УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА ДИЗЕЛЯ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно двигателестроению, в частности, к устройствам для регулирования угла опережения впрыска топлива в дизльных двигателях.
Известно устройство для регулирования угла опережения впрыска топлива в дизеле с наддувом, содержащее сервомотор, поршень которого связан с регулируемой муфтой, соединяющей вал топливного насоса с ведущим валом. Питающий насос через канал соединен с впускным каналом измерителя скорости, с грузом-золотником, выпускной канал которого сообщен через двухкромочный золотник с сервомотором или со сливным каналом. Двухкромочный золотник связан со штоком пневматического корректора, который в свою очередь сообщен с воздухонапорной магистралью дизеля. Устройство обеспечивает регулирование угла опережения впрыска топлива по давлению наддува и частоте вращения вала топливного насоса высокого давления (см. патент РФ №2038500, кл. F02D 23/02, публикация 27.06.1995).
Недостатки известного устройства заключаются в том, что обратная связь по давлению наддува и частоте вращения вала топливного насоса высокого давления достаточно инерционна, вследствие чего точность регулирования угла опережения впрыска топлива снижена.
Задача полезной модели состоит в повышении точности отработки угла опережения впрыска топлива.
Поставленная задача решается тем, что заявляемое устройство регулирования угла опережения впрыска топлива дизеля, содержащее известные признаки: содержащее ведущий вал, ведомый вал, регулируемую муфту связи, орган управления муфтой, элемент управления рабочей средой, поршень со штоком, установленный в распределительной полости, корректор, маслоподающий патрубок, отличается согласно полезной модели тем, муфта выполнена в виде косозубого зацепления одна из шестерен которого закреплена на ведущем валу, а другая установлена на ведомом валу и снабжена внутренними шлицами с возможностью передвижения по шлицам ведомого вала, орган управления муфтой выполнен в виде силового поршня, шток которого выполнен за единое целое с направляющим патрубком и установлен с возможностью перемещения в распределительной камере, выполненной в ведомом валу, камера закрыта уплотнительной крышкой, одновременно служащей направляющим звеном для штока силового поршня, элемент управления рабочей средой выполнен в виде двух гидравлических рабочих полостей переменного объема, образованных днищами поршня, уплотнительной крышкой и закрытым торцом распределительной камеры, связанных через калибровочные отверстия направляющего патрубка, его центральный канал и кольцевое уплотнение маслоподающего патрубка с масляным коллектором дизеля, шток силового поршня установлен с упором в торец зубчатой муфты, а корректор выполнен в виде калиброванных отверстий в направляющем патрубке.
Совокупность отличительных признаков позволяет достаточно простыми мерами точно определять и регулировать геометрический угол опережения впрыска топлива (ОВТ), который показывает на сколько градусов поворота коленчатого вала дизеля или кулачкового вала топливного насоса высокого давления (ТНВД) момент начала подачи топлива в цилиндр дизеля опережает или запаздывает относительно момента положения поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) в конце такта сжатия. При этом автоматически формируется взаимное угловое смещение ведущего и ведомого звеньев кулачкового вала топливного насоса на каждой рабочей позиции, обеспечивая изменение величины геометрического угла ОВТ.
Полезная модель поясняется чертежами: на фиг.1 показано устройство регулирования угла опережения впрыска топлива дизеля в разрезе; на фиг.2 - гидравлическая схема устройства; на фиг.3 - геометрические параметры устройства; на фиг.4 - схема действия усилий в косозубом зацеплении; на фиг.5 - относительное смещение элементов устройства.
Устройство содержит (фиг.1) ведущий вал 1 с косозубой шестерней 2, связанной посредством косозубого зацепления с зубчатой муфтой 3 и связанной кинематически с ведомым валом 4 через шлицы, позволяющие осуществлять муфте 3 продольные перемещения вдоль вала 4. Внутри ведомого вала 4 имеется распределительная камера 5, в которой помещен силовой поршень 6 с направляющим патрубком 7. Камера 5 закрыта уплотнительной крышкой 8, одновременно служащей направляющим звеном для поршня 6. Распределительная камера 5 через направляющий патрубок 7, сверления в валу и кольцевое уплотнение 9 маслоподающего патрубка объединена с масляным коллектором дизеля. В направляющем патрубке 7 имеются калиброванные отверстия 10, которые обеспечивают заполнение маслом рабочих полостей 11, 12 (фиг.2) распределительной камеры 5 и перераспределение его между полостями при перемещении силового поршня 6. Кроме подачи масла направляющий патрубок 7 служит для центрирования силового поршня 6 относительно внутренней поверхности распределительной камеры 5. Шток силового поршня 6 прижимается к внутренней поверхности зубчатой муфты 3 через упорный диск.
Устройство регулирования угла опережения впрыска топлива дизеля работает следующим образом.
При запуске дизельного двигателя крутящий момент ведущего вала 1 передается ведомому валу 4 ТНВД через косозубое зацепление зубчатой муфты 3 и косозубую шестерню 2, ТНВД начинает работать.
Усилие F (см. фиг.2), передаваемое на привод кулачкового вала ТНВД при передаче в косозубом зацеплении, имеет две составляющие: продольную S и касательную (тангенциальную) Т. Наличие продольной силы S при передаче крутящего момента от ведущего вала 1 к ведомому валу 4 через косозубое зацепление муфты 3 и шестерни 2 позволяет муфте 3 смещаться на некоторое расстояние "А" в продольном направлении, одновременно смещаясь вдоль зубьев на расстояние "В" в поперечном направлении.
Наличие взаимного поперечного смещения муфты 3 относительно вала 1 дает возможность точке "С", условно находящейся на зубчатом венце муфты 3, сместиться относительно точки "D", условно находящейся на шестерне 2, что позволяет валам 1 и 4 изменять взаимное угловое расположение друг относительно друга.
1
2
1
2
1
2
Продольное перемещения "А" возможно при условии превышения значением усилия S значения силы гидравлического сопротивления R, возникающей в распределительной камере. Усилие от гидравлического сопротивления R является разностью усилий от давления масла на поверхности S и S силового поршня 6. Поскольку давление масла, поступающего в полости 11 и 12 (фиг.2) одинаково, то усилие, реализуемое на поверхностях S и S, будет определяться величиной площади, на которую будет оказывать давление поступающее масло. Так как в конструкции силового поршня 6 реализовано условие, при котором площадь поверхности S меньше площади поверхности S, то результирующее усилие R будет стремиться через шток силового поршня 6 переместить муфту 3 влево (если смотреть на фиг.2), противодействуя силе S в перемещении муфты 3 вправо.
1
2
Соотношение усилий R и S будет определяться параметром угла а наклона зубьев в косозубом зацеплении, а так же соотношением значений площади поверхностей S и S и величиной давления масла, поступающего в распределительную камеру 5.
Для каждого рабочего режима (позиции) работы дизеля динамическое равновесие сил R и S, а значит и фиксация некоторого взаимного положения ведущего 1 и ведомого 4 валов достигается при определенном давлении масла в системе смазки двигателя (формирование усилия R) и величине среднего крутящего момента, необходимого для привода кулачкового вала ТНВД (формирование продольной силы S).
кр
Сила трения Р в зубчатом и шлицевом зацеплениях регулятора зависит от величины передаваемого крутящего момента М, количества и геометрических параметров зубьев и шлицев в соответствующих зацеплениях регулятора, коэффициента трения в зацеплениях. Коэффициент трения в зацеплении зубьев зависит от режима смазывания подвижных частей зацепления и площади контакты соприкасающихся зубьев.
Оценить угловое смещение ведущего и ведомого валов можно, рассмотрев схему смещения точек «С» и «D» (фиг.2) и модель данного смещения на рисунке 5.
Траектории смещения условных точек «С» и «D» при взаимном смещении шестерни 2 и муфты 3 можно изобразить в виде прямоугольного треугольника АВС (фиг.5), где сторона АВ соответствует абсолютному смещению точки «D» относительно точки «С», сторона АС является продольной составляющей данного смещения, а сторона ВС - поперечной составляющей. Фактически продольное смещение точки «D» - ВС - будет соответствовать основанию равнобедренного треугольника ОСВ (фиг.5), боковые стороны которого образованы радиусами делительной окружности шестерни 2, а угол при вершине треугольника - γ - определяет величину
углового смещения ведущего вала 1 относительного ведомого вала 4 при срабатывании регулятора.
Для прямоугольного треугольника АВС (фиг.5) длина катета ВС равна, мм:
ВС=АС·tg(α),
Для равнобедренного треугольника ОСВ длина основания СВ, мм:
дел
где d - диаметр делительной окружности шестерни 2, мм
γ - угол смещения ведущего вала 1 относительного ведомого вала 4 при срабатывании регулятора, град.
Приравнивая выражения (10) и (11) определяем величину угла γ, град:
Величину продольного перемещения АС при проведении ориентировочных расчетов можно задавать произвольно в зависимости от конкретных требований в настройке регулятора. Значение величины АС будет так же влиять на диаметр и количество калиброванных отверстий 9 (рисунок 1) в направляющем патрубке.
Промышленная применимость полезной модели обеспечивается за счет современных технологий.