МУФТА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к системам регулирования подачи топлива в топливовпрыскивающую аппаратуру, и может быть использована при разработке дизелей автотракторных средств.
Известно устройство для регулирования угла опережения впрыска топлива [А.с. SU №377536, МПК F 02 D 1/08, оп. 17.04.73 г., бюл. №18], содержащее золотник, связанный с чувствительным элементом, выполненным в виде индукционной муфты-тормоза, и управляющий поршнем гидравлического сервомотора с винтошлицевым соединением для поворота кулачкового вала топливного насоса высокого давления (ТНВД) относительно коленчатого вала двигателя.
Недостатками данного устройства являются низкая скорость изменения угла опережения впрыска топлива из-за сжимаемости масла, сложность конструкции, большие габаритные размеры. При работе индукционного тормоза возникают дополнительные нагрузки на приводе топливного насоса высокого давления. При работе устройства наблюдается колебание давления масла в цилиндре сервомотора, вызывающее угловые колебания кулачкового вала ТНВД.
Известна муфта автоматического изменения угла опережения впрыска топлива [А.с. SU №1379487, МПК F 02 M 59/20, оп. 07.03.1988 г., бюл. №9], содержащая ведущую полумуфту с прямыми и ведомую полумуфту с косыми шлицами, подпружиненную и подвижную в осевом направлении втулку, связанную через соответствующие шлицы с полумуфтами, регулирующее устройство, выполненное в виде двигателя постоянного тока, кинематически связанного с понижающим редуктором, взаимодействующим через рычаг с втулкой. Регулирующее устройство жестко связано с топливным насосом и электрически связано с системой управления, включающей в себя блок позиционирования.
Недостатками данной муфты являются большие габариты и сложность механической части регулирующего устройства. Выполнение регулирующего устройства в виде электродвигателя приводит к необходимости установки дополнительных датчиков, определяющих действительное значение угла опережения, нагрузку и др. Использование нескольких передаточных механизмов замедляет скорость изменения угла смещения между полумуфтами и, соответственно, угла опережения впрыска топлива.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является муфта автоматического изменения угла опережения впрыска топлива [А.с. SU №808678, МПК F 02 M 59/20, оп. 28.02.1981 г., бюл. №8], содержащая ведущую полумуфту с прямыми шлицами, ведомую полумуфту с косыми шлицами, подпружиненную и подвижную в осевом направлении втулку с прямыми и косыми шлицами, центробежные грузы и электромагнитную катушку, взаимодействующие с втулкой, причем втулка связана с ведущей полумуфтой через прямые, а с ведомой - через косые шлицы.
Недостатком данной муфты является значительная ее масса из-за наличия центробежных грузов, что замедляет изменение угла опережения впрыска топлива при изменении числа оборотов двигателя. Электромагнитная катушка, управляемая от датчика нагрузки, не позволяет изменять угол опережения впрыска топлива пропорционально изменению частоты вращения коленчатого вала.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка устройства для автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива, позволяющего при уменьшении веса и габаритов снизить расход топлива, повысить экологические показатели работы дизельного двигателя за счет увеличения скорости и точности изменения угла опережения впрыска топлива при изменении числа оборотов двигателя.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что муфта автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива содержит корпус, в котором закреплена ведущая полумуфта со шлицами, размещены ведомая полумуфта со шлицами, подпружиненная и подвижная в осевом направлении втулка со шлицами, электромагнитная катушка с возможностью взаимодействия с втулкой. Ведомая полумуфта связана с ведущей полумуфтой через втулку посредством шлицевых соединений. Втулка установлена с возможностью углового поворота. Все шлицы на втулке и полумуфтах выполнены косыми с одинаковым углом наклона в сторону вращения. Полая электромагнитная катушка установлена с возможностью размещения в ней, по меньшей мере, свободной части втулки.
Благодаря указанной совокупности признаков, предлагаемая муфта при меньших габаритах и весе позволяет с увеличением числа оборотов двигателя быстро автоматически точно сместить кулачковый вал относительно приводного вала в направлении вращения на угол опережения впрыска топлива. При этом обеспечивается более раннее начало поступления топлива в цилиндры двигателя, что приводит к снижению расхода топлива и повышению экологических показателей работы двигателя, снижая дымность отработавших газов дизеля.
Установка втулки с возможностью углового поворота и выполнение на внутренней и внешней поверхности втулки и сопряженных с ними поверхностях полумуфт шлицов с одинаковым углом наклона в сторону вращения дают возможность ведомой полумуфте повернуться относительно ведущей полумуфты на двойной угол наклона шлицов. Поворот ведомой полумуфты на двойной угол позволяет уменьшить одновременно и угол наклона шлицов, и величину осевого перемещения втулки, что увеличивает точность изменения угла опережения впрыска топлива при меньшем линейном перемещении втулки, влияет на габариты муфты.
Выполнение электромагнитной катушки полой и установка с возможностью размещения в ней, по меньшей мере, части втулки, свободной от шлицов, приводит к уменьшению габаритов муфты. При этом втулка является сердечником электромагнита, на нее воздействует более однородное магнитноче поле, что
увеличивает точность изменения угла опережения впрыска топлива за счет большей пропорциональности зависимости силы воздействия магнитного поля от величины подаваемого на катушку тока.
В отличие от прототипа, электромагнитная катушка используется в качестве единственного привода, воздействующего на подвижную втулку, что позволяет уменьшить вес и габариты муфты, дает возможность осуществлять быструю автоматическую регулировку угла опережения впрыска топлива при изменении числа оборотов двигателя без фактических замеров величины этого угла и величины нагрузки.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется графическим изображением в виде чертежа муфты автоматического регулирования угла опережения впрыска топлива с примерной блок-схемой управляемого источника тока, пропорционального частоте вращения коленчатого вала (фиг.).
Использованы следующие цифровые обозначения:
1 - корпус муфты; 2 - ведущая полумуфта; 3 - ведомая полумуфта; 4 - подвижная втулка; 5 - шлицевое соединение между ведущей полумуфтой и подвижной втулкой; 6 - шлицевое соединение между подвижной втулкой и ведомой полумуфтой; 7 - пружина; 8 - кулачковый вал ТНВД; 9 - шпонка; 10 -электромагнитная катушка; 11 - изолятор; 12 - токоприемник; 13 - управляемый источник тока; 14 - неподвижный контакт; 15 - центрирующая пробка; 16 - прямоугольный шип; 17 - управляемый выпрямитель; 18 - преобразователь напряжения; 19 - частотно-аналоговый преобразователь; 20 - датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Муфта содержит корпус 1, в котором жестко закреплена ведущая полумуфта 2, соединенная с ведомой полумуфтой 3 через подвижную в угловом и осевом направлении втулку 4 посредством шлицевых соединений 5, 6. Шлицевые соединения 5, 6 образованы косыми шлицами, выполненными на наружной и внутренней поверхности втулки и на соответствующих сопрягаемых с втулкой поверхностях полумуфт 2, 3. Шлицы имеют одинаковый угол наклона в сторону
вращения. Втулка 4 нагружена пружиной 7. На ведомой полумуфте 3 для передачи вращения на кулачковый вал 8 ТНВД выполнена шпонка 9. В корпусе 1 установлена полая электромагнитная катушка 10 так, что в ней размещается, по меньшей мере, свободная от шлицов часть втулки 4, причем втулка 4 имеет возможность перемещения внутри катушки 10 как под действием пружины 7, так и под действием магнитного поля, создаваемого катушкой 10. Для обеспечения возможности углового поворота втулка 4 может быть установлена, например, на ведомой полумуфте 3 при условии скользящей посадки. На корпусе 1 расположен изолятор 11, на нем токоприемник 12, электрически соединенный с катушкой 10. Изолятор 11 и токоприемник 12 выполнены в форме колец, охватывающих корпус, для осуществления непрерывного электрического контакта с источником 13 через неподвижный контакт 14 при вращении корпуса 1. Пробка 15 обеспечивает центрирование корпуса 1 относительно ведомой полумуфты 3, исключая заклинивание подвижной втулки 4 и искрообразование между неподвижным контактом 14 и токоприемником 12.
Муфта жестко закрепляется на кулачковом валу 8 ТНВД. Корпус 1 имеет кинематическую связь с приводным валом двигателя, что обеспечивает передачу крутящего момента на кулачковый вал 8 ТНВД. Связь с приводным валом может быть обеспечена различным образом. Например, с помощью прямоугольных шипов 16, входящих в пазы промежуточной шайбы, соединенной с муфтой ручной регулировки угла опережения впрыска топлива, закрепляемой на приводном валу. Или с помощью выполненных на поверхности корпуса 1 различных по форме зубьев, обеспечивающих передачу вращения от шестерни, закрепляемой на приводном валу двигателя. Форма зубьев в этом случае должна повторять форму зубьев приводной шестерни.
Для обеспечения работы муфты на электромагнитную катушку 10 необходимо подавать ток, величиной прямо пропорциональной частоте вращения коленчатого вала. В качестве источника такого тока можно использовать, например, управляемый источник тока 13, выполненный по приведенной блок-схеме (фиг.). Предложенный источник тока представляет собой управляемый выпрямитель 17, один вход которого соединен с положительным полюсом аккумулятора бортовой
цепи автотракторного средства через преобразователь напряжения 18, второй вход соединен с датчиком 20 частоты вращения коленчатого вала через частотно-аналоговый преобразователь 19. Выход управляемого выпрямителя 17, являющийся одновременно выходом управляемого источника тока 13, соединен с электромагнитной катушкой 10 посредством неподвижного контакта 14 и токоприемника 12. На выходе управляемого источника тока 13 присутствует постоянное напряжение управления, пропорциональное частоте вращения коленчатого вала двигателя, величина которого равна нулю при отсутствии вращения коленчатого вала двигателя.
В качестве датчика 20 могут быть использованы датчики различной конструкции, способные определять частоту вращения коленчатого вала двигателя, в том числе и электрический тахометр автотракторного средства.
Муфта работает следующим образом.
При неработающем двигателе на входе частотно-аналогового преобразователя 19 отсутствует сигнал от датчика 20, из-за чего на второй вход управляемого выпрямителя 17 поступает нулевое управляющее напряжение. В этом состоянии в управляемом выпрямителе 17 происходит полное падение напряжения, что проявляется наличием нулевого напряжения управления на выходе В управляемого источника тока 16, из-за чего в электромагнитной катушке 10 отсутствует ток. Подвижная втулка 4 под действием пружины 7 находится в исходном крайнем левом положении, которое соответствует совмещенному положению полумуфт 2, 3.
При работе двигателя вращение приводного вала двигателя посредством двух прямоугольных шипов 16 передается корпусу 1 и ведущей полумуфте 2. Далее, посредством шлицевых соединений 5, 6 через подвижную втулку 4 вращение передается на ведомую полумуфту 3, а затем, посредством шпонки 9 на кулачковый вал 8 ТНВД. Электрические импульсы от датчика 20, имеющие частоту, соответствующую частоте вращения коленчатого вала, поступают на вход С управляемого источника тока 13. Импульсный сигнал от датчика 20 проходит через частотно-аналоговый преобразователь 19, на выходе которого формируется постоянное напряжение, управляющее работой управляемого выпрямителя 17. На
выходе последнего формируется постоянное напряжение управления, возникающий при этом ток посредством неподвижного контакта 14 и токоприемника 12 передается электромагнитной катушке 10.
Величина силы тока зависит от величины напряжения управления, которое задается частотой вращения коленчатого вала и всегда является пропорциональным ей. При увеличении тока, протекающего через электромагнитную катушку 10, увеличивается воздействующее на подвижную втулку 4 магнитное поле, при уменьшении - соответственно уменьшается.
При работе двигателя с малым числом оборотов (до 400 оборотов в минуту) сила магнитного поля, создаваемого электромагнитной катушкой 10, скомпенсирована силой, созданной предварительным сжатием пружины 7, поэтому вращение передается на кулачковый вал 8 ТНВД без смещения положения ведомой полу муфты 3 относительно ведущей полумуфты 2. Угол опережения впрыска топлива равен нулю.
С увеличением частоты вращения коленчатого вала сила магнитного поля увеличивается до величины, превышающей силу сжатия пружины 7, начинается перемещение подвижной втулки 4 вправо. Пружина 7 при этом сжимается.
Подвижная втулка 4 перемещается по косым шлицевым соединениям 5, 6. Вследствие наличия угла наклона шлицов в направлении вращения кулачкового вала 8 ТНВД, втулка 4 и ведомая полумуфта 3 поворачиваются относительно ведущей полумуфты 2 в направлении вращения. Величина углового смещения подвижной втулки 4 относительно ведущей полумуфты 2 определяется углом наклона шлицов и величиной продольного перемещения подвижной втулки 4, обусловленного величиной магнитного поля. Одновременно с этим ведомая полумуфта 3 поворачивается относительно подвижной втулки 4 на тот же угол. Таким образом, общее угловое смещение ведомой полумуфты 3 относительно ведущей полумуфты 2 составляет величину, равную двойному углу поворота подвижной втулки 4 в направлении вращения. В результате кулачковый вал быстро смещается относительно приводного вала в направлении вращения на угол опережения впрыска топлива, обеспечивая более раннее начало поступления топлива в цилиндры двигателя. Поскольку угловое смещение изменяется
пропорционально частоте вращения коленчатого вала двигателя, повышается точность изменения угла опережения впрыска топлива.
При максимальном числе оборотов двигателя (порядка 4000 оборотов в минуту) кулачковый вал 8 ТНВД смещен в направлении вращения на максимальный угол, определяемый возможностью перемещения втулки 4. Пружина 7 полностью сжата и дальнейшее увеличение частоты вращения коленчатого вала не вызовет изменения величины угла опережения впрыска топлива, он остается постоянным.
При снижении числа оборотов двигателя последовательно уменьшаются: частота сигнала, поступающего на вход С управляемого источника тока 13; напряжение управления на выходе В управляемого источника тока 13; сила тока, проходящая в электромагнитной катушке 10; сила магнитного поля, воздействующая на втулку 4. В результате подвижная втулка 4 под действием сжатой пружины 7 перемещается влево, поворачивая кулачковый вал 8 с помощью ведомой полумуфты 3 в сторону уменьшения угла опережения впрыска топлива.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает автоматическое смещение кулачкового вала ТНВД относительно приводного вала двигателя на угол опережения впрыска топлива при изменении числа оборотов двигателя. Величина углового смещения ведомой полумуфты относительно ведущей полумуфты определяется перемещением подвижной втулки по косым шлицам за счет силы магнитного поля, создаваемого электромагнитной катушкой. В муфте, в отличие от прототипа, использован привод управления без каких-либо рабочих тел, что уменьшает инерционность его работы и позволяет сделать габариты устройства минимальными.