Способ управления подачей топлива и устройство управления подачей топлива
Изобретение относится к способу и устройству для управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей, в частности,на тракторах при выполнении различных технологий в сельском хозяйстве и в дорожном строительстве, при выполнении земляных работ, на судовых, тепловозных, транспортных дизелях. Предлагаемое устройство для реализации способа улучшает динамику подачи топлива, повышает индикаторный кпд, реализует мультивпрыск и регулируемые по длительности впрыски посредством простых механических устройств. Устройство управления подачей топлива, реализующее способ управления подачей топлива, включает форсунку с подпружиненным запирающим элементом, распылителем с одним уровнем отверстий, топливным каналом для подвода топлива высокого давления, топливный насос высокого давления, топливную емкость, топливоподкачивающий насос, соединенные между собой гидравлически, при этом устройство снабжено как минимум одним гидроаккумулятором высокого давления, выход которого соединен с форсункой, игла форсунки соединена механически с быстродействующим реверсивным механическим приводом для ее линейного перемещения, который снабжен как минимум одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой поверхностью на одном конце пластины постоянного радиуса определенной длины выпуклой части, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом с как минимум одним программным профилированным кулачком с как минимум одним микропрофилем на нем с постоянной заданной высотой, заданной длины по окружности кулачка и вдоль оси кулачкового вала для впрыска, или как минимум одним микропрофилем переменной высоты, изменяющимся по заданному закону по длине микропрофиля для впрыска, программные профилированные кулачки с микропрофилями заданной длины постоянной или переменной высотой на кулачковом валу для управления впрыском выполнены с возможностью последовательного взаимодействия сначала с прямой частью пластины при ее перемещении из одного крайнего положения в другое, а затем с выпуклой поверхностью пластины постоянного радиуса при впрысках заданной длительности, выпуклая поверхность как минимум одной пластины выполнена либо с постоянной длиной по окружности кулачка при отсутствии регулирования длительности впрыска с прямыми набегающими и сбегающими краями микропрофилей, параллельными оси вала, либо с переменной со скосом непрерывной по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими краями микропрофилей и косыми сбегающими концами микропрофилей, параллельными скосу выпуклой концевой части или ступенчатой по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими и сбегающими краями микропрофилей, параллельными оси вала, при регулировании длительности впрыска каждая пластина выполнена с возможностью перемещения вдоль оси штока и иглы и соединена при этом напрямую или через мультипликатор перемещения с подпружиненным штоком и через него с иглой форсунки, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы и штока, при регулировании длительности впрыска и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
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, 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 (прототип) подачи топлива в цилиндры дизеля (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Ред. Орлин А.С., Круглов М.Г. - М.: Машиностроение. - 1990. - С.133…136), заключающийся в том, что во время цикла подачи подают топливо под подпружиненную иглу в цилиндр через распыливающие отверстия при превышении давления топлива над силой пружины и производят отсечку топлива при превышении силы пружины над давлением топлива, количество подаваемого топлива изменяют поворотом плунжера через рейку топливного насоса за счет изменения объема вытесняемого топлива при постоянной длительности впрыска.
Этот способ не позволяет разделить процессы нагнетания и впрыска, которые протекают одновременно, как это имеет место в системах CommonRail.
Этот способ не позволяет регулировать длительность впрыска цилиндрах, не позволяет производить несколько впрысков, сильно сужает возможности по улучшению параметров впрыска, снижению токсичности отходящих газов, улучшению экологических параметров при сжигании топлива, не обеспечивает качественное распыливание и качественное смесеобразование.
Способ не позволяет управлять иглой напрямую механическим путем с помощью кулачков с микропрофилями.
Способ не позволяет подавать топливо в форсунку от гидроаккумулятора высокого давления и достигать высоких показателей по экологичности при сжигании топлива.
Известны из уровня техники (Л.В. Грехов, Н.А. Иващенко, В.А Марков. Топливная аппаратура и системы управления дизелей. - Москва: Легион. Автодата. - 2004, с.101-131) системы с гидравлическими аккумуляторами, включающие в себя систему управления клапаном с помощью соленоидного привода или пьезопривода, причем клапан соединяет камеру над иглой со сливом, гидроаккумулятор высокого давления, топливный насос высокого давления, подпружиненную иглу.
В них процессы нагнетания и впрыска протекают раздельно. Предварительно топливо под высоким давлением нагнетается насосом в аккумулятор, из которого поступает к форсункам. Эта система обеспечивает качественное распыливание и смесеобразование в широком диапазоне нагрузок дизеля. Современные дизели используют технологию с управлением электромагнитными клапанами форсунок от микропроцессорного устройства. Система впрыска Common Rail представляет систему впрыска топлива для дизельных двигателей с аккумулятором высокого давления. Термин «Common Rail» означает «общая балка или рампа» и служит для обозначения общей топливной рампы (аккумулятора давления) для всех форсунок ряда цилиндров. В системе впрыска Common Rail могут использоваться пьезоэлектрические форсунки.
Управление форсунками осуществляется также исполнительным механизмом-клапаном, основанном на использовании пьезоэлемента. Скорость переключения такого механизма во много раз выше, чем у форсунки с электромагнитным клапаном. Кроме того, масса подвижной иглы у распылителя пьезоэлектрической форсунки примерно на 75% меньше, чем у форсунки с электромагнитным приводом.
Это обеспечивает пьезоэлектрическим форсункам следующие преимущества: короткое время переключения, возможность произвести несколько впрысков в течение рабочего такта, точность дозировки впрыска. В настоящее время подавляющее большинство производителей дизельных двигателей используют аппаратуру Common Rail ввиду того, что предыдущие поколения топливных аппаратур не в состоянии обеспечить современные жесткие экологические требования.
Пьезофорсунки для функционирования требуют отдельных источников питания и сложную микропроцессорную систему управления. Кроме того, высокая цена пьезофорсунок сдерживает их широкое применение.
Однако пьезофорсункам может быть альтернатива в виде новых механических систем управления при условии, что они будут равны по техническим и экологическим возможностям или будут превосходить их. При этом стоимость и технологичность, надежность в эксплуатации будут намного выше.
Превосходства новых механических форсунок над пьезофорсунками можно добиться, если новые форсунки с механическим управлением будут содержать элементы системы Common Rail, которые обеспечат раздельное протекание процессов нагнетания и впрыска, а также механическое управление длительностью впрыска и мульти впрыск.
Из уровня техники известно устройство (Погуляев Ю.Д., Наумов В.Н. Управление подачей топлива с непрерывным регулированием длительности впрыска ААИ №2. - 2009, с.40-43) для управления подачей топлива с непрерывным регулированием длительности впрыска, включающее вал с профилированным кулачком с разной шириной программного профиля вдоль оси кулачка, блок управления топливом, выполненный с возможностью осевого перемещения вдоль вала с профилированным кулачком и содержащий подпружиненный плунжер с цилиндром, подплунжерная полость цилиндра соединена с надыгольным объемом. Устройством реализуются процессы нагнетания и впрыска, которые протекают в разное время и поэтому устройство относится к системам типа Common Rail.
В то же время устройство не позволяет осуществить более одного впрыска с регулируемой длительностью впрыска. Имеются и другие недостатки, которые ограничивают его возможности.
Одним из самых существенных недостатков является то, что высота профиля кулачка должна быть достаточно большой для того, чтобы в блок управления под плунжер поступал необходимый объем топлива, который поступает в полость конечного изменяемого объема при впрыске, когда над иглой создается разрежение и давление падает, а под иглой концентрируется значительное давление и за счет разности сил над и под иглой происходит подъем иглы.
Этот объем равен объему топлива, идущего на слив и в известном устройстве является управляющим объемом. Поэтому известное устройство исключает применение кулачков с микропрофилями, а область применения устройств ограничивается дизелями с низкой частотой вращения, ибо динамика не позволяет использовать кулачки с большими профилями при высоких частотах вращения.
Регулирование осуществляется перемещением целого блока управления топливом вдоль оси с профилированными кулачками. Устройство за счет этого усложняется, перемещение цилиндра с управляющим блоком требует гибких трубопроводов.
Устройство не позволяет осуществлять прямой механический привод иглы от профилированных кулачков с микропрофилями при сохранении преимуществ подачи топлива от гидроаккумулятора высокого давления.
Из уровня техники известно устройство управления подачей топлива (прототип) в двигатель внутреннего сгорания (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г - С.133…136), включающее форсунку с подпружиненным запирающим элементом, распылителем с одним уровнем отверстий, топливным каналом для подвода топлива высокого давления, топливный насос высокого давления, соединенный с форсункой, топливную емкость, топливоподкачивающий насос, соединенные между собой гидравлически.
Это устройство не позволяет осуществить более одного впрыска за цикл топливоподачи и не позволяет регулировать длительность впрыска.
Количество впрыскиваемого топлива определяется угловым положением плунжера топливного насоса, который поворачивается вокруг своей оси с помощью рейки топливного насоса. При достижении давления начала впрыскивания гидравлическая сила, действующая со стороны топлива на нижний конический торец иглы, становится больше силы предварительной затяжки пружины. Игла поднимается и начинается впрыскивание. Давление начала впрыскивания составляет 15…60 МПа.
При отсечке пружина через штангу прижимает запорный элемент - иглу - к поверхности запорного конуса. При малом давлении впрыскивание топлива становится невозможным.
При этом реализуются устройством процессы нагнетания и впрыска, которые протекают одновременно из-за отсутствия в топливной системе гидроаккумулятора высокого давления с датчиком давления и управляемым задатчиком давления.
Устройство не позволяет осуществлять прямой механический привод иглы от профилированных кулачков с микропрофилями при сохранении преимуществ подачи топлива от гидроаккумулятора высокого давления.
Это сильно сужает возможности по улучшению параметров впрыска, снижению токсичности отходящих газов, улучшению экологических параметров при сжигании топлива, не обеспечивает качественное распыливание и качественное смесеобразование.
Целью изобретения является повышение надежности и кпд устройства, снижение его стоимости за счет реализации механически регулируемого мультивпрыска на основе системы CR с прямым механическим и гидромеханическим управлением иглой.
Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем операции подачи топлива под подпружиненную иглу и через распыливающие отверстия в цилиндр при превышении давления топлива под иглой над силой пружины над иглой, перемещение иглы в верхнее крайнее положение, отсечки подачи топлива при превышении силы пружины над иглой над давлением топлива под иглой и перемещение иглы на седло, согласно заявленному изобретению подают при впрыске топливо под давлением под подпружиненную иглу от гидроаккумулятора высокого давления и перемещают ее в верхнее крайнее положение, одновременно подпружиненную иглу перемещают в верхнее крайнее положение при впрыске механическим путем в течение времени переключения, заданного при впрыске, с помощью кулачков с микропрофилями с заданной высотой через пластину с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на одном конце, удерживают иглу в верхнем положении на упоре на время длительности впрыска механическим путем, при отсечке подпружиненную иглу перемещают в нижнее крайнее положение на седло с помощью пружины и удерживают с помощью пружины в течение времени, заданного при отсечке, перемещают пластину вдоль оси кулачков с переменной по ширине пластины длиной выпуклой поверхности, изменяющейся вдоль оси непрерывно или дискретно, в плоскости, перпендикулярной плоскости перемещения иглы или под углом к ней, и изменяют длительность впрыска.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления подачей топлива, реализующем способ управления подачей топлива, включающем форсунку с подпружиненной иглой, распылителем с одним уровнем отверстий, топливным каналом для подвода топлива высокого давления, топливный насос высокого давления, топливную емкость, топливоподкачивающий насос, соединенные между собой гидравлически, согласно заявленному изобретению устройство снабжено как минимум одним гидроаккумулятором высокого давления, выход которого соединен с форсункой, игла форсунки соединена механически с быстродействующим реверсивным механическим приводом для ее линейного перемещения, который снабжен как минимум одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой поверхностью на одном конце пластины постоянного радиуса определенной длины выпуклой части, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом с как минимум одним программным профилированным кулачком с как минимум одним микропрофилем на нем с постоянной заданной высотой, заданной длины по окружности кулачка и вдоль оси кулачкового вала для впрыска, или как минимум одним микропрофилем переменной высоты, изменяющимся по заданному закону по длине микропрофиля для впрыска, программные профилированные кулачки с микропрофилями заданной длины постоянной или переменной высотой на кулачковом валу для управления впрыском выполнены с возможностью последовательного взаимодействия сначала с прямой частью пластины при ее перемещении из одного крайнего положения в другое, а затем с выпуклой поверхностью пластины постоянного радиуса при впрысках заданной длительности, выпуклая поверхность как минимум одной пластины выполнена либо с постоянной длиной по окружности кулачка при отсутствии регулирования длительности впрыска с прямыми набегающими и сбегающими краями микропрофилей, параллельными оси вала, либо с переменной со скосом непрерывной по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими краями микропрофилей и косыми сбегающими концами микропрофилей, параллельными скосу выпуклой концевой части или ступенчатой по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими и сбегающими краями микропрофилей, параллельными оси вала, при регулировании длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью перемещении вдоль оси штока и иглы и соединена при этом напрямую или через мультипликатор перемещения с подпружиненным штоком и через него с иглой форсунки, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы и штока, при регулировании длительности впрыска и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина.
Реализация устройства позволяет реализовать мультивпрыск, реализовать регулируемый по длительности впрыск за счет применения простых быстродействующих реверсивных механических переключателей (БРМП), вала с профилированными программными кулачками с микропрофилями заданной длины для впрыска в сочетании с пластинами для перемещения запирающего элемента и для регулирования длительности впрысков и отсечек с возможностью их одновременного перемещения во взаимно перпендикулярных плоскостях;
при этом быстродействие БРМП может быть выше устройств с пьезоприводом;
соединение форсунки с ГАВД позволяет сделать впрыск экологичным по длительности и давлению управляемым с использованием для этого простых механических средств.
Устройство иллюстрируется чертежами, на которых представлены его варианты для реализации способов:
на фиг.1 показана форсунка (продольный разрез) с мультипликатором перемещения и с выходным штоком для иглы для устройства, реализующего способ;
фиг.2, а) показана кинематическая схема (вид с торца вала) устройства подачи топлива с косым скосом выпуклой поверхности с БРМП; б) - показана кинематическая схема (вид с торца вид со стороны пластины) устройства подачи топлива с косым скосом выпуклой поверхности с БРМП;
фиг.3 показаны отдельные элементы конструкции: а) пластина с выпуклой поверхностью на конце со скосом и шлицами; б) вал с микропрофилями и микропрофили в увеличенном виде;
фиг.4 показана кинематическая схема (вид с стороны пластины) устройства подачи топлива со ступенчатой выпуклой поверхностью с БРМП;
фиг.5 показаны отдельные элементы конструкции: а) пластина с выпуклой ступенчатой поверхностью на конце и шлицами; б) вал с микропрофилями и микропрофили в увеличенном виде;
фиг.6 показана блок-схема устройства управления подачей топлива при реализации обоих вариантов способов управления подачей топлива.
Устройство на фиг.1 состоит: из корпуса 1, распылителя 2 с отверстиями для впрыска топлива 3, кольцевой проточки 4 в корпусе, канала 5 в корпусе форсунки для подвода топлива высокого давления от гидроаккумулятора высокого давления системы Коммон Рэйл CR (ГАВД - на фиг.1 не показан), иглы 6, камеры над иглой 7 для отвода топлива утечек, штока 8, соединенного с иглой 6, канала 9 в корпусе форсунки для дренажа утечек топлива из камеры 7 над иглой 6, мультипликатора перемещения 10.
Устройство на фиг.2, а) состоит: из кинематической схемы привода в виде БРМП с пружиной для одной иглы 6 (фиг.1) из кулачка 11, жесткой стойки 12, на которой установлен вал 13, выпуклой поверхности 14, микропрофиля 15, взаимодействующего с выпуклой поверхностью 14, пластины 16, пластины 17 со шлицами 18, по которым перемещается конец штока 19, шлицев 20 на валу 19 и в стойке 12, пружины 21 между стойкой 12 и мультипликатором перемещения 10 (МП20).
На фиг.2, б) показаны: кулачок 11, стойка 12, вал 13, установленный в стойке 12, выпуклая поверхность 14 со скосом при непрерывном управлении, микропрофиль 15 с прямой набегающей кромкой, параллельной оси вала 13 и косой сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности 14, шлицы 18, по которым перемещается конец штока 19; шлицы 20 на штоке 19 и в стойке 12; пружина 21 между стойкой 12 и мультипликатором перемещения 10.
Устройство фиг.3 состоит из отдельно показанных: а) кулачка 11, выпуклой поверхности 14 со скосом, пластины 16, пластины 17, шлицов 18 в пластине 17; б) кулачкового вала 13, микропрофиля 15, который показан в увеличенном виде с постоянной высотой и с переменной высотой по окружности кулачка 11.
Устройство фиг.4 состоит: из кулачка 11, жесткой стойки 12, на которой установлен вал 13, выпуклой ступенчатой поверхности 14,, микропрофиля 15, взаимодействующего с выпуклой поверхностью 14, пластины 17 со шлицами 18, по которым перемещается конец штока 19 со шлицами 20, которые входят стойку 12, пружины 21 между стойкой 12 и мультипликатором перемещения 10.
Устройство фиг.5 состоит: из а) выпуклой ступенчатой поверхности 14, пластины 16, пластины 17, шлицов 18 в пластине 17; б) кулачка 11, кулачкового вала 13, микропрофиля 15, который показан в увеличенном виде разной протяженности, с постоянной высотой и с переменной высотой по окружности кулачка 11.
Устройство на фиг.6 состоит: из топливного бака 22, соединенного трубопроводом 23 с топливоподкачивающим насосом 24; трубопроводом 25 топливоподкачивающий насос 24 соединен с топливным насосом высокого давления 26 (ТНВД 26), который трубопроводом 27 соединен с гидроаккумулятором высокого давления 28 (ГАВД 28) с задатчиком (регулятором) давления 29; ГАВД 28 соединен трубопроводами 30 каналами 5 для подвода топлива под высоким давлением; задатчик давления 29 соединен трубопроводом 31 с топливным баком 22, с которым соединены трубопроводы 9 для отвода топлива в форсунках 1 от камер 7 над иглой 6.
Работа устройства, реализующего способ
Впрыск топлива осуществляется при перемещении иглы 6 вверх под воздействием штока 8, который соединен кинематически с БРМП.
Когда игла 6 перемещается в верхнее крайнее положение, топливо от ТНВД 26 и ГАВД 28 (фиг.6) поступает под давлением через канал 5 форсунки 1 в отверстия 3 распылителя 2. Подаваемое давление под иглу может изменяться с помощью задатчика давления 29, что расширяет возможности устройства по управлению впрыском.
Несмотря на практически нулевой зазор между иглой 6 и корпусом форсунки 1 при высоких и супервысоких давлениях впрыска имеют место утечки топлива в камеру 7, из которой топливо удаляется на слив по трубопроводу 9 (фиг.1). Отсечка топлива осуществляется при перемещении иглы 6 в крайнее нижнее положение и установке ее на седло распылителя 2.
При работе устройства, реализующего способ, впрыск топлива происходит при повороте профилированного кулачка 11 на валу 13 с микропрофилем 15 на малый угол, при котором микропрофиль 15 взаимодействует с ровной частью пластины 16 и толкает - перемещает ее на ДА, в левое (верхнее) крайнее положение при впрыске (фиг.2. а), б), фиг.4). Вместе с пластиной 16 перемещается пластина 17 со шлицами 18 в ней и на конце штока 19, перемещается шток 19 по шлицам 20 на штоке 19 и в стойке 12. Шток 19 входит в мультипликатор МП 10, через который второй шток 8, напрямую связанный с иглой 6 перемещается и перемещает иглу 6 вверх при впрыске.
Пластина 16 и игла 6 перемещаются на величину Δhв в свое крайнее положение, которое они занимают при впрыске.
Нужно при этом учесть, что пружина 21 в этом случае будет сжиматься за счет двух сил.
Первая сила - сила давления топлива, которая действует на иглу 6 снизу и перемещает ее вверх. Вторая сила возникает за счет взаимодействия микропрофиля 15 и ВП 14 и действует на иглу 6 сверху и также перемещает иглу 6. Обе силы действуют согласно при впрыске и обе силы сжимают пружину 21 на штоке 8, который жестко соединен с иглой 6. Усилие, которое действует на иглу 6 сверху, зависит от передаточного отношения МП 20 и может быть определено и оптимизировано для конкретной форсунки.
Впрыск совершается во время взаимодействия профиля 15 заданной длины (фиг.3) для впрыска с ВП 14 постоянного радиуса заданной длины для заданной длительности впрыска.
Причем длительность впрыска зависит и от угловой протяженности микропрофиля 15.
Например, при угловой заданной длине ВП 14, равной угловой заданной длине для впрыска микропрофиля 15, длительность впрыска удваивается.
Параллельность сбегающей кромки микропрофиля линии скоса необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофиль 15, распределялись равномерно вдоль сбегающей кромки микропрофиля 15 и скоса выпуклой части пластины 16.
Поэтому возможны самые различные сочетания по протяженности ВП 14 и микропрофиля 15 при регулировании длительности впрыска (фиг.5).
С точки зрения надежности работы при прямом механическом приводе иглы 6 от пластины 16, пластины 17 со шлицами 18, с которыми соединен шток 8 через МП 20 или напрямую, а также от взаимодействия ВП 14 и микропрофиля 15, необходимо иметь микропрофиль 15 заданной длины для впрыска, причем большей протяженности.
Один или два предвпрыска можно осуществлять при минимальных длинах микропрофиля 15 и ВП 14 и без регулирования их длительности, равно как и один или два впрыска после подачи основного объема топлива.
Основной впрыск осуществляется с регулированием длительности с постоянной или переменной высотой микропрофиля 15.
При этом при изменении высоты микропрофиля 15 изменяется, например увеличивается, высота подъема иглы 6. В подыгольной полости увеличивается давление, возрастает количество топлива, подаваемого в цилиндр через отверстия 3.
Принципиально важно то, что высота подъема иглы изменяется по заданному закону. Если микропрофиль 15, взаимодействующий с выпуклой поверхностью 14, изменяется по возрастающему закону (фиг.5, б)), то и высота подъема иглы изменяется по такому же закону с учетом передаточного числа мультипликатора перемещения. Это позволяет задать нужный закон подачи требуемого объема топлива в цилиндр так, чтобы сжечь его наиболее полно.
Отсечка происходит после того, как микропрофиль 15 выходит из зоны взаимодействия с ВП 14. Благодаря пружине 21, которая выбирается в этом случае более жесткой, перемещается пластина 16 на величину Δhо при отсечке. Пружина должна иметь большую жесткость, поскольку при отсечке перемещение иглы 6 и пластины 16 осуществляется только за счет пружины 21. Сильная пружина 21 за минимальное время возвращает пластину 16 с ВП 14, пластиной 17 со шлицами 18, штоком 19 со шлицами 20, МП 10, штоком 8, а, следовательно, и с иглой 6 в правое крайнее положение. Игла 6 становится на седло. Происходит отсечка топлива. Топливо из ГАВД 28 через задатчик давления поступает снова в ТНВД 26 по трубопроводам 31, 23, 25 через топливный бак 22 и подкачивающий насос 24.
Через шток 19, который соединен с пластиной 16, через пластину 17 и шлицевое соединение 18 передается перемещение через МП 20, шток 8 игле 6. Игла 6 становится на седло. Топливо перестает поступать в цилиндры двигателя через отверстия 3 распылителя 2. Длительность отсечки определяется временем перехода микропрофиля 15 в состояние взаимодействия с пластиной 16 и затем ВП 14 (фиг.4).
Техническая реализация малых перемещений в устройствах, реализующих способ, не является проблемой.
Подшипники коленчатых валов имеют биения 0,005 мм, а высокоточные подшипники имеют биения в 1 микрон и даже в 0,5 микрона. Точное прецизионное изготовление пластины достаточной жесткости позволяет реализовать малые перемещения штока 19, штока 8, иглы 6, величиной от 0,05 мм до 2 мм и без использования МП 10. С применением МП 10 возможности создания устройств для реализации предложенных способов только расширяются. Вполне возможно за счет применения МП 10 увеличение микроперемещений пластины 16 увеличение размеров микропрофилей 15 и снижение за счет этого напряжений сжатия и касательных напряжений, которые возникают при взаимодействии пары пластина 16 - микропрофиль 15, а также пары ВП 14 - микропрофиль 15. Это повышает надежность и долговечность устройства.
При этом пластина 16 и микропрофиль 15 выполняются из одинакового материала во избежание истирания или микропрофиля 15 или пластины 16. Применение азотированных марганцовистых стальных пластин 16 и микропрофилей 15 может реализовать эффект безызносного трения. Использование МП 10 позволяет увеличить или уменьшить эти перемещения в зависимости от мощности дизеля.
Регулирование длительности в устройстве реализуется за счет перемещения пластин 16 с помощью электропривода, гидропривода или вручную вдоль оси вала 13 с профилированными программными кулачками 11 на величину Δhрег (фиг 2, б), фиг.4).
При непрерывном уменьшении длины ВП 14 со скосом (фиг.2, фиг.3) будет непрерывно уменьшаться длительность впрыска за счет уменьшения времени взаимодействия ВП 14 с микропрофилем 15.
Параллельность сбегающей кромки микропрофиля 15 линии скоса необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофиль 15, распределялись равномерно вдоль сбегающей кромки микропрофиля 15 и скоса выпуклой части пластины 14.
При дискретном уменьшении длины выпуклой поверхности 14 пластины 16 будет ступенчато уменьшаться длительность впрыска за счет ступенчатого уменьшения времени взаимодействия ВП 14 с микропрофилем 15. Дискретное управление (фиг.4, фиг.5) будет отличаться от непрерывного тем, что пластина 16 перемещается сразу на некоторую величину после которой длина выпуклой поверхности 14 изменяется скачком. При этом набегающая кромка и сбегающая кромка микропрофиля 15 будут параллельны оси вала 13.
БРМП имеет преимущество перед пьезоприводом в части быстродействия для быстроходных дизелей. В частности, для пьезопривода длительность перестановки клапана равна 0,0001 с. Для БРМП при частоте вращения более 5000…7000 об/мин она может быть на порядок меньше для микропрофиля 15 с заданными размерами по высоте профиля, по длине окружности или поверхности вращения и по длине вдоль оси кулачкового вала.
Преимущество устройства, реализующего способ
Первое преимущество. Соединение форсунок с прямым механическим и регулируемым управлением иглой 6 и регулируемой длительностью впрыска порождает симбиоз системы COMMON RAIL, сочетающей гидравлическую подачу топлива от одного общего аккумулятора высокого давления 28 и механическое управление иглой 6 механической системой управления. Игла 6 открывается и закрывается механическим путем. Длительность впрыска изменяется тоже механическим путем.
На управление такого рода тратится минимальная энергия. Это связано с тем, что топливо не участвует в управлении. Энергия тратится только на механическое взаимодействие трущихся поверхностей при минимальных гидравлических потерях в виде утечек. Эта энергия будет вдвое, втрое ниже энергии, затрачиваемой на управление в том случае, когда в управлении участвует топливо, поскольку часть топлива при управлении впрыском уходит на слив с потерей энергии и переходом его в тепло. Энергия впрыска за счет минимизации потерь может быть повышена.
Второе преимущество механической системы управления впрыском с регулируемой и нерегулируемой длительностью впрыска по сравнению с системами с пьезоприводом и соленоидным приводом заключается в отсутствии источника электрической энергии для управления, в отсутствии сложных систем управления накоплением и преобразованием электрической энергии, в необходимости электронного согласования начала впрыска и его конца для разных частот вращения, большем количество датчиков.
Третье преимущество предлагаемой системы управления в виде симбиоза системы COMMON RAIL и механической системы управления впрыском в том, что предлагаемые системы с механическим приводом будут в разы дешевле систем с пьезоприводом и с соленоидным приводом при выполнении тех же функций. Удешевление достигается и при высокой точности изготовления механических систем.
Четвертое преимущество заключается в надежности механических систем управления за все время эксплуатации.
При использовании для изготовления программных кулачков 11 микропрофилями 15 заданной длины для впрыска из марганцовистых или азотированных сталей (безызносное трение) можно создать системы управления впрыском, срок службы которых будет равен или больше срока службы дизеля.
Пятое преимущество заключается в универсальности системы управления, ее высокой адаптивности к различным типам дизелей и одинаковой для всех технологии изготовления.
Шестое преимущество заключается в простоте эксплуатации возможности ручного управления длительностью впрыска.
Седьмое преимущество заключается в том, что основной впрыск можно реализовать по оптимальному закону и подавать в цилиндр за заданный промежуток времени или при повороте коленчатого вала на заданный угол оптимальное количество топлива при изменении высоты подъема иглы по заданному закону. Все эти преимущества позволяют стать механической системе управления топливом в сочетании с системой COMMON RAIL вполне конкурентной и заменить более дорогие системы подачи топлива на большей части дизелей.
1. Способ управления подачей топлива, включающий операции подачи топлива под подпружиненную иглу форсунки через распиливающие отверстия в цилиндр при превышении давления топлива под иглой над силой пружины над иглой, перемещение иглы в верхнее крайнее положение, отсечки подачи топлива при превышении силы пружины над иглой над давлением топлива под иглой и перемещение иглы на седло, отличающийся тем, что подают при впрыске топливо под давлением под подпружиненную иглу от гидроаккумулятора высокого давления и перемещают ее в верхнее крайнее положение, одновременно подпружиненную иглу перемещают в верхнее положение при впрыске механическим путем в течение времени переключения заданного при впрыске с помощью кулачков с микропрофилями с заданной постоянной или переменой по длине микропрофиля высотой через пластину с выпуклой поверхностью постоянного радиуса или переменного радиуса, удерживают иглу в верхнем положении во время длительности впрыска механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной постоянной высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса, или дополнительно перемещают иглу по заданному закону механическим путем во время длительности впрыска при взаимодействии микропрофилей с заданной переменной высотой по длине микропрофиля с выпуклой поверхностью постоянного или переменного радиуса, при отсечке подпружиненную иглу перемещают в нижнее крайнее положение на седло с помощью пружины и удерживают с помощью пружины в течение времени, заданного при отсечке, перемещают пластину вдоль оси вала кулачка с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси кулачка и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной скосу выпуклой поверхности, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении или перемещают пластину вдоль оси вала кулачка с микропрофилями с набегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси вала кулачка и сбегающей кромкой микропрофиля, параллельной оси вала кулачка, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль оси вала ступенчато и изменяют длительность впрыска непрерывно или ступенчато.
2. Устройство для управления подачей топлива, включающее форсунку с подпружиненной иглой, распылителем с одним уровнем отверстий, топливным каналом для подвода топлива высокого давления, топливный насос высокого давления, топливный бак, топливоподкачивающий насос, соединенные между собой гидравлически, отличающееся тем, что устройство снабжено, как минимум, одним гидроаккумулятором высокого давления, выход которого соединен с форсункой, игла форсунки соединена механически с быстродействующим реверсивным механическим приводом для ее линейного перемещения, который снабжен, как минимум, одной пластиной для одного цилиндра с выпуклой поверхностью на одном конце пластины постоянного радиуса определенной длины выпуклой части, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом с, как минимум, одним программным профилированным кулачком с, как минимум, одним микропрофилем на нем с постоянной заданной высотой, заданной длины по окружности кулачка и вдоль оси кулачкового вала для впрыска, или, как минимум, одним микропрофилем переменной высоты, изменяющимся по заданному закону по длине микропрофиля для впрыска, программные профилированные кулачки с микропрофилями заданной длины постоянной или переменной высотой на кулачковом валу для управления впрыском выполнены с возможностью последовательного взаимодействия сначала с прямой частью пластины при ее перемещении из одного крайнего положения в другое, а затем с выпуклой поверхностью пластины постоянного радиуса при впрысках заданной длительности, выпуклая поверхность, как минимум, одной пластины выполнена либо с постоянной длиной по окружности кулачка при отсутствии регулирования длительности впрыска с прямыми набегающими и сбегающими краями микропрофилей, параллельными оси вала, либо с переменной со скосом непрерывной по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми, набегающими краями микропрофилей и косыми сбегающими концами микропрофилей, параллельными скосу выпуклой концевой части или ступенчатой по ширине пластины длиной выпуклой концевой части с прямыми набегающими и сбегающими краями микропрофилей, параллельными оси вала, при регулировании длительности впрыска каждая пластина выполнена с возможностью перемещении вдоль оси штока и иглы и соединена при этом напрямую или через мультипликатор перемещения с подпружиненным штоком и через него с иглой форсунки, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы и штока при регулировании длительности впрыска и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина.
