РЫЧАЖНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЗАСЛОНКОЙ ДРОССЕЛЬНОГО ПАТРУБКА

Полезная модель относится к двигателестроению и касается рычажных механизмов дроссельных патрубков для двигателей внутреннего сгорания.
Одним из важнейших элементов современных систем впрыска топлива для двигателей внутреннего сгорания является дроссельный патрубок с заслонкой, регулирующей расход воздуха во всем диапазоне работы двигателя от холостого хода до полной нагрузки, снабженный датчиком положения заслонки, на основе показаний которого регулируется расход топлива. Заслонку обычно выполняют в форме диска, установленного в прорезь, выполненную в валике заслонки и закрепленного в ней без возможности поворота. В современных двигателях внутреннего сгорания, при небольшом ходе педали акселератора максимальные мощностные показатели быстро достигаются при сравнительно небольших углах поворота дроссельной заслонки. Поэтому использование в качестве механизмов управления дроссельным патрубком рычагов с одной кинематической связью, например с помощью канатного шкива предложенного в патенте RU №28192 между акселератором и заслонкой дроссельного патрубка, приводит к быстрому росту мощности двигателя и не позволяет водителю достаточно уверенно управлять автомобилем с помощью педали акселератора. Предложенная дроссельная заслонка с выступом в виде шарового сегмента, не обеспечивает плавное нарастание поступления воздушной массы в двигатель при всех углах поворота дроссельной заслонки. Кроме того, шаровой сегмент сложен в изготовлении и будет тормозить поступление воздуха в двигатель.
Для решения данной задачи, в патенте на полезную модель RU №11568, выбранном в качестве прототипа, была предложена кинематическая схема с использованием дополнительной оси, при которой трос привода педали акселератора с выступом закреплен в пазе приводного сектора, установленного на дополнительной оси жестко прикрепленной к корпусу. Кинематическая связь между приводным сектором и ведомым рычагом обеспечивается шатуном, установленным на подшипниковых опорах. Однако использование данного рычажного механизма выявило следующие недостатки: выбранные соотношения между основными элементами кинематической схемы в не полной мере обеспечивают равномерность нарастания мощности двигателя при нажатии на акселератор, так как зависимость угла открытия φ заслонки от относительного перемещения троса близка к линейной. Подшипниковые соединения, предлагаемые в данной конструкции, являются достаточно сложными в изготовлении.
Задачей полезной модели является создание компактной и простой в изготовлении конструкции рычажного механизма заслонки дроссельного патрубка, улучшающей управляемость мощностными характеристиками автомобиля во всем диапазоне изменения хода педали акселератора автомобиля.
Конструкция рычажного механизма для управления заслонкой дроссельного патрубка в соответствии с полезной моделью включает ведомый рычаг, жестко закрепленный на валике заслонки, приводной сектор с выступом, установленный с возможностью вращения на дополнительной неподвижной оси соединенной с корпусом дроссельного патрубка и имеющий радиусный паз для размещения троса акселератора и отверстие для его крепления. Приводной сектор и ведомый рычаг кинематически связанны посредством шарнирных соединений с шатуном Угол α между прямой проходящей через центр дополнительной неподвижной оси и центр шарнирного соединения шатуна с выступом приводного сектора с одной стороны, и прямой проходящей через центр отверстия для крепления троса в приводном секторе и центр дополнительной неподвижной оси с другой стороны, находится в пределах от 100° до 130°. Основные размеры звеньев рычажного механизма связаны между собой следующей пропорцией:
*
2
1
А/В=[0,7÷0,9]R/R,
где А - расстояние между осью валика заслонки и дополнительной осью;
В - расстояние между осями шарнирных соединений шатуна;
1
R- расстояние между центром шарнирного соединения выступа приводного сектора и шатуном с центром дополнительной оси;
2
R- расстояние между осью пальца ведомого рычага и осью валика заслонки.
Поставленная задача также достигается тем, что приводной сектор и ведомый рычаг связанны шарнирными соединениями с шатуном, посредством установки шатуна на пальцы ведомого рычага и выступа приводного сектора. Применение для соединения между собой с помощью шатуна звеньев рычажного механизма цилиндрических шарнирных соединений позволяет упростить конструкцию шатуна и облегчить сборку рычажного механизма, без существенного возрастания усилия требуемого для нажатия на педаль акселератора.
Поставленная задача также достигается тем, что приводной сектор выполнен из пластмассы. Использование в качестве материала для приводного сектора пластмассы позволяет изготовлять ее методом литья, сокращая сроки изготовления рычажного механизма, а также снижает износ троса акселератора.
Выбор угля α в пределах от 110° до 120°, позволяет улучшить нелинейную характеристику зависимости угла открытия φ заслонки от относительного перемещения троса. Использование соотношений звеньев рычажного механизма в соответствии с вышеуказанной зависимостью позволяет обеспечить требуемые усилия на педали акселератора, уменьшить габариты дроссельного патрубка, что крайне важно при компоновке двигательного отсека автомобиля.
На фиг.1 изображен вид сбоку рычажным механизма для управления заслонкой.
На фиг.2 изображен вид снизу дроссельного патрубка с рычажным механизмом для управления заслонкой.
На фиг.3 приведен график нелинейной характеристики зависимости угла открытия φ заслонки от относительного перемещения троса при различных углах α.
Конструкция рычажного механизма для управления заслонкой дроссельного патрубка включает ведомый рычаг 1, жестко закрепленный без возможности поворота на валике 2 заслонки 3. Заслонка 3 размещена с возможностью вращения в воздушном канале 4 корпуса дроссельного патрубка 5. Приводной сектор 6 с выступом 7 установленный с возможностью вращения на неподвижной оси 8, жестко соединенной с корпусом дроссельного патрубка 5. Приводной сектор имеет радиусный паз 9 для размещения троса акселератора с цилиндрическим оконечником (не показано), закрепляемым в отверстии 10 приводного сектора. Кинематическая связь между приводным сектором 6 и ведомым рычагом 1 обеспечивается с помощью шатуна 11. Концы шатуна 11 снабжены обоймами 12, 13 надетыми на пальцы 14, 15 ведомого рычага 1 и выступа 7 (Фиг.2). Выступ 7 приводного сектора 6 имеет форму цилиндра, установленного перпендикулярно приводному сектору, в центре основания которого жестко закреплен палец 15.
При нажатии на педаль акселератора трос начинает поворачивать против часовой стрелки приводной сектор 6 с выступом 7 вокруг неподвижной оси 8 и приводит в действие шатун 11. Шатун 11 с помощью шарнирного соединения поворачивает ведомый рычаг 1 с валиком 2 и закрепленной на нем дроссельной заслонкой 3, изменяя угол φ между дроссельной заслонкой и плоскостью перпендикулярной оси воздушного канала 4, обеспечивая плавное изменение расхода воздуха, поступающего в двигатель. При этом в вначале перемещения троса привода педали акселератора, дроссельная заслонка открывается на небольшие углы, после того как ход троса приближается к 40% скорость открытия дроссельной заслонки существенно нарастает, см. график (фиг.3).
При использовании дроссельного патрубка в двигателе современного автомобиля начальное значение угла φ поворота дроссельной заслонки задается регулировочным винтом (не показано), при этом плавность изменения расхода воздуха, в соответствии с предложенной кинематической схемой существенно зависит от величины угла α, что подтверждено результатами моделирования представленными на фиг.3. Из графика на фиг.3 видно, что при углах α меньших 100° (α=80° фиг.3.), при перемещении троса будет происходить обратное перемещение дроссельной заслонки, перекрывающее воздушный канал, что может вызвать срыв поступления воздуха в двигатель. При углах α больше 130° (α=136° фиг.3), зависимость угла открытия φ заслонки от относительного перемещения троса быстро приближается к линейной, ухудшая управление мощностью автомобиля с помощью педали акселератора. Заявляемая полезная модель является дальнейшим усовершенствованием конструкции рычажного механизма дроссельного патрубка, что подтверждается сравнением полученных графиков в заданном диапазоне, со значениями угла φ, взятыми из прототипа (прототип фиг.3).
Предлагаемая конструкция рычажного механизма позволяет улучшить зависимость угла открытия φ заслонки от перемещения педали акселератора таким образом, чтобы в области малых нагрузок достаточно большим перемещениям педали акселератора соответствовали бы относительно небольшие открытия заслонки, а в области больших нагрузок, напротив, таким же перемещениям педали акселератора соответствовали бы большие углы открытия заслонки.
Таким образом, предлагаемая конструкция рычажного механизма позволяет обеспечить достижение пропорциональности между положением педали акселератора и мощностью развиваемой двигателем, выполняемое во всем диапазоне изменения положения дроссельной заслонки, обеспечиваемой за счет нелинейной зависимости угла открытия φ заслонки от относительного перемещения троса.