СПОСОБ УСТАНОВКИ НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ/КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
METHOD FOR INSTALLATION OF HIGH-PRESSURE PUMP/CRANKSHAFT

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к тепловым двигателям или двигателям внутреннего сгорания автотранспортных средств.
В частности, данное изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, содержащим насос высокого давления для подачи топлива и создания давления в системе впрыска.
Более конкретно, данное изобретение относится к способу установки топливного насоса высокого давления, смонтированного на одном конце распределительного вала двигателя внутреннего сгорания, с коленчатым валом.
Уровень техники
Как известно, двигатели внутреннего сгорания и, в частности, так называемые двигатели непосредственного впрыска, то есть содержащие топливные форсунки, выходящие непосредственно в камеры сгорания, содержат топливный насос высокого давления, который обеспечивает циркуляцию топлива под давлением в рампе топливных форсунок. Эта технология впрыска топлива хорошо известна в двигателях типа дизельных, но ее можно также применять для двигателей с принудительным зажиганием, называемых также бензиновыми двигателями.
Предпочтительно двигатель выполнен с возможностью приведения в действие насоса высокого давления, который в ответ обеспечивает подачу в него топлива. Для этого насос высокого давления может содержать приводной вал, вращение которого приводит в действие насосное средство, как правило, подвижный поршень, перемещающийся в цилиндре.
Приводной вал насоса оснащен приводной шестерней для его приведения в действие. Приведение во вращение приводной шестерни и, следовательно, приводного вала насоса высокого давления можно обеспечивать при помощи ремня или цепи, расположенной со стороны нахождения агрегатов двигателя, называемой также распределительной стороной двигателя, и соединяющей коленчатый вал двигателя с распределительным валом или, возможно, с распределительными валами, которые выполнены с возможностью приведения в движение клапанов, или при помощи другого зубчатого колеса, неподвижно соединенного во вращении с вращающимся валом. Чтобы уменьшить габаритный размер двигателя, указанный насос высокого давления устанавливают на конце распределительного вала с трансмиссионной стороны, противоположной стороне нахождения агрегатов двигателя.
Неправильная установка насоса высокого давления относительно коленчатого вала в случае некоторых типов насосов создает флуктуирующие усилия в ремне, которые выражаются наведенными крутящими моментами на уровне шкивов, что негативно сказывается на надежности системы во времени. Как известно, насос высокого давления может приводиться во вращение напрямую, например, при помощи кулачка, неподвижно соединенного во вращении с коленчатым валом. В этом случае нет необходимости в каком-либо специальном устройстве, обеспечивающем установку или точную регулировку насоса относительно коленчатого вала.
Однако, в других случаях приведения во вращение насоса высокого давления, например, через систему трансмиссии, содержащую согласно описанному ниже варианту выполнения приводной ремень или цепь трансмиссии, соединяющую приводную шестерню, неподвижно соединенную с коленчатым валом, с приводным валом насоса высокого давления, возникающие флуктуации могут привести к разрыву распределительного ремня или цепи, что является потенциально разрушительным для двигателя, или к повреждению опорных подшипников или подшипников качения валов (вала насоса, коленчатого вала, распределительного вала), что чревато риском отказа или появления шумов и вибраций.
Кроме того, правильная установка между насосом высокого давления и двигателем необходима, чтобы усилия, создаваемые насосом, не мешали двигателю во время его запуска, и, в частности, необходимо иметь оптимальную установку для обеспечения систематического запуска двигателя за короткое время, как правило, за две верхние мертвые точки цикла двигателя при 4-цилиндровом двигателе. Это является основополагающим для автомобилей, оснащенных автоматической системой остановки и повторного запуска двигателя (система хорошо известна под английским названием "stop and start").
Как правило, приводная шестерня коленчатого вала является классической и круглой. Чтобы уменьшить амплитуду 4 гармоники двигателя, усиленной импульсами давления насоса, в системе располагают эллиптическую шестерню вместо круглой приводной шестерни, чтобы создавать также воздействия типа Н4. Эти воздействия должны быть в противофазе с сигналом Н4, производимым насосом высокого давления, чтобы уменьшить амплитуду гармоники 4 двигателя.
В этом случае необходимо обеспечивать точную установку топливного насоса высокого давления с двигателем, в частности, относительно коленчатого вала.
Задачей изобретения является решение этих проблем, и одними из объектов изобретения являются устройство и способ установки топливного насоса высокого давления с тепловым двигателем, содержащим указанный топливный насос, позволяющие повысить точность установки.
Раскрытие сущности изобретения
В частности, изобретение относится к устройству установки топливного насоса высокого давления теплового двигателя, содержащего:
коленчатый вал, расположенный в картере двигателя и содержащий эллиптическую шестерню, неподвижно соединенную во вращении с концом коленчатого вала, обращенным к распределительной стороне двигателя,
- распределительный вал, приводимый во вращение коленчатым валом при помощи системы трансмиссии, окружающей эллиптическую шестерню,
- при этом указанный топливный насос содержит вал, ось которого параллельна относительно оси коленчатого вала и который имеет приводной конец, неподвижно соединенный во вращении с концом распределительного вала, обращенным к соединительной стороне двигателя, противоположной к распределительной стороне,
согласно изобретению, двигатель содержит устройство установки топливного насоса по отношению к коленчатому валу с устройством контроля углового позиционирования коленчатого вала и с устройством контроля позиционирования насоса высокого давления идентичной точности.
Предпочтительно тепловой двигатель содержит устройство установки между насосом высокого давления и коленчатым валом, чтобы учитывать все элементы рабочей схемы двигателя, то есть привод распределительного вала с трансмиссионной цепью или ремнем и привод приводной шестерни насоса через указанный распределительный вал. Таким образом, установка происходит напрямую между двумя элементами двигателя, которыми являются коленчатый вал и топливный насос высокого давления, благодаря устройствам контроля углового позиционирования коленчатого вала и приводного вала насоса, которые имеют одинаковую высокую точность.
Согласно другим отличительным признакам изобретения:
- устройства контроля углового позиционирования коленчатого вала и насоса высокого давления являются однотипными.
Предпочтительно оба устройства контроля являются однотипными, что дает высокую точность контроля.
- устройства контроля углового позиционирования коленчатого вала и насоса высокого давления содержат сквозное отверстие, проходящее соответственно через картер, окружающий коленчатый вал, и картер, окружающий приводной конец насоса, ось которого является ортогональной к оси коленчатого вала и вала насоса.
- сквозное отверстие предназначено для введения в него измерительного щупа.
- измерительные щупы являются щупами измерения утечки.
Предпочтительно устройства контроля углового позиционирования коленчатого вала и насоса высокого давления содержат сквозное отверстие, проходящее через картер, в котором расположены коленчатый вал или приводной конец насоса высокого давления, для обеспечения введения щупа, который является хорошо известным приспособлением для регулировки, в частности, газораспределительного механизма двигателя. Ось сквозных отверстий является ортогональной к оси коленчатого вала и приводного вала насоса.
Щуп является щупом измерения утечек для получения оптимального уровня точности, более высокого, чем при применении классических щупов.
- коленчатый вал и насос высокого давления содержат, каждый, плоскую сторону, которая должна располагаться ортогонально к оси сквозного отверстия, проходящего соответственно через картер коленчатого вала и приводного конца насоса.
Предпочтительно коленчатый вал и насос высокого давления содержат, каждый, плоскую сторону, которая должна располагаться ортогонально к оси сквозного отверстия, проходящего через картер коленчатого вала и конец приводного вала насоса высокого давления, для обеспечения герметичности контакта опоры щупа на указанную сторону.
- плоская сторона коленчатого вала выполнена на фланце, неподвижно соединенном со щекой коленчатого вала.
Предпочтительно плоская сторона коленчатого вала выполнена на фланце, неподвижно соединенном со щекой кривошипа коленчатого вала. Следовательно, указанный фланец неподвижно соединен во вращении с коленчатым валом.
- плоская сторона конца приводного вала насоса находится на зубе, выполненном заодно с приводной шестерней, неподвижно закрепленной на конце приводного вала насоса высокого давления.
Предпочтительно плоская сторона конца приводного вала насоса находится на зубе, жестко соединенном с приводной шестерней, при этом указанный зуб по существу имеет форму параллелепипеда, например, в осевом продолжении зуба приводной шестерни.
Объектом изобретения является также способ установки топливного насоса высокого давления с коленчатым валом теплового двигателя автотранспортного средства, при этом указанный способ содержит этап контроля углового позиционирования установки насоса с коленчатым валом.
Способ содержит следующие этапы:
- введения щупа в контакт с плоской стороной элемента в виде параллелепипеда приводной шестерни насоса высокого давления,
- введения щупа в контакт с коленчатым валом в верхней мертвой точке.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания частных вариантов осуществления изобретения, представленных в качестве неограничивающих примеров и показанных на прилагаемых чертежах, на которых:
на фиг. 1 схематично показан газораспределительный механизм теплового двигателя;
на фиг. 2 схематично показана приводная шестерня, неподвижно закрепленная на конце коленчатого вала в соответствии с изобретением;
на фиг. 3 схематично показано устройство контроля углового позиционирования приводного вала топливного насоса высокого давления и коленчатого вала;
на фиг. 4 схематично показано устройство контроля установки насоса высокого давления;
на фиг. 5 схематично показано устройство контроля установки насоса высокого давления относительно коленчатого вала.
Осуществление изобретения
В дальнейшем тексте описания идентичные детали или детали с одинаковыми функциями имеют одинаковые цифровые обозначения.
Как известно, двигатель внутреннего сгорания автотранспортного средства содержит камеры сгорания в картере двигателя, при этом каждая из камер ограничена цилиндром, поршнем и стенкой головки блока цилиндров.
В камеру сгорания нагнетаются топливо и воздух, как правило, из отверстий, выполненных в стенке головки блока цилиндров. Топливо поступает через главную рампу, выполненную в головке блока цилиндров, в форсунки, через которые впрыскивается в каждую из указанных камер.
Поршень соединен с коленчатым валом 210 через шатун. Поршень приводится в возвратно-поступательное движение и перемещается скольжением вдоль оси цилиндра, приводя во вращение коленчатый вал, с фазой сжатия, в которой указанный поршень перемещается, уменьшая объем камеры сгорания, и фазой горения-расширения после воспламенения топливо-воздушной смеси в указанной камере сгорания, что приводит к импульсам на уровне вращения коленчатого вала. Это чередование фаз порождает ацикличность, которая выражается на уровне коленчатого вала неравномерной скоростью вращения.
Ацикличность распространяется на кинематическую схему, включающую в себя систему газораспределительного механизма с распределительным валом, а также агрегаты, приводимые во вращение двигателем, содержащие, например, генератор переменного тока, компрессор системы кондиционирования воздуха, ремни.
На фиг. 1 и 5 показана система газораспределительного механизма от коленчатого вала 210 до насоса 300 высокого давления.
Обычно система газораспределительного механизма включает в себя приводную шестерню 200, неподвижно закрепленную на конце 211 коленчатого вала 210 со стороны DI газораспределительного механизма, зубчатое колесо 230, неподвижно соединенное во вращении с концом распределительного вала 250, при этом указанная шестерня 200 и указанное зубчатое колесо 230 окружены трансмиссионной цепью или ремнем 212.
Ацикличность порождает вибрационно-акустические явления, отрицательно сказывающиеся одновременно на комфорте пользователя и на оборудовании, на которое действуют эти явления, которые могут приводить к преждевременному износу указанного оборудования и к изменению функциональных характеристик указанного оборудования.
В этом случае, как известно, производят установку распределительного механизма. Установка распределительного механизма позволяет зафиксировать относительное позиционирование распределительного вала 250 по отношению к коленчатому валу 210. Установка должна характеризоваться углом, который образует точка открывания или закрывания клапана, засекаемая на плоскости вращения коленчатого вала, с верхним или нижним положением шатунной шейки коленчатого вала.
Во время установки газораспределительного механизма, как известно, топливный насос высокого давления устанавливают в угловое положение относительно распределительного вала. Этот тип установки не является оптимальным и приводит к сбоям в работе двигателя.
Чтобы оптимизировать работу теплового двигателя в зависимости от типа насоса высокого давления, вместо классической круглой приводной шестерни на коленчатом валу устанавливают четырехлепестковую эллиптическую шестерню 200, показанную на фиг.2, чтобы уменьшить влияние 4 гармоники насоса высокого давления на газораспределительный механизм.
Преимуществом этой эллиптической шестерни 200 является обеспечение противофазы сигнала Н4, создаваемого четырьмя лепестками шестерни, с ацикличностью Н4 насоса высокого давления, чтобы уменьшить ее интенсивность.
Основной сложностью при применении эллиптической шестерни является сужение разбросов установки насоса высокого давления относительно эллиптической шестерни, неподвижно соединенной с коленчатым валом. Действительно, если сигнал Н4 насоса высокого давления перестает находиться в противофазе с сигналом Н4, создаваемым эллиптической шестерней, ситуация может ухудшиться, и ацикличность может увеличиться и достичь уровней, превышающих уровни в классической ситуации с круглой шестерней.
Правильная установка между насосом 300 высокого давления и двигателем, в частности, коленчатым валом 210, необходима, чтобы усилия, создаваемые насосом, не мешали двигателю, в частности, во время фаз запуска двигателя, при этом продолжительность указанных фаз все больше сокращается. Помехи могут быть также критическими во время других фаз. Следовательно, насос 300 высокого давления объединяют с устройством 10 установки указанного топливного насоса высокого давления относительно коленчатого вала, что позволяет учитывать все промежуточные элементы между коленчатым валом 210 и указанным топливным насосом 300, а именно эллиптическую шестерню, трансмиссионную цепь 212, распределительный вал 250 и насос 300 высокого давления.
Как показано на фиг.1, насос 300 высокого давления согласно варианту осуществления изобретения расположен со стороны двигателя, обращенной к соединительной стороне АС указанного двигателя. Соединительная сторона АС является стороной, противоположной в направлении продольной оси двигателя к распределительной стороне DI или стороне нахождения агрегатов, из которой выходят конец 211 коленчатого вала и первый конец 251 распределительного вала 250, при этом коленчатый вал передает движения вращения на распределительный вал через систему привода, включающую в себя приводную шестерню 200, неподвижно соединенную с концом коленчатого вала, и ведомое зубчатое колесо 230, неподвижно соединенное с первым концом 251 распределительного вала 250, при этом приводная шестерня 200 и ведомое зубчатое колесо 230 окружены приводной цепью или ремнем 212, которые могут передавать вращение от коленчатого вала 210 на распределительный вал 250.
Распределительный вал 250 расположен в головке 50 блока цилиндров двигателя, а топливный насос 300 высокого давления закреплен на стенке 51 указанной головки 50 блока цилиндров.
На втором конце 252, обращенном к соединительной стороне двигателя и противоположном к первому концу 251, распределительный вал 250 содержит зубчатое колесо 253, входящее в зацепление с приводной шестерней 301, неподвижно соединенной во вращении с приводным валом 302 топливного насоса 300 высокого давления. Таким образом, вращение коленчатого вала 210 приводит к вращению распределительного вала 250, который приводит в действие топливный насос 300 высокого давления.
Оси распределительного вала 250 и приводного вала 302 насоса высокого давления расположены параллельно относительно оси X коленчатого вала. Они имеют одинаковое обозначение.
Устройство 10 установки топливного насоса 300 высокого давления относительно коленчатого вала 210 включает в себя устройство 11 контроля углового позиционирования коленчатого вала и другое устройство 12 контроля углового позиционирования приводного вала 302 топливного насоса 300. Оба устройства 11, 12 контроля углового позиционирования обеспечивают точность одинакового уровня или идентичную точность.
Согласно изобретению, точность, обеспечиваемая обоими устройствами контроля углового позиционирования является идентичной и меньшей 1° или в эквиваленте меньшей 17 тысячным радиана.
Предпочтительно оба устройства контроля являются однотипными или идентичными. Под «однотипными» или «идентичными» следует понимать, что оба устройства осуществляют одинаковые измерения со сходными датчиками углового позиционирования элементов, сопоставимых, с одной стороны, с коленчатым валом и, с другой стороны, с приводным валом насоса высокого давления.
Для коленчатого вала, как показано на фиг. 3 и 5, устройство контроля содержит:
- сквозное отверстие 214, проходящее через картер 215 двигателя, в котором находится коленчатый вал 210. Ось отверстия является ортогональной к продольной оси X коленчатого вала 210.
- плоскую сторону 216, выполненную на элементе 217 коленчатого вала путем механической обработки. В этом варианте осуществления плоская сторона коленчатого вала выполнена на фланце 217, закрепленном на щеке указанного коленчатого вала 210, при этом плоскую сторону получают посредством механической обработки, в данном случае в толщине фланца. Указанная плоская сторона 216 должна располагаться ортогонально к оси сквозного отверстия 214. Таким образом, вращая коленчатый вал 210, плоскую сторону 216 можно привести в положение, ортогональное к оси сквозного отверстия 214.
- щуп 14, предназначенный для введения в сквозное отверстие 214, чтобы войти в контакт с плоской стороной 216. Предпочтительно щуп 14 является щупом измерения утечки. Он обеспечивает высокую точность контроля углового позиционирования коленчатого вала порядка 0,3°.
Плоская сторона 216 выполнена таким образом, чтобы во время контакта щупа с плоской стороной угловое положение коленчатого вала 210 соответствовало его верхней мертвой точке.
Предпочтительно фланец 217 может содержать плоский поперечный вырез (не показан) в основании плоской стороны, образующий с плоской стороной 216 тупой угол. Указанный вырез позволяет легко позиционировать конец измерительного щупа 14 относительно плоской стороны 216.
Для насоса высокого давления, как показано на фиг.3-5, устройство 12 контроля тоже содержит:
- сквозное отверстие 52, проходящее через стенку 51 камеры, в которой находится конец 303 приводного вала 302 насоса 300, при этом указанный конец неподвижно соединен с приводной шестерней 301.
- плоскую сторону 310 на элементе приводной шестерни 301. В варианте осуществления, представленном на фиг. 3 и 5, плоскую сторону 310 получают посредством механической обработки элемента 304, по существу имеющего форму параллелепипеда и продолжающего зуб приводной шестерни 301 вдоль оси шестерни. Указанная плоская сторона 310 должна располагаться ортогонально к оси сквозного отверстия 52. Таким образом, вращая приводной вал 302, плоскую сторону 310 можно привести в положение, ортогональное к оси сквозного отверстия 52.
- щуп 14, предназначенный для введения в сквозное отверстие 52, чтобы войти в контакт с плоской стороной 310. Предпочтительно щуп 14 является щупом измерения утечки. Он обеспечивает высокую точность контроля углового позиционирования коленчатого вала порядка 0,3°.
Предпочтительно, как показано на фиг.4, элемент 304 в виде параллелепипеда выполнен радиально на трубчатом корпусе в продолжении приводной шестерни вдоль оси указанной шестерни. Трубчатый корпус содержит поперечный вырез 305 в основании элемента 304 в виде параллелепипеда, образующий тупой угол с плоской стороной указанного элемента для обеспечения точного позиционирования конца щупа 15 относительно плоской стороны 310.
Установка на место насоса высокого давления позволяет по существу совместить угловое положение приводного вала 302 насоса 300 высокого давления во время контакта с щупом 15 с плоской стороной 310 элемента 304 в виде параллелепипеда с ВМТ или верхней мертвой точкой распределительного вала 250. Аббревиатура ВМТ означает «верхняя мертвая точка» и обозначает угловое положение распределительного вала или коленчатого вала, соответствующее соответственно фазе открывания выпускных клапанов и достижению верхней мертвой точки поршнями, соответствующими выпускным клапанам в цилиндрах двигателя. Для этого указанная установка на место насоса 300 высокого давления включает в себя следующие этапы:
- монтаж приводной шестерни 301 на насосе 300 высокого давления,
- монтаж зубчатого колеса 253 на распределительном валу 250,
- установка на место насоса 300 высокого давления с позиционированием по метке приводной шестерни 301 насоса высокого давления в головке 50 блока цилиндров,
- установка на место распределительного вала 250 с определенной угловой ориентацией вокруг оси вращения X распределительного вала.
Таким образом, плоскую сторону 310 элемента 304 в виде параллелепипеда приводной шестерни 301 насоса высокого давления и, следовательно, приводного вала 302 устанавливают относительно верхней мертвой точки распределительного вала 250.
Изобретением предложена новая процедура установки газораспределительного механизма посредством установки шестерни насоса высокого давления относительно ВМТ или верхней мертвой точки коленчатого вала, что позволяет уменьшить разброс установки между насосом высокого давления и коленчатым валом по сравнению с существующим разбросом.
Воображаемая машина для установки меняет принцип установки на обратный. Вместо того, чтобы регулировать ВМТ распределительного вала 250 по отношению к ВМТ коленчатого вала 210, то есть, чтобы результирующим было положение насоса высокого давления относительно шестерни коленчатого вала, предложено устанавливать приводную шестерню 301 насоса 300 высокого давления по отношению к ВМТ коленчатого вала 210, то есть сделать результатом положение распределительного вала 250 на такте выпуска относительно коленчатого вала.
Это обеспечивает более высокую точность установки насоса высокого давления относительно коленчатого вала и, следовательно, относительно расположенной сверху эллиптической шестерни. Следует отметить, что это может слегка ухудшить точность позиционирования верхней мертвой точки распределительного вала относительно коленчатого вала, но это незначительное ухудшение не является критическим для работы двигателя.
Поскольку шестерня закреплена шпонкой и зажата на переднем конце насоса, установка шестерни насоса обеспечивает непосредственную установку насоса высокого давления.
Новая машина для установки распределительного механизма производит, таким образом, следующие операции:
1. Введение в контакт щупа 15 с плоской стороной 310 элемента 304 в виде параллелепипеда приводной шестерни 301 насоса высокого давления для обеспечения требуемого позиционирования насоса высокого давления относительно верхней мертвой точки коленчатого вала. В результате распределительный вал 250 по существу находится в верхней мертвой точке за счет зацепления между распределительным валом и насосом через приводную шестерню 301 и зубчатое колесо 253 на конце распределительного вала.
2. Введение в контакт щупа 14 с плоской стороной 216 коленчатого вала 210 в верхней мертвой точке. При этом производят точный контроль углового позиционирования коленчатого вала при помощи описанного выше устройства 11 контроля.
3. Блокировка установок насоса высокого давления и газораспределительного механизма в установленном положении посредством затягивания крепежных винтов так называемых «холостых» шестерен.
Цель достигнута: устройство и способ установки насоса высокого давления относительно коленчатого вала обеспечивают точное угловое позиционирование от начала до конца.
Разумеется, изобретение не ограничивается только описанными выше вариантами осуществления и охватывает все возможные версии. Приводная шестерня коленчатого вала может иметь другую форму.