СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА Российский патент 2017 года по МПК F02M61/16 F02M47/02 F02D7/00 F02M45/08 

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 и 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, с. 61-75, авторы С.А. Богачев, Ю.Е. Хрящев).

Этот способ управления подачей топлива в форсунках с одним уровнем отверстий, 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 нагнетательного и разгрузочного клапанов, управляемых одним золотником и его приводом, который может быть соленоидным, пьезоприводом или механическим 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, которые не позволяют его использовать для форсунок с двумя и более уровнями отверстий для впрыска.

Работа двух клапанов осуществляется последовательно во времени и в противофазе.

Перечисленные операции реализуются на форсунках с одним уровнем отверстий, а игла является свободной, неподпружиненной и перемещается независимо от двухпозиционного клапана.

Реализации способа управления в системах подачи топлива с двумя уровнями отверстий потребуется повторение перечисленных операций как для первого, так и для второго уровней отверстий.

Недостатком в реализации способа и его операций является то, что для применения его в форсунках с двумя уровнями отверстий требуется два двухпозиционных клапана, которые могут управляться только независимо и, следовательно, потребуют два независимых привода и усложнения конструкции системы подачи топлива.

Способ не позволяет прекращать подачу топлива под высоким давлением под запирающие элементы при отсечке.

Из уровня техники известно устройство управления подачей топлива (прототип) в двигатель внутреннего сгорания (Электрогидравлическая форсунка с двухпозиционным клапаном. Известия вузов Машиностроение. – 2002. - №2. с. 61-75, 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, улучшение подачи топлива за счет формирования крутых фронтов подачи с минимизацией потерь при переходных процессах. Кроме того, игла перемещается независимо от перемещения двухпозиционного клапана.

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

Недостатком устройства является то, что для применения его в форсунках с двумя уровнями отверстий требуется два двухпозиционных клапана, которые могут управляться только независимо и, следовательно, потребуют два независимых привода и усложнения конструкции системы подачи топлива.

Кроме того, устройство не позволяет управлять впрыском через два и более уровней отверстий с помощью одного привода, что также существенно ограничивает его возможности.

Устройство не позволяет прекращать подачу топлива под высоким давлением под запирающие элементы при отсечке. Это снижает надежность запирания форсунки, ибо при отсечке под запирающие элементы подается максимальное давление, которое к тому же складывается с давлением газов в цилиндрах.

На частичных режимах надежность запирания может снизиться до недопустимых значений, что приведет к прорыву газов под запирающие элементы.

Целью изобретения является улучшение динамики подачи топлива и 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 топливо от камеры над иглой через открытый второй механический клапан и перемещение иглы в верхнее положение при впрыске, перемещение иглы в крайнее нижнее положение, согласно заявленному изобретению, осуществляют подачу топлива через два уровня отверстий, для этого осуществляют, как минимум, один предварительный впрыск до как минимум одного основного и как минимум один впрыск после как минимум одного основного через отверстия первого уровня, при этом на каждом предварительном впрыск и на каждом впрыске после основного перемещают в верхнее крайнее положение механическим путем шток первого и третьего механических клапанов с помощью кулачков с микропрофилями с заданной одинаковой высотой, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих с пластиной, кинематически соединенной с первыми третьим механическими клапанами, открывают одновременно первый и третий механические клапаны, подают топливо через канал, перекрываемый третьим клапаном, при каждом впрыске от гидравлического аккумулятора высокого давления под иглу и в камеру над иглой, отводят топливо из камеры над иглой и от гидравлического аккумулятора высокого давления по каналу, перекрываемому первым механическим клапаном, в гидроаккумулятор низкого давления во время открытия первого механического клапана, 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 штоки первого и третьего механических клапанов в верхнем положении механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной и одинаковой высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины на время длительности каждого предварительного впрыска и каждого впрыска после основного через отверстия первого уровня, после окончания каждого предварительного впрыска, и каждого впрыска после основного через отверстия первого уровня, перемещают шток первого и третьего механических клапанов в крайнее нижнее положение с помощью пружины и удерживают его в крайнем нижнем положении во время каждой отсечки, прекращают подачу топлива в гидравлический аккумулятор низкого давления через канал, перекрываемый первым механическим клапаном, прекращают подачу топлива от гидравлического аккумулятора высокого давления через канал, перекрываемый третьим механическим клапаном под иглу, подают топливо от гидравлического аккумулятора высокого давления в камеру над иглой, перемещают иглу в крайнее нижнее положение за счет разности площадей над и под иглой и удерживают ее гидравлическим путем на время длительности каждой отсечки, осуществляют как минимум один основной впрыск через отверстия первого уровня и второго уровней и на каждом основном впрыске перемещают механическим путем сначала штоки первого и третьего механических клапанов с помощью кулачка с микропрофилем с заданной высотой, большей высоты микропрофилей для реализации предварительного и впрыска после основного, взаимодействующих с пластиной, кинематически соединенной с первым и третьим механическими клапанами, открывают первый и третий механические клапаны, подают при каждом основном впрыске топливо под высоким давлением от гидравлического аккумулятора высокого давления под иглу через канал, перекрываемый третьим механическим клапаном, и в камеру над иглой, через канал, перекрываемый первым механическим клапаном, отводят топливо из камеры над иглой и от гидравлического аккумулятора высокого давления в гидроаккумулятор низкого давления и начинают впрыск через первый уровень отверстий, после некоторого перемещения первого и третьего механических клапанов перемещают одновременно с первым второй механический клапан, кинематически связанный с первым, в верхнее крайнее положение, открывают канал, перекрываемый вторым механическим клапаном, между управляющей камерой над втулкой и гидроаккумулятором низкого давления и отводят топливо из камеры над втулкой в гидроаккумулятор низкого давления, перемещают одновременно с третьим механическим клапаном четвертый механический клапан, кинематически связанный с третьим, в верхнее крайнее положение, открывают канал, перекрываемый четвертым механическим клапаном, соединяющий гидравлический аккумулятор высокого давления с камерой под втулкой, подают топливо под высоким давлением под втулку, во время открытия второго и четвертого механических клапанов, перемещают втулку в крайнее верхнее положение за счет разности давлений над и под втулкой, начинают впрыск через отверстия второго уровня, удерживают втулку в верхнем положении при подаче топлива в цилиндр за счет давления топлива под втулкой, удерживают штоки первого, второго, третьего и четвертого механических клапанов в верхнем положении механическим путем при взаимодействии микропрофиля с большей высотой, чем при предварительном впрыске с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины на время длительности основного впрыска через отверстия первого и второго уровней, после окончания основного впрыска топлива через отверстия первого и второго уровней уровня, перемещают штоки первого, второго, третьего и четвертого механических клапанов в крайнее нижнее положение с помощью пружин и удерживают их в крайнем нижнем положении во время каждой отсечки, прекращают подачу топлива в гидравлический аккумулятор низкого давления через первый и второй механические клапаны, прекращают подачу топлива через третий и четвертый механические клапаны от гидроаккумулятора высокого давления под иглу и втулку, подают топливо от гидравлического аккумулятора высокого давления в управляющие камеры над иглой и втулкой, перемещают иглу и втулку в крайнее нижнее положение за счет разности площадей над и под иглой и втулкой и удерживают их в крайнем нижнем положении гидравлическим путем на время длительности каждой отсечки после основного впрыска, подают топливо во время всех отсечек из аккумулятора высокого давления в аккумулятор низкого давления и через него в топливный насос высокого давления, перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями, управляющих 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 пластины вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность каждого впрыска.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления подачей топлива, включающее 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, согласно заявленному изобретению, форсунка выполнена гидравлической с иглой и втулкой, соосной игле, и с двумя уровнями отверстий, устройство снабжено четырьмя управляющими механическими клапанами со штоками, гидравлическим аккумулятором низкого давления, мультипликатором перемещения, быстродействующим реверсивным механическим приводом, камера управления над иглой каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления через канал, перекрываемый первым механическим клапаном, камера управления над втулкой каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления через канал, перекрываемый вторым механическим клапаном, второй механический клапан выполнен подпружиненным с возможностью совместного перемещения в верхнее крайнее положение с первым механическим клапаном на верхнем участке перемещения за счет кинематической связи между первым и вторым механическими клапанами, камера управления под иглой каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором высокого давления через канал, перекрываемый третьим механическим клапаном, камера управления под втулкой каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором высокого давления через канал, перекрываемый четвертым механическим клапаном, четвертый механический клапан выполнен подпружиненным с возможностью совместного перемещения в верхнее крайнее положение с третьим механическим клапаном на верхнем участке перемещения за счет кинематической связи между третьим и четвертым механическими клапанами, первый и третий механические клапаны соединены рычагом со штоком 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 с как минимум одним скосом, выпуклой части пластины, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом с как минимум одним профилированным кулачком на нем с как минимум двумя микропрофилями одинаковой высоты для реализации предварительного впрыска и впрыска после основного через отверстия первого уровня и как минимум одним микропрофилем большей высоты, чем высота микропрофилей для реализации предварительного впрыска и впрыска после основного, расположенного между этими микропрофилями на как минимум одном кулачке, для реализации основного впрыска через отверстия первого и второго уровней, микропрофили выполнены с набегающей кромкой, параллельной оси иглы форсунки и со сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности конца пластины, при регулировании длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения, вдоль оси штока, соединенного напрямую или через мультипликатор перемещения со штоком, с которыми соединен первый и третий механические клапаны, а через них второй и четвертый механические клапаны, кинематически связанные с первым и третьим в верхней части перемещения, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы и втулки при регулировании длительности впрыска и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина.

Устройство для реализации способа иллюстрируется чертежами:

на фиг.1 показана форсунка (продольный разрез) и четыре механических клапана для управлениями подачей топлива на двух уровнях с коническими запирающими поверхностями седел, соединенные с быстродействующим реверсивным механическим приводом (БРМП) через мультипликатор перемещения (МП) с подпружиненным штоком на выходе;

на фиг.2 показана кинематическая схема БРМП с линейным перемещением механических клапанов, кинематически соединенных с пластиной, 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 разной высоты для реализации предварительного впрыска, основного впрыска и впрыска после основного, 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 часть кинематической схемы БРМП с линейным перемещением пластины 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 для управления подачей топлива через два уровня отверстий, гидравлическим аккумулятором высокого давления (ГАВД), форсункой и гидравлическим аккумулятором низкого давления (ГАНД).

Устройство на фиг.1 состоит: из корпуса 1 с распылителем, с отверстиями 2 первого уровня для впрыска топлива, отверстиями 3 второго уровня для впрыска топлива, иглы 4, кольцевой проточки 5 в игле 4, кольцевой камеры 6 в корпусе форсунки 1 для управления иглой 4; камеры управления 7 над иглой 4, каналов 8 для подвода топлива от гидроаккумулятора высокого давления (ГАВД) к камере управления 7 над иглой 4 и под иглу 4; канала 9 для отвода топлива от камеры управления 7 над иглой в гидроакумулятор низкого давления (ГАНД); втулки 10, кольцевой проточки в корпусе 11 для подвода топлива под втулку, кольцевой камеры 12 в теле форсунки 1 под втулкой 10 для подвода топлива высокого давления под втулку 10 и ее дополнительную дифференциальную площадку; камеры управления 13 над втулкой 10; каналов 14 для подвода топлива под высоким давлением в камеру управления 13 над втулкой 10 и под втулку; канала 15 для отвода топлива от камеры управления над втулкой 10, крышки 16 форсунки 1 с отверстием для штока; штока 17, рычага 18 со штоком 19 первого механического клапана, перекрывающего канал 9 для отвода топлива от камеры управления 7 над иглой 4; штока 20 второго механического клапана с площадкой для пружины (пружина отдельной позицией не показана на фиг.1), перекрывающего канал 15, кинематически соединенный с рычагом 18, штока 21 третьего механического, соединенного жестко с рычагом 18 и перекрывающего канал 8 для подвода топлива от ГАВД (ГАВД на фиг.1 не показан) под иглу 4; штока 22 четвертого механического клапана с площадкой для пружины (пружина отдельной позицией не показана на фиг.1), перекрывающего канал 14, кинематически соединенный с рычагом 18, мультипликатора перемещения 23 (МП 23), соединенного на входе со штоком 17; штока 24 на выходе МП 23, подпружиненного пружиной 25; неподвижной стойки 26.

Устройство на фиг.2 представляет быстродействующий реверсивный механический привод (БРМП) и состоит из: штока 17 на входе МП 23; штока 24 на выходе МП 23, подпружиненного пружиной 25 с упором в стойке 26; пластины 27 со шлицами 28 и выпуклым концом 29 (ВП 29) со скосом, соединенной со штоком 24 для перемещения ее вдоль оси иглы и в плоскости, перпендикулярной оси иглы 4; кулачка 30 на валу 31 с микропрофилями с набегающей кромкой, параллельной оси кулачка 31 и сбегающей кромкой, параллельной скосу ВП29; микропрофиля 32 для реализации предварительного впрыска (ПВ) через первый уровень отверстий; микропрофиля 33 большей высоты, чем микропрофиль 32 для реализации ПВ для реализации основного впрыска (ОВ) большей длительности через первый и второй уровни отверстий; микропрофиля 34 для реализации впрыска после основного (ВПО) через первый уровень отверстий с высотой микропрофиля34, равной высоте микропрофиля 32.

Устройство на фиг.3 представляет быстродействующий реверсивный механический привод (БРМП) и состоит из: штока 17 на входе МП 23; штока 24 на выходе МП 23, подпружиненного пружиной 25 с упором в стойке 26; пластины 27 со шлицами 28 и выпуклым концом 29 (ВП29) со скосом, соединенной со штоком 24 для перемещения ее вдоль оси иглы 4 и втулки 10 в плоскости, перпендикулярной оси иглы 4 и втулки 10.

Устройство на фиг.4 состоит: из топливного бака 35, соединенного трубопроводом 36 с топливоподкачивающим насосом 37; трубопровода 38, которым топливоподкачивающий насос 37 соединен с топливным насосом высокого давления 39 (ТНВД 39); трубопровода 40, который соединяет гидравлический аккумулятор высокого давления 41 (ГАВД 41) с клапаном регулирования высокого давления 42 (КРВД42); ГАВД 41 соединен трубопроводом 43 высокого давления с форсункой 1; трубопроводов 44 и 45, соединяющих форсунку 1 и ГАВД 41 с гидроаккумулятором низкого давления 46 (ГАНД46)с клапаном регулирования давления 47 (КРД 47); трубопровода 48, соединяющего ГАНД 46 со входом ТНВД 39.

Работа устройства, реализующего способ

Устройство реализует как минимум три впрыска: предварительный впрыск (ПВ), основной впрыск (ОВ), впрыск после основного (ВПО).

При этом ПВ и ВПО осуществляются при помощи микропрофилей 32 и 34 одинаковой высоты, взаимодействующих с пластиной 27 при реализации впрыска через первый уровень отверстий.

Основной впрыск осуществляется при помощи микропрофиля 33 с высотой, большей высоты микропрофилей 32 и 34, взаимодействующего с пластиной 27 при реализации через второй уровень отверстий 3 одновременно с впрыском через первый уровень отверстий 2.

Работа устройства при реализации ПВ и ВПО при меньших высотах микропрофилей 32 и 34 и впрыске топлива только через первый уровень отверстий 2.

При наличии пружины 25 (фиг.2, фиг.3) БРМП работает следующим образом. Перемещение пластины 27 вверх при реализации ПВ и ВПО осуществляется при повороте кулачка 30 на валу 31, кинематически соединенного с коленчатым валом, для осуществления ПВ при механическом взаимодействии микропрофиля 32 с пластиной 27; для осуществления ВПО при механическом взаимодействии микропрофиля 34 с пластиной 27.

Растягивается пружина 25, в которой запасается потенциальная энергия. Вместе с пластиной 27 перемещается шток 24. Через МП 23 перемещается шток 17 с рычагом 18 и штоком 19 первого механического клапана, перекрывающего канал 9 для отвода топлива в ГАНД 46 по трубопроводу 44, также штоком 21 третьего механического клапана, перекрывающего канал для подвода топлива под иглу 4 через кольцевую камеру 6 и кольцевую проточку 5.

Рычаг 18 при этом вплотную подходит к площадке штока 20 второго механического клапана, подпружиненного пружиной (пружина отдельной позицией не показана на фиг.1), но не воздействует на нее и не перемещает шток 20 при реализации ПВ и ВПО.

Рычаг 18 при этом также вплотную подходит к площадке штока 22 четвертого механического клапана подпружиненного пружиной (пружина отдельной позицией не показана на фиг.1), но не воздействует на нее и не перемещает шток 20 при реализации ПВ и ВПО.

Микропрофили 32 и 34 выполнены меньшей высоты для ПВ и ВПО и они отжимают пластину 27 и, следовательно, шток 17 с рычагом 18 только на высоту достаточную для перемещения штока 17 и открытия первого механического клапана со штоком 20 и канала 9, соединяющего управляющую камеру 7 над иглой 4 и ГАНД 46 через трубопровод 44, при реализации ПВ и ВПО через первый уровень отверстий 2, а также для открытия третьего механического клапана со штоком 22 и канала 8, соединяющего ГАВД с кольцевой камерой 6, кольцевой проточкой 5 и через них с подыгольной камерой иглы 4.

Канал 9 открывается и топливо из камеры управления 7 над иглой 4 поступает по каналу 9 в теле форсунки и трубопроводу 44 в ГАНД 46. Канал 8 открывается и топливо от ГАВД поступает по каналу 8 в теле форсунки и через кольцевую камеру и кольцевую проточку 5 под иглу 4 и перемещает ее в верхнее крайнее положение. Перемещение иглы 4 вверх сопровождается вытеснением топлива из камеры управления 7 над иглой 4 и началом впрыска через отверстия 2 первого уровня при осуществлении ПВ и ВПО.

После перемещения пластины 27, а вместе с нею и первого механического клапана со штоком 19 в верхнее положение для ПВ и для ВПО начинаются впрыски. Между площадками штоков 20 и 22 и рычагом 18 имеется зазор, который выбирается полностью при движении штока 17 и рычага 18 во время ПВ и ВПО. Но при этом штоки 20и 22 второго и четвертого механических клапанов механического клапана не захватываются рычагом 18 при его движении верх и впрыск через отверстия 3 второго уровня не происходит.

Топливо поступает при каждых как минимум двух впрысках ПВ и ВПО от ГАВД 41 по трубопроводу 43 (фиг.4), каналам 8 в камеру 7 над иглой 4 и под иглу 4 через кольцевую камеру 6 и кольцевую проточку 5.

Игла 4 перемещается вверх из-за разности давлений под иглой 4 и давления над иглой 4 и, следовательно, в ГАНД 46, которое устанавливается с помощью КРД 47 и которое значительно ниже давления в ГАВД 41.

Давление в топливной системе не падает до нулевого. Топливо поступает в ГАНД 46 под некоторым давлением и не падает ниже давления, задаваемого КРД 47, которое является переменным и определяется режимом работы. Это улучшает экономичность форсунки.

Микропрофили 32 при ПВ и 34 при ВПО поочередно взаимодействуют с ВП 29 постоянного радиуса. Поэтому во время ПВ и ВПО первый механический клапан со штоком 19 находится в крайнем верхнем положении.

Длительность каждого впрыска определяется длиной ВП 29 и длиной поверхности каждого из микропрофилей 32 при ПВ и 34 при ВПО. Эта длительность различается по назначению впрыска.

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

ВПО реализуется также с малой длительностью необходимой для дожигания топлива из основного впрыска. Во всех случаях длительность впрыска регулируемая.

После взаимодействия микропрофиля 32 при ПВ и микропрофиля 34 при ВПО с заданной длиной с ВП 29, микропрофили 32 и 34 выходят из этого взаимодействия с ВП 29.

Впрыски ПВ и ВПО заканчиваются, когда сбегающие кромки микропрофилей 32 и 34, параллельные скосу ВП 29 уходят из контакта с ВП 29.

Параллельность сбегающих кромок микропрофилей 32 и 34 линии скоса ВП 29 необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофили 32 и 34 распределялись равномерно вдоль сбегающих кромок микропрофилей 32, 34 и скосов ВП 29 пластины 27.

При этом для каждого из впрысков ПВ и ВПО после их окончания сжимается пружина 25, возвращает шток 24, а через МП 23 и шток 17 в крайнее нижнее положении, а вместе с ним рычаг 18, штоки 19 и 21 первого и третьего механических клапанов в крайнее нижнее положение. Мультипликатор МП 23 позволяет выбрать большими размеры микропрофилей 32, 33, 34 и снизить механические нагрузки на них.

Штоком 19 первого механического клапана закрывается канал 9 и топливо перестает поступать из камеры 7 по каналу 9 трубопроводу 44 в ГАНД 46.

Штоком 21 третьего механического клапана закрывается канал 8 и топливо от ГАВД41 перестает поступать под иглу 4 при отсечке.

Топливо поступает по каналу 8 от ГАВД 41 в камеру управления 7 над иглой 4. Игла 4 перемещается вниз на седло за счет разности площадки сверху иглы 4 и дифференциальных площадок снизу иглы 4.

Кроме того, при каждой отсечке топливо через КРВД 42 гидравлического аккумулятора высокого давления 41, трубопроводу 45 поступает в ГАНД 46 и по трубопроводу 48 в ТНВД 39, не нарушая тем самым процесса работы ГАВД 41 и ТНВД 39 после заполнения камеры управления 7 над иглой 4.

Работа устройства при реализации ОВ через первый и второй уровни отверстий 2 и 3.

ОВ впрыск реализуется впрыском топлива через второй уровень отверстий 3 в промежутке между ПВ и ВПО одновременно с впрыском топлива через первый уровень отверстий 2. Доля топлива, которое впрыскивается через второй уровень отверстий 3 намного больше доли топлива, которое впрыскивается за время основного впрыска через отверстия первого уровня из-за большой разницы в диаметрах отверстий для впрыска первого уровня и второго уровня.

Перемещение пластины 27 вверх при реализации ОВ осуществляется при повороте кулачка 30 на валу 31, кинематически соединенного с коленчатым валом для осуществления ОВ при механическом взаимодействии микропрофиля 33 с пластиной 27. Растягивается пружина 25, в которой запасается потенциальная энергия. Вместе с пластиной 27 перемещается шток 24. Через МП 23 перемещается шток 17 с рычагом 18 и штоком первого механического клапана 19, перекрывающего канал 9 для отвода топлива в ГАНД 46 по трубопроводу 44. Канал 9 открывается и топливо из камеры управления 7 над иглой поступает по каналу 9 и трубопроводу 44 в ГАНД 46.

Перемещается шток 21 третьего механического клапана, открывается канал 8, топливо от ГАВД 41 поступает под иглу 4 через кольцевую камеру 6 и кольцевую проточку 5.

Игла 4 и перемещается вверх из-за разности давлений под иглой 4 и давления над иглой 4 и в ГАНД 46, которое устанавливается с помощью КРД 47 и которое значительно ниже давления ГАВД 41. Начинается впрыск части топлива, как малой части ОВ, через отверстия 2 первого уровня Длительность этого впрыска равна длительности основного впрыска.

ОВ осуществляется с максимальной длительностью, необходимой для подачи требуемого количества топлива в цилиндр для реализации требуемой мощности. При взаимодействии пластины 27 с микропрофилем 33 с большей высотой пластина 27, шток 24, шток 17 с рычагом 18 и штоками 19 и 21 первого и третьего механических клапанов перемещаются на большую высоту, чем в случае взаимодействия микропрофилей 32 и 34 с пластиной 27.

Поэтому после подъема штока 17 на некоторую высоту рычаг 18, соединенный со штоком 17, захватывает штоки 20, 22 второго и четвертого механических клапанов, воздействует на них механическим путем снизу через площадки штоков 20 и 22, перемещает штоки 20 и 22 в верхнее крайнее положение. Штоки 20 и 22 при перемещении вверх сжимают пружины (пружины на фиг.1 не показаны). В пружинах запасается потенциальная энергия, необходимая для возврата штоков 20 и 22 в исходное положение при отсечке.

Штоком 20 второго механического клапана открывается канал 15 и топливо из камеры управления 13 над втулкой поступает по каналу 15 и трубопроводу 44 в ГАНД 46.

Штоком 22 четвертого механического клапана открывается канал 14 и топливо от ГАВД 41 под высоким давлением поступает под втулку 10 через кольцевую камеру 12 и кольцевую проточку 11.

Одновременно топливо под высоким давлением поступает по каналу 14 в камеру 13 над втулкой 10. Втулка 10 перемещается вверх из-за разности давлений под втулкой 10 и давления в камере управления 13 над втулкой 10 и, следовательно, в ГАНД 46, которое устанавливается с помощью КРД 47 и которое значительно ниже давления ГАВД 41.

Перемещение втулки 10 вверх сопровождается вытеснением топлива из камеры управления 13 над втулкой 10 и началом впрыска через отверстия 3 второго уровня при осуществлении ОВ.

Основной впрыск происходит, таким образом, через два уровня отверстий 2 и 3. При этом через отверстия 3 второго уровня впрыскивается большая часть топлива, поскольку отверстия 3 второго уровня выбраны большего диаметра.

Давление в топливной системе не падает до нулевого. Топливо поступает в ГАНД 46 под давлением и не падает ниже давления, задаваемого КРД 47, которое является переменным и определяется режимом работы. Это улучшает экономичность форсунки.

Микропрофиль 33 при ОВ взаимодействует с ВП29 постоянного радиуса. Поэтому во время ОВ первый, второй, третий, четвертый механические клапаны со штоками 19, 20, 21, 22 находятся в крайнем верхнем положении.

Длительность каждого впрыска определяется длиной ВП 29 и длиной поверхности микропрофиля 33 при ОВ. Эта длительность различается по назначению впрыска.

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

После взаимодействия каждого микропрофиля 33 при ОВ с заданной длиной с ВП 29, микропрофиль 33 выходит из этого взаимодействия с ВП 29.

Впрыски через отверстия 2 и 3 первого и второго уровня заканчиваются, реализуя основной впрыск, когда сбегающая кромка микропрофиля 33, параллельная скосу ВП29, уходят из контакта с ВП29.

При этом для каждого ОВ после его окончания разжимается пружина 25, возвращает шток 24, а через МП 23 и шток 17 в крайнее нижнее положении, а вместе с ним рычаг 18 и штоки 19 и 21 первого и третьего механических клапанов в крайнее нижнее положение.

Пружины клапанов со штоками 20 и 22 возвращают штоки 20, 22 второго и четвертого механических клапанов в крайнее нижнее положение.

Между площадками штоков 20 и 22 второго и четвертого механических клапанов и рычагом 18 снова образуется зазор, который выбирается только при движении штока 17 и рычага 18 вверх во время основного впрыска.

Штоком 19 первого механического клапана закрывается канал 9 и топливо перестает поступать из камеры 7 по каналу 9 трубопроводу 44 в ГАНД 46. Топливо поступает по каналу 8 от ГАВД 41 в камеру управления 7 над иглой 4. Игла 4 перемещается вниз на седло за счет разности площадки сверху иглы 4 и дифференциальных площадок снизу иглы 4.

Штоком 20 второго механического клапана закрывается канал 15 и топливо перестает поступать из камеры 13 по каналу 15 трубопроводу 44 в ГАНД 46.

Штоком 21 третьего механического клапана закрывается канал 8 и топливо перестает поступать от ГАВД 41 под иглу 4 через кольцевую камеру 6 и кольцевую проточку 5. Топливо поступает по каналу 8 от ГАВД 41 в камеру управления 7 над иглой 4. Игла 4 перемещается вниз на седло за счет разности площадки сверху иглы 4 и дифференциальных площадок снизу иглы 4. Отсечка происходит при отсутствии давления на иглу 4 снизу. Фиксация иглы 4 на упоре более надежна, особенно при реализации частичных режимов.

Штоком 22 четвертого механического клапана закрывается канал 14 и топливо перестает поступать от ГАВД 41 под втулку 10 через кольцевую камеру 12 и кольцевую проточку 11. Вместе с тем топливо поступает по каналу 8 от ГАВД 41 в камеру управления 13 над втулкой 10. Втулка 10 перемещается вниз на седло за счет разности площадки сверху втулки 10 и дифференциальных площадок снизу втулки 10. Отсечка происходит при отсутствии давления на втулку 10 снизу. Фиксация втулки 10 на упоре более надежна, особенно при реализации частичных режимов.

Происходит отсечка подачи топлива через второй уровень отверстий 3 при основном впрыске.

Кроме того, при каждой отсечке топливо через КРВД 42 и трубопроводу 45 поступает в ГАНД 46, а из него через КРД 47 и по трубопроводу 48 в ТНВД 39, не нарушая тем самым процесса работы ГАВД 41 и ТНВД 39 после заполнения камеры управления 13 над втулкой 10.

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

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

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 27 с ВП29 со скосом по шлицам 28, соединенной с пластиной 27, относительно штока 24. Перемещение пластины 27 по шлицам 28 в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к плоскости штока 24 или 17 будет изменять длину ВП 29 (фиг.3) пластины 27, взаимодействующей с микропрофилями 32, 33, 34, а следовательно, время всех впрысков.

Так реализуются частичные режимы. При частичных режимах увеличивается длительность отсечек и, следовательно, снижается КПД форсунок.

Время впрыска будет тем меньше, чем меньше длина изогнутого конца ВП 29 пластины 27. Перемещение пластины 27 вдоль оси вала с профилированными кулачками с микропрофилями 32, 33, 34, осуществляется как вручную, так и с помощью любого автоматического привода. Чем больше частота вращения, тем меньше время взаимодействия и, следовательно, впрыска.

Характерной особенностью устройства является то, что время впрыска, регулируемое или нерегулируемое, изменяется автоматически в зависимости от частоты вращения. Поэтому предлагаемое устройство применимо на всех типах дизелей с разной мощностью и с разной частотой вращения.

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. Устройство, реализующее способ может быть выполнено и без мультипликатор а перемещений МП 16 для некоторых типов дизелей.

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. Достигается заявленная цель изобретения.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложены способ и устройство для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках или мобильном транспорте. Предлагаемое устройство для реализации способа улучшает динамику подачи топлива, повышает индикаторный КПД, реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств. Устройство для управления подачей топлива включает форсунку с иглой 4 без пружины, с несколькими клапанами 19-22 с механическим переключением из одного положения в другое, распылитель 1 с двумя уровнями отверстий 2, 3. Форсунка соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления (ГАНД) через канал 9, перекрываемый первым 19 клапаном. Камера управления 13 над втулкой форсунки соединена с ГАНД через канал 15, перекрываемый вторым 20 клапаном, выполненым подпружиненным с возможностью совместного перемещения в верхнее крайнее положение с первым клапаном. Камера управления 6 под иглой 4 форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором высокого давления (ГАВД) через канал, перекрываемый третьим клапаном 21. Камера управления 12 под втулкой 10 форсунки соединена с ГАВД через канал, перекрываемый четвертым клапаном 22, выполненным подпружиненным с возможностью совместного перемещения в верхнее крайнее положение с третьим клапаном. Механические клапаны 19-22 соединены рычагом 18 со штоком 17 привода, управление которым осуществляется от вала 31, снабженного кулачками 32-34 разного профиля. Каждый из кулачков предназначен для осуществления одного из этапов многостадийного впрыска. 2 н.п. ф-лы, 4 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 топлива от камеры над иглой через открытый второй механический клапан и перемещение иглы в верхнее положение при впрыске, перемещение иглы в крайнее нижнее положение при отсечке, отличающийся тем, что осуществляют подачу топлива через два уровня отверстий, для этого осуществляют как минимум один предварительный впрыск до как минимум одного основного и как минимум один впрыск после как минимум одного основного через отверстия первого уровня, при этом на каждом предварительном впрыске и на каждом впрыске после основного перемещают в верхнее крайнее положение механическим путем шток первого и третьего механических клапанов с помощью кулачков с микропрофилями с заданной одинаковой высотой, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих с пластиной, кинематически соединенной с первым и третьим механическими клапанами, открывают одновременно первый и третий механические клапаны, подают топливо через канал, перекрываемый третьим клапаном, при каждом впрыске от гидравлического аккумулятора высокого давления под иглу и в камеру над иглой, отводят топливо из камеры над иглой и от гидравлического аккумулятора высокого давления по каналу, перекрываемому первым механическим клапаном, в гидроаккумулятор низкого давления во время открытия первого механического клапана, 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 штоки первого и третьего механических клапанов в верхнем положении механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной и одинаковой высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины на время длительности каждого предварительного впрыска и каждого впрыска после основного через отверстия первого уровня, после окончания каждого предварительного впрыска, и каждого впрыска после основного через отверстия первого уровня, перемещают шток первого и третьего механических клапанов в крайнее нижнее положение с помощью пружины и удерживают его в крайнем нижнем положении во время каждой отсечки, прекращают подачу топлива в гидравлический аккумулятор низкого давления через канал, перекрываемый первым механическим клапаном, прекращают подачу топлива от гидравлического аккумулятора высокого давления через канал, перекрываемый третьим механическим клапаном под иглу, подают топливо от гидравлического аккумулятора высокого давления в камеру над иглой, перемещают иглу в крайнее нижнее положение за счет разности площадей над и под иглой и удерживают ее гидравлическим путем на время длительности каждой отсечки, осуществляют как минимум один основной впрыск через отверстия первого уровня и второго уровней и на каждом основном впрыске перемещают механическим путем сначала штоки первого и третьего механических клапанов с помощью кулачка с микропрофилем с заданной высотой, большей высоты микропрофилей для реализации предварительного и впрыска после основного, взаимодействующих с пластиной, кинематически соединенной с первым и третьим механическими клапанами, открывают первый и третий механические клапаны, подают при каждом основном впрыске топливо под высоким давлением от гидравлического аккумулятора высокого давления под иглу через канал, перекрываемый третьим механическим клапаном, и в камеру над иглой, через канал, перекрываемый первым механическим клапаном, отводят топливо из камеры над иглой и от гидравлического аккумулятора высокого давления в гидроаккумулятор низкого давления и начинают впрыск через первый уровень отверстий, после некоторого перемещения первого и третьего механических клапанов перемещают одновременно с первым второй механический клапан, кинематически связанный с первым, в верхнее крайнее положение, открывают канал, перекрываемый вторым механическим клапаном, между управляющей камерой над втулкой и гидроаккумулятором низкого давления и отводят топливо из камеры над втулкой в гидроаккумулятор низкого давления, перемещают одновременно с третьим механическим клапаном четвертый механический клапан, кинематически связанный с третьим, в верхнее крайнее положение, открывают канал, перекрываемый четвертым механическим клапаном, соединяющий гидравлический аккумулятор высокого давления с камерой под втулкой, подают топливо под высоким давлением под втулку, во время открытия второго и четвертого механических клапанов, перемещают втулку в крайнее верхнее положение за счет разности давлений над и под втулкой, начинают впрыск через отверстия второго уровня, удерживают втулку в верхнем положении при подаче топлива в цилиндр за счет давления топлива под втулкой, удерживают штоки первого, второго, третьего и четвертого механических клапанов в верхнем положении механическим путем при взаимодействии микропрофиля с большей высотой, чем при предварительном впрыске с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце пластины на время длительности основного впрыска через отверстия первого и второго уровней, после окончания основного впрыска топлива через отверстия первого и второго уровней, перемещают штоки первого, второго, третьего и четвертого механических клапанов в крайнее нижнее положение с помощью пружин и удерживают их в крайнем нижнем положении во время каждой отсечки, прекращают подачу топлива в гидравлический аккумулятор низкого давления через первый и второй механические клапаны, прекращают подачу топлива через третий и четвертый механические клапаны от гидроаккумулятора высокого давления под иглу и втулку, подают топливо от гидравлического аккумулятора высокого давления в управляющие камеры над иглой и втулкой, перемещают иглу и втулку в крайнее нижнее положение за счет разности площадей над и под иглой и втулкой и удерживают их в крайнем нижнем положении гидравлическим путем на время длительности каждой отсечки после основного впрыска, подают топливо во время всех отсечек из аккумулятора высокого давления в аккумулятор низкого давления и через него в топливный насос высокого давления, перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями, управляющих 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 пластины вдоль скоса при непрерывном управлении и изменяют длительность каждого впрыска.

2. Устройство для управления подачей топлива, включающее форсунки с иглой без пружины, с клапанами с механическим переключением из одного положения в другое, топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, гидравлический аккумулятор высокого давления, соединенные гидравлически, отличающееся тем, что форсунки выполнены гидравлическими с иглой и втулкой, соосной игле, и с двумя уровнями отверстий, устройство снабжено четырьмя управляющими механическими клапанами со штоками, гидравлическим аккумулятором низкого давления, мультипликатором перемещения, быстродействующим реверсивным механическим приводом, камера управления над иглой каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления через канал, перекрываемый первым механическим клапаном, камера управления над втулкой каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором низкого давления через канал, перекрываемый вторым механическим клапаном, второй механический клапан выполнен подпружиненным с возможностью совместного перемещения в верхнее крайнее положение с первым механическим клапаном на верхнем участке перемещения за счет кинематической связи между первым и вторым механическими клапанами, камера управления под иглой каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором высокого давления через канал, перекрываемый третьим механическим клапаном, камера управления под втулкой каждой форсунки соединена с гидравлическим аккумулятором высокого давления через канал, перекрываемый четвертым механическим клапаном, четвертый механический клапан выполнен подпружиненным с возможностью совместного перемещения в верхнее крайнее положение с третьим механическим клапаном на верхнем участке перемещения за счет кинематической связи между третьим и четвертым механическими клапанами, первый и третий механические клапаны соединены рычагом со штоком 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 с как минимум одним скосом, выпуклой части пластины, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом, с как минимум, одним профилированным кулачком на нем с как минимум двумя микропрофилями одинаковой высоты для реализации предварительного впрыска и впрыска после основного через отверстия первого уровня и как минимум одним микропрофилем большей высоты, чем высота микропрофилей для реализации предварительного впрыска и впрыска после основного, расположенного между этими микропрофилями на как минимум одном кулачке, для реализации основного впрыска через отверстия первого и второго уровней, микропрофили выполнены с набегающей кромкой, параллельной оси иглы форсунки и со сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности конца пластины, при регулировании длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения вдоль оси штока, соединенного напрямую или через мультипликатор перемещения со штоком, с которыми соединен первый и третий механические клапаны, а через них второй и четвертый механические клапаны, кинематически связанные с первым и третьим в верхней части перемещения, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы и втулки при регулировании длительности впрыска и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина.