазы основного впрыска или несколько ранее и уменьшают проходное сечение гидроразгруженного клапана в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления до нуля на некоторое время для обеспечения нарастания давления в форсунке до максимального и начинают основной впрыск, начинают впрыск одновременно с закрытием до нуля гидроразгруженного клапана, обеспечивают к моменту открытия клапана управления форсункой некоторое нарастание давления в его первой фазе и начальную форму трапецеидального впрыска в виде резкого нарастания подачи топлива в его первой фазе, в первой фазе трапецеидального впрыска продолжают увеличивать давление впрыска при закрытом гидроразгруженном клапане и продолжают увеличивать подачу пропорционально росту давления, открывают в течение второй фазы основного впрыска гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления до определенной величины проходного сечения для формирования ступеньки постоянного максимального давления в форсунке, обеспечивают верхнюю ступеньку трапецеидального впрыска, открывают во время основного впрыска дополнительно гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления после сформированной ступеньки максимального давления до определенной величины проходного сечения для снижения давления перед впрыском после основного, реализуют уменьшение давления до определенной величины, примерно равной давлению первой фазы, реализуют третью фазу трапецеидального впрыска по давлению и форме впрыска топлива, реализуют во время отсечки четвертую фазу трапецеидального впрыска, в итоге реализуют основной впрыск трапецеидальной формы, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, а затем опять во время отсечки после основного впрыска трапецеидальной формы уменьшают проходное сечение гидроразгруженного клапана в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления для формирования возрастающего давления для впрыска после окончания основного впрыска трапецеидальной формы, прикрывают гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления во время начала впрыска после основного впрыска трапецеидальной формы для компенсации провала давления при начале поднятия иглы, реализуют впрыск после основного, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, при треугольном основном впрыске закрывают гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления на время основного впрыска одновременно или немного раньше начала основного впрыска до определенной величины его проходного сечения и обеспечивают нарастание давления основного впрыска до максимального, одновременно начинают основной впрыск, а заканчивают основной впрыск при максимальном давлении в форсунке, обеспечивают в момент поднятия иглы прямой фронт нарастания подачи топлива и затем изменение подачи пропорционально давлению, реализуют основной впрыск, его начало и окончание независимо управляемым электрогидравлическим клапаном с заданной длительностью, открывают в конце основного впрыска треугольной формы гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления на время отсечки после основного впрыска до определенной величины проходного сечения и обеспечивают снижение давления перед реализацией впрыска после основного треугольной формы, прикрывают гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления во время начала впрыска после основного для компенсации провала давления при начале поднятия иглы, реализуют впрыск после основного, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном, при реализации основного впрыска прямоугольной формы закрывают гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления сразу после предварительного впрыска, уменьшают проходное сечение клапана до нуля, обеспечивают нарастание давления перед основным впрыском до максимального, открывают на определенную величину гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления и обеспечивают определенное проходное сечение во время основного впрыска, создают ступеньку максимального давления и одновременно начинают основной впрыск, обеспечивают прямоугольный впрыск топлива при постоянном максимальном давлении, реализуют основной впрыск, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном во время отсечки после основного впрыска прямоугольной формы, увеличивают проходное сечение гидроразгруженного клапана в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления для формирования давления для впрыска после основного по убывающему закону, прикрывают гидроразгруженный клапан в независимо управляемом индивидуальном клапане регулирования высокого давления во время начала впрыска после основного для компенсации провала давления при начале поднятия иглы, реализуют впрыск после основного, его начало и окончание с заданной длительностью независимо управляемым электрогидравлическим клапаном.

2. Устройство для управления подачей топлива, включающее форсунку с подпружиненной иглой, выполненной с возможностью перемещения из одного крайнего положения в другое с помощью привода с возможностью регулирования длительности впрыска, распылитель с одним уровнем отверстий, индивидуальный клапан регулирования высокого давления для каждой форсунки, индивидуальный топливный насос для каждой форсунки с приводом от кулачкового вала, соединенный кинематически с коленчатым валом, отличающееся тем, что устройство снабжено электронным блоком управления, электрогидравлическим приводом с двухпозиционным клапаном для каждой форсунки, электрогидравлический привод электрически соединен с электронным блоком управления и соединен через якорь с двухпозиционным клапаном управления иглой, наполнительный клапан соединен с подплунжерной полостью каждого индивидуального топливного насоса и через канал в теле форсунки с кольцевой полостью с пружиной, взаимодействующей с иглой, разгрузочный клапан соединен со сливом, гидравлический канал высокого давления соединен с кольцевой полостью и кольцевой проточкой и через нее с отверстиями для впрыска, каждый индивидуальный клапан высокого давления выполнен с пьезоприводом, который электрически соединен с электронным блоком управления и механически соединен через мультипликатор перемещения с подпружиненным гидроразгруженным клапаном, вход гидроразгруженного клапана соединен с подплунжерной полостью, а выход с общей для всех форсунок магистралью для слива топлива, каждый индивидуальный топливный насос снабжен кулачком с поверхностью, обеспечивающей постоянство скорости перемещения плунжера, топливоподкачивающий насос соединен через индивидуальный клапан регулирования высокого давления с подплунжерной полостью во время всасывания топлива, каждая форсунка соединена с подплунжерной полостью каждого индивидуального топливного насоса и с общей магистралью для слива топлива.