Способ управления подачей топлива и устройство для его осуществления (варианты)

Способ управления подачей топлива и устройство для его осуществления (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам и устройствам для управления подачей топлива 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 транспорте.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ управления подачей топлива, выбранный в качестве прототипа (Погуляев Ю.Д., Наумов В.Н., Сергеев В.М. Новый способ регулирования топливоподачи дизеля - Механизация строительства - 2005 - №1 - с.10-13), открывание управляющего клапана, подачу топлива через дроссель в полость над запирающими элементами распылителя, соединение управляющих полостей над запирающими элементами распылителя и полости управляющего открытого клапана с внешней полостью, подачу топлива на распылитель форсунки через два уровня отверстий под высоким давлением, закрывание управляющего клапана и осуществление отсечки подачи топлива.

Данный способ имеет следующие недостатки:

- способ неэкономичен в управлении из-за постоянного дренажа большого количества топлива на слив при переустановках управляющего клапана;

- способ не позволяет возвращать часть энергии, затраченной на управление, обратно в источник энергии и снижать мощность на управление подачей топлива;

способ не позволяет осуществить число последовательных впрысков больше двух;

- в способе не может быть реализован прямоугольный закон давления впрыска из-за ограниченного быстродействия электромагнитного клапана и наличия пружин.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство управления подачей топлива, выбранное в качестве прототипа (Погуляев Ю.Д., Наумов В.Н., Сергеев В.М. Новый способ регулирования топливоподачи дизеля - Механизация строительства - 2005 - №1 - с.10-13) и включающее электроуправляемую форсунку, содержащую распылитель с двумя уровнями отверстий, запирающие элементы в виде подпружиненных иглы и втулки, управляющий подпружиненный клапан между управляющей полостью над запирающими элементами и полостью управляющего клапана, гидроаккумулятор системы топливоподачи высокого давления с клапаном регулирования давления, соединенный с форсункой через канал с дросселем с управляющей полостью над запирающими элементами и через канал без дросселя, соединенный с полостью под запирающими элементами, топливный насос высокого давления, топливный бак, топливный фильтр, соединенные между собой и гидроаккумулятором высокого давления, блок электронного управления, соединенный с обмоткой управления управляющего клапана.

К недостаткам устройства относятся:

- устройство не позволяет возвращать часть энергии, затраченную на управление, обратно в источник энергии и снижать мощность на управление подачей топлива;

- устройство не позволяет реализовать одинаковое быстродействие клапанов управления и запирающих элементов;

- устройство не позволяет осуществить количество впрысков более двух в форсунке с электроуправляемым клапаном;

- устройство не позволяет реализовать так называемый «прямоугольный закон подачи топлива с очень крутыми передними и задними фронтами», при котором обеспечивается среднее давление впрыска, близкое к максимальному из-за инерционности электромагнитного клапана и пружин.

Целью изобретения является улучшение динамики подачи топлива и повышение индикаторного к.п.д., а также упрощение, повышение надежности и снижение стоимости топливоподающей аппаратуры.

Это достигается тем, что в способе управления подачей топлива в двигателе внутреннего сгорания, включающем открывание управляющего клапана, подачу топлива через дроссель в полость над запирающими элементами распылителя, соединение управляющих полостей над запирающими элементами распылителя и полости управляющего открытого клапана с внешней полостью, подачу топлива на распылитель форсунки через два уровня отверстий под высоким давлением, закрывание управляющего клапана и осуществление отсечки подачи топлива, согласно заявленному изобретению в первой изменяемой полости конечного объема создают разрежение, как минимум, по одной заданной программе, как минимум, с одним шагом изменения объема, при подаче топлива в цилиндры, соединяют при этом последовательно внешнюю изменяемую полость конечного объема, управляющую полость над управляющим клапаном и управляющие полости над запорными элементами и открывают управляющий клапан, создают давление в первой изменяемой полости конечного объема и управляющей полости над управляющим клапаном при внутрицикловой отсечке топлива и отсечки после окончания цикла подачи топлива и закрывают управляющий клапан, подают при рекуперации топливо под давлением через управляющую полость управляющего клапана из первой изменяемой полости конечного объема во вторую полость конечного объема.

При этом при разрежении объем первой изменяемой полости конечного объема изменяют непрерывно от нулевого до максимального.

При этом при разрежении объем первой изменяемой полости конечного объема изменяют дискретно: сначала от нулевого до первого промежуточного постоянного объема, а затем после, как минимум, одной задержки, от первого промежуточного постоянного объема до последующего промежуточного и так до максимального при впрыске топлива.

При этом при создании давления в управляющей полости управляющего клапана объем первой изменяемой полости конечного объема изменяют непрерывно от максимального до нулевого в промежутке между впрысками топлива.

При этом давление в управляющей полости над управляющим клапаном изменяют клапаном регулирования давления во второй полости конечного объема.

Реализация способа позволяет организовать процесс впуска с максимальным приближением к циклу с подводом теплоты при постоянном давлении и максимальном индикаторном к.п.д. и минимальных вредных выбросах:

- за счет нескольких последовательных впрысков с крутым фронтом начала и окончания впрыска за время подачи топлива, когда за короткое время при нахождении поршня вблизи верхней мертвой точки можно впрыснуть большое количество топлива отдельными порциями через большее количество отверстий при равномерном распыливании топлива с высоким импульсом и при большом постоянном давлении;

- за счет одинакового быстродействия управляющего клапана и запирающих элементов при повышении давления управления управляющим клапаном;

- за счет возврата части энергии, потраченной на управление подачей топлива, в топливный насос высокого давления и минимизации энергии на управление;

- подача топлива через два отверстий позволяет расширить диапазон управления мощностью путем регулирования давления впрыска при высоком качестве распыливания топлива.

Перечисленные признаки позволяют достигать в целом существенно нового технического результата по управлению подачей топлива с помощью нового способа.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для управления подачей топлива, включающем электроуправляемую форсунку, содержащую распылитель с двумя уровнями отверстий, запирающие элементы в виде подпружиненных иглы и втулки, управляющий подпружиненный клапан между управляющей полостью над запирающими элементами и полостью управляющего клапана, гидроаккумулятор системы топливоподачи высокого давления с клапаном регулирования давления, соединенный с форсункой через канал с дросселем с управляющей полостью над запирающими элементами и через канал без дросселя, соединенный с полостью под запирающими элементами, топливный насос высокого давления, топливный бак, топливный фильтр, соединенные между собой и гидроаккумулятором высокого давления, блок электронного управления, соединенный с обмоткой управления управляющего клапана, согласно заявленному изобретению форсунка выполнена гидроэлектроуправляемой, а устройство дополнительно снабжено блоком управления подачи топлива, состоящим, как минимум, из одного профилированного кулачка на гидроэлектроуправляемую форсунку с программой, как минимум, одного цикла впрыска, подвижной платформы с установленными на ней копиром, взаимодействующим с профилированным кулачком, и плунжером, взаимодействующим с неподвижным гидроцилиндром, установленном на неподвижном основании с отверстием и соединенным с гидроэлектроуправляемой форсункой и ее управляющей полостью над управляющим клапаном гидравлически, пружины, установленной между подвижной платформой и неподвижным основанием, дополнительного аккумулятора низкого давления с клапаном регулирования давления, соединенного на входе с управляющей полостью над управляющим клапаном форсунки, а на выходе с топливным насосом высокого давления, клапан регулирования давления гидроаккумулятора низкого давления соединен с блоком электронного управления электрически.

Устройство с гидроэлектороуправляемой форсункой, снабженное блоком управления подачи топлива, состоящим, как минимум, из одного профилированного кулачка на гидроэлектроуправляемую форсунку с программой, как минимум, одного цикла впрыска, подвижной платформы с установленными на ней копиром, взаимодействующим с профилированным кулачком, и плунжером, взаимодействующим с неподвижным гидроцилиндром, установленном на неподвижном основании с отверстием и соединенным с гидроэлектроуправляемой форсункой и ее управляющей полостью над управляющим клапаном гидравлически, пружины, установленной между подвижной платформой и неподвижным основанием, дополнительного аккумулятора низкого давления с клапаном регулирования давления, соединенного на входе с управляющей полостью над управляющим клапаном форсунки, а на выходе с топливным насосом высокого давления, клапан регулирования давления гидроаккумулятора низкого давления соединен с блоком электронного управления электрически, позволяет обеспечить:

- взаимодействие профилированных кулачков с программой цикла впрыска и копира в блоке управления подачей топлива с подпружиненным плунжером в цилиндре блока управления топливом, гидравлически соединенного с форсункой, и реализацию несколько последовательных впрысков топлива и отсечки подачи топлива;

- гидравлическое соединение подплунжерной полости блока управления топливом и полости управляющего клапана форсунки при отсечке и подаче топлива и за счет этого увеличение скорости изменения давления управления управляющим клапаном и реализацию прямоугольного закона начала и окончания впрыска, одинаковое быстродействие управляющего клапана и запирающих элементов форсунки за цикл подачи;

- последовательное соединение форсунки при отсечке топлива с дополнительным аккумулятором низкого давления (вторая полость конечного объема) и с насосом высокого давления и за счет этого возврат энергии, затраченной на управление, в топливный насос высокого давления;

- большее количество отверстий в форсунке на двух уровнях впрыска и за счет этого высокое качества распыливания топлива и оптимальный диапазон управления мощностью путем регулирования давления впрыска и, следовательно, количества подаваемого топлива в оптимальном диапазоне;

- надежность и снижение стоимости аппаратуры подачи топлива за счет дополнительного гидромеханического управления управляющим клапаном в виде блока управления подачи топлива и соединения форсунки с гидроаккумулятором высокого давления с клапаном регулирования давления впрыска;

- компактность форсунки за счет гидравлической приставки, выполненной отдельно от форсунки.

Выполнение профиля кулачка для реализации одной или нескольких программ впрыска в один или несколько цилиндров позволяет обеспечить:

- за счет применения профилированных кулачков с двойным циклом компактность устройства управления подачей топлива и подачу топлива от одного блока управления подачей топлива в один или несколько цилиндров.

Согласно второму варианту поставленная задача осуществляется тем, что устройство для управления подачей топлива, включающее управляемую форсунку, содержащую распылитель с двумя уровнями отверстий, запирающие элементы в виде иглы и втулки, управляющий клапан между управляющей полостью над запирающими элементами и полостью управляющего клапана, гидроаккумулятор системы топливоподачи высокого давления с клапаном регулирования давления, соединенный с форсункой через канал с дросселем с управляющей полостью над запирающими элементами и через канал без дросселя, соединенный с управляющей полостью под запирающими элементами, топливный насос высокого давления, топливный бак, топливный фильтр, соединенные между собой и гидроаккумулятором высокого давления, блок электронного управления, соединенный с клапаном регулирования давления гидроаккумулятора высокого давления, согласно заявленному изобретению форсунка выполнена гидроуправляемой с запирающими элементами без пружин и с управляющим клапаном без пружины, а устройство дополнительно снабжено блоком управления подачи топлива, состоящим, как минимум, из одного профилированного кулачка на гидроуправляемую форсунку с программой, как минимум, одного цикла впрыска, подвижной платформы с установленными на ней копиром, взаимодействующим с профилированным кулачком, и плунжером, взаимодействующим с неподвижным гидроцилиндром, установленном на неподвижном основании с отверстием и соединенным с гидроуправляемой форсункой и ее управляющей полостью над управляющим клапаном гидравлически, пружины, установленной между подвижной платформой и неподвижным основанием, дополнительного аккумулятора низкого давления с клапаном регулирования давления, соединенного на входе с управляющей полостью над управляющим клапаном форсунки, а на выходе с топливным насосом высокого давления, клапан регулирования давления гидроаккумулятора низкого давления соединен с блоком электронного управления электрически.

Устройство с гидроуправляемой форсункой с запирающими элементами без пружин и с управляющим клапаном без пружины, снабженное блоком управления подачи топлива, состоящим, как минимум, из одного профилированного кулачка на гидроуправляемую форсунку с программой, как минимум, одного цикла впрыска, подвижной платформы с установленными на ней копиром, взаимодействующим с профилированным кулачком, и плунжером, взаимодействующим с неподвижным гидроцилиндром, установленном на неподвижном основании с отверстием и соединенным с гидроуправляемой форсункой и ее управляющей полостью над управляющим клапаном гидравлически, пружины, установленной между подвижной платформой и неподвижным основанием, дополнительного аккумулятора низкого давления с клапаном регулирования давления, соединенного на входе с управляющей полостью над управляющим клапаном форсунки, а на выходе с топливным насосом высокого давления, клапан регулирования давления гидроаккумулятора низкого давления соединен с блоком электронного управления электрически, позволяет обеспечить:

- взаимодействие профилированных кулачков с программой цикла впрыска и копира в блоке управления подачей топлива с подпружиненным плунжером в цилиндре блока управления топливом, гидравлически соединенного с форсункой и реализацию несколько последовательных впрысков топлива;

- гидравлическое соединение подплунжерной полости (первой полости конечного изменяемого объема) неподвижного цилиндра блока управления топливом и управляющей полости управляющего клапана форсунки при отсечке и подаче топлива и за счет этого увеличение скорости изменения давления управления управляющим клапаном и реализацию прямоугольного закона начала и окончания впрыска, одинаковое быстродействие управляющего клапана и запирающих элементов форсунки за цикл подачи;

- последовательное соединение форсунки при отсечке топлива с дополнительным аккумулятором низкого давления (второй полостью конечного объема) и с насосом высокого давления и за счет этого возврат энергии, затраченной на управление и минимизацию потерь на управление;

- большее количество отверстий в форсунке на двух уровнях впрыска и за счет этого высокое качество и равномерность распыливания топлива и оптимальный диапазон управления мощностью путем регулирования давления впрыска клапаном регулирования давления, соединенного с гидроаккумулятором высокого давления, и, следовательно, количества подаваемого топлива в оптимальном диапазоне;

- надежность и снижение стоимости аппаратуры подачи топлива за счет гидромеханического управления управляющим клапаном в виде блока управления топливом и соединения форсунки с гидроаккумулятором высокого давления с клапаном регулирования давления впрыска;

- выполнение отверстий для впрыска на двух уровнях и требования переменной интенсивности распыливания топлива путем последовательной подачи топлива через отверстия для впрыска первого и второго уровней;

- выполнение запирающих элементов без пружин, соединение камеры управления управляющего клапана без пружин с дополнительной полостью изменяемого конечного объема в виде неподвижного цилиндра с подвижным плунжером и за счет этого постоянное давление распыливания для каждого запирающего элемента и равномерность распыливания;

- выполнение запирающих элементов без пружин и надежную постановку запирающих элементов, иглы и втулки, на седло при отсечке топлива;

- за счет применения профилированных кулачков с двойным циклом компактность устройства и подачу топлива от одного блока управления подачей топлива в один или несколько цилиндров.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, на которых представлены варианты устройства для реализации данного способа:

- фиг.1 - первый вариант исполнения гидроэлектроуправляемой форсунки для подачи топлива (продольный разрез) с двумя уровнями отверстий для впрыска;

- фиг.2 - варианты исполнения профилированных кулачков для управления подачей топлива с одним (фиг 2,а) или двумя циклами подачи топлива (фиг.2,б), а также с несколькими профилированными кулачками на одном распределительном валу (фиг 2,в);

- фиг.3 - схематичное изображение блока управления подачей топлива (фиг.3,а) в цилиндры дизеля и варианты гидравлического (фиг.3,б) и механического соединения блока управления подачей топлива (фиг.3,в) с форсункой;

- фиг.4 - варианты блок-схем устройства для реализации способа с подачей топлива, причем на фиг 4,а показана блок-схема для реализации способа подачи в один цилиндр от одного блока управления подачей топлива;

на фиг.4,б - показана блок-схема для реализации способа подачи в два цилиндра от одного блока управления подачей топлива при наличии стандартного гидрораспределителя;

- на фиг.5 - показаны диаграммы давления впрыска (фиг.5,а) при подаче топлива; на фиг.5,б диаграммы объемного расхода топлива через отверстия первого и второго уровней;

- фиг.6 - второй вариант исполнения гидроуправляемой форсунки для подачи топлива (продольный разрез) с двумя уровнями отверстий для впрыска;

- фиг.7 - варианты исполнения профилированных кулачков для управления подачей топлива с одним (фиг 7,а) или двумя циклами подачи топлива (фиг.7,б), а также с несколькими профилированными кулачками на одном распределительном валу (фиг.7,в);

- фиг.8 - схематичное изображение блока управления подачей топлива (фиг.8,а) в цилиндры дизеля и варианты гидравлического (фиг.8,б) и механического соединения блока управления подачей топлива (фиг.8,в) с форсункой;

- фиг.9 - варианты блок-схем устройства для реализации способа с подачей топлива, причем на фиг.9,а показана блок-схема для реализации способа подачи в один цилиндр от одного блока управления подачей топлива; на фиг.9,б показана блок-схема для реализации способа подачи в два цилиндра от одного блока управления подачей топлива.

На фиг.1 - показана гидроэлектроуправляемая форсунка 1 в продольном разрезе, содержащая два ряда сопловых отверстий 2, 3, выполненных в распылителе форсунки (на чертеже не показан). Один ряд сопловых отверстий 2 перекрывается иглой 4, поджатой пружиной 5. Соосно игле 4 выполнена втулка 6, поджатая пружиной 7, перекрывающая второй ряд отверстий 3.

Управляющая полость 8 над иглой 4 и управляющая полость 9 над втулкой 6 сообщаются через дроссель (на чертеже не показан) в канале 10 с источником высокого давления (на чертеже не показан) через канал 11 в форсунке, который соединяется каналом 12 в форсунке 1 с кольцевой полостью 13, через которую и осевые каналы 14 втулки 6 подводится топливо к конусу иглы 4 и к конусу втулки 6.

Форсунка содержит управляющий клапан 15, который перекрывает отверстие 16, соединяющее полости над иглой 8 и втулкой 9 с управляющей полостью 17 над управляющим клапаном 15. Управляющий клапан 15 подпружинен пружиной 18, управляющий клапан 15 управляется электрической обмоткой 19, соединенной с блоком электронного управления (на фиг.1 не показан).

В корпусе 1 форсунки выполнено отверстие 20, соединяющее форсунку с блоком управления топливоподачей, в дальнейшем БУТ (на фиг.1 не показан) и канал 21, соединяющий управляющую полость 17 форсунки с гидроаккумулятором низкого давления форсунки (в дальнейшем ГАФ или вторая полость конечного объема на фиг.1 не показан).

На фиг.2 показан профилированный кулачок 22 для реализации одного цикла впрыска на одной форсунке, содержащий уровни изменения высоты профиля профилированного кулачка 22 при его вращении на Δh₁, Δh₂, которые соединяются между собой через уровни постоянной высоты профиля с радиусами R_1,R₂. Причем при повороте профилированного кулачка 22 на угол γ₁ при первом впрыске он поднимается на высоту Δh₁; при повороте на угол γ₂ при внутрицикловой отсечке он сохраняет высоту, равную R₁; при повороте на угол γ₃ и втором впрыске кулачок 22 поднимается на высоту Δh₂; при повороте на угол γ₄ и второй отсечке в конце цикла подачи топлива кулачок 22 сохраняет высоту, равную R₂; при повороте профилированного кулачка 22 на угол α=γ₁+γ₂+γ₃+γ₄ происходит подача топлива в цилиндр; при повороте профилированного кулачка 22 на угол β=2π-α происходит рекуперация топлива и подготовка блока управления подачей топлива 23 (фиг.3,а) к следующему циклу впрыска топлива.

На фиг.3,а - показан блок управления топливоподачей 23 (БУТ 23), который содержит профилированный кулачок 22 для работы с одной форсункой (на фиг.3,а не показана), копир 24, жестко соединенный с платформой 25, которая также жестко соединена с плунжером 26, расположенном в неподвижном цилиндре 27 с первой изменяемой полостью конечного объема, установленном на неподвижном основании 28 с отверстием 29 в нем. Подвижная платформа 25 подпружинена пружиной 30, расположенной между неподвижным основанием 28 и подвижной платформой 25. Отверстие 29 трубопроводом 31 соединяет БУТ 23 с корпусом форсунки 1 и каналом 20 в нем (фиг.1 и фиг.3,а,б).

На фиг.3,б показан вариант соединения БУТ 23 с форсункой 1 через трубопровод 31, когда БУТ 23 выполнен в виде приставки к форсунке 1. На фиг.3,в показан вариант прямого соединения БУТ 23 с форсункой 1, при котором совпадают отверстия 20 (фиг.1) и 29 (фиг.3,а,в).

На фиг.4,а показана блок-схема устройства для реализации способа, включающая БУТ 23, соединенный с форсункой 1 трубопроводом 31. Форсунка 1 (фиг.1) соединена трубопроводом 32 с дросселем (позиция дросселя в канале 32 на фиг.4,а не обозначена) с гидроаккумулятором форсунки 33 (ГАФ 33) в качестве второй полости конечного объема; форсунка 1 также соединена с выходом гидроаккумулятора системы топливоподачи 34 (ГАСТ 34), с клапаном регулирования давления 35 (КРД 35) и датчиком давления 36, которые, в свою очередь, соединены электрически с блоком электронного управления 37 (БЭУ 37), гидравлически ГАСТ 34 соединен с выходом топливного насоса высокого давления 38 (ТНВД 38) и топливным баком 39, который через фильтр топлива 40 соединен также с ТНВД 38.

БЭУ 37 также соединен с обмоткой управления 19 управляющим клапаном 15, с КРД 41 гидроаккумулятора форсунок 33 (ГАФ 33) или второй полостью конечного объема, выход которого гидравлически соединен со входом ТНВД 38 с целью рекуперации энергии управления в ТНВД 38 и через него в ГАСТ 34.

На фиг.4,б показана блок-схема варианта устройства подачи топлива с профилированными кулачками 22 с двойным циклом.

Эта схема включает профилированный кулачок 22 (фиг.2,б), реализующий цикл топливоподачи для двух форсунок 1, входящих в БУТ 23, соединенный со стандартным гидрораспределителем 42 на две форсунки 1, выполненного, например, в виде пары втулка-цилиндр со втулкой, вращающейся синхронно с кулачком 22, который, в свою очередь, соединен с двумя форсунками 1.

На фиг.5,а показан прямоугольный закон изменения давления впрыска во время и после переустановки управляющего клапана 15 (фиг.1,а) и запирающих элементов, иглы 4 и втулки 6, из нижнего положения в верхнее за счет электромагнитных и гидромеханических сил, показано время управления подачей топлива в углах поворота профилированного кулачка γ₁, γ₂, γ₃, γ₄ вo время подачи топлива.

На фиг.5,б - показан объемный расход топлива через отверстия первого (меньший объемный расход) и второго (больший объемный расход) уровней при подаче топлива за время t_γ1 при повороте профилированного кулачка 22 на угол γ₁.

На фиг.6 - (вариант №2) показан вариант исполнения гидроуправляемой форсунки 1 с двумя уровнями отверстий 2 и 3, содержащей иглу 4 с конусом без пружины, перекрывающей отверстия первого уровня 2, втулку 6 с конусом без пружины, перекрывающими отверстия второго уровня 3, управляющий клапан 15 без пружины, управляющие полости 8 и 9 над иглой 4 и втулкой 6 соответственно, канал 11, соединенный с каналом 10 с дросселем в нем (на фиг.6 дроссель не показан), а также канал 12, соединенный с кольцевой полостью 13 в корпусе форсунки 1, взаимодействующей с внешней стороной втулки 6, через которую и радиальные каналы 14 во втулке 6 подается топливо под конусы иглы 4 и втулки 6 к отверстиям первого и второго уровней 2 и 3, управляющие полости 9 над иглой 4 и втулкой 6, которые через отверстие 16, перекрываемое управляющим клапаном 15, соединены с управляющей полостью 17 над управляющим клапаном 15, управляющий клапан 15 имеет направляющие 43 для ограничения хода управляющего клапана 15, управляющая полость 17 каналом 20 соединена с блоком управления топливоподачей (не показан на фиг.6), а каналом 21 соединена с гидроаккумулятором форсунки (в дальнейшем ГАФ, который не показан на фиг.6, или вторая полость конечного объема);

На фиг.7,а - показан профилированный кулачок 22, содержащий уровни изменения высоты профиля кулачка при вращении кулачка на Δh₁, Δh₂, которые соединяются между собой через уровни постоянной высоты профиля с радиусами R₁, R₂. Причем при повороте профилированного кулачка на угол γ₁ кулачок поднимается на высоту Δh₁ (при этом на эту высоту заполняется топливом неподвижный цилиндр 27, фиг.8,а); при повороте на угол γ₂ профилированный кулачок сохраняет высоту, равную R₁; при повороте на угол γ₃ профилированный кулачок поднимается на высоту Δh₂ (при этом заполняется на эту высоту неподвижный цилиндр 27, фиг.8,а), при повороте на угол γ₄ кулачок сохраняет высоту, равную R₂; при повороте профилированного кулачка на угол α=γ₁+γ₂+γ₃+γ₄ происходит подача топлива в цилиндр и реализуется полный цикл подачи топлива; при повороте профилированного кулачка на угол β=2π-a происходит подготовка блока управления топливоподачей (в дальнейшем БУТ) к следующему циклу впрыска топлива в форсунку и происходит рекуперация топлива в ТНВД (фиг.9,а).

На фиг.7,б - показан профилированный кулачок 22, который позволяет реализовать два цикла подачи топлива с двумя разными форсунками. Кулачок может быть спрофилирован на подачу топлива в одну, две и несколько форсунок. При этом уменьшается время на подготовку впрыска в форсунку.

На фиг.7,в - показаны два профилированных кулачка 22 на одном валу, который может для установки соответствующего кулачка перемещаться вдоль оси (механизм перемещения на фиг.7,в не показан).

На фиг.8,а - показаны профилированный кулачок 22, взаимодействующий с блоком управления топливоподачей 23 (БУТ 23), состоящим из подвижной платформы 25, на которой установлены копир 24, взаимодействующий с кулачком 22 при его вращении, плунжер 26, установленный в неподвижном цилиндре 27 с первой изменяемой полостью конечного объема с возможностью вертикального перемещения относительно него вместе с подвижной платформой 25, закрепленном на неподвижном основании 28 с отверстием 29. Между основанием 28 и подвижной платформой 25 установлена пружина 30 в корпусе, закрепленная с двух сторон, отверстие 29 трубопроводом 31 соединено с форсункой 1 (на фиг.8,а форсунка не показана).

На фиг.8,б - показаны варианты соединения форсунки 1 с блоком управления подачи топлива 23 через трубопровод 31.

На фиг.8,в - показан вариант прямого соединения БУТ 23 с форсункой, при котором совпадают отверстия 20 (фиг.6) и 29 (фиг.8,а).

На фиг.9,а - показана блок-схема устройства, включающая БУТ 23, соединенный с форсункой 1 трубопроводом 31, которая соединена трубопроводом 32 с дросселем (позиция дросселя на фиг.9,а не обозначена), с ГАФ 33 или второй полостью конечного объема, форсунка 1 также соединена с выходом ГАСТ 34, с клапаном регулирования давления 35 (КРД 35) и датчиком давления 36, который, в свою очередь, соединен электрически с блоком электронного управления 37 (БЭУ 37), а гидравлически соединен с выходом топливного насоса высокого давления 38 (ТНВД 38) и топливным баком 39, который через фильтр топлива 40 соединен также с ТНВД 38. БЭУ 37 соединен с КРД 41 гидроаккумулятора форсунок 33 (ГАФ 33 или вторая полость конечного объема), выход которого гидравлически соединен со входом ТНВД 38 с целью рекуперации энергии управления в ТНВД 38 и ГАСТ 34.

На фиг.9,б - показана блок-схема устройства, которая включает профилированный кулачок 22 (фиг.7,б), реализующий цикл топливоподачи для двух форсунок 1, входящих в БУТ 23, соединенный со стандартным гидрораспределителем 42 на две форсунки 1, выполненного, например, в виде пары втулка-цилиндр со втулкой, вращающейся синхронно с кулачком 22, который, в свою очередь, соединен с двумя форсунками 1.

Работа устройства (вариант №1) показана на примере одной форсунки и может быть распространена на работу с любым числом форсунок по числу цилиндров двигателя. Форсунка 1(фиг.1) выполнена гидроэлектроуправляемой и управляющий клапан 15 в ней переустанавливается из одного крайнего положения в другое за счет гидромеханических, электромагнитных сил и силы пружины.

Подача топлива в цилиндры.

Для подачи топлива в форсунку перемещают управляющий клапан 15 в крайнее верхнее положение и открывают канал 16 в форсунке, который он перекрывает при нахождении в крайнем нижнем положении.

Запирающие элементы, иглу 4 и втулку 6, также перемещают в крайнее верхнее положение, определяемое ходом пружин 5 и 7 при их сжатии за минимально возможное время с соблюдением «прямоугольного» закона переключения.

Для этого на электрическую обмотку управления 19 управляющим клапаном 15 во время подачи топлива (фиг.1) подается напряжение с БЭУ 37 (фиг.4,а) с некоторым упреждением для компенсации электромагнитной инерции обмоток электромагнита и до начала механического взаимодействия профилированного кулачка 22 (фиг.2,а, фиг.3,а) с копиром 24 на вертикально подвижной платформе 25 (фиг.3,а).

Возникает электромагнитная сила, которая перемещает управляющий клапан 15 вверх и сжимает пружину 18.

На управляющий клапан 15 действует сила давления топлива, поступаемого в управляющие полости 8 и 9 через дроссель в канале 10 форсунки 1 от ГАСТ 34 (фиг.4,а) и действующая на управляющий клапан 15 на площади, равной площади перекрываемого управляющим клапаном 15 отверстия 16.

Эта сила направлена вверх и способствует открытию управляющего клапана 15.

На управляющий клапан 15 действует сила разрежения, создаваемая подвижным плунжером 26 при перемещении его относительно неподвижного цилиндра 27 во время взаимодействия профилированного кулачка 22 (фиг.2,а) с копиром 24 (фиг.3,а). Эта сила направлена также вверх и способствует перемещению управляющего клапана вверх в верхнее крайнее положение.

При повороте профилированного кулачка 22, взаимодействии копира 24 с ним, перемещении платформы 25 с плунжером 26 сжимается пружина 30, в которой запасается потенциальная механическая энергия для последующего ее преобразования в гидравлическую с целью рекуперации в ТНВД 38 и ГАСТ 34 (фиг4,а).

Разрежение создается в подплунжерной полости неподвижного цилиндра 27 или в первой изменяемой полости конечного объема под плунжером 26 при перемещении последнего вверх под действие платформы 25, перемещающейся вверх от взаимодействия профилированного кулачка 22 с копиром 24, соединенным с подвижной платформой 25 (фиг.3,а). При разрежении, создаваемом в неподвижном цилиндре 27 с первой изменяемой полостью конечного объема во время перемещения с большой скоростью плунжера 26 на подвижной платформе, перемещаемого вверх относительно неподвижного цилиндра 27 за счет взаимодействия профилированного кулачка 22 с вертикально подвижным копиром 24, в подплунжерную полость неподвижного цилиндра поступает топливо из управляющей полости 17 через отверстие 20 (фиг.1), трубопровод 31, отверстие 29 в неподвижном основании 28, которое тормозится в подплунжерной полости и создает давление 4-5 МПа, достаточное для того, чтобы в топливе не выделялись пузырьки воздуха.

В момент начала создания разрежения в подплунжерной полости неподвижного цилиндра 27 с первой изменяемой полостью конечного объема находится в этом цилиндре под давлением ГАФ 33 или второй полости конечного объема (15-30 МПа), которое устанавливается после отсечки топлива.

Разрежение создается практически одновременно в управляющей полости 17 над управляющим клапаном 15 и передается в нее через отверстие 20 (фиг.1), отверстие 29 основания 28 и трубопровод 31 (фиг.3,а), соединяющим отверстие 20 и отверстие 29 из подплунжерной полости неподвижного цилиндра 27 с первой изменяемой полостью конечного объема. Благодаря этому гидравлическому соединению полость 17 и становится управляющей, и реально участвует в открывании и закрывании управляющего клапана 15.

Разрежение в подплунжерной полости также воздействует на пружину 18, противодействующую электромагнитной силе катушки 19, и способствует ее более быстрому сжатию и выполнению прямоугольного закона переключения управляющего клапана 15.

На управляющий клапан 15 и его верхнюю поверхность через управляющую полость 17 при разрежении действуют значительная сила из-за значительной поверхности клапана, значительно большей площади отверстия 16, которое он запирает при нахождении в крайнем нижнем положении.

Создаваемое в подплунжерной полости неподвижного цилиндра 27 с первой изменяемой полостью конечного объема разрежение распространяется на управляющие полости 8 и 9 над запирающими элементами, иглой 4 и втулкой 6, соответственно через отверстие 16, перекрываемое управляющим клапаном 15.

Разрежение действует и на ГАФ 33 или вторую полость конечного объема (фиг.4,а) через трубопровод 32 с дросселем в нем.

Соотношение сечений дросселей в канале 10 (фиг.1) и трубопроводе 32 (фиг.4,а) таково, что через дроссель канала 10, равно как и отверстие 16 в форсунке 1 (фиг.1) поступает при создании разрежения в подплунжерной части неподвижного цилиндра 27 с первой изменяемой полостью конечного объема основное количество топлива.

Объем ГАФ 33 или второй полости конечного объема значительно больше максимального объема подплунжерной полости неподвижного цилиндра 27 с первой изменяемой полостью конечного объема.

При создании разрежения небольшая часть топлива из ГАФ 33 через трубопровод 32 с дросселем (фиг.3,а), отверстие 21 в форсунке (фиг.1) поступает в управляющую полость 17 и через нее в подплунжерную полость неподвижного цилин