Способ управления подачей топлива и устройство управления подачей топлива
Изобретение относится к способу управления подачей топлива и устройству управления подачей топлива в дизель на стационарных установках и мобильном транспорте для больших дизелей. Предлагаемое изобретение для управления подачей топлива позволяет подавать топливо по прямоугольным законам при крутом фронте нарастания и спаде давления при впрыске и при максимальном давлении впрыска, при равномерном распыливании топлива и реализовать способ управления подачей топлива. Предлагаемое изобретение для управления подачей топлива позволяет реализовать максимальный индикаторный кпд и минимизировать расход топлива на управление, повысить надежность и снизить стоимость системы подачи топлива. Устройство включает форсунку с двухпозиционным клапаном, камеру управления, запирающий элемент распылителя, взаимодействующий с камерой управления сверху и соединенный с линией высокого давления снизу, распылитель, топливный насос высокого давления, топливную емкость, топливоподкачивающий насос, соединенные между собой гидравлически, а форсунка выполнена с двумя уровнями отверстий для впрыска, с иглой и втулкой, соосной игле форсунки, снабжена двумя двухпозиционными клапанами для управления иглой и втулкой, золотники двухпозиционных клапанов и их седла выполнены с запирающими поверхностями и соединены каждый механически со своим быстродействующим реверсивным механическим приводом для линейного перемещения золотника первого двухпозиционного клапана, управляющего иглой, и второго двухпозиционного клапана, управляющего втулкой, быстродействующий реверсивный механический привод для каждого двухпозиционного клапана снабжен, как минимум, одной пластиной для одного быстродействующего реверсивного механического привода с выпуклой на одном конце поверхностью постоянного радиуса и определенной длины выпуклой части каждая с одним скосом каждая, валом, соединенным с коленчатым валом, двумя профилированными кулачками, одним микропрофилем для реализации основного впрыска на втором кулачке, расположенные в промежутке между микропрофилями на первом кулачке для реализации предварительного впрыска и впрыска после основного, все микропрофили на первом и втором кулачке выполнены с прямой набегающей кромкой и со сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности при регулировании длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью механического взаимодействия с микропрофилями сначала своей прямой частью при переключении клапанов из одного крайнего положения в другое, а затем выпуклой частью постоянного радиуса во время реализации длительности впрыска. Каждая пластина выполнена с возможностью перемещения вдоль оси своего двухпозиционного клапана и соединена каждая при этом напрямую или через мультипликатор перемещения с подпружиненным штоком и через него с золотником двухпозиционного клапана. Гидроаккумулятор высокого давления соединен с камерами под иглой и втулкой, а через наполнительные клапаны первого и второго двухпозиционных клапанов с камерами управления соответственно над иглой и втулкой при отсечке. При впрыске каждый двухпозиционный клапан соединен через разгрузочный клапан с гидроаккумулятором низкого давления и камерой управления над иглой. Каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы, штока или золотников двухпозиционных клапанов 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 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 ивестен способ управления подачей топлива (Электрогидравлическая форсунка с двухпозиционным клапаном. Известия вузов. Машиностроение - 2002 - №2, с.61 - с.75 авторы С.А. Богачев, Ю.Е. Хрящев).
Этот способ управления подачей топлива, включающий операции перемещения двухпозиционного клапан из нижнего крайнего положения в верхнее, при котором закрывается наполнительный клапан и открывается разгрузочный клапан в и из верхнего крайнего положения в нижнее крайнее положение, при котором открывается наполнительный клапан и закрывается разгрузочный клапан, а игла перемещается вверх при открывании разгрузочного клапана и при впрыске и вниз при открывании наполнительного клапана при отсечке. Этот способ реализуется с помощью электропривода и пьезопривода, что требует дополнительных источников энергии на транспортном средстве и значительных затрат энергии на реализацию способа, сложные схемы ее преобразования. Пьезоприводы имеют сложную технологию и достаточны дороги. Перемещения золотников крайне малы, поэтому требуются дополнительные мульипликаторы перемещения для пьезоприводов.
Простые механические приводы, обеспечивающие малые перемещения золотников двухпозиционных клапанов отсутствуют.
Способ не позволяет эффективно осуществить оптимальный цикл подачи топлива, который состоит, как минимум, из трех впрысков: короткого по длительности предварительного впрыска (ПВ) для создания условий экологичного и бесшумного сжигания основной порции топлива с основным впрыском (OВ); основного впрыска с длительностью, на порядок и более превышающей предварительный впрыск; короткого впрыска после основного для дожигания сажи после основного впрыска.
Способ не позволяет точно дозировать топливо для реализации предварительных впрысков и впрысков после основного, поскольку все виды впрысков реализуются через отверстия одного уровня и одного диаметра.
Поэтому оптимальный цикл способа подачи топлива необходимо реализовать форсунками с двумя уровнями отверстий, в котором операция подачи основной порции топлива будет осуществляться через второй уровень отверстий большего диаметра.
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 - с.75, авторы С.А. Богачев, Ю.Е. Хрящев).
Это устройство для реализации для управления подачей топлива, содержащее форсунку с двухпозиционным клапаном, управляемым электромагнитом, с подпружиненным штоком с кольцевой площадкой, отдельной камерой управления, которая соединяется через разгрузочный клапан со сливом, а через наполнительный клапан и через дроссель с линией высокого давления, запирающий элемент распылителя, взаимодействующий с камерой управления сверху и соединенный с линией высокого давления снизу, распылитель с одним уровнем отверстий, содержащее двухпозиционный клапан с подпружиненным штоком, управляемый электромагнитом, отдельную камеру управления с плунжером, который соединен механически с иглой и представляет собой управляемый запорный элемент распылителя.
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.
Двухпозиционный клапан разгружен от сил давления топлива, что положительно влияет на динамику управления запорным элементом форсунки.
В устройстве запорные седла представляют собой обыкновенную окружность на поверхности клапана в его крайних положения и представляют собой весьма малую площадь контакта, а не прецизионную цилиндрическую или коническую поверхность большей протяженности, чем тонкая линия на поверхности двухпозиционного клапана с кольцевой площадкой.
Форсунка позволяет реализовать монотонный закон a 
При этом электромагнитный привод, который перемещает шток двухпозиционного клапана по быстродействию, значительно ниже быстродействия иглы распылителя.
Применение быстродействующего привода клапана на основе пьезоэлемента не решает проблему повышения индикаторного кпд особенно в мощных дизелях. Известно, что пакет пьезоэлементов длиной 4 см, состоящий из 400 пластин, дает перемещение клапана всего на 0,1 мм.
Известное устройство с электрическим приводом двухпозиционного клапана требует затрат электрической энергии до 3 кВт для дизеля мощностью в 100 кВт. Поэтому все значимые исследования по управлению подачей топлива направлены на снижение энергии управления топливоподачей.
При этом востребованы сложные устройства для накопления и преобразования энергии за короткие промежутки времени: время впрыска, время отсечки, которые исчисляются миллисекундами и их долями.
Кроме того, пьезопривод обладает высокой стоимостью и необходимы приводы более дешевые, обладающие теми же характеристиками, что и пьезопривод по быстродействию.
Устройство не позволяет эффективно осуществить оптимальный цикл подачи топлива, который состоит, как минимум, из трех впрысков: короткого по длительности предварительного впрыска (ПВ) для создания условий экологичного и бесшумного сжигания основной порции топлива с основным впрыском (OВ); основного впрыска с длительностью, на порядок и более превышающей предварительный впрыск; короткого впрыска после основного для дожигания сажи после основного впрыска.
Устройство не позволяет точно дозировать топливо для реализации предварительных впрысков и впрысков после основного, поскольку все виды впрысков реализуются через отверстия одного уровня и одного диаметра.
Поэтому оптимальный цикл и устройство подачи топлива необходимо реализовать форсунками с двумя уровнями отверстий, в котором операция подачи основной порции топлива будет осуществляться через второй уровень отверстий большего диаметра.
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 перемещение золотника двухпозиционного клапана из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее, при котором закрывается наполнительный клапан и открывается разгрузочный клапан при впрыске, подачу топлива в форсунку под иглу, перемещение иглы в верхнее крайнее положение, отвод топлива от камеры управления над иглой сверху и, наоборот, перемещение золотника двухпозиционного клапана из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение, при котором открывается наполнительный клапан и закрывается разгрузочный клапан при отсечке, подачу топлива в камеру над иглой сверху, перемещение иглы в крайнее нижнее положение,
согласно заявленному изобретению, что осуществляют независимые впрыски через два уровня отверстий двумя независимыми по управлению системами подачи, при этом первой системой управления реализуют, как минимум, один предварительный впрыск и, как минимум, один впрыск после основного, при управлении иглой через отверстия первого уровня, а второй независимой системой управления реализуют, как минимум, один основной впрыск большей длительности между предварительным впрыском и впрыском после основного при управлении втулкой через отверстия второго уровня, для этого осуществляют, как минимум, один предварительный впрыск, как минимум, один впрыск после, как минимум, одного основного через отверстия первого уровня, для этого на каждом предварительном впрыске и на каждом впрыске после основного перемещают золотник первого двухпозиционного клапана вверх механическим путем с помощью кулачков с микропрофилями с заданной высотой, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих с первой пластиной, кинематически соединенной с золотником первого двухпозиционного клапана напрямую, или мультипликатор перемещения, открывают при каждом предварительном впрыске и впрыске после основного разгрузочный клапан, закрывают наполнительный клапан первого двухпозиционного клапана, подают топливо от управляющей камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления через разгрузочный клапан, подают топливо под иглу при впрыске в течение времени переключения, заданного при предварительном впрыске и впрыске после основного, перемещают иглу в верхнее крайнее положение, удерживают иглу в верхнем положении при подаче топлива в цилиндр за счет давления топлива под иглой и удерживают золотник первого двухпозиционного клапана в верхнем положении на время длительности каждого предварительного впрыска и впрыска после основного механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце первой пластины, перемещают в крайнее нижнее положение золотник первого двухпозиционного клапана с помощью пружины, открывают наполнительный клапан первого двухпозиционного клапана, подают топливо при каждой отсечке через наполнительный клапан в камеру управления над иглой, перемещают иглу в нижнее крайнее положение, удерживают иглу форсунки за счет давления в камере управления над иглой и первый золотник двухпозиционного клапана за счет пружины в нижнем крайнем положении в течение времени, заданного при каждой отсечке после предварительного впрыска и впрыска после основного, изменяют длительность каждого предварительного впрыска и впрыска после основного, для этого перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями, управляющими предварительным впрыском и впрыском после основного 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 первой пластины вручную или автоматически, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении, независимо осуществляют, как минимум, один основной впрыск через отверстия второго уровня в промежутке между предварительным впрыском и впрыском после основного, для этого перемещают золотник второго двухпозиционного клапана вверх механическим путем с помощью кулачков с микропрофилями с заданной высотой, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих со второй пластиной, кинематически соединенной с золотником второго двухпозиционного клапана напрямую или через мультипликатор перемещения, открывают при каждом основном впрыске разгрузочный клапан, закрывают наполнительный клапан второго двухпозиционного клапана, подают топливо от управляющей камеры над втулкой в гидроаккумулятор низкого давления через разгрузочный клапан, подают топливо под втулку в течение времени переключения, заданного при основном впрыске, перемещают втулку в верхнее крайнее положение, удерживают втулку в верхнем положении при подаче топлива в цилиндр за счет давления топлива под втулкой и удерживают золотник второго двухпозиционного клапана в верхнем положении на время длительности каждого основного впрыска, механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце второй пластины, перемещают в крайнее нижнее положение золотник второго двухпозиционного клапана с помощью пружины, открывают наполнительный клапан второго двухпозиционного клапана, подают топливо при каждой отсечке через наполнительный клапан в камеру управления над втулкой, перемещают втулку в нижнее крайнее положение, удерживают втулку форсунки за счет давления в камере управления над втулкой и второй золотник двухпозиционного клапана за счет пружины в нижнем крайнем положении в течение времени, заданного при каждой отсечке после основного впрыска, изменяют длительность каждого основного впрыска, для этого перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями, управляющими основным впрыском 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 второй пластины вручную или автоматически, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления подачей топлива, включающем форсунку с двухпозиционным клапаном с подпружиненным штоком и кольцевой площадкой, соединенным кинематически с управляемым быстродействующим реверсивным приводом, камеру управления, которая соединяется через разгрузочный клапан с внешней емкостью, а через наполнительный клапан и через дроссель с линией высокого давления и топливным насосом высокого давления, запирающий элемент распылителя, взаимодействующий с камерой управления сверху и соединенный с линией высокого давления снизу, распылитель с одним уровнем отверстий, топливный насос высокого давления, топливную емкость, топливоподкачивающий насос, соединенные между собой гидравлически, согласно заявленному изобретению, форсунка выполнена с двумя уровнями отверстий для впрыска, с иглой и втулкой, соосной игле форсунки, снабжена двумя двухпозиционными клапанами для управления иглой и втулкой, золотники двухпозиционных клапанов и их седла выполнены с коническими запирающими поверхностями и соединены каждый механически со своим быстродействующим реверсивным механическим приводом для линейного перемещения золотника первого двухпозиционного клапана, управляющего иглой, и второго двухпозиционного клапана, управляющего втулкой, быстродействующий реверсивный механический привод для каждого двухпозиционного клапана снабжен, как минимум, одной пластиной для одного быстродействующего реверсивного механического привода с выпуклой на одном конце поверхностью постоянного радиуса и определенной длины выпуклой части каждая и с, как минимум, одним скосом каждая, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом, как минимум, двумя профилированными кулачками по одному на каждую пластину с, как минимум, одним, микропрофилем на одном профилированном кулачке для реализации предварительного впрыска и, как минимум, одним микропрофилем для реализации впрыска после основного, как минимум одним микропрофилем для реализации основного впрыска на втором кулачке, расположенные в промежутке между микропрофилями на первом кулачке для реализации предварительного впрыска и впрыска после основного, все микропрофили на первом и втором кулачке выполнены с прямой набегающей кромкой и со сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности при регулировании длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью механического взаимодействия с микропрофилями сначала своей прямой частью при переключении клапанов из одного крайнего положения в другое, а затем выпуклой частью постоянного радиуса во время реализации длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения вдоль оси своего двухпозиционного клапана и соединена каждая при этом напрямую или через мультипликатор перемещения с подпружиненным штоком и через него с золотником двухпозиционного клапана, гидроаккумулятор высокого давления соединен с камерами под иглой и втулкой, а через наполнительные клапаны первого и второго двухпозиционных клапанов с камерами управления соответственно над иглой и втулкой при отсечке, а при впрыске каждый двухпозиционный клапан соединен через свой разгрузочный клапан с гидроаккумулятором низкого давления и камерой управления над иглой, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы, штока или золотников двухпозиционных клапанов при регулировании длительности впрыска и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина.
Реализация устройства позволяет повысить индикаторный кпд, улучшить экологические показатели, повысить надежность и снизить стоимость топливоподающей аппаратуры: за счет применения простых механических устройств с одним валом с программированными кулачками и программными профилями в сочетании с пластинами для перемещения золотников двухпозиционных клапанов и для регулирования длительности впрысков, которые значительно дешевле электромеханических устройств для привода клапанов или пьезопривода, снижается стоимость форсунок, повышается их надежность;
надежность повышается за счет того, что источники электрической энергии, преобразователи электрической энергии, электронные устройства для управления форсункой заменяются на механические программные управляющие устройства, надежность которых выше, а также за счет того, что в управляющей камере и в полости форсунке давление не может упасть до значения, при котором прерывается впрыск топлива; при этом быстродействие БРМП может быть выше устройств с пьезоприводом;
за счет снижения затрат энергии на управление подачей топлива повышается индикаторный кпд при применении БРМП, поскольку при перелете клапана с одного седла на другое расходы топлива на управление
Устройство для реализации способа иллюстрируется чертежами:
на фиг.1 показана форсунка (продольный разрез) с двумя уровнями отверстий и двумя двухпозиционными клапанами с коническими запирающими поверхностями седел (ДПК);
на фиг.2 показана кинематическая схема быстродействующего механического привода для первого двухпозиционного клапана(ДПК) для управления иглой;
на фиг.3 показана кинематическая схема быстродействующего механического привода для второго ДПК для управления втулкой;
на фиг.4 показана кинематическая схема быстродействующего механического привода для первого ДПК для управления иглой и управлением длительностью впрыска;
на фиг.5 показана кинематическая схема быстродействующего механического привода для второго ДПК для управления втулкой и управлением длительностью основного впрыска;
на фиг.6 показана блок-схема управления системой подачи топлива с гидравлическим аккумулятором высокого давления (ГАВД) и с гидравлическим аккумулятором низкого давления (ГАНД).
Устройство на фиг.1 состоит: из корпуса 1 с отверстиями 2 первого уровня и отверстиями 3 второго уровня; иглы 4 с кольцевой проточкой 5, камеры управления 6 под иглой, камеры управления 7 над иглой; канала 8 в корпусе форсунки для подвода топлива к игле 4 снизу к отверстиям 2 при впрыске; канала 9 в корпусе форсунки для подвода топлива к игле 4 сверху при отсечке топлива при подаче топлива через первый уровень отверстий 2 с запирающим элементом иглой 4; втулки 10 с кольцевой проточкой 11 в ней, выполненной соосно игле 4; камеры управления 12 для подвода топлива снизу втулки для управления при впрыске; камеры управления 13 для подвода топлива сверху втулки для управления отсечкой; канала 14 в корпусе форсунки для подвода топлива к втулке при впрыске от гидравлического аккумулятора высокого давления (ГАВД); канала 15 в корпусе форсунки для подвода топлива при отсечке подачи топлива через второй уровень отверстий 3 с запирающим элементом втулкой 10; первого ДПК 16 для управления иглой с золотником 17, кольцевой проточки 18 между корпусом первого ДПК 16 и его золотником 17, наполнительным клапаном 19 (НК 19) и разгрузочным клапаном 20 (РК 20), каналом 21 для подвода топлива к НК 19, каналом 22 для подвода топлива от ДПК 16 к игле 4 при отсечке, каналом 23 для отвода топлива через РК20 к гидроаккумулятору низкого давления (ГАНД); пружины 24, подпружинивающей золотник 17 первого ДПК 16; мультипликатора перемещения 25 (МП 25), соединенного на выходе с пластиной 26 первого быстродействующего реверсивного механического переключателя (БРМП);
второго ДПК 27 с золотником 28 и кольцевой проточкой 29 между золотником и корпусом второго ДПК 27, наполнительным клапаном 30 (НК 30) и разгрузочным клапаном 31 (РК 31), каналом 32 для подвода топлива к ПК 30, каналом 33 для подвода топлива от ДПК 27 к втулке 10 при отсечке, каналом 34 для отвода топлива через разгрузочный клапан 31 к гидроаккумулятору низкого давления (ГАНД, который на фиг.1 не показан); пружины 35, подпружинивающей золотник 28 второго ДИК 27; мультипликатора перемещения 36 (МП 36), соединенного на выходе с пластиной 37 второго быстродействующего реверсивного механического переключателя (БРМП).
Устройство на фиг.2 состоит из: первого ДПК 16, пластины 26, которая имеет выпуклую концевую часть 38 (ВП38), соединена жестко с пластиной 39 со шлицами 40, которые соединены со штоком 41 с мультипликатором перемещения 25 на входе; выходной шток МП 25 подпружинен пружиной 24 и является продолжением первого золотника 17, который и приводит в движение; кулачка 42 на валу 43 с микропрофилем 44 для предварительного впрыска (ПВ) и микропрофилем 45 для впрыска после основного (ВПО) со скосами (скос показан второй линией) сбегающей поверхности каждого микропрофиля и с заданной длиной каждого микропрофиля.
Устройство на фиг.3 состоит из: пластины 37, которая имеет выпуклую концевую часть 46, соединена жестко с пластиной 47 со шлицами 48, которые соединены со штоком 49 на входе МП 36; выходной шток МП 36 подпружинен пружиной 35 и является продолжением второго золотника 28; второго кулачка 50 на валу 43 с микропрофилем 51 через второй уровень отверстий 3 для основного впрыска (OВ) с заданной длиной, большей длины, чем длины микропрофиля 44 для ПВ и микропрофиля 45 для ВПО.
Устройство на фиг.4 состоит из: пластины 26, которая имеет выпуклую концевую часть 38 со скосом для регулирования длительности впрыска; пластины 39 со шлицами 40, которая соединена со штоком 41 и МП 25 на входе; выходной шток МП 25 подпружинен пружиной 24 и является продолжением первого золотника 17.
Устройство на фиг.5 состоит из: пластины 37, с выпуклой концевой частью 46 (ВП 46) со скосом для регулирования длительности основного впрыска; пластины 47 со шлицами 48, которые соединены со штоком 49 на входе МП 36; выходной шток МП 36 подпружинен пружиной 35 и является продолжением второго золотника 28.
Устройство на фиг.6 состоит из: топливного бака (отдельной позицией не обозначен на фиг.6) топливного насоса с фильтром 53, топливного насоса высокого давления 54 (ТНВД 54), гидравлического аккумулятора высокого давления 55 (ГАВД 55) с датчиком давления 56 (ДД 56) на его входе, клапаном регулирования высокого давления 57 (КРВД 57), соединенными между собой гидравлически трубопроводами; гидравлического аккумулятора низкого давления 58 (ГАНД 58) с клапаном регулирования давления 59 (КРД59) на выходе ГАНД58; ГАВД 55, соединенного трубопроводом 60 с ГАНД 58 и через него трубопроводом 72 с обратным клапаном 73 с ТНВД 54; трубопроводов 61 и 62, соединенных с каналами 21 и 32 первого ДПК 16 и второго ДПК 27; трубопроводов 63, 64 и 65, соединяющих с ГАВД 55 и каналы 8, 14 в корпусе форсунки для подачи топлива соответственно к игле 4 и втулке 10 снизу при впрыске; трубопровода 66 с обратным клапаном 67, который соединяет канал 23 первого ДПК 16 с ГАНД 58; трубопровода 68 с обратным клапаном 69, который соединяет канал 34 второго ДПК 27 с ГАНД 58 трубопровода 70, который соединяет канал 22 первого ДПК16 с каналом 9 форсунки 1 для подвода топлива к игле 4 сверху при отсечке; трубопровода 71, который соединяет канал 33 второго ДПК с каналом 15 форсунки 1 для подвода топлива ко втулке 10 сверху при отсечке; трубопровода 72 с обратным клапаном 73, который соединяет выход ГАНД 58 через КРД 59 с ТНВД 54.
Устройство для реализации способа работает следующим образом.
Устройство реализует, как минимум, три впрыска. Два впрыска реализуются при управлении иглой 4 (фиг.1, фиг.2, фиг.4, фиг.6): это предварительный впрыск (ПВ), который реализуется с помощью микропрофиля 44 (Фиг.2), и впрыск после основного (ВПО), который реализуется с помощью микропрофиля 45.
Основной впрыск (OВ) реализуется при управлении втулкой 10 (фиг.1, фиг.3, фиг.5, фиг.6) и с помощью микропрофиля 51.
Три впрыска представляют последовательные впрыски оптимального цикла топливоподачи и составляют единый процесс.
Вместе с тем при работе системы управления иглой 4 и втулкой 10 совершенно независимы и их работу можно рассмотреть отдельно.
При управлении иглой 4 перемещение пластины 26 влево (в верхнее крайнее положение) осуществляется при повороте кулачка 42 на валу 43 с микропрофилями 44 (ПВ) и 45 (ПВО) и взаимодействии этих микропрофилей 44 и 45 пластиной 26 (фиг.1, фиг.2) с выпуклой поверхностью 38 (ВП 38) постоянного радиуса.
Вместе с пластиной 26 перемещается шток 41 вдоль его оси до МП 25. После МП 25 перемещается шток (на фиг.1 не обозначен отдельной позицией) вместе с золотником 17 первого ДПК 16. При повороте кулачка 42 на угол переключения впрыска пластина 26 перемещается в крайнее положение при впрыске за счет взаимодействия микропрофиля 44 при ПВ и микропрофиля 45 при ВПО и прямой части пластины 26. Для этого требуется усилие. При этом растягивается жесткая пружина 24, в которой запасается значительная потенциальная энергия. Игла 4 перемещается в крайнее верхнее положение.
Открывается РК 20 в ДПК 16 и закрывается НК 19 за время перемещения пластины 26 в крайнее положение вдоль оси иглы 4.
Топливо из камеры управления 7 над иглой 4 поступает по каналу 9 (фиг.1) трубопроводу 70 (фиг.6) каналу 22 в первом ДПК16, кольцевую проточку 18 в нем, через РК 20, каналу 23 в первом ДПК 16, трубопроводу 66 с обратным клапаном 67 в ГАНД 58. Происходит рекуперация энергии топлива, затраченной на управление, в ГАНД 58.
Одновременно топливо поступает от ГАВД 55 по трубопроводам 63, 64, каналу 8 в корпусе форсунки в камеру управления 6 снизу форсунки, в кольцевую проточку 5 под иглу 4 и в отверстия 2 первого уровня через кольцевую проточку 5 в игле 4.
Происходит подъем иглы 4 за счет разности давлений над иглой 4, которое падает при открытом РК 20 до уровня давления в ГАНД 58, задаваемого КРД 59, и давлений на дифференциальные площадки в камере 6 и под иглой 4 в камере между иглой и распылителем.
Происходит предварительный впрыск (ПВ) при взаимодействии микропрофиля 44 с пластиной 26. Длительность ПВ определяется длиной микропрофиля 44 и длиной ВП 38.
После поворота вала 43 на некоторый угол наступает время впрыска после основного за счет взаимодействия микропрофиля 45 и пластины 26.
При взаимодействии микропрофиля 45 с пластиной 26 происходит ВПО абсолютно также, как происходит ПВ.
Длительность ВПО определяется длиной микропрофиля 45 и ВП 38.
При отсутствии МП 25 шток 41 и золотник 17 напрямую и тогда одновременно пластина 26 и золотник 15 двухпозиционного клапана 12 перемещаются на одну и ту же величину.
Предварительный впрыск (ПВ), а также ВПО впрыск заканчивается, когда сбегающая кромка микропрофиля 44 или 45, параллельная скосу выпуклой части 38, уходит из контакта с ВП 38.
Параллельность сбегающей кромки микропрофилей 44 и 45 линии скоса необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофили 44 и 45, распределялись равномерно вдоль сбегающей кромки микропрофилей 44 и 45 и скоса выпуклой части пластины 36.
При отсечке пружина 24 сжимается, шток 41 до МП 25 перемещается в нижнее крайнее положение. Шток после МП 25 вместе с золотником 17 перемещается в крайнее нижнее положение.
Открывается ПК 19 и закрывается РК 20.
Топливо поступает от ГАВД 55 по трубопроводу 61, каналу 21 первого ДПК 16, через НК 19 кольцевую проточку 18, канал 9 в корпусе форсунки через трубопровод 70, в камеру управления 7 над иглой 4.
Игла 4 перемещается вниз за счет разности площадей над иглой 4 и дифференциальных площадок под иглой 4.
Отсечка осуществляется одинаково в случае впрыска ПВ при взаимодействии микропрофиля 44 с ВП 38 и в случае ВПО при взаимодействии микропрофиля 45 с ВП 38.
Регулирование длительности ПВ и ПВО осуществляется перемещением (фиг.4) пластины 26 с изогнутым концом ВП 38 и пластины 39 со шлицами 40 на ее внутренней поверхности, относительно штока 41 по шлицам 40 в конце штока 41. Перемещение пластины 39 по шлицам 40 в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к плоскости штока 41, мультипликатора 25, штока золотника 17, будет изменять длину выпуклой части 38 (фиг.4) пластины 26, взаимодействующей с микропрофилями 44 (ПВ) и 45 (ВПО), а следовательно, время впрыска.
Это перемещение изменяет время взаимодействия изогнутого конца ВП 38 пластины 26 с микропрофилями 44 (ПВ) и 45 (ВПО) (фиг.2) профилированного кулачка 42. Изменяется, следовательно, время впрыска, поскольку шток 41 будет находиться в верхнем крайнем (фиг.1) положении на время кинематического взаимодействия микропрофилей 44 и 45 и выпуклой поверхности 38, а НК 19 будет находиться в закрытом состоянии, как и должно быть при впрыске. Время впрысков и ПВ и ВПО будет тем меньше, чем меньше длина изогнутого конца ВП 38 пластины 26.
Перемещение пластины 26 с пластиной 39 вдоль оси вала 43 с профилированным кулачком 42 осуществляется как вручную, так и с помощью любого автоматического привода. Время взаимодействия микропрофилей 44 и 45 с верхним изогнутым концом ВП 38 пластины 26 определяется и частотой вращения коленчатого вала.
Предвпрыски и впрыски после основного впрыска можно не регулировать из-за их малой длительности. Или диапазон их регулирования может быть ограничен. Поэтому для них выпуклые части 38 могут быть выполнены без скоса и минимальной длины или со скосом под небольшим углом.
Главным в топливоподаче является впрыск основной порции топлива, который следует после одного или двух предвпрысков и впрыска после основного. Этот впрыск подлежит регулированию по длительности и осуществляется при независимом управлении втулкой 10.
При управлении втулкой 10 перемещение пластины 37 в крайнее положение осуществляется при повороте кулачка 50 на валу 43 с микропрофилем 51, который занимает угловое положение (фиг.3, фиг.5) между микропрофилем 44 (ПВ) и микропрофилем 45 (ПВО), и при взаимодействии микропрофиля 51 с пластиной 37 (фиг.1, фиг.3, фиг.5) с выпуклой поверхностью 46 (ВП 46) постоянного радиуса.
Вместе с пластиной 37 перемещается шток 49 вдоль его оси до МП 36. После МП 36 перемещается шток (на фиг.1 не обозначен отдельной позицией) вместе с золотником 28 второго ДПК 27. При повороте кулачка 50 на угол переключения впрыска пластина 37 перемещается в крайнее положение при впрыске за счет взаимодействия микропрофиля 51 при OВ и прямой части пластины 37. Для этого требуется усилие. При этом растягивается жесткая пружина 35, в которой запасается значительная потенциальная энергия. Втулка 10 перемещается в крайнее верхнее положение.
Открывается РК31 в ДПК27 и закрывается НК 30 за время перемещения пластины 37 в крайнее верхнее (левое фиг.1, фиг.3, фиг.5) положение.
Топливо из камеры управления над втулкой 10 поступает по каналу 15 в корпусе форсунки (фиг.1) трубопроводу 71 (фиг.6), каналу 33 второго ДПК27 через РК 31, кольцевую проточку 29 второго ДПК 27, каналу 34 второго ДПК 27, трубопроводу 68 с обратным клапаном 69 в ГАНД 58.
Происходит рекуперация энергии топлива, затраченной на управление втулкой при реализации OВ.
Одновременно топливо поступает от ГАВД 55 по трубопроводам 63, 65 каналу 14 в корпусе форсунки в камеру управления 12 втулкой и снизу втулки 10, в кольцевую проточку 11 во втулке, под втулку 10 и в отверстия 3 второго уровня, которые выбираются большего диаметра для основного впрыска.
Происходит подъем втулки 10 за счет разности давлений над втулкой 10, которое падает до уровня давления в ГАНД 58, задаваемого КРД 59, и давлений на дифференциальные площадки в камере 12 и под втулкой 10 между седлом и втулкой 10.
Происходит основной впрыск при взаимодействии микропрофиля 51 с пластиной 37. Длительность OВ определяется длиной микропрофиля 51 и длиной выпуклой части пластины 46 (ВП 46).
При отсутствии МП 36 шток 49 и золотник 28 соединены напрямую и тогда одновременно пластина 37 с пластиной 47 и золотник 28 второго ДПК 27 перемещаются на одну и ту же величину. Основной впрыск (OВ) заканчивается, когда сбегающая кромка микропрофиля 51, параллельная скосу выпуклой части 46, уходит из контакта с ВП 46.
Параллельность сбегающей кромки микропрофиля 51 линии скоса необходима для того, чтобы усилия сжатия и тангенциальные усилия, которые действуют на микропрофиль 51, распределялись равномерно вдоль сбегающей кромки микропрофиля 51 и скоса выпуклой части пластины 46.
При отсечке пружина 35 сжимается, шток 49 до МП 36 перемещается в нижнее (правое фиг.3) крайнее положение. Шток после МП 36 вместе с золотником 28 перемещается в крайнее нижнее положение.
Открывается ПК 30 и закрывается РК 31.
Топливо поступает от ГАВД 55, по трубопроводу 62, каналу 32 второго ДПК 27, через НК 30, кольцевую проточку 29, канал 33 второго ДПК 27, через трубопровод 71, канал 15 в корпусе форсунки, в камеру управления 13 над втулкой 10.
Втулка 10 перемещается вниз за счет разности площадей над втулкой 10 и дифференциальных площадок под втулкой 10, закрывает отверстия 3 второго уровня и основной впрыск прекращается.
Регулирование длительности OВ осуществляется перемещением (фиг.4) пластины 37 с изогнутым концом ВП 46 и пластины 47 со шлицами 48 на ее внутренней поверхности, относительно штока 49 по шлицам 48 в конце штока 49. Перемещение пластины 47 по шлицам 48 в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к плоскости штока 49, мультипликатора 36, штока золотника 28 будет изменять длину выпуклой части 46 (фиг.5) пластины 37, взаимодействующей с микропрофилем 51, а, следовательно, время впрыска.
Это перемещение изменяет время взаимодействия изогнутого конца ВП 46 пластины 37 с микропрофилем 5 профилированного кулачка 50. Изменяется, следовательно, время впрыска, поскольку шток 49 будет находиться в верхнем крайнем (фиг.1) положении на время кинематического взаимодействия микропрофиля 51 и выпуклой поверхности 46, а НЕС 30 будет находиться в закрытом состоянии, как и должно быть при впрыске.
Время впрыска будет тем меньше, чем меньше длина изогнутого конца ВП 46 пластины 37. Перемещение пластины 37 вдоль оси вала 43 с профилированным кулачком 51 осуществляется как вручную, так и с помощью любого автоматического привода. Время взаимодействия микропрофиля 51 с верхним изогнутым концом ВП 46 пластины 37 определяется и частотой вращения коленчатого вала.
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.
Три впрыска уже позволяют оптимизировать сжигание топлива в цилиндре. Преимущество БРМП в том, что не требуются источников электрической энергии в отличие от форсунок с электроклапанным управлением. Не требуются сложные устройства преобразования и накопления энергии в короткие промежутки времени. Это упрощает устройство топливоподачи, повышает его надежность.
Меньше энергии затрачивается на управление впрыском. Повышается кпд энергетической установки с ДВС. Величины микропрофилей могут быть существенно увеличены за счет применения мультипликаторов, что облегчит условия технической реализации устройства.
Устройство реализует все операции способа.
1. Способ управления подачей топлива, включающий перемещение золотника двухпозиционного клапана из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее, при котором закрывается наполнительный клапан и открывается разгрузочный клапан при впрыске, подачу топлива в форсунку под иглу, перемещение иглы в верхнее крайнее положение, отвод топлива от камеры управления над иглой сверху и, наоборот, перемещение золотника двухпозиционного клапана из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение, при котором открывается наполнительный клапан и закрывается разгрузочный клапан при отсечке, подачу топлива в камеру над иглой сверху, перемещение иглы в крайнее нижнее положение, отличающийся тем, что осуществляют независимые впрыски через два уровня отверстий двумя независимыми по управлению системами подачи, при этом первой системой управления реализуют, как минимум, один предварительный впрыск и, как минимум, один впрыск после основного, при управлении иглой через отверстия первого уровня, а второй независимой системой управления реализуют, как минимум, один основной впрыск большей длительности между предварительным впрыском и впрыском после основного при управлении втулкой через отверстия второго уровня, для этого осуществляют, как минимум, один предварительный впрыск, как минимум, один впрыск после, как минимум, одного основного через отверстия первого уровня, для этого на каждом предварительном впрыске и на каждом впрыске после основного перемещают золотник первого двухпозиционного клапана вверх механическим путем с помощью кулачков с микропрофилями с заданной высотой, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих с первой пластиной, кинематически соединенной с золотником первого двухпозиционного клапана напрямую или мультипликатор перемещения, открывают при каждом предварительном впрыске и впрыске после основного разгрузочный клапан, закрывают наполнительный клапан первого двухпозиционного клапана, подают топливо от управляющей камеры над иглой в гидроаккумулятор низкого давления через разгрузочный клапан, подают топливо под иглу при впрыске в течение времени переключения, заданного при предварительном впрыске и впрыске после основного, перемещают иглу в верхнее крайнее положение, удерживают иглу в верхнем положении при подаче топлива в цилиндр за счет давления топлива под иглой и удерживают золотник первого двухпозиционного клапана в верхнем положении на время длительности каждого предварительного впрыска и впрыска после основного механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце первой пластины, перемещают в крайнее нижнее положение золотник первого двухпозиционного клапана с помощью пружины, открывают наполнительный клапан первого двухпозиционного клапана, подают топливо при каждой отсечке через наполнительный клапан в камеру управления над иглой, перемещают иглу в нижнее крайнее положение, удерживают иглу форсунки за счет давления в камере управления над иглой и первый золотник двухпозиционного клапана за счет пружины в нижнем крайнем положении в течение времени, заданного при каждой отсечке после предварительного впрыска и впрыска после основного, изменяют длительность каждого предварительного впрыска и впрыска после основного, для этого перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями, управляющими предварительным впрыском и впрыском после основного 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 первой пластины вручную или автоматически, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении, независимо осуществляют, как минимум, один основной впрыск через отверстия второго уровня в промежутке между предварительным впрыском и впрыском после основного, для этого перемещают золотник второго двухпозиционного клапана вверх механическим путем с помощью кулачков с микропрофилями с заданной высотой, вращающихся с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, взаимодействующих со второй пластиной, кинематически соединенной с золотником второго двухпозиционного клапана напрямую или через мультипликатор перемещения, открывают при каждом основном впрыске разгрузочный клапан, закрывают наполнительный клапан второго двухпозиционного клапана, подают топливо от управляющей камеры над втулкой в гидроаккумулятор низкого давления через разгрузочный клапан, подают топливо под втулку в течение времени переключения, заданного при основном впрыске, перемещают втулку в верхнее крайнее положение, удерживают втулку в верхнем положении при подаче топлива в цилиндр за счет давления топлива под втулкой и удерживают золотник второго двухпозиционного клапана в верхнем положении на время длительности каждого основного впрыска, механическим путем при взаимодействии микропрофилей с заданной высотой с выпуклой поверхностью постоянного радиуса на конце второй пластины, перемещают в крайнее нижнее положение золотник второго двухпозиционного клапана с помощью пружины, открывают наполнительный клапан второго двухпозиционного клапана, подают топливо при каждой отсечке через наполнительный клапан в камеру управления над втулкой, перемещают втулку в нижнее крайнее положение, удерживают втулку форсунки за счет давления в камере управления над втулкой и второй золотник двухпозиционного клапана за счет пружины в нижнем крайнем положении в течение времени, заданного при каждой отсечке после основного впрыска, изменяют длительность каждого основного впрыска, для этого перемещают пластину, взаимодействующую с микропрофилями, управляющих основным впрыском 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 второй пластины вручную или автоматически, изменяют длину выпуклой поверхности вдоль скоса при непрерывном управлении.
2. Устройство управления подачей топлива, включающее форсунку с двухпозиционным клапаном с подпружиненным штоком и кольцевой площадкой, соединенным кинематически с управляемым быстродействующим реверсивным приводом, камеру управления, которая соединяется через разгрузочный клапан с внешней емкостью, а через наполнительный клапан и через дроссель с линией высокого давления и топливным насосом высокого давления, запирающий элемент распылителя, взаимодействующий с камерой управления сверху и соединенный с линией высокого давления снизу, топливный насос высокого давления, топливную емкость, топливоподкачивающий насос, соединенные между собой гидравлически, отличающееся тем, что форсунка выполнена с двумя уровнями отверстий для впрыска, с иглой и втулкой, соосной игле форсунки, снабжена двумя двухпозиционными клапанами для управления иглой и втулкой, золотники двухпозиционных клапанов и их седлах выполнены с коническими запирающими поверхностями и соединены каждый механически со своим быстродействующим реверсивным механическим приводом для линейного перемещения золотника первого двухпозиционного клапана, управляющего иглой, и второго двухпозиционного клапана, управляющего втулкой, быстродействующий реверсивный механический привод для каждого двухпозиционного клапана снабжен, как минимум, одной пластиной для одного быстродействующего реверсивного механического привода с выпуклой на одном конце поверхностью постоянного радиуса и определенной длины выпуклой части каждая и с, как минимум, одним скосом каждая, валом, соединенным кинематически с коленчатым валом, как минимум, двумя профилированными кулачками по одному на каждую пластину с, как минимум, одним, микропрофилем на одном профилированном кулачке для реализации предварительного впрыска и, как минимум, одним микропрофилем для реализации впрыска после основного, как минимум одним микропрофилем для реализации основного впрыска на втором кулачке, расположенные в промежутке между микропрофилями на первом кулачке для реализации предварительного впрыска и впрыска после основного, все микропрофили на первом и втором кулачке выполнены с прямой набегающей кромкой и со сбегающей кромкой, параллельной скосу выпуклой поверхности при регулировании длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью механического взаимодействия с микропрофилями сначала своей прямой частью при переключении клапанов из одного крайнего положения в другое, а затем выпуклой частью постоянного радиуса во время реализации длительности впрыска, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения вдоль оси своего двухпозиционного клапана и соединены каждая при этом напрямую или через мультипликатор перемещения с подпружиненным штоком и через него с золотником двухпозиционного клапана, гидроаккумулятор высокого давления соединен с камерами под иглой и втулкой, а через наполнительные клапаны первого и второго двухпозиционных клапанов с камерами управления соответственно над иглой и втулкой при отсечке, а при впрыске каждый двухпозиционный клапан соединен через свой разгрузочный клапан с гидроаккумулятором низкого давления и камерой управления над иглой, каждая пластина выполнена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной или расположенной под углом к оси иглы, штока или золотников двухпозиционных клапанов при регулировании длительности впрыска и соединена для этого шлицевым соединением со штоком, относительно которого перемещается пластина.
